第 1 章 

 Python 開發環境搭建與使用  1 

11 Python 語言簡介  1 

12 Python 版本選擇  1 

13 Python 編程規範與代碼優化建議  2 

14 IDLE、Anaconda3 的安裝與使用  4 

141 Python 解釋器安裝與 IDLE 簡單使用 4 

142 Jupyter Notebook 與 Spyder 安裝與使用  10 

15 安裝擴展庫  12 

16 標準庫與擴展庫中對像的導入與使用  14 

161 import 包名 / 模塊名 [as 別名 ]  14 

162 from 包名 / 模塊名 import 模塊名 / 對像名 [ as 別名 ]  15 

163 from 模塊名 import *  15 

17 __name__ 屬性的作用 ( 選講 )  16 

本章小結  16 

習題  17 

第 2 章 

 運算符、表達式與內置對像  19 

21 Python 常用內置對像  19 

211 常量與變量  20 

212 數字  21 

213 字符串與字節串  23 

214 組、字典、集合  24 

22 Python 運算符與表達式  25 

221 算術運算符  27 

222 關繫運算符  29 

223 成員測試運算符 in 與同一性測試運算符 is( 選講 )  29 

224 位運算符與集合運算符 ( 選講 )  30 

225 邏輯運算符  31 

226 矩陣乘法運算符 @( 選講 )  31 

 
227 補充說明  32 

23 Python 關鍵字簡要說明  34 

24 Python 常用內置函數  35 

241 類型轉換與類型判斷  41 

242 值與求和  44 

243 基本輸入輸出  45 

244 排序與逆序  46 

245 枚舉  47 

246 map()、reduce()、filter()  47 

247 range()  50 

248 zip()  50 

249 eval()  51 

25 精彩案例賞析  52 

本章小結  52 

習題  53 

第 3 章 

 Python 可迭代對像 57 

31 列表  58 

311 列表創建與刪除  59 

312素訪問  59 

313 列表常用方法  60 

314 列表對像支持的運算符  65 

315 內置函數對列表的操作  66 

316 列表推導式語法與應用  66 

317 切片操作  70 

組  73 

3組素訪問  73 

3組與列表的異同點  74 

323 生成器表達式  75 

33 字典  75 

331 字典創建與刪除  76 

332素訪問  77 

3素添加、修改與刪除  79 

334 標準庫 collections 中與字典有關的類  80 

34 集合  81 

341 集合創建與刪除  81 

342 集合方法與運算  82 

 
343 集合應用案例  84 

35 序列解包  86 

本章小結  87 

習題  88 

第 4 章 

 程序控制結構  91 

41 條件表達式  91 

42 選擇結構  92 

421 單分支選擇結構  92 

422 雙分支選擇結構  93 

423 多分支選擇結構  94 

424 選擇結構的嵌套  95 

43 循環結構  96 

431 for 循環與 while 循環  96 

432 break 語句與 continue 語句  97 

433 代碼優化技巧  98 

44 精彩案例賞析  99 

本章小結  102 

習題  103 

第 5 章 

 函數  105 

51 函數的定義與使用  105 

511 基本語法  105 

512 函數嵌套定義、可調用對像與修飾器 ( 選講 )  107 

513 函數遞歸調用  109 

52 函數參數  110 

521 位置參數  111 

522 默認值參數  111 

523 關鍵參數  113 

524 可變長度參數  113 

525 實參序列解包  114 

53 變量作用域  115 

54 lambda 表達式  117 

55 生成器函數設計與使用  118 

56 精彩案例賞析  120 

本章小結  134 

 
習題  135 

第 6 章 

 面向對像程序設計 ( 選講 ) 140 

61 類的定義與使用  140 

62 數據成員與成員方法  141 

621 私有成員與公有成員  141 

622 數據成員  142 

623 成員方法、類方法、靜態方法、抽像方法  143 

624 屬性  145 

625 類與對像的動態性、混入機制  147 

63 繼承、多態  148 

631 繼承  148 

632 多態  149 

64 特殊方法與運算符重載  150 

65 精彩案例賞析  152 

651 自定義隊列  152 

652 自定義棧  155 

本章小結  157 

習題  157 

第 7 章 

 字符串  161 

71 字符串編碼格式簡介  162 

72 轉義字符與原始字符串  162 

73 字符串格式化  163 

731 使用 % 運算符進行格式化 ( 選講 )  163 

732 使用 format() 方法進行字符串格式化  165 

733 格式化的字符串常量  166 

74 字符串常用操作  166 

741 find()、rfind()、index()、rindex()、count()  168 

742 split()、rsplit()  169 

743 join()  170 

744 lower()、upper()、capitalize()、title()、
swapcase()  170 

745 replace()、maketrans()、translate()  170 

746 strip()、rstrip()、lstrip()  171 

747 startswith()、endswith()  172 

 
748 isalnum()、isalpha()、isdigit()、isdecimal()、
isnumeric()、isspace()、isupper()、islower()  172 

749 center()、ljust()、rjust()、zfill()  173 

7410 字符串對像支持的運算符  173 

7411 適用於字符串對像的內置函數  175 

7412 字符串對像的切片操作  177 

75 字符串常量  177 

76 中英文分詞  178 

77 漢字到拼音的轉換  178 

78 精彩案例賞析  179 

本章小結  181 

習題  182 

第 8 章 

 正則表達式 ( 選講 )  184 

81 正則表達式語法  184 

811 正則表達式基本語法  184 

812 正則表達式擴展語法  185 

813 正則表達式集錦  186 

82 直接使用正則表達式模塊 re 處理字符串  187 

83 使用正則表達式對像處理字符串  190 

84 Match 對像  192 

85 精彩案例賞析  194 

本章小結  195 

習題  196 

第 9 章 

 文件內容操作  203 

91 文件操作基本知識  204 

911 內置函數 open()  205 

912 文件對像屬性與常用方法  206 

913 上下文管理語句 with  207 

92 文本文件內容操作案例精選  207 

93 二進制文件操作案例精選  211 

931 使用 pickle 模塊讀寫二進制文件 ( 選講 )  211 

932 使用 struct 模塊讀寫二進制文件 ( 選講 )  213 

933 使用 shelve 模塊操作二進制文件 ( 選講 )  214 

934 其他常見類型二進制文件操作案例  214 

 
本章小結  220 

習題  220 

第 10 章 

 文件與文件夾操作 224 

101 os 模塊  224 

102 ospath 模塊  226 

103 shutil 模塊  228 

104 精彩案例賞析  229 

本章小結  232 

習題  232 

第 11 章 

 異常處理結測試  235 

111 異常處理結構  235 

1111 異常的概念與表現形式  235 

1112 Python 內置異常類層次結構  236 

1113 異常處理結構語法與應用  237 

1114 斷言與上下文管理語句  242 

11測試模塊 unittest( 選講 )  243 

本章小結  246 

習題  246 

第 12 章 

 SQLite 數據庫應用開發 ( 選講 )  250 

121 使用 Python 操作 SQLite 數據庫  250 

1211 Connection 對像  251 

1212 Cursor 對像  252 

122 精彩案例賞析  255 

本章小結  257 

習題  257 

第 13 章 

 數據分析、科學計算與可視化  259 

131 NumPy 數組運算與矩陣運算  259 

132 SciPy 科學計算 ( 選講 )  266 

1321 數學、物理常用常數與單位  267 

1322 特殊函數模塊 special  267 

 
1323 信號處理模塊 signal  268 

1324 多項式計算  270 

133 Pandas 數據分析  272 

134 統計分析標準庫 statistics  279 

135 Matplotlib 可視化  281 

1351 繪制折線圖  281 

1352 繪制散點圖  281 

1353 繪制餅狀圖  282 

1354 繪制帶有中文標簽和圖例的圖  284 

1355 繪制圖例標簽中帶有公式的圖  284 

1356 繪圖區域切分  285 

1357 繪制三維曲線  286 

1358 繪制三維曲面  287 

1359 繪制柱狀圖  288 

13510 繪制箱線圖  290 

13511 繪制雷達圖  291 

136 創建詞雲圖  292 

本章小結  293 

習題  294 

附錄 

 精彩在繼續  298 

附錄 A GUI 開發  298 

附錄 B 計算機圖形學編程  301 

附錄 C 圖像編程  303 

附錄 D 密碼學編程  306 

附錄 E 繫統運維  306 

附錄 F Windows 繫統編程  307 

附錄 G 軟件分析與逆向工程  309 

參考文獻 

  311 

Python 由 Guido van Rossum 於 1989 年年底開始設計與開發，個版本發行 
於 1991 年。Python 推出不久就迅速得到了各行業人士的青睞，經過 30 多年的發展， 
已經滲透到計算機科學與技術、統計分析、逆向工程與軟件分析、電子取證、圖形圖 
像處理、人工智能、遊戲設計與策劃、網站開發、移動終端開發、大數據分析與處理、 
深度學習、科學計算可視化、雲計算、網絡爬蟲開發、繫統運維、自然語言處理、密碼學、 
電子電路設計、樹莓派應用開發等專業和領域。目前，Python 已經成為卡內基 - 梅隆 
大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校、哈佛大學等國外很多大學計算機專業或 
非計算機專業的程序設計入門教學語言，國內也有越來越多的學校開設了 Python 程序 
設計課程。 

Python 語言連續多年在 TIOBE 網站的編程語言排行榜上位於前十，並於 2007 年、 
2010 年、2018 年、2020 年、2021 年 5 次被評為年度語言，於 2021 年 10 月首次登 
上了的寶座，打破了 C 語言和 Java 語言 20 多年的壟斷地位，展現出強大的發展 
勢頭。另外一個非常權威的 IEEE Spectrum 編程語言排行榜從 2017 年開始一直都把 
Python 語言排在位。 

Python 是一門免費、開源的跨平臺高級動態編程語言，支持命令式編程、函數式 
編程，完全支持面向對像程序設計，語法簡潔清晰，擁有大量功能強大的標準庫和擴 
展庫以及眾多狂熱的支持者，可以幫助各領域的科研人員或策劃師甚至管理人員快速 
實現和驗證自己的思路與創意。Python 用戶可以把主要精力放在業務邏輯的設計與實 
現上，不用過多考慮語言本身的細節，開發效率非常高，其精妙之處令人擊節嘆賞。 

Python 是一門快樂的語言，學習和使用 Python 也應該是一個快樂的過程。與
C 語言繫列和 Java 等語言相比，Python 更加容易學習和使用，但這並不意味著可以 
非常輕松愉快地掌握 Python。用戶熟練掌握和運用 Python 仍需要通過大量的練習來 
鍛煉自己的思維和熟悉 Python 編程模式，同時還需要經常關注 Python 社區優秀的代 
碼以及各種擴展庫的動態。當然，如果能夠適當了解 Python 標準庫以及擴展庫的 
內部工作原理，對於編寫正確而優雅的 Python 程序無疑是有很大幫助的。 

Python 是一門優雅的語言。Python 語法簡潔清晰，提供了大量的內置對像和內 
置函數，編程模式非常符合人類的思維方式和習慣。在有些編程語言中需要編寫大量 
代碼纔能實現的功能，在 Python 中僅需要調用內置函數或內置對像的方法即可實現。 
如果讀者已有其他程序設計語言的基礎，那麼在學習和使用 Python 時，一定不要把其 
他語言的編程習慣和風格帶到 Python 中，這不僅可能會使得代碼變得非常冗餘、煩瑣， 

 
還可能會嚴重影響代碼的運行效率。應該盡量嘗試從自然、簡潔的角度出發去思 
考和解決問題，這樣纔能寫出更加優雅、更加純正、更加 Pythonic 的代碼。 

本書內容組織 

對於 Python 程序員來說，能夠熟練運用各種擴展庫毫無疑問是非常重要的，使用 
優秀、成熟的擴展庫可以幫助我們快速實現自己的業務邏輯和創意。但是也必須清楚 
地認識到，Python 的內功是非常重要的，Python 語言基礎知識和基本數據結構的熟 
練掌握是理解和運用其他擴展庫的條件之一。所以，本書前 11 章把重點和主要篇 
幅放在 Python 編程基礎知識的介紹上，通過大量案例介紹 Python 在實際開發中的應 
用，然後在後兩章介紹數據庫編程和 Python 在數據分析、數據處理與科學計算可視 
化等領域的應用。關於其他應用領域的擴展庫可以參考本書後的附錄，並結合自己 
的專業領域查閱相關文檔。全書共 13 章，主要內容組織如下。 

第 1 章 Python 開發環境搭建與使用。介紹 Python 語言的特點，開發環境搭建 
與使用，擴展庫的管理與使用，Python 代碼編寫規範和優化建議。 

第 2 章 運算符、表達式與內置對像。講解 Python 對像模型，數字、字符串、列表、 

第 3 章 Python 可迭代對像。講解組、字典、集合等序列的常用方法和 
基本操作，切片操作，列表推導式，生成器表達式，序列解包。 

第 4 章 程序控制結構。講解選擇結構，for 循環與 while 循環，帶 else 子句 
的循環結構，break 與 continue 語句，選擇結構與循環結構的綜合運用。 

第 5 章 函數。講解函數的定義與使用，普通位置參數、關鍵參數、默認值參數、 
長度可變參數，全局變量與局部變量，參數傳遞時的序列解包，return 語句，lambda 
表達式。 

第 6 章 面向對像程序設計。講解類的定義與使用，self 與 cls 參數，類成員與 
實例成員，私有成員與公有成員，特殊方法與運算符重載。 

第 7 章 字符串。講解字符串編碼格式，字符串格式化、替換、分割、連接、排 
版等基本操作方法及應用。 

第 8 章 正則表達式。講解正則表達式語法、正則表達式對像、子模式與 Match 
對像，以及 re 模塊的應用。 

第 9 章 文件內容操作。講解文件操作基本知識與 Python 文件對像，文本文件 
內容讀寫，二進制文件內容讀寫與對像序列化，Word、Excel 等常見二進制文件的內 
容讀寫。 

第 10 章 文件與文件夾操作。講解文件復制、移動、重命名、遍歷等文件級操作 
以及文件夾操作有關知識。 

 
第 11 章 異常處理結測試。講解 Python 異常類層次結構與自定義異常 
類，不同形式的異常處理結構，測試。 

第 12 章 SQLite 數據庫應用開發。講解 SQLite 數據庫的基本特點與用法，以 
及 Python 對 SQLite 數據庫的操作方法。 

第 13 章 數據分析、科學計算與可視化。講解 Python 標準庫 statistics 以及 
NumPy、SciPy、Pandas、Matplotlib 等擴展庫的用法，講解數據處理、數據分析、 
數據可視化以及科學計算的有關內容。 

本書特色 

本書全部案例代碼使用 Python 3.8/3.9 編寫，適當介紹了 Python 3.10/3.11 
的新特性，大部分內容同樣適用於 Python 3.5.x 和 Python 3.6.x 等低版本。 

信息量大、知識點密集。全書沒有多餘的文字和軟件安裝截圖，充分利用寶貴的 
篇幅來介紹和講解盡可能多的知識點，物超所值。本書作者具有 20 多年程序設計 
教學經驗，講授過彙編語言、C/C /C#、Java、PHP、Python 等多門程序設計語言， 
並編寫過大量的應用程序。在本書內容的組織和安排上，結合了作者多年教學與開發 
過程中積累的許多案例，並巧妙地糅合進了相應的章節。 

案例豐富，實用性強，注釋量大。精選多個領域中的經典案例，每段代碼都配有 
大量注釋，大幅縮短了讀者理解代碼所需要的時間。 

語言精練，代碼優雅。使用精練的語言和代碼介紹 Python 語法和應用，完美詮 
釋 Pythonic 真諦。 

深度與廣度兼顧。本書對 Python 內部工作原理進行一定程度的剖析，並適當介紹 
Python 代碼優化和安全編程的有關知識，可以滿足不同層次讀者的需要，讀者對書中 
內容每多讀一遍都會有新的收獲和體會。 

融素。在部分案例中融素，培養學生家國情懷、民族自豪感、 
社會責任感以及工匠精神、創新精神等，寓育於教。隨書配套 114 個微課視頻，在講 
解正文內容和代碼的同時，還適當進行了擴展和補充，比正文更精彩，一定不要錯過。 

本書適用讀者 

本書可以作為 ( 但不限於 )： 

（1）會計、經濟、金融、心理學、統計、管理、人文社科以及其他非計算機專業研究生、 
本科生或專科生的程序設計教材。如果作為本科生非計算機專業程序設計語言公共課 
或選修課教材，建議采用 64 學時或 48 學時邊講邊練的教學模式。 

（2）具有一定 Python 基礎的讀者的進階學習資料。 

（3）打算利用業餘時間學習一門快樂的程序設計語言並編寫幾個小程序來快速解 

 
決工作中問題的讀者的學習資料。 

（4）少數對編程具有濃厚興趣和天賦的中學生的課外閱讀資料。 

教學資源 

本書適當融素，提供全套教學大綱、課件、源代碼、課後習題答案、考 
試題庫、教學視頻、教案以及授課計劃和學時分配表，可以登錄清華大學出版社官方 
網站 www.tup.com.cn 下載或與作者聯繫索取，作者的微信公眾號是“Python 小屋”。 
本書第 2 版的配套 MOOC 可以在智慧樹和中國大學 MOOC 學習，搜索“董付國”可找到。 

由於時間倉促，作者水平有限，書中難免存在疏漏之處，還請同行指正並通過作 
者聯繫方式進行反饋。 

感謝 

首先感謝父母的養育之恩，在當年那麼艱苦的條件下還堅決支持我讀書，而沒有 
讓我像其他同齡的孩子一樣輟學。感謝姐姐、姐夫多年來對我的愛護以及在老家對父 
母的照顧，感謝善良的弟弟、弟媳在老家對父母的照顧，正是有了你們，我纔能在遠 
離家鄉的城市安心工作。感謝我的妻子在生活中對我的大力支持，也感謝懂事的女兒 
在我工作時能夠在旁邊安靜地讀書而盡量不打擾我，並在本書第 1 版定稿前和媽媽一 
起幫我閱讀全書並檢查出了幾個錯別字。 

感謝每一位讀者，感謝您在茫茫書海中選擇了這本書，衷心祝願您能夠從本書中 
受益，學到您需要的知識 ! 同時也期待每一位讀者的熱心反饋，隨時歡迎指出書中的 
不足 ! 

本書在編寫出版過程中得到清華大學出版社的大力支持和幫助，在此表示衷心的 
感謝。 

董付國 

2022 年 8 月於山東煙臺