基礎篇

第1章初識Python

1.1計算與問題求解

1.2Python語言的發展

1.3Python語言的特點及應用

1.3.1Python語言的特點

1.3.2Python語言的應用

1.4Python的開發環境

1.4.1Anaconda3的安裝

1.4.2Spyder的用法

1.4.3Jupyter Notebook的用法

1.4.4pip與import

1.4.5IPython的使用

1.5編譯與解釋

1.6習題

第2章編寫簡單的程序

2.1變量

2.2保留字

2.3運算符

2.3.1算術運算符

2.3.2關繫運算符

2.3.3邏輯運算符

2.4賦值語句

2.5縮進與注釋

2.5.1縮進

2.5.2注釋

2.6輸入與輸出

2.6.1print()函數

2.6.2input()函數

2.6.3格式化輸入輸出

2.7列表

2.8Turtle庫

2.9習題

第3章程序的控制結構

3.1程序設計的基本結構

3.1.1算法的描述

3.1.2三種基本結構

3.2順序結構

3.3選擇結構

3.3.1單分支結構

3.3.2雙分支結構

3.3.3多分支結構

3.3.4緊湊結構

3.4循環結構

3.4.1for語句

3.4.2while語句

3.4.3循環嵌套

3.4.4break與continue語句

3.5實例

3.6習題

第4章基本內置數據類型

4.1數據類型

4.2數字類型

4.3字符串

4.3.1字符串的定義及表示

4.3.2字符串的索引

4.3.3字符串的基本操作

組

4.4.組

4.4.組

4.組的內置函數

4.5列表

4.5.1創建、添加與刪素

4.5.2訪問列表

4.5.3列表操作符

4.5.4列表的函數與方法

4.5.5列表推導式

4.6字典

4.6.1創建字典

4.6.2訪問字素

4.6.3添素

4.6.4刪素

4.6.5字典的常見用法

4.7集合

4.7.1集合的創建

4.7.素的添加與刪除

4.7.3集合的運算

4.7.4集合的內置方法

4.8類型轉換

4.9迭代器與生成器

4.10實例

4.11習題

第5章函數

5.1函數調用

5.1.1函數的含義

5.1.2函數的調用過程

5.1.3參數傳遞

5.1.4常見的函數參數

5.1.5匿名函數

5.1.6遞歸調用

5.2局部變量與全局變量

5.3多文件函數調用

5.4math與random庫

5.4.1math庫

5.4.2random庫

5.5datetime庫

5.5.1datetime類型轉換

5.5.2datetime對像的屬性

5.5.3date類

5.6實例

5.7習題

第6章面向對像編程

6.1對像與類的含義

6.2屬性與方法

6.2.1實例化對像

6.2.2屬性

6.2.3方法

6.2.4函數和方法

6.3成員與方法的私有化

6.3.1成員的私有化

6.3.2公有方法和私有方法

6.4繼承性

6.5多態性

6.6實例

6.6.1熊貓喫竹子

6.6.2學生信息管理

6.7習題

第7章字符串基本操作與正則表達式

7.1字符串的常用方法

7.2字符串格式化輸出

7.2.1format()方法

7.2.2fstring

7.2.3轉義字符

7.3正則表達式

7.字符

7.3.2re模塊

7.4實例： 網頁數據解析及輸出

7.5習題

第8章文件讀寫

8.1文件的讀寫

8.1.1文件的打開和關閉

8.1.2文件的讀寫操作

8.2CSV文件讀寫

8.3JSON庫

8.4實例

8.5習題

進階篇

第9章NumPy庫

9.1NumPy概述

9.1.1NumPy的數據對像

9.1.2NumPy數組的創建

9.1.3NumPy標準數據類型

9.1.4NumPy數組的常用屬性

9.2NumPy數組的基本操作

9.2.1NumPy數組的索引

9.2.2NumPy數組的切片

9.2.3NumPy數組形態的操作/變形

9.2.4NumPy數組的拼接與切分

9.2.5NumPy數組的轉置與翻轉

9.2.6NumPy數組的通用函數

9.3實例： 生成隨機數

9.4習題

第10章Pandas庫

10.1Pandas概述

10.1.1Pandas庫的數據對像

10.1.2Pandas數據對像的創建

10.1.3Pandas數據對像的索引

10.2Pandas數據預處理操作

10.2.1數據合並

10.2.2數據去重和替換

10.2.3數據缺失值處理

10.2.4數據離散化

10.2.5OneHot編碼

10.3數據統計基礎

10.3.1Pandas數據對像的分組

10.3.2基本統計計算

10.4實例： 學生成績分析

10.5習題

第11章Matplotlib與Seaborn

11.1Matplotlib介紹

11.1.1圖形中素

11.1.2圖形的繪制層次

11.1.3坐標軸設置

11.1.4線條的屬性

11.1.5子圖繪制

11.2基本圖形繪制

11.2.1柱狀圖

11.2.2直方圖

11.2.3散點圖

11.2.4箱線圖

11.3Seaborn介紹

11.3.1統計關繫可視化

11.3.2線性關繫可視化

11.3.3分布數據可視化

11.3.4分類數據可視化

11.4實例

11.5習題

實踐篇

第12章數據分析

12.1數據分析概述

12.1.1數據分析基本流程

12.1.2數據分析應用場景

12.2Python數據分析常用類庫

12.3基於Kmeans的客戶偏好分析

12.4實例： 泰坦尼克號生存分析

12.4.1泰坦尼克號數據集

12.4.2泰坦尼克號數據分析

12.5實例： 《紅樓夢》文本分析

12.6實例： 天氣數據分析

12.7習題

第13章Python實踐

13.1Python集成開發環境——Spyder

13.2常見錯誤

13.3異常處理

13.4習題

上機實驗

實驗一Python基礎知識

實驗二Python組合數據類型

實驗三函數及math、random、datetime庫的使用

實驗四類與對像

實驗五字符串類型及正則表達式

實驗六文件的讀寫

實驗七第三方庫的使用

實驗八數據分析綜合實踐

附錄A保留字

附錄BPython內置函數

附錄Cmath庫

附錄D字符串的基本操作與函數

附錄Erandom庫

附錄FNumPy庫

附錄GMatplotlib庫

附錄HSeaborn庫

附錄I常見格式化符號

附錄JPandas庫常用方法

參考文獻

本書從Python入門基礎知識起步，循序漸進地介紹利用Python語言編寫程序的方法以及數據分析工具的使用，旨在培養讀者利用編程理論知識解決實際問題的能力。

本書共13章，分為三篇： 基礎篇(第1~8章)，主要內容有Python開發環境介紹、程序設計的基本結構、數據的容器、函數、面向對像編程、字符串與正則表達式以及文件讀寫； 進階篇(第9~11章)，主要內容包括NumPy庫、Pandas庫與Matplotlib/Seaborn庫； 實踐篇(第12章和第13章)，主要內容包括數據分析綜合案例與上機實驗指導等。此外，附錄中還包含常用的函數和方法，便於讀者查閱。

本書的寫作目標有以下幾點。

(1) 通俗易懂。初學編程時，容易陷入紛雜的語法中，而難以體會編程的樂趣。基礎篇盡量采用簡練的語言表述，由淺入深地從編程思維引導入手，讓初學者了解怎樣用程序解決簡單的問題。

(2) 易於實踐。進階篇和實踐篇主要介紹用NumPy、Pandas和Matplotlib/Seaborn等第三方庫進行數據分析的方法，並配有詳細的實例講解。

(3) 為了方便Python實踐教學，本書在實踐篇中設計了多個上機實驗與綜合實例，可在48學時或64學時Python相關課程的實驗教學中使用。

為便於教學，本書提供豐富的配套資源，包括教學大綱、教學課件、電子教案、程序源碼、習題答案、期末試卷和450分鐘的微課視頻。

資源下載提示

素材（源碼）等資源： 掃描目錄上方的二維碼下載。

微課視頻： 掃描封底的文泉雲盤防盜碼，再掃描書中相應章節的視頻講解二維碼，可以在線學習。

本書第1~6章、第11章由劉亞輝編寫； 第7~10章由郭祥雲編寫； 第12章和附錄由郭祥雲、趙慶聰編寫與整理； 第13章、上機實驗、習題及答案部分由趙慶聰編寫。

衷心感謝清華大學出版社的支持與合作，感謝參與第10章視頻錄制的李莉老師、提出寶貴意見的都雲程老師以及參與校對的劉靖航、李泠杉、焦佳佳、郭欣雅和高雁偉同學。

由於編者水平有限，書中不當之處敬請同行和讀者批評指正。

編者2023年8月