第1章計算機科學基礎

1.1什麼是計算機

1.1.1計算的概念

1.1.2計算的發展

1.1.3計算的分類

1.1.4現代電子計算機

1.2數據表示

1.2.1二進制數據

1.2.2計算機中的數據

1.3算法

1.3.1什麼是算法

1.3.2排序算法

1.4程序

1.4.1什麼是程序

1.4.2程序設計的方法

1.4.3簡單示例

1.5練習

第2章Python入門

2.1Python簡介

2.1.1Python的起源

2.1.2Python語言的特點

2.1.3Python的應用

2.2安裝Python

2.2.1在Windows 7繫統中安裝Python

2.2.2在macOS X繫統中安裝Python

2.2.3在Ubuntu繫統中安裝Python

2.3運行Python

2.3.1進行指令交互操作

2.3.2運行Python腳本

2.4Python解釋器

2.5常用的第三方編輯器

2.6PyCharm 的下載和安裝介紹

2.6.1下載與安裝過程

2.6.2用PyCharm安裝第三方庫

2.7練習

第3章編程基礎

3.1通過蒙特卡洛方法計算圓周率π的值

3.2變量和常量

3.2.1變量

3.2.2數據

3.2.3常量

3.3運算和表達式

3.3.1常用的運算

3.3.2表達式

3.4Python相關基礎語法

3.4.1空格

3.4.2注釋

3.5random庫

3.6練習

第4章語句和控制結構

4.1引例

4.2基本語句及順序結構語句

4.2.1輸入輸出語句

4.2.2賦值語句

4.2.3順序結構語句

4.3條件語句

4.3.1基本的if語句

4.3.2else語句

4.3.3elif語句

4.4while循環

4.4.1while循環語句的一般語法

4.4.2計算循環

4.4.3無限循環

4.5for循環

4.5.1一般語法

4.5.2range()函數

4.6轉移語句

4.6.1break語句

4.6.2continue語句

4.6.3pass語句

4.7練習

第5章字符串、組

5.1單詞本wordbook的構建

5.2序列

5.2.1什麼是序列

5.2.2標準類型的操作符

5.2.3序列類型的操作符

5.2.4內建函數

5.3字符串

5.3.1字符串類型

5.3.2字符串的操作

5.3.3字符串的獨特特性

5.3.4字符串的內建函數

5.4列表

5.4.1列表的定義

5.4.2列表的操作

5.4.3列表的常用內建函數

組

5.5.1組

5.組的操作

5.組的操作符和內建函數

5.6練習

第6章函數

6.1引例

6.2函數的概念

6.2.1函數的定義

6.2.2為何使用函數

6.3創建及調用函數

6.3.1def語句

6.3.2聲明與定義

6.3.3函數屬性

6.3.4函數調用

6.3.5函數調用函數與前向引用

6.3.6何時使用函數

6.4函數變量

6.4.1命名空間、形參、實參

6.4.2默認參數及關鍵字參數

6.5練習

第7章字典和集合

7.1引例： 文獻詞頻分析

7.2映射類型： 字典

7.2.1創建字典和給字典賦值

7.2.2訪問字素

7.2.3操作字典

7.2.4映射類型的內建函數和方法

7.2.5詞雲庫wordcloud簡介

7.3NLTK庫簡介

7.4jieba庫

7.5集合

7.5.1集合類型

7.5.2集合的常用函數與操作

7.6練習

第8章文件及文件管理

8.1文件對像

8.2文件的操作

8.2.1打開和關閉文件

8.2.2文件的定位

8.2.3文件路徑

8.3os模塊

8.3.1os模塊簡介

8.3.2語料庫的創建

8.4練習

第9章模塊和面向對像

9.1模塊

9.1.1Python模塊

9.1.2模塊化架構

9.1.3包的管理

9.1.4安裝方法

9.1.5庫的引用

9.2面向對像

9.2.1面向對像的概念

9.2.2類與實例

9.2.3面向對像的特征

9.3練習

第10章數據分析基礎

10.1案例分析

10.2Numpy入門

10.2.1多維數組對像ndarray

10.2.2通用函數

10.2.3Numpy隨機數生成

10.3Pandas

10.3.1Series

10.3.2DataFrame

10.3.3索引對像Index簡介

10.4綜合案例： 期刊文獻分析

10.4.1前期準備

10.4.2中文分詞

10.4.3詞頻統計

10.4.4數據可視化

10.5練習

第11章數據可視化基礎

11.1可視化庫Matplotlib簡介

11.1.1繪制第一個Matplotlib圖表

11.1.2使用plot（）函數繪制線形圖表

11.1.3Pandas中的繪圖函數

11.2可視化庫Pyecharts簡介

11.2.1柱狀圖和折線圖

11.2.2關繫圖

11.2.3南丁格爾玫瑰圖

11.3其他常用可視化庫簡介

11.4練習

第12章其他常用庫介紹

12.1Sklearn庫簡介

12.1.1Sklearn簡介

12.1.2分類方法

12.1.3聚類算法

12.1.4線性回歸

12.2PyTorch簡介

12.2.1張量

12.2.2張量的基本運算

12.2.3自動梯度autograd軟件包

12.2.4卷積神經網絡

12.2.5實例： 使用PyTorch進行人臉標注

12.3爬蟲

12.3.1網絡爬蟲的概念

12.3.2爬蟲的基本使用

12.3.3實例1： 爬取指定搜索內容

12.3.4實例2： 爬取網頁圖片

12.4練習

隨著科學技術的不斷進步、信息技術在社會各領域的廣泛運用和融合以及世界各國“大數據”“雲計算”“人工智能”等戰略規劃目標的實施，人類社會已經逐漸進入“智慧時代”。當前，創新已成為經濟社會發展的主要驅動力，知識創新則是國家競爭力的核心要素。這些都離不開復合、創新型卓越人纔的培養。隨著人工智能、大數據等技術的快速發展和不斷深入應用以及未來人類社會的快速變化，教育的目標應側重學生優秀的自學能力、快速的適應能力以及數據素養的培養，造就基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、富有創新精神的復合型人纔。

Python自1989年被開發以來，熱度不斷攀升，被譽為“人工智能的必經之路”。Python語言具有簡潔明了、易於上手等特點，而且Python具有強大的社區和生態環境，具有豐富的第三方庫，開發者不需要手動從底層開始一行一行地編寫代碼，而可以直接通過調用封裝好的函數，實現“積木式”編程，因此非常適合非計算機專業和零編程基礎的學生學習。

在此背景下，本書從計算機的概念出發，深入講解“計算”的含義，提出以解決實際計算問題為目標並在實踐過程中學習的Python程序設計教學思想，幫助學生在學習Python的程序編寫方法基礎上，使用Python利用計算機進行“計算”，包括數值的計算、圖形的計算、語言的計算以及人工智能應用等。

本書共12章，主要內容有計算機科學基礎，Python入門，編程基礎，語句和控制結構，字符串、組，函數，字典和集合，文件及文件管理，模塊和面向對像，數據分析基礎，數據可視化基礎和其他常用庫介紹等。

本書內容全面繫統、構思新穎，在實際編程案例完成中，引導學生學習程序設計，具有趣味性、前沿性和實踐性等。本書可作為高等院校各專業，特別是非計算機專業通識教育中計算機程序設計相關課程的教材，也可供各領域Python自學者參考和使用。

本書第1章由王永全編寫，第2章和第3章、第5~10章由劉洋編寫，第4章由張權編寫，第11章和第12章由曹永勝編寫。全書由劉洋、王永全和曹永勝擔任主編，完成全書的修改及統稿。

本書在編寫過程中得到華東政法大學刑事法學院的大力支持，受到上海市重點課程建設項目資助，以及華東政法大學刑事法學院計算機科學與技術專業史少卓同學的幫助，在此表示衷心的感謝！同時，本書的編寫還參考引用了相關學者的資料或研究成果，在此一並表示衷心的感謝！

由於編者水平有限，書中不當之處在所難免，歡迎廣大同行和讀者批評指正。

編者
2023年2月