第1章緒論       1 
1.1 Python概述   1 
1.1.1 Python的發展     1 
1.1.2 Python的特點     2 
1.1.3 Python的應用     3 
1.2 Python開發環境     4 
1.2.1 Python官方標準版開發環境     4 
1.2.2第一個Python程序    5 
1.2.3 Python IDLE的使用   6 
1.2.4 PyCharm集成開發環境   7 
1.2.5 Anaconda集成開發環境     12 
1.2.6 Web版在線開發環境   14 
1.3 模塊、包與庫      14 
1.3.1模塊的安裝     15 
1.3.2模塊的導入與使用   15 
1.4 turtle對像繪圖庫    18 
1.4.1 turtle對像編程思維   18 
1.4.2 turtle庫概述     20 
1.4.3 turtle繪圖操作方法   23
實訓與習題     28
第2章 Python基礎      30 
2.1 基礎語法   30 
2.1.1代碼格式       30 
2.1.2標識符與關鍵字    32 
2.1.3變量與常量     34 
2.2 解釋器命名空間     35 
2.2.1 Python解釋器    35 
2.2.2命名空間       35 
2.3 函數對像   38 
2.3.1內置函數       38 
2.3.2自定義函數     40 
2.4 類與對像   41 
2.4.1內置類型與對像     41 
2.4.2自定義類       43 
2.4.3類     44 
2.5 模塊對像   45 
2.6 文件對像   46 
2.7 Python代碼風格    47 
2.7.1代碼布局風格     47 
2.7.2實體命名風格     48 
2.7.3代碼注釋風格     48 
2.7.4 Python之禪     48
實訓與習題     48
第3章數據類型   51 
3.1 概述     51 
3.2 基本數據類型      51 
3.2.1整數類型       51 
3.2.2浮點類型       52 
3.2.3復數類型       53 
3.2.4布爾類型       53 
3.2.5基本類型轉換     53 
3.3 組合數據類型      54 
3.3.1字符串  54 
3.3.2字節組  59 
3.3.3列表    61 
3.組    64 
3.3.5集合    66 
3.3.6字典    67 
3.4  問題描述   70 
3.4.1 問題描述概述     70 
3.4.2人機大戰猜拳遊戲問題描述     70
實訓與習題     71
第4章運算符    73 
4.1  算術運算符      73 
4.1.1 加法運算符     74 
4.1.2 乘法運算符     74 
4.2  賦值運算符      75 
4.2.1 基本賦值運算符    76 
4.2.2 擴展賦值運算符    76 
4.3  比較運算符      76 
4.4  邏輯運算符      77 
4.5  成員運算符      79 
4.6  身份運算符      80 
4.7  位運算符   80 
4.8  集合運算符      81 
4.9  三目運算符      82 
4.10運算符優先級     83 
4.11計算思維   84 
4.11.1 計算思維過程    84 
4.11.2 人機大戰猜拳遊戲計算思維分析  85
實訓與習題     87
第5章流程控制   89 
5.1  程序流程   89 
5.2  條件語句   90 
5.2.1  if語句   90 
5.2.2  if-else語句     91 
5.2.3  if-elif-else語句    92 
5.2.4  if語句嵌套      92 
5.3  循環語句   93 
5.3.1  while循環語句    93 
5.3.2  for循環語句     94 
5.3.3 循環嵌套語句     96 
5.4  多分支選擇語句     98 
5.5  跳轉語句   99 
5.5.1  break語句      99 
5.5.2  continue語句      99 
5.6  人機大戰猜拳遊戲程序設計案例      100 
5.6.1 程序流程圖      100 
5.6.2程序設計      100
實訓與習題    101
第6章組合數據類型    103 
6.1 概述      103 
6.1.1 序列類型      103 
6.1.2 集合類型      104 
6.1.3 映射類型      105 
6.1.4 可迭代對像與迭代器      105 
6.2 字符串    107 
6.2.1 字符串概述      107 
6.2.2 字符串的操作方法    109 
6.3 列表      114 
6.3.1 列表推導式      115 
6.3.2 列表的操作方法    116 
6組      118 
6.4.1 &nb組概述      118 
6.4組推導式      119 
6.5 集合      119 
6.5.1 集合推導式      120 
6.5.2 集合的操作方法    121 
6.5.3  frozenset集合    124 
6.6 字典      125 
6.6.1 字典推導式      126 
6.6.2 字典的操作方法    127 
6.7  用列表實現人機大戰猜拳遊戲程序案例   130
實訓與習題    131
第7章函數     133 
7.1 函數定義和調用      133 
7.1.1 定義函數      133 
7.1.2 調用函數      134 
7.1.3  return返回語句     135 
7.2 函數參數傳遞       136 
7.2.1 位置、關鍵字和默認參數的傳遞   136 
7.2.2 參數的打包與解包    137 
7.2.3  混合傳遞      139 
7.3  變量作用域       140 
7.3.1 全局變量      140 
7.3.2 局部變量      141 
7.4  特殊函數  143 
7.4.1 遞歸函數      143 
7.4.2  lambda表達式與匿名函數    144 
7.5  閉包函數  145 
7.6  生成器    146 
7.6.1 生成器表達式    146 
7.6.2 生成器函數      147 
7.7  裝飾器    148 
7.7.1 簡單裝飾器      148 
7.7.2 多個裝飾器      149 
7.7.3 插入日志      149 
7.8  內置高階函數     150 
7.8.1  map()函數    150 
7.8.2  zip()函數     151 
7.9  面向過程編程案例   152 
7.9.1 面向過程編程思想   152 
7.9.2人機大戰猜拳遊戲面向過程編程  152
實訓與習題    153
第8章類與對像      155 
8.1  類的定義和對像創建  155 
8.1.1 類的定義      155 
8.1.2 對像創建與使用   156 
8.2  屬性    156 
8.2.1 類屬性與對像屬性   156 
8.2.2 公有屬性與私有屬性      159 
8.2.3 特殊屬性      159 
8.3  方法    160 
8.3.1  對像方法、類方法、靜態方法與property方法     160 
8.3.2 公有方法與私有方法      163 
8.3.3 特殊方法      164 
8.4  Python的對像體繫   166 
8.4.1  object基類    167 
8.4.2  t類      170 
8.5  抽像類    172 
8.5.1 抽像類的使用方式    172 
8.5.2  abc模塊定義抽像類   173 
8.6  封裝、繼承和多態    173 
8.6.1 封裝    173 
8.6.2 繼承    174 
8.6.3 多態    177 
8.7  面向對像編程案例    178 
8.7.1 面向對像編程思想    178 
8.7.2 人機大戰猜拳遊戲面向對像編程   178 
8.7.3  利用對像繼承關繫的人機大戰猜拳遊戲編程      179
實訓與習題    180
第9章異常、調試與測試  182 
9.1  異常      182 
9.1.1 異常與錯誤      182 
9.1.2 異常類型      183 
9.1.3 異常捕獲與處理    184 
9.1.4  raise與assert拋出異常      188 
9.1.5 自定義異常類      190 
9.1.6 異常的傳遞      191 
9.2  調試      192 
9.2.1 程序調試策略      192 
9.2.2  Python調試方法    192 
9.3  測試      196 
9.3.1 軟件測試分類      196 
9.3.2 Python測試技術    198
實訓與習題    200
第10章文件與數據格式化 202 
10.1 文件     202 
10.1.1  文件概述      202 
10.1.2  文件打開與關閉   204 
10.1.3  文件讀寫      208 
10.2 數據格式       212 
10.2.1  數據維度      212 
10.2.2  數據的存儲格式   213 
10.2.3 數據的讀寫      214
實訓與習題    215 
第11章標準庫應用編程  218 
11.1概述    218 
11.2 os操作繫統模塊     219 
11.3 sys解釋器繫統模塊   220 
11.4時間與日期模塊    222 
11.4.1  time模塊     222 
11.4.2  datatime模塊   225 
11.4.3  calendar模塊    229 
11.5  math和random庫   231 
11.5.1  math庫     231 
11.5.2  random庫    233 
11.6 Python並發編程    234 
11.6.1  並發概述     234 
11.6.2  多進程編程     235 
11.6.3  多線程編程     237 
11.6.4  多協程編程     239 
11.7網絡編程       240 
11.7.1  TCP/IP概述     240 
11.7.2  UDP通信編程   242 
11.7.3 TCP通信編程   243
實訓與習題    244
第12章第三方庫應用編程 246 
12.1概述    246 
12.2數據分析與可視化   253 
12.2.1  NumPy科學計算庫     253 
12.2.2  Pandas數據分析庫      256 
12.2.3  Matplotlib數據可視化庫     259 
12.2.4  花園超市水果銷售統計圖繪制過程      265 
12.2.5  學生成績統計分析案例    267 
12.3文本分析與可視化   269 
12.3.1  jieba庫     269 
12.3.2 wordcloud庫    271
實訓與習題    273
第13章虛擬環境與程序打包發布   275 
13.1 Python虛擬環境    275 
13.1.1  虛擬環境的創建   275 
13.1.2  虛擬環境的使用   276 
13.1.3  虛擬環境的結構   278 
13.2程序打包與發布     278 
13.2.1  模塊的構建與使用      279 
13.2.2  包的構建與使用   280 
13.2.3  庫的構建      281 
13.2.4  庫的發布      282 
13.3  PyInstaller庫打包Python文件為 exe文件    283 
13.3.1  程序打包為 exe文件       283 
13.3.2  PyInstaller工具打包Python文件為exe文件       284
實訓與習題    285
第14章項目開發實戰——茶葉數據爬蟲開發     287 
14.1軟件工程       287 
14.1.1  學習軟件工程的意義      287 
14.1.2  軟件工程概述    288 
14.1.3  軟件項目開發流程      289 
14.2 Python網絡爬蟲開發      290 
14.2.1  需求分析      291 
14.2.2  方案規劃      291 
14.2.3  設計描述      292 
14.2.4  編程實現      293 
14.2.5 測試運行      298
實訓與習題    299
參考文獻       302

數字時代已來臨，人工智能時代的大幕也已揭開。人類已處於算力時代，算力是社會的基礎生產力。高效地利用算力解決問題已成為衡量社會先進性的重要指標，也是發揮個人和團隊工作能力的基礎。若要有效地利用算力，就必須具備計算思維能力。計算思維是人類繼理論思維、實驗思維之後興起的第三種思維方式。
計算思維(computational thinking)是周以真(Jeannette Marie Wing)教授於 2006年首次提出的概念。計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、繫統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學方方面面的一繫列思維活動。計算思維是與形式化問題及其解決方案相關的思維過程，其解決問題的表現形式應該能有效地被信息處理代理執行。計算思維建立在計算過程的能力和限制之上，由人與機器執行。計算方法和模型使得人們敢於去處理那些原本無法由任何個人獨自完成的問題求解和繫統設計。
編程語言的運算符表示對數據進行加工處理的方法。通過運算符進行運算能得到確定結果的問題，都可以通過計算機強大算力的計算得到解決。若要利用計算機算力解決問題，就要用計算機能理解的符號或模型把問題描述出來。如何描述問題？需要利用我們人類大腦的復雜思維活動來描述，這種思維活動稱為計算思維。計算思維是建立在算力基礎上的一種思維方式。在算力基礎上解決實際問題是較為普遍的事情，因此，計算思維是人人都需要具備的一種思維能力。
計算思維對其他學科的研究產生了深刻的影響。例如，計算生物學正在改變著生物學家的思考方式；量子計算正在改變著物理學家的思考方式。計算思維也滲透到了普通人的生活之中，掌握計算思維已經成為現代人應具備的基本技能。計算思維是各專業學生都應掌握的思維方式，可以將其應用於專業研究和專業創新中。掌握計算思維，有助於人們更好地從事醫學、法律、商業、政治工作，以及其他任何類型的科學和工程，甚至藝術工作。 
Python語言以其顯著的優點成為人們廣泛接受的編程語言，是各行各業利用計算機解決問題的重要工具，是一種通用的現代計算語言。 Python語言以其強大的計算生態，得到了各個領域的廣泛應用，幾乎可以說形成了“ Python萬能工具，全民編程”的時代。 Python更是數據分析和人工智能領域的首選語言，利用 Python進行科學計算的研究機構日益增多，一些知名大學已經采用 Python來教授程序設計課程。例如，哈佛大學的計算機課程 CS50、卡內基梅隆大學的編程基礎、麻省理工學院的計算機科學及編程導論課程等都使用 Python語言。

Python是一個用於解決問題的強大利器。若要快速掌握這個利器，就需要快速了解其所有性能，然後擇其為我所用之處，修煉絕技，使其發揮最佳效能。本書以全景的方式展示了 Python語言的知識點，旨在幫助讀者快速入門。建議讀者采用框架式的學習方法，快速地熟悉 Python的數據類型、運算符、程序控制、輸入輸出、模塊導入 5個方面的知識，在頭腦中建立起 Python語言知識框架體繫，其他知識點在應用編程中再逐步深入。這樣可以達到快速掌握 Python語言工具並將其應用於實際情境的目標。
在 Pytho類對像創建類對像，類對像創建實例對像，實例對像實現具體的工作。 Python面向對像建模的計算思維與自然思維方式一致，語法也接近自然語言，用 Python語言可以很容易地描述現實世界的對像。通過 Python學習和掌握計算思維是最佳途徑。計算思維分為問題分解、模式識別、歸納抽像和算法設計 4個步驟。本書以人機大戰猜拳遊戲項目開發過程為主線，以用到的解決問題的 Python編程知識點進行章節劃分，詳細講解了解決問題的辦法。第 3章數據類型中講解了用 Python數據結構描述人機大戰猜拳遊戲的案例；第 4章運算符中講解了用計算思維過程分析人機大戰猜拳遊戲並設計算法的案例；第 5章流程控制中講解了繪制人機大戰猜拳遊戲算法流程圖的案例；第 6章組合數據類型中講解了利用列表、字典等組合數據類型設計人機大戰猜拳遊戲程序的案例；第 7章函數中講解了面向過程設計人機大戰猜拳遊戲程序的案例；第 8章類與對像中講解了面向對像設計人機大戰猜拳遊戲程序的案例。通過案例完整地演繹 Python計算思維解決問題的步驟，有利於讀者快速習得運用計算思維分析問題並編程實現的能力。
運用 Python語言編程解決問題，終歸屬於軟件工程範疇，因此，應該具備工程化的構建軟件項目的能力。本書第 14章首先介紹了軟件工程思維及軟件開發流程，軟件開發流程可以分為需求分析、方案制定、設計描述、制造編程、檢驗部署 5個階段；然後按照這 5個階段講解爬蟲項目開發過程，將軟件工程思維融入項目開發中，有利於讀者快速掌握軟件工程思維和軟件項目開發方法。
本書特色體現在以下三方面。 
(1) 入門即知全貌。本書全面介紹了 Python語言的知識點，每個知識點均有練習代碼、實訓案例，有利於讀者快速、全面地掌握 Python語言工具。 

(2) 入門即用對像。在 Python中，一切皆對像，通過 Python著名的 turtle對像繪圖庫，讀者可以直觀地學習和使用 Python對像，然後設計對像，從而有助於將 Python面向對像計算思維快速融入自然思維。 

(3) 入門即會工程。每個程序員都是藝術家，編程既是創造性的活動，也是工程性的活動，軟件質量必須靠工程化的技術來保障。把軟件工程思維、方法融入實際項目開發中，有利於讀者快速掌握軟件工程思維和軟件項目開發方法。

本書編著團隊包括重慶理工大學的汪治華、河南科技大學的張虎、焦作大學的崔艷、黑龍江生態工程職業學院的王艷玲和濱州職業學院的楊娜娜。該團隊具有政府部門管理、產業發展規劃、科技創業企業孵化、企業經營、產品開發實戰經驗，以及高等院校科研教學實踐經驗。本書是編著團隊基於多年從事計算機社會服務和高等院校 Python語言教學實踐的經驗總結，是在深入理解 Python語言特點的基礎上傾心打造的力作。

在編寫本書的過程中，編者參考、引用和改編了國內外出版物中的相關資料及網絡資源。同時，還得到了來自社會企業和高等院校專家同仁的關心、指導和大力支持。在此表示誠摯的感謝。
在編寫本書的過程中，我們雖竭盡所能地將好的內容呈現給讀者，但書中也難免有疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。服務郵箱：476371891@qq.com。
編 者 2023年 12月