Python語言及其應用（簡體書）

本書融入美國斯坦福大學在 2025 計劃中提出的“軸反轉”教學理念，改變傳統教學中以知識講授為中心的教學組織模式，以“先能力、後知識”理念組織教學。全書以 100 多個實際問題求解案例為紐帶，在各知識點間建立一種有機的聯繫，強化各知識點間的交叉融合和知識的反復再現，在培養問題求解能力的同時掌握 Python 程序設計基礎知識與應用能力。
本書共分 10 章，內容包括 Python 語言概述、turtle 畫圖、基本數據類型與運算、程序流程控制、函數和代碼複用、序列類型、集合與字典、異常處理、文件操作、數據分析與可視化。本書敘述清晰，案例豐富，可使學生循序漸進地學會 Python 編程技術和技巧。
本書適合作為高等學校計算機專業及其他相關專業的教材，也可作為計算機等級考試(二級)的輔導教材，以及 Python 程序設計愛好者的自學參考書。

趙廣輝 武漢理工大學

第 1 章 Python 語言概述 .................... 1
1.1 計算機語言 ..................................1
1.1.1 Python語言的發展 ..............2
1.1.2 Python語言的特點 ..............3
1.1.3 Python的應用領域 ..............3
1.2 Python開發環境配置 ...................5
1.2.1 解釋器的安裝 .....................5
1.2.2 編寫Hello World程序 .........6
1.2.3 查看幫助文檔 .....................7
1.2.4 第三方庫的安裝 .................8
1.2.5 源文件打包 .........................9
1.3 人機交互 ....................................10
1.3.1 輸出函數print() .................10
1.3.2 輸入函數input() ................12
1.3.3 eval()函數 ..........................12
1.3.4 簡單數學計算 ...................12
1.4 變量 ............................................13
1.4.1 Python關鍵字 ....................13
1.4.2 變量的使用 .......................14
1.5 編碼與命名規範 ........................15
1.5.1 編碼規範 ...........................15
1.5.2 命名規範 ...........................18
1.6 注釋 ............................................18
1.6.1 單行注釋 ...........................19
1.6.2 多行注釋 ...........................19
1.6.3 文檔注釋 ...........................19
1.6.4 注釋用法實例 ...................20
小結 .....................................................21
練習 .....................................................21
第 2 章 turtle 畫圖............................. 22
2.1 turtle 庫簡介 ...............................23
2.2 模塊的導入與使用 ....................23
2.3 創建窗體與畫布 ........................24
2.3.1 窗體 ...................................24
2.3.2 畫布 ...................................24
2.4 繪圖實例解析 ............................25
2.4.1 繪製棋盤 ...........................25
2.4.2 繪製帥府 ...........................27
2.4.3 繪製兵炮標記 ...................28
2.4.4 繪製棋子 ...........................29
2.5 繪圖函數 ....................................30
2.5.1 畫筆狀態 ...........................30
2.5.2 顏色控制 ...........................30
2.5.3 顏色填充 ...........................31
2.5.4 輔助繪畫控制 ...................31
2.5.5 移動與繪畫函數 ...............32
2.5.6 返回海龜的狀態函數 .......34
小結 .....................................................34
練習 .....................................................34

第 3 章 基本數據類型與運算 ............ 36
3.1 數據與數據類型 ........................36
3.2 字符串類型 ................................38
3.2.1 字符串的表示 ...................39
3.2.2 字符串序列操作 ...............40
3.2.3 常用字符串處理方法 .......44
3.2.4 字符串格式化 ...................49
3.2.5 轉義字符 ...........................52
3.3 數值類型 ....................................53
3.3.1 整型 ...................................53
3.3.2 浮點型 ...............................54
3.3.3 複數類型 ...........................55
3.3.4 數值類型轉換 ...................56
3.4 迭代器類型 ................................58
3.5 常用運算 ....................................58
3.5.1 數值運算 ...........................58
3.5.2 賦值運算 ...........................62
3.5.3 比較運算 ...........................63
3.5.4 成員運算 ...........................64
3.5.5 邏輯運算 ...........................65
3.5.6 身份運算 ...........................66
3.5.7 位運算 ...............................66
3.5.8 真值測試 ...........................67
3.5.9 運算優先級 .......................68
3.6 數學庫 ........................................69
小結 .....................................................72
練習 .....................................................72
第 4 章 程序流程控制 ....................... 73
4.1 程序控制結構的描述 ................73
4.2 分支結構 ....................................74
4.2.1 單分支結構 .......................74
4.2.2 二分支結構 .......................75
4.2.3 多分支結構 .......................76
4.2.4 條件表達式 .......................77
4.2.5 pass ....................................79
4.3 循環結構 ....................................79
4.3.1 for循環...............................80
4.3.2 range()函數........................80
4.3.3 while循環 ..........................85
4.3.4 break ..................................87
4.3.5 continue .............................90
4.3.6 else .....................................91
4.4 隨機數 ........................................93
小結 .....................................................95
練習 .....................................................95
第 5 章 函數和代碼複用.................... 97
5.1 函數的定義 ................................97
5.2 函數的調用 ................................99
5.3 函數的參數傳遞 ......................101
5.3.1 位置傳遞 .........................101
5.3.2 關鍵字傳遞 .....................101
5.3.3 默認值傳遞 .....................102
5.3.4 包裹傳遞 .........................104
5.3.5 解包裹傳遞 .....................104
5.4 變量作用域 ..............................104
5.4.1 局部變量 .........................105
5.4.2 全局變量 .........................105
5.5 函數的返回值 ..........................107
5.6 匿名函數 ..................................109
5.7 遞歸調用 .................................. 111
5.8 代碼複用 ..................................114
5.9 內置函數 ..................................117
小結 ...................................................119
練習 ...................................................119
第 6 章 序列類型 ............................ 121
6.1 通用序列操作 ..........................121
6.1.1 索引 .................................121
6.1.2 切片 .................................122
6.1.3 序列拼接與重複 .............123
6.1.4 成員測試 .........................123
6.1.5 通用內置函數 .................124
6.2 列表 ..........................................124
6.2.1 列表的創建 .....................125
6.2.2 列表的更新 .....................125
6.2.3 列表的刪除 .....................127
6.2.4 列表的排序 .....................128
6.2.5 列表賦值與複製 .............131
6.2.6 列表推導式 .....................131
6.2.7 內置函數zip()
和enumerate() ..................134
6.2.8 列表嵌套 .........................135
6.3 元組 ..........................................137
6.4 Range ........................................138
小結 ...................................................139
練習 ...................................................139
第 7 章 集合與字典 ......................... 141
7.1 集合 ..........................................141
7.1.1 集合的創建 .....................142
7.1.2 可變集合類型的方法 .....144
7.1.3 成員關係 .........................145
7.1.4 集合關係 .........................145
7.1.5 集合運算 .........................146
7.2 字典 ..........................................147
7.2.1 字典的創建 .....................147
7.2.2 獲取字典值 .....................148
7.2.3 修改字典值 .....................150
7.2.4 內置函數與方法 .............152
7.2.5 字典排序輸出 .................153
7.2.6 字典綜合實例 .................154
小結 ...................................................157
練習 ...................................................157
第 8 章 異常處理 ............................ 159
8.1 程序中的錯誤 ..........................159
8.2 異常 ..........................................160
8.3 異常的處理 ..............................161
8.3.1 try…except子句 ..............161
8.3.2 單異常處理 .....................162
8.3.3 多異常處理 .....................163
8.3.4 ?nally子句 ...................164
8.3.5 異常的應用 .....................165
小結 ...................................................166
練習 ...................................................166
第 9 章 文件操作 ............................ 167
9.1 文件的打開與關閉 ..................167
9.1.1 文件的打開 .....................168
9.1.2 文件的遍歷 .....................169
9.1.3 文件的關閉 .....................169
9.1.4 上下文管理器 .................170
9.2 文件的讀/寫操作 .....................170
9.2.1 文件讀取方法 .................171
9.2.2 文件寫入方法 .............174
9.3 文件重命名與刪除 ..................175
Python 語言及其應用
9.4 CSV格式文件的讀/寫 .......175
9.5 JSON文件的讀/寫 .............178
9.6 文件與文件夾操作 ..................182
小結 ...................................................183
練習 ...................................................183
第 10 章 數據分析與可視化 ............ 184
10.1 NumPy ....................................184
10.1.1 數組的屬性 ...................185
10.1.2 多維數組及其創建 .......185
10.1.3 數組索引和切片 ...........187
10.1.4 ufunc函數 ......................187
10.1.5 統計分析 .......................189
10.2 Matplotlib ...............................191
10.2.1 繪圖入門 .......................191
10.2.2 標注與美化 ...................193
10.2.3 繪製多子圖 ...................197
10.2.4 根據數據文件繪圖 .......198
10.2.5 繪製餅圖 .......................203
10.2.6 繪製直方圖 ...................205
10.2.7 繪製雷達圖 ...................206
10.2.8 繪製散點圖 ...................208
10.2.9 繪製等值線圖 ...............209
10.2.10 繪製三維圖 .................210
10.2.11 曲線擬合 .....................211
10.3 Pandas的應用 .........................213
10.3.1 數據結構 .......................213
10.3.2 讀取數據庫中數據 .......214
10.3.3 讀取文件中數據 ...........216
10.3.4 數據存儲 .......................217
10.3.5 數據查看 .......................219
10.3.6 數據排序 .......................219
10.3.7 數據統計 .......................219
10.3.8 數據可視化 ...................221
10.4 Seaborn的應用 .......................222
10.4.1 主題 ...............................222
10.4.2 調色板 ...........................224
10.4.3 數據載入 .......................226
10.4.4 單變量圖 ...................227
10.4.5 分佈圖 .......................229
10.4.6 箱線圖 ...........................232
10.4.7 小提琴圖 .......................233
10.4.8 核密度估計圖 ...............235
10.4.9 多變量圖 .......................236
10.4.10 回歸圖 .........................239
10.5 詞雲 ........................................240
10.5.1 英文詞雲製作 ...............241
10.5.2 中文詞雲製作 ...............242
10.6 網絡爬蟲 ................................244
10.6.1 網絡爬蟲的分類 ...........244
10.6.2 爬蟲的基本原理 ...........245
10.6.3 網絡爬蟲的常用技術 ...245
10.6.4 網絡爬蟲開發常用
框架 ...............................250
10.6.5 爬蟲的實例 ...................252
小結 ...................................................255
練習 ...................................................256
附錄 A 常見問題及解答.................. 257
附錄 B 常用函數 ............................ 261
附錄 C ASCII表 ............................. 265
參考文獻 ........................................... 266