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Python优雅、简洁，有大量的标准库模块，并且支持数量众多的第三方库，可供科学计算、数据分析、人工智能等相关行业的人员学习和研究，对学科交叉应用也很有帮助。本书分为两部分：教学篇和实验篇。教学篇共15章，内容包括Python入门，Python基础，程序设计结构，组合数据，函数，面向对象程序设计，模块、包和库，正则表达式，文件访问，异常处理和单元测试，数据库访问，图形用户界面编程，多进程与多线程，网络程序设计，Python与人工智能；书中内容以程序设计应用为导向，突出使用Python解决实际问题的方法和能力训练。实验篇包括与各章知识对应的实验内容，通过实验培养学生使用Python解决实际问题的编程能力。本书完全面向Python 3.X，全部案例在Python 3.7.2和PyCharm 2018 Professional 3.5环境中编写、测试。除基本案例外，教学篇在各章（不包括第1章）中都精选和安排了与实际结合紧密的典型案例，让读者既可以通过基本案例学到Python基础知识和使用方法，又可以通过典型案例对所学知识进行综合练习和应用，进一步提高编程能力。本书可作为高等学校计算机程序设计课程的教材，也可供Python从业者学习和作为工具书使用。

目    录

第1部分  教  学  篇
  第1章  Python入门
    1.1  概述
      1.1.1  Python简介
      1.1.2  Python的特点
      1.1.3  Python的应用
    1.2  开发环境
      1.2.1  Python版本
      1.2.2  常用开发环境
      1.2.3  Python下载和安装
      1.2.4  PyCharm下载和安装
      1.2.5  第三方库安装
    1.3  程序开发
      1.3.1  程序运行方式
      1.3.2  使用Python自带工具开发Python程序
      1.3.3  使用PyCharm开发Python程序
    1.4  程序结构和编码规范
      1.4.1  文件类型
      1.4.2  代码结构
      1.4.3  程序编码规范
    1.5  输入、输出函数
      1.5.1  input()函数
      1.5.2  print()函数
    练习题1
  第2章  Python基础
    2.1  数据类型
    2.2  数字类型
      2.2.1  整型
      2.2.2  浮点类型
      2.2.3  复数类型
      2.2.4  布尔类型
      2.2.5  数字类型转换
      2.2.6  分数和高精度实数
      2.2.7  常用数学函数
    2.3  字符串类型
      2.3.1  字符串及创建
      2.3.2  字符串访问
      2.3.3  字符串运算
      2.3.4  字符串函数
      2.3.5  转义字符
    2.4  常量和变量
      2.4.1  常量
      2.4.2  变量
    2.5  运算符和表达式
      2.5.1  常用运算符和表达式
      2.5.2  运算符优先级
      2.5.3  补充说明
    2.6  特殊内置函数
      2.6.1  内置函数简介
      2.6.2  特殊内置函数
    2.7  程序调试
      2.7.1  错误类型
      2.7.2  使用Python自带的Shell工具进行程序调试
      2.7.3  在PyCharm中调试程序
    2.8  典型案例
      2.8.1  计算复杂算术运算表达式的值
      2.8.2  求几何面、几何体的(表)面积或体积
      2.8.3  解一元二次方程
      2.8.4  验证码验证
    练习题2
  第3章  程序设计结构
    3.1  概述
    3.2  顺序结构
    3.3  选择结构
      3.3.1  单分支结构
      3.3.2  二分支结构
      3.3.3  多分支结构
      3.3.4  条件运算
      3.3.5  选择结构嵌套
    3.4  循环结构
      3.4.1  while语句 
      3.4.2  for语句
      3.4.3  break、continue和pass语句
      3.4.4  循环结构的嵌套
    3.5  典型案例
      3.5.1  计算部分级数和
      3.5.2  使用选择结构计算员工工资
      3.5.3  用递推法求解实际问题
      3.5.4  “试凑法”解方程
      3.5.5  计算机猜数
      3.5.6  模拟自动饮料机
    练习题3
  第4章  组合数据
    4.1  概述
    4.2  列表
      4.2.1  列表创建
      4.2.2  列表访问
      4.2.3  列表复制和删除
      4.2.4  列表运算
      4.2.5  列表统计
      4.2.6  列表查找与排序
    4.3  元组
      4.3.1  元组创建
      4.3.2  元组访问
      4.3.3  元组复制和删除
      4.3.4  元组运算
      4.3.5  元组统计
    4.4  字典
      4.4.1  字典创建
      4.4.2  字典访问
      4.4.3  字典复制和删除
    4.5  集合
      4.5.1  集合创建
      4.5.2  集合访问
      4.5.3  集合复制和删除
      4.5.4  集合运算
      4.5.5  集合统计
    4.6  嵌套组合数据
    4.7  典型案例
      4.7.1  查找
      4.7.2  排序
      4.7.3  推导式
      4.7.4  列表作为堆栈和队列使用
      4.7.5  基于组合数据的游戏角色管理
    练习题4
  第5章  函数
    5.1  函数定义和调用
      5.1.1  函数定义
      5.1.2  函数调用
    5.2  函数参数
      5.2.1  参数传递
      5.2.2  参数类型
      5.2.3  参数传递的序列解包
    5.3  特殊函数
      5.3.1  匿名函数
      5.3.2  递归函数
      5.3.3  嵌套函数
    5.4  装饰器
      5.4.1  装饰器的定义和调用
      5.4.2  带参数的装饰器
    5.5  变量作用域
    5.6  典型案例
      5.6.1  加密和解密
      5.6.2  求最大公约数
      5.6.3  使用装饰器检查函数参数合法性
      5.6.4  模拟轮盘抽奖游戏
    练习题5
  第6章  面向对象程序设计
    6.1  概述
    6.2  类与对象
      6.2.1  类的定义
      6.2.2  对象创建和使用
    6.3  类的成员
      6.3.1  成员类型
      6.3.2  内置成员
    6.4  类的方法
      6.4.1  类的方法类型
      6.4.2  属性
      6.4.3  特殊方法
    6.5  类的继承与多态
      6.5.1  类的继承
      6.5.2  类的多态
    6.6  抽象类和抽象方法
    6.7  典型案例——书籍出租管理系统
    练习题6
  第7章  模块、包和库
    7.1  概述
    7.2  常用标准库模块
      7.2.1  Turtle模块
      7.2.2  Random模块
      7.2.3  Time模块和Datetime模块
      7.2.4  Os模块 
      7.2.5  Sys模块
      7.2.6  Timeit模块
      7.2.7  Zlib模块
    7.3  常用第三方库
      7.3.1  NumPy库
      7.3.2  Pandas库
      7.3.3  SciPy库
      7.3.4  Matplotlib库
      7.3.5  Jieba库
      7.3.6  Pyinstaller库
    7.4  自定义模块
    7.5  典型案例
      7.5.1  使用Turtle绘制表面填充正方体
      7.5.2  使用NumPy和Matplotlib分析股票
      7.5.3  使用Pandas分析股票交易数据
      7.5.4  使用图像处理库处理和显示图像
    练习题7
  第8章  正则表达式
    8.1  概述
    8.2  正则表达式语法
    8.3  使用正则表达式模块处理字符串
      8.3.1  Re模块中的常用函数
      8.3.2  常用正则表达式
    8.4  典型案例
      8.4.1  提取并汇总字符串中的费用
      8.4.2  校验字符串合法性
      8.4.3  解析网页内容
    练习题8
  第9章  文件访问
    9.1  概述
    9.2  文本文件访问
      9.2.1  打开文件
      9.2.2  文件操作
    9.3  二进制文件访问
      9.3.1  使用Pickle模块读/写二进制文件
      9.3.2  使用Struct模块读/写二进制文件
      9.3.3  使用Marshal模块读/写二进制文件
      9.3.4  使用Shelve模块读/写二进制文件
    9.4  典型案例
      9.4.1  合并文件
      9.4.2  CSV文件操作
    练习题9
  第10章  异常处理和单元测试
    10.1  异常类和异常处理
      10.1.1  异常和异常类
      10.1.2  异常处理
      10.1.3  断言语句
    10.2  单元测试
    10.3  典型案例
      10.3.1  自定义异常类
      10.3.2  自定义测试类
    练习题10
  第11章  数据库访问
    11.1  概述
    11.2  常用关系数据库访问
      11.2.1  常用关系数据库简介
      11.2.2  Python DB-API规范
      11.2.3  典型案例——访问关系数据库
    11.3  非关系数据库访问
      11.3.1  MongoDB
      11.3.2  典型案例——访问MongoDB
    练习题11 
  第12章  图形用户界面编程
    12.1  wxPython库简介
    12.2  事件处理
    12.3  常用控件
      12.3.1  窗体
      12.3.2  按钮、标签和文本框
      12.3.3  单选按钮、复选框
      12.3.4  列表框、组合框
      12.3.5  菜单
      12.3.6  工具栏、状态栏
      12.3.7  对话框
    12.4  布局
      12.4.1  布局及其类型
      12.4.2  wx.BoxSizer
      12.4.3  wx.GridSizer
    12.5  典型案例——专利管理系统
    练习题12
  第13章  多进程与多线程
    13.1  Python中的多进程
      13.1.1  进程的含义
      13.1.2  创建进程
      13.1.3  进程通信
      13.1.4  进程同步
    13.2  Python中的多线程
      13.2.1  线程含义
      13.2.2  创建线程
      13.2.3  线程通信
      13.2.4  线程同步
    13.3  典型案例
      13.3.1  使用多进程导入/导出数据
      13.3.2  使用多线程模拟彩票发行
    练习题13
  第14章  网络程序设计
    14.1  网络协议
      14.1.1  互联网协议族
      14.1.2  TCP/IP
    14.2  套接字(Socket)编程
      14.2.1  套接字简介
      14.2.2  基于TCP的套接字编程
      14.2.3  基于UDP的套接字编程
    14.3  Web编程
      14.3.1  Web编程概述
      14.3.2  Django
    14.4  典型案例
      14.4.1  简单嗅探器
      14.4.2  多线程端口扫描
      14.4.3  用网络爬虫爬取全国城市天气信息
      14.4.4  基于Django的个人博客
    练习题14
  第15章  Python与人工智能
    15.1  概述
      15.1.1  人工智能简介
      15.1.2  Python与人工智能
    15.2  机器学习
      15.2.1  Sklearn
      15.2.2  典型案例——使用线性回归模型训练、测试和预测数据
    15.3  深度学习
      15.3.1  TensorFlow
      15.3.2  典型案例——识别模糊的手写数字图片
    练习题15 

第2部分  实  验  篇
  实验1  Python入门
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验2  Python基础
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验3  程序设计结构
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验4  组合数据
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验5  函数
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验6  面向对象程序设计
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验7  模块、包和库
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验8  正则表达式
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验9  文件访问
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验10  异常处理和单元测试
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验11  数据库访问
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验12  图形用户界面编程
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验13  多进程与多线程
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验14  网络程序设计
    一、实验目的
    二、实验内容
  实验15  Python与人工智能
    一、实验目的
    二、实验内容 
参考文献

前    言

计算机程序设计是高校计算机各专业教学的核心课程，它以高级程序设计语言作为工具，介绍程序设计的思想和方法，为后续相关计算机课程学习奠定基础，也是训练学生使用计算机编程解决实际问题的重要手段。
与其他程序设计语言(如C/C++、C#、Java等)相比，Python是一门免费、开源、跨平台的高级动态编程语言，在1991年推出第1版后就迅速得到了各行业人士的青睐，连续多年在TIOBE推出的语言排行榜上名列前茅，甚至在2017年7月由IEEE Spectrum推出的编程语言排行榜上位居第1名。目前，Python已经在计算机科学、统计分析、图形图像处理、人工智能、网络爬虫、系统运维等不同行业和领域中得到了广泛的应用和研究。
Python支持命令式编程、函数式编程和面向对象程序设计，其语法简洁清晰，拥有大量功能强大的标准库模块和第三方库，可让学习者从语法细节中摆脱出来，专注于问题本身的分析、设计和解决该问题的逻辑与方法，不用过多考虑语言本身的细节，因而开发效率高，可以帮助不同领域的设计人员、研究人员、项目管理人员快速实现自己的思路和创意。
在国外，Python已经成为很多著名高校，如卡耐基梅隆大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校、哈佛大学等计算机专业、非计算机专业的重要程序语言教程，甚至一些高中也把它作为程序设计的入门语言。在国内，一些大学的不同专业也陆续开设了Python程序设计课程。
考虑到Python入门容易，程序简洁，跨平台，以及在科学计算、数据分析和人工智能等方面的良好应用，我们编写了本书。本书以Python作为实现工具，介绍程序设计的基本思想和方法，培养学生利用Python解决实际问题的能力。
本书分为两部分：教学篇和实验篇。教学篇共15章：第1章介绍Python基本知识与概念，开发环境，程序开发步骤，程序结构与编码规范，输入、输出函数等；第2章介绍数据类型、常量和变量、运算符、常用特殊内置函数、程序调试等；第3章介绍程序设计结构，包括顺序结构、选择结构和循环结构；第4章介绍组合数据的使用方法，包括列表、元组、字典和集合；第5章介绍函数的定义和调用、参数类型、特殊函数、装饰器及变量作用域等；第6章介绍类与对象，类的成员和方法，属性，类的继承与多态，抽象类等；第7章介绍常用标准库模块，常用第三方库及模块的使用，自定义模块的创建、调用方法；第8章介绍正则表达式的语法规则、使用正则表达式模块匹配和过滤字符串的步骤与方法等；第9章介绍文本文件和二进制文件的访问方法；第10章介绍程序异常处理和单元测试的方法与步骤；第11章介绍在Python程序中访问不同类型数据库的方法；第12章介绍基于第三方库wxPython的图形用户界面程序设计；第13章介绍多进程与多线程的创建、使用、通信、同步等；第14章介绍网络程序设计，包括基于TCP和UDP的套接字(Socket)编程、Web编程等；第15章介绍人工智能的基本概念、使用Sklearn库和TensorFlow框架进行人工智能开发的初步知识。实验篇包括精选的、与各章知识对应的实验题目，以方便读者上机练习。
本书既介绍了Python基础知识，如Python编程基础、程序设计结构、函数、面向对象程序设计、常用标准库模块和常用第三方库等；又介绍了Python中较为专业的内容，如数据库访问、图形用户界面编程、多进程与多线程、网络程序设计等；还对当前的研究热点——人工智能进行了探索，介绍了基于Python的机器学习库Sklearn和深度学习框架TensorFlow的初步使用方法。本书有300余个案例，分为两类：一类是与书中每个知识点对应的基本案例；另一类是面向应用的典型案例。前者让读者通过基本案例学习并掌握Python基本理论和实践知识，后者通过典型案例提升读者解决较为复杂实际问题的能力。
在Python发展过程中，形成了Python 2.X和Python 3.X两个版本。考虑到Python 3.X是Python的主流，本书选择Windows 64位操作系统下的Python 3.7.2作为实现环境。同时，也介绍了开发效率较高的集成开发软件PyCharm的使用方法。
本书提供配套的教学资源，包括教学大纲、电子课件、案例源代码、课后习题答案、实验参考答案等。读者可以登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)下载，也可与作者联系索取。作者邮箱：2430179820@qq.com。
本书可作为高等学校计算机程序设计课程的教材，也可供Python从业者学习和作为工具书使用。
本书第11～15章由王雷春(湖北大学)编写，第1～3章由黄红胜(陆军勤务学院)和李珊枝(武汉晴川学院)编写，第4～9章由王雷春和李珊枝编写，第10章由朱晓钢(湖北大学)编写，习题和实验部分由艾芳菊(湖北大学)和肖蓉(湖北大学)编写，全书由王雷春统稿。此外，参与本书部分章节编写和案例实现的还有周国玉、吴珊、周鹏等。
由于作者学识水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

                                                                   王雷春 
                                                                   于湖北武汉

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