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图书信息

Python 语言程序设计实践指导

中国水利水电出版社
    【作 者】主编 张双狮 【I S B N 】978-7-5226-0971-3 【责任编辑】石永峰 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2022-10-12 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】208 【千字数】324 【印 张】13 【定 价】39 【丛 书】普通高等教育数据科学与大数据技术专业教材 【备注信息】
图书详情

    本书围绕 Python 语言的数据结构和算法设计,通过大量实例分析,比照《Python 语言程序设计》(ISBN 978-7-5170-9203-2)教材的章节顺序,从Python编程初步、Python语言基础、Python组合数据类型、Python 控制结构、Python 函数与模块、Python 面向对象编程、Python 文件操作、Python 数据库操作、Python 数据分析初步、Python 图形界面编程、Python 数据可视化 11 个方面,按照问题场景描述、问题算法分析、自然语言算法描述、流程图算法描述和Python程序算法描述的逻辑顺序展开每一个实践题目,循序渐进地引导读者掌握Python 编程的思路、方法和流程。

    本书可作为大数据专业学生程序设计学习的教材,也可作为高等院校“Python 程序设计”课程的教材,还可作为喜爱程序设计和数据分析的人员的快速入门自学参考书。

    内容实用——理论与实践结合,重点突出应用

    体系完善——构建完整的大数据专业解决方案

    产教融合——高校企业共参与,对标行业标准

    资源丰富——微课、课件、教案、源码、答案

    前  言

    在2022年4月TIOBE的编程语言排行榜中,Python依然位居榜首,为当前世界上最受关注的编程语言。Python在人工智能、大数据分析、数值计算以及游戏娱乐等领域有着广泛的应用,当然这是与其免费开源、面向对象、轻松入门、简单实用等特点分不开的。Python在高等教育中已经逐步替代了传统的Visual Basic,并且在中小学基础教育中也开始生根发芽,遍地开花。在实际的教学中我们发现,学习者使用Python的库、包、模块和函数去完成特定简单任务没有什么问题,但是涉及深入应用其独具特色、灵活强大的数据结构设计算法、函数、自定义类、自定义模块等来实现定制应用时就会感到茫然,无从下手。究其原因,主要是缺乏对程序设计原理的把握和对程序设计规律的认识。这也就是说,使用Python编程,计算思维并没有得到很好的培养,这也是部分程序设计教育工作者诟病Python的地方,甚至说Python不是标准编程语言,不宜在高等教育中普及。从根本上来说,计算思维的培养与编程语言没有直接关系,而是与老师对Python的认识、对程序设计规律的认识有直接关系。鉴于此,我们在编写了《Python语言程序设计》(ISBN 978-7-5170-9203-2)之后,进一步编写了这本《Python语言程序设计实践指导》,书中提供了大量编程实践项目,目的是引导读者更加注重计算思维能力的训练和提升。

    可以从以下四个方面阅读、学习本书:

    (1)注重工具软件和第三方库的下载安装方法与使用技巧。作为开源软件、胶水语言,Python拥有非常丰富的第三方库和例程,已经形成了庞大的技术生态,这为我们的编程工作带来了极大的便利,但同时,也给初学者带来不小的困扰和挑战,就是什么东西都得自己动手做。本书在相应的章节实践项目中安排了较为详细的操作指导,如Python数据库操作、Python数据分析初步、Python数据可视化等章节。目的是让读者能尽快适应开源软件的特点。

    (2)注重实践训练,亲测书中全部代码。程序是编出来的,代码是敲出来的。所谓百闻不如一见,百看不如一试,学习编程就是要注重实践,只有实践才能掌握人机交流的方法和技巧,体会到程序调试的精髓,感受到程序设计的乐趣。本书提供了丰富的实践训练项目,每一个项目都配有详细的参考代码,供读者学习阅读和修改测试。

    (3)注重问题的认识,问题的分析,解决问题步骤的描述、流程的描述。使初学者不再畏惧编程的主要方法是让他们明白人与计算机交流和人与人交流本质上是相同的,程序语言只不过是去掉修饰描写和抒情,只注重逻辑顺序流程规律罢了。一旦能把程序设计当成是一种沟通交流(说活、表达、写文章)的方式,就初步具有了计算思维。只要勤加训练,熟悉了所学语言的语法规则,就能渐渐理解形式化表达的方法,掌握形式化表达的规律,最终不断提升计算思维能力。本书对较为典型的实践项目都从问题分析、算法自然语言描述、算法流程图描述和算法程序代码展示几个方面展开指导。只要读者反复阅读、勤加练习,必会有所体悟。

    (4)注重体会形式化表达的方法和规律。我们已经进入智能社会,计算机渗透到社会的各个领域,理解机器智能的特点和规律已经成为新的常识。按照当前计算机冯•诺依曼体系结构,其工作、交流和表达都遵循形式逻辑规律,而没有像人一样有情感和主观能动性。通过编程理解机器智能形式化表达的特点是最直接、最有效的方法。本书实践项目案例多数从问题描述、输入形式、输出形式、样例输入、样例输出和样例说明等几个方面给出,让读者充分体会机器智能的特点和人机交互的规律。而参考程序也按照申请内存、输入、计算和输出这样的流程进一步强化读者对形式化表达特点和规律的认识。

    本书共11章,每一章开始的思维导图都是对本部分实践项目的梳理,开门见山给读者展示本部分的内容和思路,以便读者在学习中始终把握整体和保持思路清晰。每一章开头的实践导读都给出了本次实践的核心思想、方法和流程,列出了需重点掌握的知识点和关键技术。而实践目的则列出对具体知识、技能和素养的要求。每一章的小结都是对本章实践要点的具体解释,以供读者复习查询所用。

    各章的主要内容和设计思路如下:

    第1章 Python编程初步。通过本章实践让读者理解Python作为一种跨平台的脚本编程语言,可以在Linux、Windows、Mac OS等系统下安装和使用,并且可以在任何一个文本文件编辑器中编辑。读者应掌握IDE、Jupyter Notebook、PyCharm、VS Code四种常用Python代码编辑器的下载安装和配置方法,掌握Python在不同编辑器中的程序调试方法与快捷键的使用方法,以及文件管理方法。

    第2章Python语言基础。通过本章实践让读者理解Python作为一种编程语言,具有与其他编程语言相似的基本数据类型、运算符和表达式,它们是程序设计的基础。Python的内置函数众多且功能强大,不仅成熟、稳定,而且运算速度相对较快,因此,编写程序时应优先考虑使用系统函数。读者应熟练掌握Python基本数据类型的表示及特点,常量和变量的定义及赋值方式,基本运算符的功能及优先级规则,表达式的组成、书写及计算,熟练掌握Python常用系统函数的功能及使用方法。

    第3章Python组合数据类型。通过本章实践让读者理解组合数据类型是Python语言区别于其他高级编程语言的一大特色,编程人员使用组合数据类型省去了其他语言中各种复杂数据结构的设计,极其方便,这也是Python流行于数据分析领域的原因之一。读者应熟练掌握Python组合数据类型—列表、元组、字符串、字典、集合的创建、访问和常见的基本操作方法,熟悉Python组合数据类型的实际应用,掌握序列解包的常用操作。

    第4章 Python控制结构。通过本章实践让读者理解程序控制结构是人类对物质运动规律认识的抽象和总结。程序通过顺序、选择和循环三种控制结构对物质运动规律的描述与马克思主义自然哲学对物质运动规律的解释殊途同归,二者交相辉映,相得益彰,读者可同步学习程序控制结构和马克思主义自然哲学原理,理解与掌握程序控制结构,提升计算思维能力和程序设计能力,事半功倍。读者应理解程序的基本结构为申请内存、输入、计算和输出,掌握选择结构程序设计方法,熟练使用if语句,掌握循环结构程序设计方法,熟练使用for语句和while语句,熟练掌握常用算法的程序设计方法。

    第5章 Python函数与模块。通过本章实践让读者理解函数是一种复用技术,通过使用函数可以进一步提高程序的可读性,促进数据代码分离,设计函数应该遵循内部高内聚、之间低耦合的规律。读者应熟练掌握Python 函数的定义和调用、函数的参数传递、变量的作用域、Python的标准库、Python的第三方库、典型库的应用和自定义库的编写方法,巩固对书中理论知识的理解,达到融会贯通的目的。

    第6章 Python面向对象编程。通过本章实践让读者理解类是人类对现实世界各种事物认识的抽象和总结,通过构造线性和非线性数据结构类及其操作,辅助读者理解类和对象的概念,加深对数据结构的认识。读者应掌握类和对象的定义,实例化方法;理解类属性、实例属性、私有属性和公有属性,实例方法、类方法、静态方法、私有方法和公有方法,继承性、封装性和多态性的概念和使用形式。

    第7章 Python文件操作。通过本章实践让读者理解文件是存储在外存储介质中的数据,不同的文件结构导致不同的文件类型,不同文件有着不同的用途,需要不同的读写方法和参数。读者应熟练掌握读写文本文件、二进制文件、CSV文件和JSON文件的方法和流程。

    第8章 Python数据库操作。通过本章实践让读者理解数据库在大量数据的快速共享存取访问,保持数据的一致性和完整性,保持数据与应用程序的独立性方面的优势。读者应熟练掌握MySQL数据库的安装和使用;pymysql(Python DB-API for MySQL)的安装;Python通过SQL语句操作MySQL数据库、数据表和数据记录的方法和流程。

    第9章 Python数据分析初步。通过本章实践让读者理解Python的第三方库Pandas非常适合对海量异构数据进行快捷处理,不需要像数据库操作那样先安装DBMS,因此其在数据分析中占有非常重要的地位,也发挥着非常重要的作用。读者应熟练掌握Pandas库的查看和安装方法;Pandas一维数据结构、二维数据结构的使用;Pandas的重要方法和函数;运用Pandas常用函数进行数据分析的方法和基本流程。

    第10章 Python图形界面编程。通过本章实践让读者理解tkinter是Python进行GUI开发的标准库,不需要额外安装和配置,使用方便。读者应熟练掌握用tkinter进行图形界面程序编写的流程和方法,包括界面布局和控制、界面上图形控件的放置、属性的设置以及事件响应的程序编写;掌握tkinter库及其子库中常用组件和对象的使用。

    第11章 Python数据可视化。通过本章实践让读者理解可视化是利用人眼的感知能力对数据进行交互的可视表达以增强认知。它将不可见或难以直接显示的数据转化为可感知的图形、符号、颜色、纹理等,提高数据识别效率,传递有效信息。读者应熟练掌握Matplotlib数据可视化核心拓展库的使用方法,熟悉大量的定制选项,实现对图形的深度定制和跨平台的交互式图形可视化。

    本书由张双狮任主编,负责全书的策划设计和统稿工作,王娟、李思佳、何巍、吴春颖任副主编。主要编写人员分工如下:张双狮编写第4、9章,张双狮与何巍共同编写第8章,王娟编写第5章,李思佳编写第2、3、10章,何巍编写第1、7、11 章,吴春颖编写第6章。

    本书是全国高等学校计算机教育研究会课题“面向警务新工科的公安信息化基础教学改革与实践研究”(编号:2021-AFCEC-522)、河北省高等教育教学改革研究与实践项目“基于大数据的警务课程考核平台构建与教学实践研究”(编号:2019GJJG460)的阶段性成果。

    本书的编写得到了很多人的支持和帮助。非常感谢中国人民警察大学刘义祥副校长、数据警务技术专业负责人兰月新教授,他们对本书的编写提出了良好建议。还要感谢Python官网、Python数据分析和可视化库官网、CSDN、菜鸟教程、博客园、C语言中文网等网站及其社区的热心博主,他们写了许多非常精彩的、超有参考价值的文章。此外,还要感谢中国水利水电出版社万水分社杨庆川社长对大数据系列丛书出版的支持、策划和建议,感谢石永峰副社长在本书的编写过程中给予的耐心指导和非常细致的校对,以及多次提出的良好建议,特别是他对编写方式及插入图表的策划,使得本书能够更好地用于教学。感谢河北大数据联盟主席安志远教授的热心组织和辛勤付出,感谢大数据联盟兄弟院校的老师们对本书编写提出的宝贵意见和建议,祝愿他们在以后的工作和生活中一切顺利。

    由于时间仓促,加之编者水平有限,书中不妥之处在所难免,敬请广大读者批评指正。

    张双狮

    2022年6月于中国人民警察大学

    前言
    第1章 Python编程初步 1
    实践1 Python IDE安装与使用 2
    实践2 Jupyter Notebook安装与使用 5
    实践3 PyCharm安装与使用 10
    实践4 VS Code安装与使用 16
    本章小结 20
    第2章 Python语言基础 21
    实践1 基本数据类型与基本运算符 22
    实践2 类型转换 28
    实践3 输入与输出 30
    实践4 最值与求和 34
    实践5 排序与逆序 35
    实践6 range()函数 36
    实践7 map()函数 37
    实践8 zip()函数 38
    本章小结 40
    第3章 Python组合数据类型 41
    实践1 列表的定义和使用 42
    实践2 元组的定义和使用 48
    实践3 字符串的实际应用 50
    实践4 字典的定义和使用 53
    实践5 集合的定义和使用 56
    实践6 序列解包 57
    本章小结 59
    第4章 Python控制结构 60
    实践1 顺序结构应用 61
    实践2 单分支结构应用 66
    实践3 双分支结构应用 67
    实践4 多分支结构应用 68
    实践5 分支嵌套结构应用 69
    实践6 遍历循环的应用 71
    实践7 无限循环的应用 74
    实践8 循环控制的应用 77
    实践9 循环嵌套的应用 78
    实践10 程序异常处理 81
    实践11 格式化打印输出问题 82
    实践12 组合数据类型的综合应用 84
    实践13 常用排序与查询算法编程 86
    本章小结 90
    第5章 Python函数与模块 91
    实践1 函数的基本用法 93
    实践2 变量的作用域 104
    实践3 函数的参数传递 105
    实践4 递归函数的定义和调用 114
    实践5 Python库的应用 117
    本章小结 119
    第6章 Python面向对象编程 120
    实践1 类的定义与实例化 121
    实践2 类的属性 123
    实践3 类的方法 125
    实践4 类的封装性 131
    实践5 类的继承性 132
    实践6 类的多态性 136
    本章小结 139
    第7章 Python文件操作 140
    实践1 文本文件操作 140
    实践2 二进制文件操作 143
    实践3 CSV文件操作 145
    实践4 JSON文件操作 147
    本章小结 149
    第8章 Python数据库操作 150
    实践1 MySQL数据库连接 151
    实践2 MySQL数据库操作 155
    实践3 MySQL数据表操作 157
    实践4 MySQL数据记录操作 158
    本章小结 163
    第9章 Python数据分析初步 164
    实践1 Pandas基本操作 164
    实践2 Pandas数据分析进阶 174
    本章小结 179
    第10章 Python图形界面编程 180
    实践1 模拟用户登录 180
    实践2 学生信息管理 183
    实践3 简易计算器 186
    本章小结 189
    第11章 Python数据可视化 190
    实践1 Matplotlib基本操作 191
    实践2 柱形图与条形图绘制 194
    实践3 散点图与气泡图绘制 196
    本章小结 199
    参考文献 200





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