Python程序设计与应用（第二版）

内容实用 案例引导，任务驱动，体现“成果为导向，学生为中心”的教育理念。

案例贴合 教材案例结合实际应用场景，能够解决在实际学习工作中的应用问题。

资源丰富 配有电子教案、程序源代码、习题答案等资源，方便读者学习使用。

第二版前言

Python语言已成为目前最受欢迎的语言之一，其生态链应用也越来越广泛，从绘制图形到词频统计，从图像处理到Web开发，从科学计算到嵌入式开发，越来越多的场景可以使用Python语言来解决。尤其是人工智能时代的到来，调用方便、科学计算功能强大依旧使Python在AI领域拥有最强大的竞争力，可以说Python语言就是人工智能领域的BASIC语言。

本书的编写旨在推动把Python语言教学作为应用型本科大学相关专业公共基础课程来进行教授。本书在内容编写上分为两部分：第一部分基础知识，通过浅显易懂的语言结合丰富的配图让编程初学者快速入门，掌握Python语言；第二部分项目实践，通过设计项目实践环节初步展现解决问题的过程和方法，让初学者能够使用编程思维解决问题，并通过项目实施了解项目的开发流程，掌握常用第三方库的使用。因此，本书既可以面向计算机软件编程零基础和刚入门的读者，也适用于具备一定基础，开始学习第三方库使用和初级项目实施的读者。

本书围绕全国计算机等级考试Python语言考试大纲在内容上做了对应的编排，覆盖了大纲所要求掌握的内容范围，基础知识部分每一章的后面都附有适量习题，可作为全国计算机等级考试（Python语言）的参考书。

全书分两部分共15章。第一部分基础知识，共10章：第1章阐述计算机的基本概念、软硬件的发展历史和现状，并对Python语言的基本概念和特点作了介绍；第2章介绍Python编程环境的搭建，主要包括Anaconda、IDLE和PyCharm三种常用环境的搭建与使用；第3章介绍Python语言基本内容，主要包括标识符、基本运算、赋值、字符串操作和内置函数等；第4章主要介绍选择和循环等程序控制结构；第5章介绍Python语言常用的四种结构，即列表、元组、字典和集合；第6章介绍函数的使用、参数的传递、全局变量和局部变量的使用；第7章介绍模块、包和第三方库的引入和使用；第8章介绍文件的基本操作，并对CSV文件和Excel文件在Python中的读写调用进行了详细叙述；第9章对面向对象程序设计方法进行了描述；第10章专门围绕异常处理进行了详细描述。

第二部分项目实践，分5个项目进行练习：项目1主要是绘制图形和项目的打包发布任务，包含turtle、matplotlib等第三方库的介绍；项目2介绍了使用Python实现按需求批量生成电子表格、表格数据分类及处理、Excel和Word文件的批量处理及格式转换等任务，包含openpyxl、python-docx、docxcompose、comtypes等第三方库；项目3设计了一个网页爬虫任务，通过项目实施实现对urllib、etree、xpath、time、Pandas、jieba、wordcloud等第三方库的介绍和使用；项目4基于Django框架和MySQL数据库实现了一个简单的基于动态数据展示的Web应用；项目5设计实现了一个基于图形用户界面（GUI）的二手房价格预测程序，包含tkinter、requests、bs4、pypinyin、pandas、re、sklearn、matplotlib、seaborn等库的基本使用方法，通过爬取到的二手房数据做预处理，训练一个预测模型，得到房源的预测价格。

本书由张广渊任主编，倪燃任副主编，其中第1章、第10章由张广渊编写，第2章、第11章和第12章由倪燃编写，第3章由吴昌平、赵慧编写，第4章由吴昌平、杨海编写，第5章由李凤云、杨海编写，第6章由朱振方、吴媚编写，第7章由朱振方、罗晨编写，第8章由李凤云、罗晨编写，第9章由赵慧编写，第13章由李凤云编写，第14章由朱振方编写，第15章由王嘉月编写，全书由张广渊统稿。

本书内容基于Python3编写，所有源程序代码均在Python3编程环境下运行通过。

由于编者水平有限，书中难免有疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正。

编 者

2023年8月

第二版前言
第一版前言
第一部分 基 础 知 识

第1章 绪论 1
1.1 计算机发展历史 1
1.1.1 计算机的历史 1
1.1.2 个人计算机的历史 2
1.2 软硬件基本知识 3
1.2.1 冯•诺依曼结构 3
1.2.2 计算机软件发展 7
1.3 常用编程语言介绍 9
1.3.1 机器语言 9
1.3.2 汇编语言 10
1.3.3 高级程序设计语言 10
1.4 Python语言简介 11
1.4.1 Python语言的历史 11
1.4.2 Python语言的特点 12
1.4.3 Python语言的应用 12
练习一 13
第2章 Python编程环境搭建 15
2.1 Anaconda安装与Python编程界面 15
2.1.1 Anaconda安装过程 15
2.1.2 Anaconda中的Python
编辑器Spyder 19
2.2 Anaconda其他常用功能 25
2.2.1 常用应用程序及pip模块安装
命令 25
2.2.2 常用科学包介绍 26
2.3 了解IDLE开发环境 32
2.3.1 启动IDLE 33
2.3.2 使用IDLE编写Python程序 34
2.4 使用PyCharm编辑器 36
2.4.1 下载安装 36
2.4.2 新建项目 36
2.4.3 配置PyCharm 38
练习二 42
第3章 Python程序设计入门 43
3.1 简单程序案例 43
案例3.1 华氏温度转换为摄氏温度 43
案例3.2 求圆周长和圆面积 44
3.2 常量与变量 44
3.2.1 常量 44
3.2.2 变量 46
3.3 标识符、关键字和标准数据类型 47
3.3.1 标识符、关键字 47
3.3.2 标准数据类型 49
3.4 运算符 49
3.4.1 算术运算符 49
3.4.2 关系运算符 50
3.4.3 逻辑运算符 50
3.4.4 位运算符 51
3.4.5 赋值运算符 52
3.4.6 成员运算符 52
3.4.7 标识（身份）运算符 52
3.4.8 运算符优先级 52
3.5 源程序书写风格 53
3.5.1 注释 53
3.5.2 缩进 53
3.5.3 语句换行 54
3.5.4 必要的空格与空行 54
3.6 赋值语句 54
3.7 基本输入/输出 55
3.7.1 基本输入 55
3.7.2 基本输出 56
3.8 字符串操作 59
3.8.1 字符串的存储方式 59
3.8.2 字符串切片 60
3.8.3 字符串运算符 61
3.9 内置函数 62
3.9.1 数学函数 62
3.9.2 字符串函数 63
3.9.3 类型判断和类型间转换 65
3.10 turtle画图程序 67
练习三 67
第4章 程序控制 71
4.1 选择结构 71
4.2 循环结构 75
4.2.1 while语句 75
4.2.2 for语句 77
4.2.3 break语句、continue语句
和pass语句 78
4.2.4 循环嵌套 79
4.3 控制程序综合程序案例 80
练习四 82
第5章 列表、元组、字典、集合 85
5.1 列表 85
5.1.1 列表的创建与删除 86
5.1.2 列表元素的访问 87
5.1.3 用列表的基本操作实现案例任务 88
5.1.4 列表的高级操作 89
5.1.5 用列表的高级操作实现案例任务 90
5.2 元组 90
5.2.1 元组的创建与删除 91
5.2.2 访问元组的元素 92
5.2.3 元组的高级操作 92
5.2.4 用元组实现案例任务 92
5.3 字典 93
5.3.1 字典的创建与删除 94
5.3.2 字典元素的基本操作 95
5.3.3 用字典实现案例任务 96
5.3.4 字典的高级操作 98
5.4 集合 98
5.4.1 集合的基本操作 99
5.4.2 用集合实现案例任务 99
5.4.3 集合运算 100
5.5 组合数据综合程序案例 101
5.6 列表、元组、字典、集合的应用
小结 105
练习五 105
第6章 函数 108
6.1 函数的基本结构 108
6.1.1 函数的定义 108
6.1.2 函数的调用 109
6.1.3 函数的返回值 110
6.1.4 函数的嵌套 110
6.2 函数的参数 111
6.2.1 必选参数 111
6.2.2 关键字参数 112
6.2.3 默认参数 113
6.2.4 不定长参数 113
6.2.5 混合传递 114
6.3 变量的作用域 115
6.3.1 局部变量和全局变量 115
6.3.2 global和nonlocal关键字 116
6.4 匿名函数 118
6.4.1 匿名函数的定义 118
6.4.2 匿名函数的特征 119
6.4.3 匿名函数的使用 119
6.5 内置函数介绍 120
练习六 123
第7章 模块 126
7.1 模块概述 126
7.2 模块的导入 127
7.2.1 直接使用import导入模块 127
7.2.2 通过sys模块导入自定义
模块的path 129
7.2.3 通过pth文件找到自定义模块 130
7.3 基本模块的使用 130
7.3.1 math模块 131
7.3.2 random库 136
7.3.3 time库 138
7.4 包 142
7.4.1 引入包的原因 142
7.4.2 导入和使用包 142
练习七 143
第8章 文件 145
8.1 文件的基本操作 145
8.1.1 文件与文件对象 145
8.1.2 打开和关闭文件 146
8.1.3 文件写入 148
8.1.4 顺序读取写入文件的内容 149
8.1.5 随机读取文件内容的方法 153
8.1.6 综合实例—使用文件来
保存游戏 154
8.2 读取存储CSV格式 158
8.2.1 CSV文件格式 158
8.2.2 常规CSV文件存取过程 158
8.2.3 使用CSV模块读写文件 161
8.3 其他类型文件的读取与写入 161
8.3.1 xlrd模块读取Excel文件 161
8.3.2 xlwt模块写Excel文件 162
8.4 使用os模块处理文件和目录 163
8.4.1 os模块常用方法 163
8.4.2 遍历目录及子目录 163
8.5 文件使用综合实例 164
练习八 167
第9章 面向对象程序设计 169
9.1 面向对象的程序设计思想 169
9.2 类的定义和使用 170
9.2.1 创建类和对象 170
9.2.2 数据成员 171
9.2.3 方法 172
9.3 类的继承与方法重载 175
9.3.1 派生类的定义和使用 175
9.3.2 方法重载 176
9.3.3 面向对象程序设计应用小结 177
9.4 面向对象程序设计应用案例 178
练习九 183
第10章 异常处理 184
10.1 什么是异常 184
10.2 如何处理异常 186
10.3 处理多个异常 187
练习十 188

第二部分 项 目 实 践

第11章 项目1：根据函数绘制曲线 190
11.1 主要问题 190
11.1.1 turtle模块绘制坐标系 190
11.1.2 使用NumPy模块获得散点数列 192
11.1.3 2D绘图模块turtle动画展示
曲线 192
11.2 项目实施 193
11.2.1 程序流程 193
11.2.2 程序代码 194
11.2.3 运行结果 197
11.3 项目扩展 198
11.3.1 使用matplotlib显示静态曲线 198
11.3.2 打包成exe文件 198
第12章 项目2：办公自动化程序设计 201
12.1 批量创建Excel文档 201
12.1.1 任务介绍 201
12.1.2 Excel基本模型概念与常用
第三方库（包） 202
12.1.3 任务处理 204
12.2 批量处理Excel数据 210
12.2.1 任务介绍 210
12.2.2 任务分析 211
12.2.3 任务处理 212
12.3 批量处理Word文档 214
12.3.1 任务介绍 215
12.3.2 相关模块介绍 215
12.3.3 任务处理 217
第13章 项目3：网页数据下载与处理 221
13.1 使用urllib库爬取数据 221
13.2 相关知识点 222
13.2.1 网络请求与响应 222
13.2.2 字符编码与解码 223
13.2.3 HTML 224
13.3 用etree和xpath提取数据 225
13.4 将提取的数据存到列表中 228
13.5 将列表中的数据存为CSV文件
和TXT文件 229
13.5.1 用time库获取日期时间 229
13.5.2 使用Pandas库实现数据处理 230
13.6 分词数据和词云数据分析 232
13.6.1 使用jieba库实现分词 232
13.6.2 使用wordcloud库生成词云 233
13.6.3 使用matplotlib库实现词云的
可视化 234
第14章 项目4：Django+MySQL Web开发 236
14.1 概述 236
14.2 Django简介 238
14.2.1 框架介绍 238
14.2.2 架构设计 238
14.2.3 工作机制 239
14.2.4 部署 240
14.2.5 文档 240
14.3 MVC框架介绍 240
14.4 Python Django的安装 241
14.5 使用PyCharm和Django创建
简单的Web服务器 242
14.5.1 软件安装 242
14.5.2 PyCharm 新建Django工程 242
14.5.3 项目启动 243
14.5.4 Web工程添加页面 244
14.5.5 动态数据显示 246
14.5.6 数据库准备 247
14.5.7 连接数据库 250
第15章 项目5：二手房价格预测 255
15.1 图形用户界面（GUI） 255
15.2 在界面中集成爬取二手房数据功能 257
15.2.1 使用pypinyin库将汉字转换为
汉语拼音首字母 257
15.2.2 使用requests库发送HTTP
请求 257
15.2.3 使用bs4库解析HTML页面 258
15.2.4 使用csv模块将数据写入文件 260
15.2.5 整合代码 261
15.3 房价预测 264
15.3.1 数据清洗、预处理 265
15.3.2 线性回归模型 270
15.3.3 模型性能评估 272
15.4 总结 275
附录 全国计算机等级考试二级Python语言
程序设计考试大纲（2022年版） 276

1. 大学生创新创业基础 [主 编 李婷 张玉萍]
2. 多维视域下的高校篮球教学创新研究 [张利超 李宁 著]
3. 创新创业训练实践教程 [主编 王日华 陈武 黄喆诚]
4. 智能控制导论（第四版） [蔡自兴 编著]
5. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
6. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
7. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
8. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
9. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
10. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
11. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
12. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
13. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
14. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
15. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
16. C程序设计实践教程 [刘卫国]
17. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
18. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
19. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
20. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
21. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
22. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
23. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
24. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
25. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
26. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
27. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
28. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
29. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
30. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]