Python程序设计

中国水利水电出版社

【作者】主编卢山

【I S B N 】978-7-5226-4621-3

【责任编辑】张玉玲

【适用读者群】本专通用

【出版时间】2026-08-24

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】324

【千字数】518

【印张】20.25

【定价】￥59

【丛书】

【备注信息】

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本教材立足Python在信息管理、安全工程、工业工程等专业领域的应用需求，针对现有教材重语法轻场景、重高阶轻基础的痛点，搭建起Python基础语法与专业应用之间的桥梁。全书以“基础夯实—能力进阶—专业落地”为主线，分为10章，依次讲解编程环境配置、基础语法、模块化与面向对象编程、文件操作，以及数据分析、图形界面开发、数据可视化等专业应用内容。

本教材采用场景化案例、问题导向讲解、阶梯式实践的设计思路，帮助学习者实现从“懂语法”到“用Python解决专业问题”的转变。本教材适用于信息管理与信息系统、安全工程、工业工程等专业的本科生，也可作为相关领域从业者的Python入门参考用书。

内容实用

理论与实践紧密结合，重点突出应用，力求让读者通过案例掌握知识点。

体系完善

全书从Python 语法入门到数据分析、可视化，构建起从基础到应用的完整知识框架。

产教融合

本书由高校与企业共同参与编写，对标行业标准，紧跟产业实际需求。

在数字化浪潮席卷全球的今天，Python凭借其简洁优雅的语法、强大的生态体系与跨领域的适配能力，已成为信息管理、安全工程、工业工程等专业领域数据处理与系统开发的核心工具。无论是数据分析、人工智能建模，还是系统运维、图形界面开发，Python都以“代码即思路”的特性，降低了技术落地的门槛，让开发者能更聚焦于专业逻辑的实现而非语言本身的复杂细节。

然而，当前多数Python教材要么侧重纯语法讲解，缺乏与专业场景的结合；要么偏向高阶应用，忽略了初学者对基础体系的构建需求。许多学习者在掌握基础语法后，仍面临“懂语法却不会解决专业问题”的困境—不理解如何将数据类型与实际业务数据匹配，不清楚如何用控制结构实现专业算法，也不知道如何通过函数、模块与面向对象思想构建可复用的专业系统。针对这一痛点，我们编写了本教材，旨在搭建“Python基础语法”与“专业领域应用”之间的桥梁，让学习者不仅“会用Python”，更能“用Python解决专业问题”。

本教材以“基础夯实—能力进阶—专业落地”为逻辑主线，共分为10章，形成完整的知识体系：

第1章从Python的发展历程与核心特性入手，结合跨平台安装与开发环境配置，帮助学习者搭建首个Python编程环境，完成从“认知”到“实践”的第一步。

第2～4章聚焦基础语法体系，系统讲解数据类型、变量与运算符、控制结构，特别强调“数据类型与专业数据的对应关系”“控制结构与专业算法的映射逻辑”，通过计数、累加、递推等案例，让学习者理解代码背后的计算思维。

第5～6章进入模块化与面向对象编程阶段，详解函数、模块与类的设计思想，结合“学生成绩管理”“设备权限控制”等专业场景，演示如何通过函数封装重复功能、通过类抽象专业实体（如“学生”“设备”“用户”），培养代码复用与系统设计能力。

第7章转向文件操作（文本、二进制、CSV、Excel、JSON），解决“专业数据如何存储与读取”的核心问题，为后续数据分析奠定基础。

第8～10章聚焦专业应用能力，从数据分析初步（数据清洗、统计计算）、图形界面编程（专业工具开发）到数据可视化（结果呈现与解读），完整覆盖“数据获取—处理—分析—呈现”的专业工作流，让学习者具备独立开发小型专业系统的能力。

在内容设计上，本教材具有三大特色：

一是“场景化案例”贯穿始终。每个知识点均配套信息管理（如学生成绩统计）、安全工程（如IP漏洞扫描）、工业工程（如设备状态监控）领域的案例，让语法学习与专业认知同步推进。

二是“问题导向”的讲解方式。每个章节开篇提出专业领域的实际问题（如“如何统计商品销售情况？”“如何实现警察抓小偷的游戏逻辑？”），再通过语法知识点逐步拆解解决方案，培养“用代码解决问题”的思维。

三是“阶梯式实践”设计。从课后习题到综合案例（如学生成绩管理系统、用户权限管理系统），难度逐步提升，既巩固基础，又锻炼综合应用能力，同时提供完整代码与注释，方便学习者对照理解。

本教材适用于信息管理与信息系统、安全工程和工业工程等专业的本科生，也可作为相关领域从业者的Python入门参考书。建议学习者在学习过程中，结合教材中的案例动手实践——编程能力的提升不仅在于“看懂代码”，更在于“写出代码”和“优化代码”。同时，可根据自身专业方向，选择性深入某一应用章节（如信息管理专业侧重第7～9章，安全工程专业侧重第6～8章），实现“按需学习”。

本教材的编写凝聚了团队多年的教学与实践经验，参考了Python官方文档、开源社区案例及国内外优秀教材，力求内容准确、案例实用。但由于Python生态迭代迅速，且专业领域应用场景多样，教材中难免存在疏漏之处，欢迎广大读者与同行批评指正。

最后，感谢所有为本教材提供支持的同仁；感谢教学过程中学生的反馈与建议；也感谢编写团队每一位成员的严谨与付出，包括刘雪勇、褚宏睿、黄利华、刘天旭、赵岳等；感谢首都经济贸易大学管理工程学院对本教材出版的大力支持。希望本教材能成为学习者开启Python专业应用之旅的“钥匙”，助力大家在数字化时代用代码赋能专业发展。

编者

2026年1月

前言
第1章 Python编程初步 1
1.1 Python概述 1
1.1.1 Python的发展历程 3
1.1.2 Python的特点 5
1.1.3 Python的应用领域 7
1.2 Python的安装 9
1.2.1 在Linux下安装Python 9
1.2.2 在Windows下安装Python 11
1.2.3 安装和管理Python扩展包 13
1.3 Python的开发环境 15
1.3.1 IDLE 16
1.3.2 PyCharm 19
1.3.3 Anaconda 25
本章小结 36
习题 37
第2章 Python语言基础 40
2.1 数据类型 40
2.1.1 数值类型 40
2.1.2 字符串 42
2.1.3 数据类型的转换 43
2.2 变量和常量 45
2.2.1 变量 45
2.2.2 常量 47
2.3 运算符和表达式 48
2.3.1 算术运算符 48
2.3.2 关系运算符 49
2.3.3 逻辑运算符 49
2.3.4 赋值运算符 50
2.3.5 位运算符 50
2.3.6 成员运算符 51
2.3.7 身份运算符 51
2.3.8 运算符优先级规律 52
2.3.9 表达式 52
2.4 常用系统函数 53
2.4.1 常用内置函数 53
2.4.2 常用标准库函数 57
2.5 代码编写规则 60
本章小结 61
习题 61
第3章 Python组合数据类型 63
3.1 组合数据类型简介 63
3.2 列表——动态数据管理核心 64
3.2.1 列表的创建 64
3.2.2 访问列表元素 64
3.2.3 列表切片 65
3.2.4 修改列表元素 66
3.2.5 添加列表元素 66
3.2.6 删除列表元素 67
3.2.7 检索列表元素 69
3.2.8 统计列表元素 69
3.2.9 列表元素排序 69
3.2.10 列表常用函数 70
3.2.11 列表推导式 71
3.2.12 列表的应用实例 73
3.3 元组——不可变序列 74
3.3.1 元组的创建 74
3.3.2 访问元组元素 75
3.3.3 元组的基本操作 75
3.3.4 生成器推导式 76
3.3.5 元组的应用实例 76
3.4 字符串——文本数据处理核心 77
3.4.1 字符串的基本操作 77
3.4.2 字符串的常用方法 79
3.4.3 字符串的格式化 82
3.4.4 字符串的应用实例 84
3.5 字典——键值映射数据管理 85
3.5.1 字典的创建 85
3.5.2 访问字典元素 87
3.5.3 字典元素的添加与修改 87
3.5.4 字典元素及字典的删除 88
3.5.5 字典推导式 89
3.5.6 字典的应用实例 90
3.6 集合——无序不重复数据筛选 91
3.6.1 集合的创建和删除 91
3.6.2 访问集合元素 92
3.6.3 添加集合元素 93
3.6.4 删除集合元素 93
3.6.5 集合运算 94
3.6.6 集合推导式 95
3.7 序列解包 97
本章小结 97
习题 98
第4章 Python控制结构 100
4.1 顺序结构 101
4.1.1 输入语句 101
4.1.2 输出语句 102
4.1.3 计算语句 104
4.2 选择结构 107
4.2.1 单分支选择结构 107
4.2.2 双分支选择结构 108
4.2.3 多分支选择结构 110
4.2.4 选择嵌套 112
4.2.5 判断条件及组合 113
4.2.6 选择结构程序设计实例 113
4.3 循环结构 116
4.3.1 遍历循环for 116
4.3.2 无限循环while 121
4.3.3 无限循环的扩展模式else 123
4.3.4 循环的嵌套 124
4.3.5 两种循环的比较 125
4.3.6 循环控制break和continue 125
4.4 程序的异常处理 126
4.5 控制结构应用 127
4.5.1 打印输出控制 127
4.5.2 递推计算 128
本章小结 132
习题 133
第5章 Python函数与模块 135
5.1 Python函数 135
5.1.1 函数的定义 135
5.1.2 函数的调用 136
5.2 Python函数参数传递 137
5.2.1 值传递和地址传递 138
5.2.2 位置参数 138
5.2.3 关键字参数 139
5.2.4 默认参数 140
5.3 Python变量的作用域 141
5.3.1 局部变量 142
5.3.2 全局变量 143
5.4 Python模块和包 143
5.4.1 模块化程序设计 143
5.4.2 模块的导入和使用 144
5.4.3 包 146
5.5 专业综合应用实例 148
本章小结 150
习题 150
第6章面向对象程序设计 152
6.1 面向对象概述 152
6.2 类与对象 153
6.2.1 类与实例化 153
6.2.2 构造函数与析构函数 155
6.2.3 类的属性 156
6.2.4 类的方法 160
6.3 面向对象的三大特性 163
6.3.1 继承性 163
6.3.2 封装性 167
6.3.3 多态性 167
6.4 专业综合应用实例 169
本章小结 173
习题 174
第7章 Python文件操作 176
7.1 文件基础知识 176
7.1.1 字符的编码方法 176
7.1.2 文件的类型 178
7.2 文件读写 178
7.2.1 文本文件操作 180
7.2.2 二进制文件操作 182
7.2.3 文件操作相关函数 183
7.3 文件的系统操作 186
7.3.1 os、os.path和shutil模块 186
7.3.2 目录操作 189
7.3.3 文件操作 195
7.4 数据的组织与管理 197
7.4.1 维度的概念 197
7.4.2 CSV文件操作 197
7.4.3 Excel文件操作 199
7.4.4 JSON文件操作 200
本章小结 201
习题 201
第8章 Python数据分析初步 204
8.1 NumPy基础 204
8.1.1 NumPy的基本数据结构 204
8.1.2 ndArray常见操作 209
8.1.3 内置操作函数 213
8.2 Pandas基础 219
8.2.1 Pandas数据结构 219
8.2.2 Pandas文件操作 221
8.2.3 DataFrame常见操作 223
8.3 Pandas数据分析实战 230
8.3.1 数据集简介 230
8.3.2 数据集分析 230
8.4 数据分析法实践 233
8.4.1 数据分析流程 233
8.4.2 数据分析案例 234
本章小结 245
习题 245
第9章 Python图形界面编程 247
9.1 Python GUI编程概述 247
9.1.1 Tkinter GUI 247
9.1.2 其他GUI库简介 248
9.1.3 GUI设计流程 248
9.2 Tkinter概述 249
9.2.1 Tkinter模块的组成 249
9.2.2 使用Tkinter创建GUI程序的步骤 249
9.2.3 Tkinter的主窗口 249
9.3 窗体布局 252
9.3.1 pack()方法 252
9.3.2 grid()方法 253
9.3.3 place()方法 254
9.3.4 框架类控件 255
9.4 常用控件介绍 257
9.4.1 常用控件及其共同属性 257
9.4.2 文本输入/输出相关控件 258
9.4.3 按钮 260
9.4.4 单选按钮和复选框 260
9.4.5 列表框和组合框 262
9.4.6 滑块 266
9.4.7 对话框 269
9.4.8 菜单 275
9.5 事件处理 277
9.5.1 事件 277
9.5.2 事件绑定 279
本章小结 280
习题 281
第10章 Python数据可视化 284
10.1 Matplotlib 284
10.1.1 绘制函数曲线 285
10.1.2 绘制散点图 292
10.1.3 绘制饼状图 295
10.1.4 绘制带有中文标签和图例的图 297
10.1.5 绘制图例标签中带有公式的图 299
10.1.6 多窗体和子窗体 301
10.1.7 绘制三维参数曲线 304
10.1.8 绘制三维图形 306
10.2 创建词云 307
10.3 可视化案例分析 310
本章小结 311
习题 312

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