Python程序设计（思政版·第2版）

（1）实例丰富。编者基于多年的教学经验，在对学生充分认识的前提下精心设计与编排了大量实例，易于学生理解、掌握及应用。
（2）思政元素。将思政课程与程序设计相结合的新形态教材，深刻运用中华民族传统文化、现实社会中学生密切关注的社会问题中的思政元素，将之完美地嵌入学习任务，使学生在潜移默化中受到教育，帮助学生塑造价值观和人生观。
（3）学以致用。每章都附有知识导图、实战任务，学生可以边学习，边总结，边实践。
（4）视频讲解。书中每个关键章节或者知识点都配有精彩详尽的视频讲解，能够引导初学者快速入门，感受编程的快乐和成就感。
（5）配套丰富。包括教学大纲、PPT课件，例题、习题的Python源码及微课视频，便于教学和自学。

 

人工智能时代，Python已成为主流的通用开发语言。同时，为贯彻落实印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中提出的所有专业课程均需加强学生工程伦理教育的目标要求和推进二十大精神进教材，本书从实用性和思政性两方面入手，针对零基础的入门读者，采用图文并茂、学练结合的模式进行讲解，达到熟练掌握Python的目的。
本书分为10章，从Python发展历程、环境的搭建开始，逐步介绍Python的数据类型、流程控制、函数、类和对象、异常处理、常用库等。每章均结合思政元素设计适当案例，使学生在学习专业知识的同时潜移默化地接受思政教育。
本书概念清晰、内容简练、结合思政，是广大Python入门读者的佳选，非常适合作为高等院校和培训学校相关专业的师生教学参考书。

王霞，江苏师范大学硕士生导师。长期从事计算机科学和智能科学与技术的教学和科研工作，教授“离散数学”“Python程序设计”“数据结构”“操作系统”等课程。近5年发表高级别论文近10篇。主持横向项目近百项，参与国家自然科学基金项目2项。出版程序设计方面的教材2部。
王书芹，江苏师范大学硕士生导师。长期从事计算机科学和智能科学与技术的教学和科研工作，教授“操作系统”“Python程序设计”“面向对象程序设计”等课程。近5年发表高级别论文10篇。参与国家自然科学基金项目2项。出版程序设计方面的教材2部。
梁银，江苏师范大学副教授、硕士生导师。长期从事软件工程和智能科学与技术的教学和科研工作，讲授“离散数学”“操作系统”“算法设计与分析”“Python程序设计”“文本挖掘”等课程。近5年发表高级别论文近5篇。主持横向项目2项。参与出版程序设计方面的教材2部。
 郭小荟，江苏师范大学副教授。长期从事软件工程和智能科学与技术的教学和科研工作，主要教授“C 程序设计”“Python程序设计”“C程序设计”等课程。参与出版程序设计方面的教材2部。
刘小洋，江苏师范大学教授、硕士生导师，东南大学理学博士，香港大学博士后。先后主持4项国家自然科学基金，主要从事群体智能、复杂网络、多智能体系统等方面的研究。以第一作者发表SCI论文40篇，其中入选ESI高被引论文6篇。 2018 年，江苏省教育科学研究成果奖（高校自然科学类）一等奖，同年获淮海科学技术奖二等奖；2017年和2019年分别获江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师和中青年学术带头人称号。

第1章绪论

1.1Python简介

1.1.1Python的发展历程及趋势

1.1.2Python的优缺点

1.1.3Python的应用领域

1.2Python的安装和使用

1.2.1Python的下载

1.2.2Python的安装

1.2.3Python的运行

1.2.4Python文件的运行过程

1.3Python的集成开发环境——PyCharm

1.3.1PyCharm的下载

1.3.2PyCharm的安装

1.3.3PyCharm的简单使用

1.3.4PyCharm的常用快捷键

1.4Python的发展历程——创新共享

1.4.1Python的创新

1.4.2Python的共享

1.4.3对我们的启示

1.5本章小结

1.6巩固训练

第2章Python语法基础

2.1关键字

2.2标识符

2.3变量

2.3.1变量的含义

2.3.2变量名和变量值

2.3.3变量在内存中的存储

2.4基本数据类型

2.4.1数字类型

2.4.2字符串类型

2.4.3数据类型转换

2.4.4常用数学函数和字符串函数

2.5运算符和表达式

2.5.1运算符五要素

2.5.2算术运算符与算术表达式

2.5.3赋值运算符与赋值表达式 

2.5.4比较运算符 

2.5.5逻辑运算符

2.5.6位运算符

2.5.7成员运算符

2.5.8身份运算符

2.5.9运算符的优先级和结合性总结

2.6标准输入和输出

2.6.1标准输入函数input

2.6.2标准输出函数print

2.7良好的编程习惯

2.7.1注释

2.7.2代码缩进

2.7.3编码规范

2.7.4Python之禅

2.8少年中国说——自信、自立、自强

2.8.1思政导入

2.8.2案例任务、分析和实现

2.8.3总结、启示和拓展

2.9本章小结

2.10巩固训练

第3章流程控制

3.1顺序结构

3.2选择结构

3.2.1单分支结构

3.2.2双分支结构

3.2.3多分支结构

3.2.4分支结构的嵌套

3.3循环结构

3.3.1while循环

3.3.2for…in循环

3.3.3循环嵌套

3.3.4break和continue

3.3.5穷举与迭代

3.4流程控制综合例子

3.5天天向上学习打卡系统——踔厉奋发

3.5.1思政导入

3.5.2案例任务

3.5.3案例分析和实现

3.5.4总结和启示

3.6本章小结

3.7巩固训练

第4章高级数据类型

4.1列表

4.1.1列表的创建

4.1.2列表的访问

4.1.3列表的遍历

4.1.4列表元素的增加

4.1.5列表元素的删除

4.1.6列表元素的修改

4.1.7列表元素的排序

4.1.8列表的其他操作

4.2元组

4.2.1元组的常用操作

4.2.2序列解包

4.2.3列表和元组实例

4.3字典

4.3.1字典的创建

4.3.2字典元素的访问

4.3.3字典元素的修改

4.3.4字典的遍历

4.4集合

4.4.1集合的创建

4.4.2集合的常用方法及运算符号

4.4.3不可变集合

4.5综合例子

4.6法治中国任重道远从排队做起

4.6.1思政导入

4.6.2案例任务

4.6.3案例分析与实现

4.6.4总结和启示

4.7本章小结

4.8巩固训练

第5章函数

5.1内置函数

5.2自定义函数

5.2.1函数定义

5.2.2函数调用

5.2.3形式参数和实际参数

5.2.4参数传递

5.3函数的特殊参数

5.3.1默认参数

5.3.2关键字参数

5.3.3可变长参数

5.4lambda函数

5.5变量的作用域

5.5.1局部变量

5.5.2全局变量

5.5.3global关键字

5.6递归函数

5.7main函数与模块

5.8综合例子

5.9花样滑冰模拟计分系统——一起向未来

5.9.1思政导入

5.9.2案例任务

5.9.3案例分析与实现

5.9.4总结和启示

5.10本章小结

5.11巩固训练

第6章面向对象程序设计

6.1类与对象

6.1.1类的定义

6.1.2类的实例化结果——实例对象

6.1.3类成员的可访问范围

6.2属性

6.2.1实例属性

6.2.2类属性

6.2.3特殊属性

6.2.4动态添加/删除属性

6.3方法

6.3.1实例方法

6.3.2类方法

6.3.3静态方法

6.3.4特殊方法

6.3.5动态添加/删除方法

6.4运算符重载

6.5继承

6.5.1相关概念

6.5.2单继承

6.5.3多继承及MRO顺序

6.6多态性

6.7综合例子

6.8北斗卫星导航系统——科技强国

6.8.1案例背景

6.8.2案例任务

6.8.3案例分析与实现

6.8.4总结和启示

6.9本章小结

6.10巩固训练

第7章文件和目录操作

7.1文件的概念

7.2文件的常用操作

7.2.1文件的打开

7.2.2文件的关闭

7.2.3文件的读写

7.3文本文件的操作

7.4二进制文件的操作

7.4.1struct模块

7.4.2pickle模块

7.5CSV文件的操作

7.5.1CSV文件概述

7.5.2CSV文件的写入

7.5.3CSV文件的读取

7.6Excel文件的操作

7.6.1相关模块概述

7.6.2openpyxl模块

7.7图像文件的操作

7.7.1PIL库概述

7.7.2Image模块

7.8json模块的使用

7.8.1JSON格式概述

7.8.2json模块

7.9文件与目录操作

7.9.1os和os.path模块

7.9.2shutil模块

7.10综合例子

7.11中国诗词大会——寻文化基因、品生活之美

7.11.1案例背景

7.11.2案例任务

7.11.3案例分析与实现

7.11.4总结和启示

7.12本章小结

7.13巩固训练

第8章异常处理

8.1异常的概念

8.2Python异常类

8.3异常处理

8.3.1异常处理结构

8.3.2抛出异常语句

8.4自定义异常类

8.5断言

8.6大国工匠——匠心筑梦

8.6.1案例背景

8.6.2案例任务

8.6.3案例分析与实现

8.6.4总结和启示

8.7本章小结

8.8巩固训练

第9章常用库

9.1Python库介绍

9.1.1标准库的分类和导入

9.1.2第三方库的获取和安装

9.2math库

9.2.1math库概述和解析

9.2.2math库应用实例

9.3random库

9.3.1random库概述

9.3.2random库解析

9.3.3random库应用实例

9.4datetime库

9.4.1datetime库概述

9.4.2datetime库的datetime类

9.4.3datetime库应用实例

9.5NumPy库

9.5.1NumPy库概述

9.5.2NumPy库中的数组对象： ndarry

9.5.3NumPy库中数组的运算

9.5.4NumPy库中数组的常用操作

9.5.5NumPy库中的通用函数

9.6pandas库

9.6.1pandas库概述

9.6.2pandas数据结构

9.6.3数据导入导出

9.6.4数据访问

9.6.5数据处理

9.6.6数据分析

9.7matplotlib库

9.7.1matplotlib库概述

9.7.2matplotlib库的基本使用过程

9.7.3数据可视化要素

9.7.4pyplot的绘图函数

9.8本章小结

9.9巩固训练

第10章Python综合应用实例

10.1实例引入

10.2空气质量数据来源

10.3网络爬虫技术

10.3.1网络爬虫的基本流程

10.3.2网络请求

10.3.3响应信息处理

10.3.4网页数据解析

10.4空气质量数据的获取

10.4.1获取省市名称及其空气质量数据链接

10.4.2获取城市的空气质量数据

10.5空气质量数据的可视化分析

10.5.1单个城市的空气质量数据分析

10.5.2多个城市的空气质量数据分析

10.5.3绘制城市空气质量词云图

10.6本章小结

参考文献

 

作为将课程思政与程序设计相结合的教材，《Python程序设计》(思政版)已经出版两年多了。在这两年多的时间里，
新的教育理念和教学模式不断涌现，并积极将其付诸实践。同时，为贯彻执行国家教材委员会办公室发布的《关于贯彻党的二十大精神并融入教材的通知》〔国教材办(2022)号〕文件要求，提供高等学校计算机专业师生所需的优质课程思政教材，成为一项非常有意义的工作。

本着对读者负责的精神，我们在本次修订工作中认真审阅了原书，根据教学要求对其中部分内容进行调整，更正了错误和疏漏之处，并对文字进行了进一步的精细加工。

本版在内容上主要做了如下改动：  对第1章“绪论”进行了部分重写，Python安装增改到最新版本；  第2、3章的思政案例结合党的二十大精神进行修订；  第4章增加了列表生成式并重写了个别实例；  第5章在原有基础上增加了main函数与模块内容，修订了思政案例；  第7章删除了原有的文件压缩与解压缩， 增加了Excel文件的操作、图像文件的操作和json模块的使用；  增加了第9章常用库；  将原来的第9章Python综合应用实例改为第10章，内容由新冠疫情数据爬取及分析更改为空气质量数据爬取及分析。

本教材同步配套实验实训用书《Python程序设计实验实训》(微课视频版)、用于课堂教学的PPT演示文稿和用于学生进一步巩固学习的视频讲解、作业及所有实例的源码。更多后续教学资源正在开发，为使用本书的读者提供更大的支持。

对于广大读者提出的建议和意见，我们表示衷心的感谢！

编者2024年2月

 

配套资源

 

 

 

 

第1版前言

 

Python是一种高层次的结合解释性、编译性、互动性并面向对象的脚本语言，以“简单、优雅、明确”的设计哲学成为高校新工科各专业学生首选的编程语言。为贯彻落实2020年5月印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中提出的所有专业课程均需加强学生工程伦理教育的目标要求，本书在全面系统讲解Python程序设计的同时，结合程序的特点将思政元素渗透到具体章节，使学生在学习专业知识的过程中，领悟其中蕴含的思想价值及人文精神，增强课程的知识性、引领性和时代性，培养学生精益求精的大国工匠精神，达到寓教于学的目的。

本书内容组织

本书从初学者的角度，提供从零开始学习Python所需掌握的知识和技术。本书共分为9章。

第1章从Python发展历史入手，介绍Python编辑环境的搭建和使用，以及集成开发环境PyCharm的安装和使用。

第2~4章是本书的语法核心部分，介绍了Python的数据类型(数值型、字符串、列表、元组、字典和集合)，Python的3种流程控制结构等主要语法知识和基本算法。

第5章是函数部分，介绍了函数的定义、使用及与函数相关的多种知识。

第6章是面向对象程序设计，讲解类的定义与对象的创建，类成员的可访问范围，类的属性和方法，特殊方法和运算符重载，继承与多态性等内容。

第7章是文件和目录操作，讲解文件的概念，文件的常用操作，文本文件的操作，序列化与二进制文件的操作，CSV文件的操作，文件与目录操作常用的os和os.path模块、shutil模块，以及文件的压缩与解压缩等内容。

第8章是异常处理，讲解异常的概念，Python异常类的层次结果，Python的异常处理机制，自定义异常类和断言等内容。

第9章是综合应用实例，将Python的网络爬虫和数据可视化技术应用于新冠疫情数据的获取和可视化。

本书结合课程思政元素，设计具有时代特色的思政题目和案例，引导学生在学习Python知识的同时接受思政教育。

其中第1~3章由王霞编写，第4章由王书芹和宋杰鹏编写，第5章由王书芹编写，第6~8章由郭小荟编写，第9章由梁银和魏思政编写，全书的统稿和校对由刘小洋完成。

本书特色

(1) 实例丰富。编者基于多年的教学经验，在对学生的认知充分了解的前提下精心设计与编排了大量实例，易于学生理解、掌握与应用。  

(2) 思政元素。本书是将课程思政与程序设计相结合的新型教材，深刻挖掘中华民族传统文化、现实社会中学生密切关注的社会问题中的思政元素，将其完美地嵌入学习任务，使学生在潜移默化中受到教育，帮助学生塑造价值观和人生观。

(3) 学以致用。每章都附加思维导图、实战任务，学生可以边学习，边总结，边实践。

(4) 视频讲解。书中每个关键章节或知识点都配有精彩详尽的视频讲解，能够引导初学者快速入门，感受编程的快乐和成就感。

读者对象

 零基础的编程爱好者。

 Python培训机构的教师和学生。

 高等院校的教师和学生。

 大中专院校或者职业技术学校的教师和学生。

读者服务

为方便教师和学生更好地学习，本书配套提供教学大纲、实验大纲、课件、源代码(扫描前言下方二维码下载)和讲解视频(扫描书中二维码观看)。

本书由江苏师范大学计算机科学与技术学院多名资深教师共同编写。在编写本书的过程中，编者本着科学严谨、认真负责的态度，力求精益求精，达到最优效果。但由于时间和学识有限，书中不足之处在所难免，敬请诸位同行、专家和读者指正。

致谢

本书的编写是在江苏师范大学计算机科学与技术学院领导的支持下完成的，得到了智能科学与技术系全体教师的帮助，在此向他们表示感谢！

感谢每一位选择本书的读者，希望您能从本书中有所收获！也期待您的批评和指正！

编者2021年5月