Python语言是一种面向对象的程序语言,具有易于学习、易于使用、易于维护、功能强大等一系列特点,在大数据与人工智能领域应用广泛。本书较系统地介绍了Python语言程序设计。主要内容包括概述、数据类型与表达式、程序流程控制、函数、面向对象编程、序列与列表、元组、字典、集合、字符串、异常与处理、日期与时间、文件处理、数据处理和数据可视化等。
本书注重基本方法和实际应用的介绍,实例丰富、语言精练、逻辑层次清晰,适合作为高校Python语言程序设计教材,也可以作为科技人员的参考用书。
本书以教材的形式介绍和展现了Python语言的主要内容,重点介绍Python语言程序设计的方法,并结合科学计算、数据处理、信息安全和可视化等信息领域的应用实例构造了全书的架构。
虽然已出现几百种高级编程语言,但目前流行的仅有20余种,其中Python语言、C语言、C++语言和Java语言是当下Z为流行的4种高级程序设计语言。
Python是一种跨平台、面向对象的动态型高级程序设计语言,Z初设计用于编写自动化脚本(shell),之后由于版本的不断更新和新功能的添加,Python更多地用于独立大型项目的开发。
由于Python语言具有简洁性、易读性以及可扩展性,其用于科学计算日益增多,许多大学已经开设Python程序设计课程。众多开源的科学计算软件包都提供了Python的调用接口,例如著名的计算机视觉库OpenCV、三维可视化库VTK、医学图像处理库ITK等。而Python专用的科学计算扩展库就更多,例如十分经典的科学计算扩展库NumPy、SciPy、matplotlib和pandas,它们分别为Python提供了快速数组处理、数值运算、绘图以及数据处理功能。
Python在设计理念上坚持了清晰划一的风格,这使得Python成为一门易使用、易理解、易维护,并且被大量用户所欢迎的、用途广泛的语言。Python的作者有意地设计限制性很强的语法,使得不好的编程习惯都不能通过编译。其中很重要的一项就是Python的缩进规则,这使得程序更加清晰和美观。
Python拥有一个强大的标准库。Python语言的核心包含数字、字符串、列表、字典、文件等常见类型和函数,而由Python标准库提供了系统管理、网络通信、文本处理、数据库接口、图形系统、XML处理等额外的功能。Python标准库命名接口清晰、文档良好,很容易学习和使用。
Python社区提供了大量的第三方模块,使用方式与标准库类似。它们的功能无所不包,覆盖科学计算、Web开发、数据库接口、图形系统多个领域,并且大多成熟而稳定。第三方模块可以使用Python或者C语言编写。SWIG、SIP常用于将C语言编写的程序库转换为Python模块。Boost C++ Libraries包含了一组库Boost.Python,使得以Python 或 C++ 编写的程序能互相调用。Python已成为一种强大的应用于其他语言与工具之间的胶水语言。
Python标准库的主要功能有以下几点:
文本处理:包含文本格式化、正则表达式匹配、文本差异计算与合并、Unicode支
持、 二进制数据处理等功能。
文件处理:包含文件操作、创建临时文件、文件压缩与归档、操作配置文件等功能。
操作系统功能:包含线程与进程支持、IO复用、日期与时间处理、调用系统函数、
书写日记等功能。
网络通信:包含网络套接字、SSL加密通信、异步网络通信等功能。
网络协议:支持HTTP、FTP、SMTP、POP、IMAP、NNTP、XMLRPC等多种网
络协议,并提供了编写网络服务器的框架。
W3C格式支持:包含HTML、SGML、XML的处理。
其他功能:包括国际化支持、数学运算、HASH、Tkinter等。
自从20世纪90年代初Python语言诞生至今,经历了近30年的时间,其应用越来越广泛,主要应用领域有Web 和 Internet开发、科学计算和统计、人工智能、数据处理、桌面界面开发、软件开发、后端开发、网络爬虫等。
本书以教材的形式介绍和展现了Python语言的主要内容,重点介绍Python语言程序设计的方法,并结合科学计算、数据处理、信息安全和可视化等信息领域的应用实例构造了全书的架构。由于时间和水平有限,书中不足之处在所难免,恳请批评指正。
编 者
2020年8月
陈明,国内计算机科学领域资深专家,曾任大连理工大学计算机科学与工程系教授、系主任,中国石油大学(北京)计算机科学与技术系教授、系主任。中国计算机学会理事、中国人工智能学会理事、中国人工智能学会智能信息网专委会副主任。全国高校计算机基础教育研究会常务理事、教育部IT&AT 教育工程专家组成员。
目录
第 1 章 概述1
1.1 程序设计语言概述2
1.1.1 机器语言2
1.1.2 汇编语言3
1.1.3 高级语言4
1.2 Python语言的特点与应用6
1.2.1 Python语言的特点6
1.2.2 Python语言主要版本7
1.2.3 Python的应用场景7
1.3 程序的设计与运行8
1.3.1 规划程序9
1.3.2 编写程序代码及注释9
1.3.3 编译程序代码9
1.3.4 执行程序10
1.3.5 排错与测试10
1.3.6 程序代码的整理与保存10
1.4 Python开发环境部署11
1.4.1 IDLE11
1.4.2 Anaconda312
1.4.3 文本编辑12
1.5 Python基础语法14
1.5.1 一个简单的Python程序14
1.5.2 Python程序的基本结构 15
1.5.3 基本语法规则15
1.6 模块17
1.6.1 Python模块概述17
1.6.2 模块导入方法18
1.7 字符编码21
1.7.1 Unicode编码21
1.7.2 编码转换22
小结23
习题23
第 2 章 数据类型与表达式24
2.1 基本数据类型25
2.1.1 数值类型25
2.1.2 字符串型28
2.1.3 布尔型28
2.1.4 空值29
2.2 复合数据类型29
2.2.1 集合29
2.2.2 列表29
2.2.3 元组30
2.2.4 字典 30
2.3 变量与常量30
2.3.1 变量30
2.3.2 常量32
2.4 运算符33
2.4.1 算术运算符33
2.4.2 比较运算符34
2.4.3 赋值运算符35