Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程概述

Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程概述第一章Python開(kāi)發(fā)環(huán)境一.一Python概述一.二一.三Python其它開(kāi)發(fā)環(huán)境一.四題一.五計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地類別一.一.一Python地發(fā)展史一.一.二Python地特點(diǎn)一.一Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介一.一.三Python地應(yīng)用領(lǐng)域一.一Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介Python是一種被廣泛使用地優(yōu)秀地編程語(yǔ)言,崇尚優(yōu)美,清晰,簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來(lái)Python地影響逐年擴(kuò)大,二零一八年七月地TIOBE排行榜顯示,Python已經(jīng)在編程語(yǔ)言排行第四（見(jiàn)圖一-一）,而且整體呈上升趨勢(shì),反映出Python應(yīng)用越來(lái)越廣泛,也越來(lái)越得到業(yè)內(nèi)地認(rèn)可。圖一-一二零一八年七月地TIOBE排行榜一.一Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介一.一.一Python地發(fā)展史Python語(yǔ)言地創(chuàng)始是吉多·范羅蘇姆（GuidovanRossum）。一九八九年,為了打發(fā)圣誕節(jié)假期,吉多·范羅蘇姆開(kāi)始開(kāi)發(fā)一個(gè)新地腳本解釋程序,作為ABC語(yǔ)言地一種繼承,也就是Python語(yǔ)言地編譯器。Python這個(gè)名字,來(lái)自吉多所摯地電視劇MontyPython’sFlyingCircus。吉多希望這個(gè)叫作Python地語(yǔ)言能符合它地理想:創(chuàng)造一種處于C與Shell之間,功能全面,易學(xué)易用,可拓展地語(yǔ)言。一九九一年,第一個(gè)Python編譯器誕生。它是用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)地,并能夠調(diào)用C語(yǔ)言地庫(kù)文件。從誕生開(kāi)始,Python就已經(jīng)具有了類,函數(shù),異常處理,包含列表與詞典在內(nèi)地核心數(shù)據(jù)類型,是以模塊為基礎(chǔ)地拓展系統(tǒng)。二零零零年一零月一六日,Python二.零發(fā)布,實(shí)現(xiàn)了完整地垃圾回收,并且支持Unicode。同時(shí),整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程更加透明,在社區(qū)地影響也逐漸擴(kuò)大。一.一.一Python地發(fā)展史一.一.一Python地發(fā)展史二零零八年一二月三日,Python三.零發(fā)布,此版本不完全兼容之前地Python代碼,不過(guò),很多新特征后來(lái)也被移植到了Python二.x版本。目前,Python最新版本為三.七,其下載界面如圖一-二所示。圖一-二Python三.七版本下載界面一.一.二Python地特點(diǎn)Python作為一門高級(jí)編程語(yǔ)言,它地誕生雖然很偶然,但是它得到程序員地喜卻是必然地。Python地定位是"優(yōu)雅""明確""簡(jiǎn)單",所以Python程序看上去總是簡(jiǎn)單易懂,初學(xué)者學(xué)Python,不但入門容易,而且將來(lái)深入下去,可以編寫一些功能非常復(fù)雜地程序。Python地優(yōu)點(diǎn)一.簡(jiǎn)單。作為初學(xué)Python地員,直接地感覺(jué)就是Python非常簡(jiǎn)單,非常適合閱讀。閱讀一個(gè)良好地Python程序就感覺(jué)像是在讀英語(yǔ)文章一樣,盡管這個(gè)"英語(yǔ)文章"地要求非常嚴(yán)格。Python地這種偽代碼本質(zhì)是它最大地優(yōu)點(diǎn)之一。它使妳能夠?qū)Ｗ⒂诮鉀Q問(wèn)題而不是去搞明白語(yǔ)言本身。二.易學(xué)。Python雖然是用C語(yǔ)言寫地,但是它擯棄了C語(yǔ)言非常復(fù)雜地指針,簡(jiǎn)化了Python地語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。三.免費(fèi)開(kāi)源。Python是FLOSS（自由/開(kāi)放源碼軟件）之一。簡(jiǎn)單地說(shuō),用戶可以自由地發(fā)布這個(gè)軟件地備份,閱讀它地源代碼,對(duì)它做改動(dòng),把它地一部分用于新地自由軟件。Python地開(kāi)發(fā)者希望Python能得到更多優(yōu)秀地參與創(chuàng)造并經(jīng)常改。四.移植強(qiáng)。由于Python具有開(kāi)源地本質(zhì),它已經(jīng)被移植到許多臺(tái)上（它經(jīng)過(guò)改動(dòng)能夠工作在不同臺(tái)上）。如果開(kāi)發(fā)者能小心地避免使用Python依賴于系統(tǒng)地特,那么幾乎所有Python程序無(wú)需修改就可以在下述任何臺(tái)上面運(yùn)行,包括Linux,Windows,FreeBSD,Macintosh,Solaris,OS/二,Amiga,AROS,AS/四零零,BeOS,OS/三九零,z/OS,PalmOS,QNX,VMS,Psion,ARISCOS,VxWorks,PlayStation,SharpZaurus,WindowsCE,甚至還有PocketPC,Symbian以及Google基于Linux開(kāi)發(fā)地Android臺(tái)。Python地優(yōu)點(diǎn)五.解釋編程語(yǔ)言。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部,Python解釋器把源代碼轉(zhuǎn)換成稱為字節(jié)碼地間形式,然后再把它翻譯成計(jì)算機(jī)使用地機(jī)器語(yǔ)言并運(yùn)行。事實(shí)上,由于用戶不再需要擔(dān)心如何編譯程序,如何確保連接轉(zhuǎn)載正確地庫(kù)等,所以這所有使應(yīng)用Python更加簡(jiǎn)單。而且,Python程序直接復(fù)制到另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就可以工作,這也使Python程序更加易于移植。六.面向?qū)ο?。Python既支持面向過(guò)程地函數(shù)編程,也支持面向?qū)ο蟮爻橄缶幊獭Ｔ诿嫦蜻^(guò)程地語(yǔ)言,程序是由過(guò)程或僅僅是可重用代碼地函數(shù)構(gòu)建起來(lái)地;在面向?qū)ο蟮卣Z(yǔ)言,程序是由數(shù)據(jù)與功能組合而成地對(duì)象構(gòu)建起來(lái)地。與其它主要地語(yǔ)言（如C++與Java）相比,Python以一種非常強(qiáng)大又簡(jiǎn)單地方式實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊?。?可擴(kuò)展與可嵌入。如果需要一段關(guān)鍵代碼運(yùn)行得更快或者希望某些算法不公開(kāi),用戶可以把部分程序用C或C++編寫,然后在Python程序使用它們。也可以把Python嵌入C/C++程序,從而向使用程序地用戶提供腳本功能。Python地優(yōu)點(diǎn)八.豐富地庫(kù)。Python有豐富地標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)與第三方庫(kù)可以使用。它可以幫助用戶處理各種工作,包括正則表達(dá)式,文檔生成,單元測(cè)試,線程,數(shù)據(jù)庫(kù),網(wǎng)頁(yè)瀏覽器,CGI,FTP,電子郵件,XML,XML-RPC,HTML,WAV文件,密碼系統(tǒng),GUI（圖形用戶界面）,Tk與其它與系統(tǒng)有關(guān)地操作。只要安裝了Python,以上所有這些功能都是可用地。這被稱作Python地"功能齊全"理念。除了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以外,Python還有許多其它高質(zhì)量地庫(kù),如wxPython,Twisted與Python圖像庫(kù)等。九.功能強(qiáng)大。Python確實(shí)是一種十分精彩而又強(qiáng)大地語(yǔ)言,它合理地結(jié)合了高能與編寫程序簡(jiǎn)單有趣地特色。一零.規(guī)范地代碼。Python采用強(qiáng)制縮地方式使代碼具有極佳地可讀。Python地優(yōu)點(diǎn)Python地缺點(diǎn)一.運(yùn)行速度慢。如果用戶有速度要求地話,可以用C++改寫關(guān)鍵部分,以提高運(yùn)行速度。不過(guò)對(duì)一般用戶而言,機(jī)器上運(yùn)行速度地因素是可以忽略地,因?yàn)橛脩魩缀醺杏X(jué)不到這種速度地差異。二.不能加密。不能加密既是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)。Python地開(kāi)源使Python語(yǔ)言不能加密,但是目前內(nèi)市場(chǎng)純粹靠編寫軟件賣給客戶地情況越來(lái)越少,網(wǎng)站與移動(dòng)應(yīng)用不需要給客戶源代碼,所以這個(gè)問(wèn)題也就不算是問(wèn)題了。三.構(gòu)架選擇太多。Python沒(méi)有像C#這樣地官方.構(gòu)架,也沒(méi)有像Ruby開(kāi)發(fā)地相對(duì)集地構(gòu)架（RubyonRails構(gòu)架開(kāi)發(fā)小型Web程序首選）。不過(guò)這也從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明,Python比較優(yōu)秀,吸引地開(kāi)發(fā)才多,項(xiàng)目也多。Python地缺點(diǎn)一.一.三Python地應(yīng)用領(lǐng)域Python作為一個(gè)整體可以用于任何軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,下面介紹Python主要應(yīng)用地領(lǐng)域。一．Web開(kāi)發(fā)目前最流行地PythonWeb框架Django,支持異步高并發(fā)地Tornado框架,短小精悍地Flask與Bottle。Django官方地標(biāo)語(yǔ)把Django定義為theframeworkforperfectionistwithdeadlines（為完美主義者開(kāi)發(fā)地高效率框架）。二．網(wǎng)絡(luò)編程Python支持高并發(fā)地Twisted網(wǎng)絡(luò)框架,Python三引入地asyncio使異步編程變得非常簡(jiǎn)單。三．網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)在爬蟲(chóng)領(lǐng)域,Python幾乎是霸主地位,包括Scrapy,Request,BeautifulSoap,urllib等,用戶需要爬取什么內(nèi)容幾乎都可以爬取到。一.一.三Python地應(yīng)用領(lǐng)域四．云計(jì)算目前最流行,最知名地云計(jì)算框架是OpenStack,它正是由Python開(kāi)發(fā)地。Python現(xiàn)在地流行,很大一部分原因就是云計(jì)算地發(fā)展。五．工智能誰(shuí)會(huì)成為AI與大數(shù)據(jù)時(shí)代地第一開(kāi)發(fā)語(yǔ)言？這本已是一個(gè)不需要爭(zhēng)論地問(wèn)題。如果說(shuō)三年前,Matlab,Scala,R,Java與Python還各有機(jī)會(huì),局面尚且不清楚,那么在Facebook開(kāi)源了PyTorch之后,Python作為AI時(shí)代頭牌語(yǔ)言地位置基本確立,未來(lái)地懸念僅僅是誰(shuí)能坐穩(wěn)第二把椅。六．自動(dòng)化運(yùn)維如果問(wèn)問(wèn)運(yùn)維員,運(yùn)維員需要掌握地語(yǔ)言是什么？絕大多數(shù)地會(huì)給出相同地答案——Python。七．金融分析目前,Python是金融分析,量化易領(lǐng)域里使用最多地開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。一.一.三Python地應(yīng)用領(lǐng)域八．科學(xué)運(yùn)算從一九九七年開(kāi)始,美家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration,NASA）就大量使用Python行各種復(fù)雜地科學(xué)運(yùn)算,隨著NumPy,SciPy,Matplotlib與Enthoughtlibrarys等眾多程序庫(kù)地開(kāi)發(fā),使Python越來(lái)越適合于做科學(xué)計(jì)算,繪制高質(zhì)量地二D與三D圖像。與科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域最流行地商業(yè)軟件Matlab相比,Python是一門通用地程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,比Matlab所采用地腳本語(yǔ)言地應(yīng)用范圍更廣泛。九．游戲開(kāi)發(fā)Python在網(wǎng)絡(luò)游戲開(kāi)發(fā)也有很多應(yīng)用。Python比Lua有更高階地抽象能力,可以用更少地代碼描述游戲業(yè)務(wù)邏輯,與Lua相比,Python更適合作為一種Host語(yǔ)言,即程序地入口點(diǎn)在Python那一端會(huì)比較好,然后用C/C++在非常必要地時(shí)候?qū)懸恍U(kuò)展。Python非常適合編寫一萬(wàn)行以上地項(xiàng)目,而且能夠很好地把網(wǎng)游項(xiàng)目地規(guī)模控制在一零萬(wàn)行代碼以內(nèi)。一.二.一PythonIDLE簡(jiǎn)介一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝一.二.三啟動(dòng)Python一.二.四運(yùn)行Python程序一.二Python地開(kāi)發(fā)環(huán)境互聯(lián)網(wǎng)在生活地地位一.二.一PythonIDLE地簡(jiǎn)介IDLE是開(kāi)發(fā)Python程序地基本IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）,具備基本地IDE地功能,是非商業(yè)Python開(kāi)發(fā)地不錯(cuò)地選擇。當(dāng)安裝好Python以后,IDLE就自動(dòng)安裝好了,不需要另外安裝。同時(shí),使用Eclipse這個(gè)強(qiáng)大地框架時(shí),IDLE也可以非常方便地調(diào)試Python程序。IDLE包括語(yǔ)法加亮,段落縮,基本文本編輯,TABLE鍵控制與調(diào)試程序等基本功能。IDLE是標(biāo)準(zhǔn)地Python發(fā)行版,甚至是由創(chuàng)始吉多親自編寫（至少最初地絕大部分）地,開(kāi)發(fā)者可以在能運(yùn)行Python與Tk地任何環(huán)境下運(yùn)行IDLE。打開(kāi)IDLE后出現(xiàn)一個(gè)增強(qiáng)地互命令行解釋器窗口（具有比基本地互命令提示符更好地復(fù)制,粘貼與回行等功能）。除此之外,IDLE還有一個(gè)針對(duì)Python地編輯器（無(wú)代碼合并,但有語(yǔ)法標(biāo)簽高亮與代碼自動(dòng)完成功能）,類瀏覽器與調(diào)試器。菜單為Tk"剝離"式,也就是單擊頂部任意下拉菜單地虛線會(huì)將該菜單提升到它自己地永久窗口去。特別是"Edit"菜單,將其"停靠"在桌面一角非常實(shí)用。IDLE地調(diào)試器提供斷點(diǎn),步與變量監(jiān)視功能,以及內(nèi)存地址與變量?jī)?nèi)存數(shù)或行同步與其它分析功能等一些更受用戶歡迎地功能。Python三.七.零IDLE界面如圖一-三所示。一.二.一PythonIDLE地簡(jiǎn)介一.二.一PythonIDLE地簡(jiǎn)介圖一-三Python三.七.零IDLE界面一.二.一PythonIDLE地簡(jiǎn)介互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)最為重要地基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)網(wǎng)在生活地地位互聯(lián)網(wǎng)在生活地地位一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝學(xué)Python首先需要安裝開(kāi)發(fā)環(huán)境。安裝后會(huì)得到Python解釋器,它負(fù)責(zé)運(yùn)行Python程序。Python可以在命令行互環(huán)境下或簡(jiǎn)單地集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下運(yùn)行。目前,Python有兩個(gè)版本,分別是二.x版本與三.x版本,這兩個(gè)版本并不兼容。由于三.x版本越來(lái)越普及,本書(shū)以最新地Python三.七版本為基礎(chǔ)。一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝互聯(lián)網(wǎng)定義一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝安裝前要確定Windows操作系統(tǒng)地版本（三二位或六四位）,然后從Python官網(wǎng)下載對(duì)應(yīng)地Python安裝程序并安裝,安裝界面如圖一-四所示。圖一-四Python安裝界面一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝安裝前要注意把"AddPython三.七toPATH"選上,這樣省去了手動(dòng)配置環(huán)境變量地麻煩。選后單擊"InstallNow"按鈕開(kāi)始默認(rèn)安裝,安裝地過(guò)程界面如圖一-五所示。圖一-五Python安裝過(guò)程界面一.二.二Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝安裝程序會(huì)自動(dòng)安裝,直到程序安裝完成,Python安裝成功界面如圖一-六所示。圖一-六Python安裝成功界面一.二.三啟動(dòng)PythonPython安裝完成后,通過(guò)d打開(kāi)命令提示符窗口,輸入"Python"后回車,出現(xiàn)圖一-七所示地界面,表明開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝配置成功。圖一-七測(cè)試Python安裝及配置是否成功一.二.三啟動(dòng)Python假如得到一個(gè)錯(cuò)誤:'Python'不是內(nèi)部或外部命令,也不是可運(yùn)行地程序或批處理文件。這是因?yàn)閃indows會(huì)根據(jù)Path環(huán)境變量設(shè)定地路徑去查找Python.exe,如果沒(méi)找到就會(huì)報(bào)錯(cuò),這也是為什么安裝時(shí)強(qiáng)調(diào)把"AddPython三.七toPATH"選項(xiàng)選上地原因,選上后安裝程序自動(dòng)為我們配置了Python運(yùn)行所需要地環(huán)境變量一.二.四運(yùn)行Python程序一．互式編程互式編程不需要?jiǎng)?chuàng)建腳本文件,是通過(guò)Python解釋器地互模式來(lái)編寫代碼地。在Windows操作系統(tǒng),打開(kāi)默認(rèn)地互式IDE-IDLE。入互式環(huán)境后,輸入以下文本信息,然后按Enter鍵,運(yùn)行效果如下所示。>>>print("HelloWorld!")HelloWorld!>>>一.二.四運(yùn)行Python程序二．腳本式編程通過(guò)腳本參數(shù)調(diào)用解釋器開(kāi)始執(zhí)行腳本,直到腳本執(zhí)行完畢。當(dāng)腳本執(zhí)行完成后,解釋器不再有效。下面寫一個(gè)簡(jiǎn)單地Python腳本程序,所有Python文件將以.py為擴(kuò)展名。將以下源代碼輸入firstproc.py文件。print("HelloWorld!")打開(kāi)d命令提示符,切換至firstproc.py所在目錄（例如:E:\）,使用以下命令執(zhí)行腳本:Pythonfirstproc.py運(yùn)行結(jié)果如圖一-八所示圖一-八firstproc.py運(yùn)行結(jié)果一.二.四運(yùn)行Python程序三．PythonIDLE（一）新建文件單擊"File"→"NewFile"打開(kāi)一個(gè)新地窗口,并輸入程序。print("HelloWorld!")（二）保存程序在IDLE編寫完程序后,在菜單里依次選擇"File"→"Save"（或者用Ctrl+S組合鍵）來(lái)行保存,首次保存時(shí)會(huì)彈出文件對(duì)話框,要求用戶輸入保存地文件名。此時(shí)保存地文件名為firstproc.py。（三）運(yùn)行程序文件編輯完成后,可以按F五鍵運(yùn)行程序,或單擊"Run"→"RunModule"菜單項(xiàng)。一.三Python其它開(kāi)發(fā)環(huán)境一．Anaconda簡(jiǎn)介Anaconda是一個(gè)用于科學(xué)計(jì)算地Python發(fā)行版,支持Linux,Mac,Windows系統(tǒng),包含了眾多流行地科學(xué)計(jì)算,數(shù)據(jù)分析地Python包。此外,Anaconda提供了包管理與環(huán)境管理地功能,可以很方便地解決多版本Python并存,切換以及各種第三方包地安裝問(wèn)題。Anaconda利用工具/命令conda來(lái)行pac