《Python程序設(shè)計(jì)》課件1-Python程序設(shè)計(jì)概述

~1~第一章Python程序設(shè)計(jì)概述課程要求課程目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，特別是在解決實(shí)際問題和項(xiàng)目開發(fā)中的應(yīng)用能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將不僅掌握Python語言的基礎(chǔ)語法和高級(jí)特性，而且能夠深入理解編程的邏輯思維和方法論，以及如何在實(shí)際項(xiàng)目中靈活運(yùn)用。課程的教學(xué)目的在于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，使學(xué)生能夠在面對(duì)不同類型的編程挑戰(zhàn)時(shí)，能夠熟練分析問題、設(shè)計(jì)解決方案，并實(shí)現(xiàn)有效的代碼實(shí)踐基本要求具備基本的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)理論學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐能力學(xué)生按時(shí)出勤，積極參與課堂討論，獨(dú)立或者協(xié)作完成課程作業(yè)和項(xiàng)目報(bào)告-2-課程考核考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定出勤及課堂研討表現(xiàn)（20%）作業(yè)與實(shí)驗(yàn)：完成各部分的作業(yè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的操作訓(xùn)練（20%）期末考試（60%）-3-參考書~4~教材韓松喬，黃海量，郝曉玲著，Python編程基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)分析，清華出版社，2025參考書[美]馬克·盧茨（MarkLutz）著，秦鶴，林明譯，Python學(xué)習(xí)手冊(cè)（套裝上下冊(cè)）（原書第5版），機(jī)械工業(yè)出版社，2018[美]布雷特·斯拉特金（BrettSlatkin）著，愛飛翔譯，EffectivePython：編寫高質(zhì)量Python代碼的90個(gè)有效方法（原書第2版），機(jī)械工業(yè)出版社，2021[美]大衛(wèi)·比斯利（DavidBeazley），布萊恩·K.，瓊斯（BrianK.Jones）著，陳舸譯，PythonCookbook（第3版）中文版，人民郵電出版社，2015[美]艾倫·B.唐尼（AllenB.Downey）著，趙普明譯，像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考Python第2版，人民郵電出版社，2016計(jì)算機(jī)軟硬件計(jì)算機(jī)主要由五大類硬件構(gòu)成，包括中央處理單元（CPU）、主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）、硬盤（外存）、輸入設(shè)備，以及輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）-5-CPU：被視為計(jì)算機(jī)的“大腦”，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行各類運(yùn)算。它從內(nèi)存中讀取代碼和數(shù)據(jù)，完成運(yùn)算后，再將結(jié)果存回內(nèi)存。內(nèi)存：相當(dāng)于計(jì)算過程中的“臨時(shí)倉庫”，用于暫存CPU當(dāng)前讀取或需寫入的代碼和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)一旦關(guān)閉，內(nèi)存中的所有信息會(huì)丟失。硬盤：作為計(jì)算機(jī)的“長(zhǎng)期存儲(chǔ)庫”，負(fù)責(zé)存放需要長(zhǎng)期保存的信息，通常以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)。硬盤中的信息在計(jì)算機(jī)關(guān)閉時(shí)不會(huì)丟失。輸入設(shè)備：包括鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、攝像頭等，這些設(shè)備使得信息能夠從外部輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。輸出設(shè)備：涉及顯示器、打印機(jī)、投影儀等設(shè)備，它們幫助將信息從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳遞到外部環(huán)境。計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件通常分為操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。用戶通過應(yīng)用軟件進(jìn)行操作，從而依次驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件，以提供所需服務(wù)-6-操作系統(tǒng)：位于硬件之上的基礎(chǔ)軟件層，主要職責(zé)是管理和控制硬件資源，同時(shí)為更高層的軟件提供可調(diào)用的服務(wù)接口系統(tǒng)軟件：構(gòu)建在操作系統(tǒng)之上，它為運(yùn)行各種軟件提供必要的條件和環(huán)境，例如包括命令解釋器、編譯器、鏈接程序和裝入程序等應(yīng)用軟件：直接服務(wù)于用戶的軟件，針對(duì)各種業(yè)務(wù)需求開發(fā)，如數(shù)據(jù)分析工具、管理信息系統(tǒng)等用戶：使用應(yīng)用軟件的個(gè)人或其他應(yīng)用程序。人類用戶通常通過圖形用戶界面（GUI）與應(yīng)用程序交互，而其他軟件應(yīng)用則通過應(yīng)用程序接口（API）調(diào)用特定應(yīng)用程序的功能和服務(wù)計(jì)算機(jī)編程將高級(jí)語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言的方法：編譯：這個(gè)過程將高級(jí)語言一次性編譯成機(jī)器語言。編譯后的程序與輸入數(shù)據(jù)一起運(yùn)行，輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。由于是預(yù)先翻譯，其運(yùn)行效率通常較高解釋：在每次執(zhí)行程序時(shí)，解釋器即時(shí)將高級(jí)語言翻譯為機(jī)器語言，并在本地計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，然后輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。這種方式雖然運(yùn)行效率稍低，但提供了方便的交互式開發(fā)環(huán)境，使編程更加靈活-7-編譯流程解釋流程程序運(yùn)行過程程序的運(yùn)行:涉及操作系統(tǒng)調(diào)度計(jì)算機(jī)硬件資源以執(zhí)行用戶應(yīng)用程序的過程源代碼編寫：用戶編寫的源代碼被存儲(chǔ)在磁盤上的源代碼文件中編譯：使用編譯器將源代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言鏈接：通過鏈接程序?qū)⒕幾g后的機(jī)器語言代碼鏈接成一個(gè)裝入模塊。由于大多數(shù)程序由多個(gè)源文件構(gòu)成，鏈接程序?qū)⑦@些文件中的代碼按照設(shè)定的邏輯連接起來，形成一個(gè)完整的程序裝載：裝入程序?qū)⒀b入模塊加載到內(nèi)存中，形成一個(gè)進(jìn)程。簡(jiǎn)單來說，進(jìn)程可以理解為正在運(yùn)行的程序代碼和數(shù)據(jù)的集合輸入：用戶或外部程序通過輸入設(shè)備輸入命令或數(shù)據(jù)處理：CPU接收到外部命令或數(shù)據(jù)，讀取內(nèi)存中的進(jìn)程代碼或數(shù)據(jù)，并在CPU中執(zhí)行。執(zhí)行過程中的中間結(jié)果會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)于內(nèi)存中輸出：程序執(zhí)行的最終結(jié)果通常通過輸出設(shè)備展示給用戶-8-Python語言Python是一種解釋型的高級(jí)編程語言，由GuidovanRossum于1991年創(chuàng)立，已成為全球廣泛使用的編程語言之一。其突出特點(diǎn)包括：軟件代碼質(zhì)量：Python注重代碼的可讀性與一致性，致力于提升軟件質(zhì)量。它結(jié)合了面向?qū)ο蠛秃瘮?shù)式編程的優(yōu)勢(shì)，使代碼重用更為高效開發(fā)效率優(yōu)勢(shì)：與C、C++和Java等編譯型語言相比，Python顯著提升了開發(fā)效率。通常，實(shí)現(xiàn)相同功能的Python代碼量?jī)H為C++或Java的1/3到1/5跨平臺(tái)兼容性：Python代碼可在眾多主流操作系統(tǒng)上編譯和運(yùn)行，例如Windows、Linux、Unix、Android、MacOS和RaspberryPi等豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫與第三方庫：Python擁有龐大的標(biāo)準(zhǔn)庫，支持各類應(yīng)用程序的開發(fā)，如字符串處理、網(wǎng)絡(luò)編程、多線程等。此外，廣泛的第三方庫提供了數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)站構(gòu)建、串口通信和游戲開發(fā)等多方面的支持組件集成靈活：Python可與多種其他語言實(shí)現(xiàn)交互。例如，它可以與C、C++、C#和Java等語言及其框架互相調(diào)用-9-編程語言TIOBE指數(shù)-10--11-Python的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析：在數(shù)據(jù)讀取、預(yù)處理、建模分析、結(jié)果展示等方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的能力圖形用戶界面開發(fā)：利用Python可以創(chuàng)建具有圖形用戶界面的桌面應(yīng)用程序Web網(wǎng)站開發(fā)：Python用于構(gòu)建各種架構(gòu)的網(wǎng)站，顯示出其在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)領(lǐng)域的實(shí)力系統(tǒng)腳本編寫：Python能夠與其他編程語言編寫的軟件模塊進(jìn)行交互科學(xué)計(jì)算與數(shù)值分析：在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，Python支持復(fù)雜的數(shù)值分析和數(shù)據(jù)可視化機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能：Python在機(jī)器學(xué)習(xí)和AI領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，可使用TensorFlow、PyTorch等庫網(wǎng)絡(luò)爬蟲開發(fā)：Python常用于數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分析游戲開發(fā)：雖非主流游戲開發(fā)語言，但Python在簡(jiǎn)單游戲開發(fā)和原型制作中有所應(yīng)用教育與研究：Python因其易學(xué)性成為計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程教育中的首選語言-12-實(shí)踐：Python環(huán)境搭建為了運(yùn)行Python程序，必須安裝和配置Python環(huán)境，包括設(shè)置運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行環(huán)境是指運(yùn)行Python程序所需的軟件環(huán)境。推薦安裝Python3.x的最新版本，因?yàn)镻ython2.x已不再維護(hù)。安裝步驟如下：安裝Python：訪問Python官方網(wǎng)站的下載頁面PythonDownloads，根據(jù)你的操作系統(tǒng)選擇合適的版本下載安裝時(shí)，請(qǐng)確保勾選了"AddPythontoPATH"或"AddPythontoenvironmentvariables"選項(xiàng)，以便在命令行中直接運(yùn)行Python安裝必需的Python庫：使用Python的包管理器pip來安裝所需的庫。例如，安裝numpy庫的命令是：pipinstallnumpy-13-實(shí)踐：Python環(huán)境搭建（續(xù)）開發(fā)環(huán)境：指編寫Python程序的軟件環(huán)境，即Python集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。常用的IDE有IPython、PyCharm、Eclipse、VisualStudioCode等。以下是兩種常見IDE的安裝和配置指南：1.選擇并安裝代碼編輯器：PyCharm：專門針對(duì)Python開發(fā)的IDE，社區(qū)版免費(fèi)。下載和安裝請(qǐng)?jiān)L問PyCharm官網(wǎng)。VisualStudioCode：免費(fèi)、開源的代碼編輯器，支持多種語言。下載和安裝請(qǐng)?jiān)L問VisualStudioCode官網(wǎng)2.為代碼編輯器安裝Python擴(kuò)展（僅針對(duì)VisualStudioCode）：在VisualStudioCode中，點(diǎn)擊左側(cè)的擴(kuò)展圖標(biāo)，搜索并安裝Python擴(kuò)展3.配置Python解釋器：在VisualStudioCode中，可在狀態(tài)欄中點(diǎn)擊Python版本號(hào)進(jìn)行設(shè)置在PyCharm中，通過"File>Settings>Project>ProjectInterpreter"設(shè)置-14-實(shí)踐：Python環(huán)境搭建（續(xù)）安裝和使用AnacondaAnaconda是一個(gè)免費(fèi)的、為科學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)的Python發(fā)行版，它包括了數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域常用的庫和工具1. 下載和安裝Anaconda訪問Anaconda官方下載頁面選擇適合你操作系統(tǒng)的安裝程序并下載安裝時(shí)，可以選擇將Anaconda添加到系統(tǒng)的PATH環(huán)境變量中，這將使得在命令行中可以直接使用Anaconda2. 使用AnacondaNavigatorAnacondaNavigator是一個(gè)圖形界面，通過它你可以輕松訪問Anaconda發(fā)行版中包含的工具，如JupyterNotebook、SpyderIDE等安裝Anaconda后，可以在開始菜單中找到并啟動(dòng)AnacondaNavigator3. 創(chuàng)建和管理Python環(huán)境使用