內容實用——理論與實踐結合，重點突出應用

體系完善——構建完整的大數據專業解決方案

產教融合——高校企業共參與，對標行業標準

資源豐富——微課、課件、教案、源碼、答案

前　　言

在2022年4月TIOBE的編程語言排行榜中，Python依然位居榜首，為當前世界上最受關注的編程語言。Python在人工智能、大數據分析、數值計算以及游戲娛樂等領域有著廣泛的應用，當然這是與其免費開源、面向對象、輕松入門、簡單實用等特點分不開的。Python在高等教育中已經逐步替代了傳統的Visual Basic，并且在中小學基礎教育中也開始生根發芽，遍地開花。在實際的教學中我們發現，學習者使用Python的庫、包、模塊和函數去完成特定簡單任務沒有什么問題，但是涉及深入應用其獨具特色、靈活強大的數據結構設計算法、函數、自定義類、自定義模塊等來實現定制應用時就會感到茫然，無從下手。究其原因，主要是缺乏對程序設計原理的把握和對程序設計規律的認識。這也就是說，使用Python編程，計算思維并沒有得到很好的培養，這也是部分程序設計教育工作者詬病Python的地方，甚至說Python不是標準編程語言，不宜在高等教育中普及。從根本上來說，計算思維的培養與編程語言沒有直接關系，而是與老師對Python的認識、對程序設計規律的認識有直接關系。鑒于此，我們在編寫了《Python語言程序設計》（ISBN 978-7-5170-9203-2）之后，進一步編寫了這本《Python語言程序設計實踐指導》，書中提供了大量編程實踐項目，目的是引導讀者更加注重計算思維能力的訓練和提升。

可以從以下四個方面閱讀、學習本書：

（1）注重工具軟件和第三方庫的下載安裝方法與使用技巧。作為開源軟件、膠水語言，Python擁有非常豐富的第三方庫和例程，已經形成了龐大的技術生態，這為我們的編程工作帶來了極大的便利，但同時，也給初學者帶來不小的困擾和挑戰，就是什么東西都得自己動手做。本書在相應的章節實踐項目中安排了較為詳細的操作指導，如Python數據庫操作、Python數據分析初步、Python數據可視化等章節。目的是讓讀者能盡快適應開源軟件的特點。

（2）注重實踐訓練，親測書中全部代碼。程序是編出來的，代碼是敲出來的。所謂百聞不如一見，百看不如一試，學習編程就是要注重實踐，只有實踐才能掌握人機交流的方法和技巧，體會到程序調試的精髓，感受到程序設計的樂趣。本書提供了豐富的實踐訓練項目，每一個項目都配有詳細的參考代碼，供讀者學習閱讀和修改測試。

（3）注重問題的認識，問題的分析，解決問題步驟的描述、流程的描述。使初學者不再畏懼編程的主要方法是讓他們明白人與計算機交流和人與人交流本質上是相同的，程序語言只不過是去掉修飾描寫和抒情，只注重邏輯順序流程規律罷了。一旦能把程序設計當成是一種溝通交流（說活、表達、寫文章）的方式，就初步具有了計算思維。只要勤加訓練，熟悉了所學語言的語法規則，就能漸漸理解形式化表達的方法，掌握形式化表達的規律，最終不斷提升計算思維能力。本書對較為典型的實踐項目都從問題分析、算法自然語言描述、算法流程圖描述和算法程序代碼展示幾個方面展開指導。只要讀者反復閱讀、勤加練習，必會有所體悟。

（4）注重體會形式化表達的方法和規律。我們已經進入智能社會，計算機滲透到社會的各個領域，理解機器智能的特點和規律已經成為新的常識。按照當前計算機馮•諾依曼體系結構，其工作、交流和表達都遵循形式邏輯規律，而沒有像人一樣有情感和主觀能動性。通過編程理解機器智能形式化表達的特點是最直接、最有效的方法。本書實踐項目案例多數從問題描述、輸入形式、輸出形式、樣例輸入、樣例輸出和樣例說明等幾個方面給出，讓讀者充分體會機器智能的特點和人機交互的規律。而參考程序也按照申請內存、輸入、計算和輸出這樣的流程進一步強化讀者對形式化表達特點和規律的認識。

本書共11章，每一章開始的思維導圖都是對本部分實踐項目的梳理，開門見山給讀者展示本部分的內容和思路，以便讀者在學習中始終把握整體和保持思路清晰。每一章開頭的實踐導讀都給出了本次實踐的核心思想、方法和流程，列出了需重點掌握的知識點和關鍵技術。而實踐目的則列出對具體知識、技能和素養的要求。每一章的小結都是對本章實踐要點的具體解釋，以供讀者復習查詢所用。

各章的主要內容和設計思路如下：

第1章 Python編程初步。通過本章實踐讓讀者理解Python作為一種跨平臺的腳本編程語言，可以在Linux、Windows、Mac OS等系統下安裝和使用，并且可以在任何一個文本文件編輯器中編輯。讀者應掌握IDE、Jupyter Notebook、PyCharm、VS Code四種常用Python代碼編輯器的下載安裝和配置方法，掌握Python在不同編輯器中的程序調試方法與快捷鍵的使用方法，以及文件管理方法。

第2章Python語言基礎。通過本章實踐讓讀者理解Python作為一種編程語言，具有與其他編程語言相似的基本數據類型、運算符和表達式，它們是程序設計的基礎。Python的內置函數眾多且功能強大，不僅成熟、穩定，而且運算速度相對較快，因此，編寫程序時應優先考慮使用系統函數。讀者應熟練掌握Python基本數據類型的表示及特點，常量和變量的定義及賦值方式，基本運算符的功能及優先級規則，表達式的組成、書寫及計算，熟練掌握Python常用系統函數的功能及使用方法。

第3章Python組合數據類型。通過本章實踐讓讀者理解組合數據類型是Python語言區別于其他高級編程語言的一大特色，編程人員使用組合數據類型省去了其他語言中各種復雜數據結構的設計，極其方便，這也是Python流行于數據分析領域的原因之一。讀者應熟練掌握Python組合數據類型—列表、元組、字符串、字典、集合的創建、訪問和常見的基本操作方法，熟悉Python組合數據類型的實際應用，掌握序列解包的常用操作。

第4章 Python控制結構。通過本章實踐讓讀者理解程序控制結構是人類對物質運動規律認識的抽象和總結。程序通過順序、選擇和循環三種控制結構對物質運動規律的描述與馬克思主義自然哲學對物質運動規律的解釋殊途同歸，二者交相輝映，相得益彰，讀者可同步學習程序控制結構和馬克思主義自然哲學原理，理解與掌握程序控制結構，提升計算思維能力和程序設計能力，事半功倍。讀者應理解程序的基本結構為申請內存、輸入、計算和輸出，掌握選擇結構程序設計方法，熟練使用if語句，掌握循環結構程序設計方法，熟練使用for語句和while語句，熟練掌握常用算法的程序設計方法。

第5章 Python函數與模塊。通過本章實踐讓讀者理解函數是一種復用技術，通過使用函數可以進一步提高程序的可讀性，促進數據代碼分離，設計函數應該遵循內部高內聚、之間低耦合的規律。讀者應熟練掌握Python 函數的定義和調用、函數的參數傳遞、變量的作用域、Python的標準庫、Python的第三方庫、典型庫的應用和自定義庫的編寫方法，鞏固對書中理論知識的理解，達到融會貫通的目的。

第6章 Python面向對象編程。通過本章實踐讓讀者理解類是人類對現實世界各種事物認識的抽象和總結，通過構造線性和非線性數據結構類及其操作，輔助讀者理解類和對象的概念，加深對數據結構的認識。讀者應掌握類和對象的定義，實例化方法；理解類屬性、實例屬性、私有屬性和公有屬性，實例方法、類方法、靜態方法、私有方法和公有方法，繼承性、封裝性和多態性的概念和使用形式。

第7章 Python文件操作。通過本章實踐讓讀者理解文件是存儲在外存儲介質中的數據，不同的文件結構導致不同的文件類型，不同文件有著不同的用途，需要不同的讀寫方法和參數。讀者應熟練掌握讀寫文本文件、二進制文件、CSV文件和JSON文件的方法和流程。

第8章 Python數據庫操作。通過本章實踐讓讀者理解數據庫在大量數據的快速共享存取訪問，保持數據的一致性和完整性，保持數據與應用程序的獨立性方面的優勢。讀者應熟練掌握MySQL數據庫的安裝和使用；pymysql（Python DB-API for MySQL）的安裝；Python通過SQL語句操作MySQL數據庫、數據表和數據記錄的方法和流程。

第9章 Python數據分析初步。通過本章實踐讓讀者理解Python的第三方庫Pandas非常適合對海量異構數據進行快捷處理，不需要像數據庫操作那樣先安裝DBMS，因此其在數據分析中占有非常重要的地位，也發揮著非常重要的作用。讀者應熟練掌握Pandas庫的查看和安裝方法；Pandas一維數據結構、二維數據結構的使用；Pandas的重要方法和函數；運用Pandas常用函數進行數據分析的方法和基本流程。

第10章 Python圖形界面編程。通過本章實踐讓讀者理解tkinter是Python進行GUI開發的標準庫，不需要額外安裝和配置，使用方便。讀者應熟練掌握用tkinter進行圖形界面程序編寫的流程和方法，包括界面布局和控制、界面上圖形控件的放置、屬性的設置以及事件響應的程序編寫；掌握tkinter庫及其子庫中常用組件和對象的使用。

第11章 Python數據可視化。通過本章實踐讓讀者理解可視化是利用人眼的感知能力對數據進行交互的可視表達以增強認知。它將不可見或難以直接顯示的數據轉化為可感知的圖形、符號、顏色、紋理等，提高數據識別效率，傳遞有效信息。讀者應熟練掌握Matplotlib數據可視化核心拓展庫的使用方法，熟悉大量的定制選項，實現對圖形的深度定制和跨平臺的交互式圖形可視化。

本書由張雙獅任主編，負責全書的策劃設計和統稿工作，王娟、李思佳、何巍、吳春穎任副主編。主要編寫人員分工如下：張雙獅編寫第4、9章，張雙獅與何巍共同編寫第8章，王娟編寫第5章，李思佳編寫第2、3、10章，何巍編寫第1、7、11 章，吳春穎編寫第6章。

本書是全國高等學校計算機教育研究會課題“面向警務新工科的公安信息化基礎教學改革與實踐研究”（編號：2021-AFCEC-522）、河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于大數據的警務課程考核平臺構建與教學實踐研究”（編號：2019GJJG460）的階段性成果。

本書的編寫得到了很多人的支持和幫助。非常感謝中國人民警察大學劉義祥副校長、數據警務技術專業負責人蘭月新教授，他們對本書的編寫提出了良好建議。還要感謝Python官網、Python數據分析和可視化庫官網、CSDN、菜鳥教程、博客園、C語言中文網等網站及其社區的熱心博主，他們寫了許多非常精彩的、超有參考價值的文章。此外，還要感謝中國水利水電出版社萬水分社楊慶川社長對大數據系列叢書出版的支持、策劃和建議，感謝石永峰副社長在本書的編寫過程中給予的耐心指導和非常細致的校對，以及多次提出的良好建議，特別是他對編寫方式及插入圖表的策劃，使得本書能夠更好地用于教學。感謝河北大數據聯盟主席安志遠教授的熱心組織和辛勤付出，感謝大數據聯盟兄弟院校的老師們對本書編寫提出的寶貴意見和建議，祝愿他們在以后的工作和生活中一切順利。

由于時間倉促，加之編者水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

張雙獅

2022年6月于中國人民警察大學

前言
第1章　Python編程初步 1
實踐1　Python IDE安裝與使用 2
實踐2　Jupyter Notebook安裝與使用 5
實踐3　PyCharm安裝與使用 10
實踐4　VS Code安裝與使用 16
本章小結 20
第2章　Python語言基礎 21
實踐1　基本數據類型與基本運算符 22
實踐2　類型轉換 28
實踐3　輸入與輸出 30
實踐4　最值與求和 34
實踐5　排序與逆序 35
實踐6　range()函數 36
實踐7　map()函數 37
實踐8　zip()函數 38
本章小結 40
第3章　Python組合數據類型 41
實踐1　列表的定義和使用 42
實踐2　元組的定義和使用 48
實踐3　字符串的實際應用 50
實踐4　字典的定義和使用 53
實踐5　集合的定義和使用 56
實踐6　序列解包 57
本章小結 59
第4章　Python控制結構 60
實踐1　順序結構應用 61
實踐2　單分支結構應用 66
實踐3　雙分支結構應用 67
實踐4　多分支結構應用 68
實踐5　分支嵌套結構應用 69
實踐6　遍歷循環的應用 71
實踐7　無限循環的應用 74
實踐8　循環控制的應用 77
實踐9　循環嵌套的應用 78
實踐10　程序異常處理 81
實踐11　格式化打印輸出問題 82
實踐12　組合數據類型的綜合應用 84
實踐13　常用排序與查詢算法編程 86
本章小結 90
第5章　Python函數與模塊 91
實踐1　函數的基本用法 93
實踐2　變量的作用域 104
實踐3　函數的參數傳遞 105
實踐4　遞歸函數的定義和調用 114
實踐5　Python庫的應用 117
本章小結 119
第6章　Python面向對象編程 120
實踐1　類的定義與實例化 121
實踐2　類的屬性 123
實踐3　類的方法 125
實踐4　類的封裝性 131
實踐5　類的繼承性 132
實踐6　類的多態性 136
本章小結 139
第7章　Python文件操作 140
實踐1　文本文件操作 140
實踐2　二進制文件操作 143
實踐3　CSV文件操作 145
實踐4　JSON文件操作 147
本章小結 149
第8章　Python數據庫操作 150
實踐1　MySQL數據庫連接 151
實踐2　MySQL數據庫操作 155
實踐3　MySQL數據表操作 157
實踐4　MySQL數據記錄操作 158
本章小結 163
第9章　Python數據分析初步 164
實踐1　Pandas基本操作 164
實踐2　Pandas數據分析進階 174
本章小結 179
第10章　Python圖形界面編程 180
實踐1　模擬用戶登錄 180
實踐2　學生信息管理 183
實踐3　簡易計算器 186
本章小結 189
第11章　Python數據可視化 190
實踐1　Matplotlib基本操作 191
實踐2　柱形圖與條形圖繪制 194
實踐3　散點圖與氣泡圖繪制 196
本章小結 199
參考文獻 200

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2. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
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26. 網絡營銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
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28. Python程序設計實踐教程 [王鶴琴 蔡正保]
29. 電視節目策劃與制作（微課版） [主　編　黃滴滴]
30. 數據庫技術與應用實踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴暉 周肆清]