《Python语言程序设计基础》（第二版）是江苏省“十四五”首批职业教育规划教材，也是新世纪高等职业教育教材编审委员会组编的大数据技术专业系列规划教材之一。

　　Python是一门优雅而健壮的编程语言，它继承了传统编译语言的强大性和通用性，同时也借鉴了简单脚本和解释语言的易用性。随着人工智能时代的到来，Python已经成为学习编程的首选语言。本书是Python语言的一本入门教材，适合零基础的读者学习Python语言的基础语法，包括常见的数据类型、流程控制语句和面向对象的编程等；同时也可以作为学习者参加全国计算机等级考试二级Python语言程序设计的辅助资料。

　　本教材在内容组织上以案例、项目为载体，参照全国计算机等级考试二级Python语言程序设计考试大纲的要求，将Python的基本知识点和技能点融入其中，由浅入深、螺旋上升。每个单元开始是单元学习导航，可以让学习者把握学习的要点；学习任务中有知识介绍和案例学习，任务设计合理，并且配有拓展任务供学习者进行拓展练习；同步练习可以对单元学习情况进行及时检测。本教材配有PPT教学课件、程序源代码、同步练习参考答案等配套资源。

　　全书共8个单元，具体内容如下：

　　单元1，Python程序基础。介绍Python开发环境的部署，集成开发环境的使用，第一个程序的编写和发布。

　　单元2，Python的控制结构。介绍程序的三种结构（顺序、分支、循环），程序流程图的绘制，程序调试方法，异常处理结构。

　　单元3，数据类型。介绍Python的基本数据类型（数字类型、字符串类型）与Python的组合数据类型（列表、元组、字典、集合）。

　　单元4，函数和模块。介绍函数的基本使用，函数的参数和返回值，递归函数和匿名函数，模块的调用和创建。

　　单元5，面向对象编程。介绍面向对象的基础知识，类的封装、继承和多态三大特性，类的属性和方法。

　　单元6，文件与文件系统操作。介绍文件的打开与关闭，文本文件的读写，常见文件的处理，文件和目录操作。

　　单元7，数据库操作。介绍使用Python完成数据库的基本操作，包括数据库连接，数据库查询和数据库的增加、删除和修改。

　　单元8，Python的第三方库。介绍了Python的一些典型的第三方库，包括网络爬虫requests库和Scrapy框架、文本处理的wordcloud库和jieba库、数据可视化的Matplotlib库和自动化测试的Selenium库等。

　　本教材得到江苏高校“青蓝工程”、江苏省“十三五”高水平骨干专业经费的资助。本教材在编写过程中得到了大连理工大学出版社的大力支持，在此深表感谢。

　　本教材提供在线学习平台，学习者可以在超星泛雅平台“Python程序设计”课程中进行学习，网址：https://mooc1.chaoxing.com/course/214423332.html。

　　在编写本教材的过程中，编者参考、引用和改编了国内外出版物中的相关资料以及网络资源，在此表示深深的谢意！相关著作权人看到本教材后，请与出版社联系，出版社将按照相关法律的规定支付稿酬。

　　由于编者的水平有限，书中难免有疏漏和错误之处，恳请广大读者批评指正，联系邮箱为wulinglin@foxmail.com。

　　编  者

　　2023年1月

单元1  Python程序基础 / 1

  1.1  部署Python开发环境 / 1

    1.1.1  Python简介 / 1

    1.1.2  Python语言的特点 / 2

    1.1.3  Python的应用领域 / 2

    1.1.4  常用的开发环境 / 3

    任务1.1：在Windows中搭建Python开发环境 / 4

    拓展任务：安装部署PyCharm集成开发环境 / 9

  1.2  初识Python程序 / 13

    1.2.1  Python集成开发环境的使用 / 13

    1.2.2  Python的注释 / 14

    1.2.3  Python程序的风格 / 15

    任务1.2：计算某数的平方根 / 16

    拓展任务：程序改错 / 17

  1.3  编写第一个程序 / 17

    1.3.1  变量 / 17

    1.3.2  运算符 / 18

    1.3.3  输入与输出 / 20

    任务1.3：编程求解圆锥的体积 / 22

    拓展任务：编程求解圆的面积和周长 / 24

  1.4  程序发布 / 24

    1.4.1  pip包管理工具 / 24

    1.4.2  第三方库的安装 / 25

    1.4.3  PyInstaller库及程序发布 / 27

    任务1.4：发布求解圆锥体积的程序 / 27

    拓展任务：在程序打包的时候使用指定的图标 / 28

  单元小结 / 28

  同步练习 / 28

单元2  Python的控制结构 / 31

  2.1  程序的控制结构 / 31

    2.1.1  程序流程图的基本符号 / 31

    2.1.2  程序的三种控制结构 / 32

    任务2.1：绘制判断某数是否为质数的程序流程图 / 33

    拓展任务：绘制判断某年份是否为闰年的程序流程图 / 34

  2.2  顺序结构 / 34

目  录

    2.2.1  turtle库概述 / 34

    2.2.2  random库与随机数 / 40

    2.2.3  常用内置函数的用法 / 41

    任务2.2：绘制等边三角形 / 44

    拓展任务：绘制正方形 / 45

  2.3  分支结构 / 46

    2.3.1  if单分支结构 / 46

    2.3.2  ifelse二分支结构 / 46

    2.3.3  ifelifelse多分支结构 / 47

    2.3.4  if嵌套 / 49

    任务2.3：猜数字游戏 / 50

    拓展任务：计算身体质量指数 / 51

  2.4  循环结构 / 52

    2.4.1  while循环 / 52

    2.4.2  for循环 / 54

    2.4.3  循环嵌套 / 55

    2.4.4  循环相关的其他语句 / 57

    任务2.4：判断某数是否为质数 / 59

    拓展任务1：输出100以内所有的质数 / 60

    拓展任务2：绘制雪景 / 60

  2.5  程序单步调试 / 62

    2.5.1  IDLE的Debug模式 / 62

    2.5.2  Debug模式调试代码 / 62

    任务2.5：解决鸡兔同笼问题 / 64

    拓展任务：输出直角三角形 / 68

  2.6  异常处理结构 / 68

    2.6.1  异常与异常类 / 68

    2.6.2  异常处理 / 69

    2.6.3  抛出异常 / 74

    任务2.6：异常处理 / 75

    拓展任务：异常处理完善 / 76

  单元小结 / 77

  同步练习 / 77

单元3  数据类型 / 82

  3.1  数字类型 / 82

    3.1.1  数字类型概述 / 82

    3.1.2  数值处理函数 / 84

    任务3.1：输出1000以内的水仙花数 / 86

    拓展任务：求解一元二次方程的根 / 87

  3.2  字符串类型 / 88

    3.2.1  字符串概述 / 88

    3.2.2  字符串的基本操作 / 90

    3.2.3  字符串处理函数 / 93

    3.2.4  字符串处理方法 / 96

    任务3.2：判断字符串是否为旋转词 / 103

    拓展任务：判断字符串是否为回文 / 104

  3.3  列表 / 105

    3.3.1  列表概述 / 105

    3.3.2  列表的操作函数 / 108

    3.3.3  列表的操作方法 / 110

    任务3.3：计算企业发放的奖金 / 113

    拓展任务：统计字符出现的次数 / 114

  3.4  元组 / 115

    3.4.1  元组概述 / 115

    3.4.2  元组的基本操作 / 115

    3.4.3  元组的操作函数 / 116

    3.4.4  time库 / 117

    任务3.4：今天是今年的第几天 / 119

    拓展任务：根据输入的整数返回星期几 / 119

  3.5  字典 / 119

    3.5.1  字典概述 / 120

    3.5.2  字典的操作函数 / 121

    3.5.3  字典的操作方法 / 121

    任务3.5：使用字典统计字母出现的频率 / 124

  3.6  集合 / 124

    3.6.1  集合概述 / 124

    3.6.2  集合的操作方法 / 126

    任务3.6：去除列表中存在的重复元素 / 128

  单元小结 / 128

  同步练习 / 128

单元4  函数和模块 / 132

  4.1  函数的基本使用 / 132

    4.1.1  函数的定义与调用 / 133

    4.1.2  函数的类型 / 135

    任务4.1：定义一个能实现增加学生信息功能的函数 / 139

    拓展任务：定义一个能实现修改学生信息功能的函数 / 140

  4.2  函数的参数和返回值 / 141

    4.2.1  默认参数 / 141

    4.2.2  不定长参数 / 142

    4.2.3  函数的返回值 / 143

    4.2.4  变量的作用域 / 144

    任务4.2：根据用户需求绘制圆形 / 146

    拓展任务：对数值大小进行比较 / 148

  4.3  递归函数和匿名函数 / 148

    4.3.1  递归函数 / 148

    4.3.2  匿名函数 / 149

    任务4.3：编写递归函数求解n的阶乘 / 150

    拓展任务：计算斐波那契数列的第20项的和 / 150

  4.4  模块的调用和创建 / 151

    4.4.1  模块的调用 / 151

    4.4.2  模块的创建 / 152

    任务4.4：编写自定义函数计算两个年份之间的闰年数 / 154

    拓展任务：创建模块实现数值的比较 / 154

  单元小结 / 155

  同步练习 / 156

单元5  面向对象编程 / 159

  5.1  面向对象基础 / 159

    5.1.1  面向对象和面向过程的区别 / 159

    5.1.2  类与对象 / 161

    5.1.3  类的构造方法与析构方法 / 162

    任务5.1：定义学生类 / 164

    拓展任务：定义员工类 / 165

  5.2  类的三大特性 / 166

    5.2.1  类的封装 / 166

    5.2.2  类的继承 / 167

    5.2.3  类的多态 / 172

    任务5.2：使用继承完成人、学生和教师类的定义 / 174

    拓展任务：定义图形类 / 175

  5.3  类的属性和方法 / 177

    5.3.1  类的属性 / 177

    5.3.2  类的方法 / 178

    5.3.3  静态方法 / 179

    5.3.4  类方法重载 / 179

    任务5.3：统计员工人数与总薪资 / 182

    拓展任务：求多边图形的面积 / 183

  单元小结 / 185

  同步练习 / 185

单元6  文件与文件系统操作 / 189

  6.1  文件的打开与关闭 / 189

    6.1.1  文件的分类 / 189

    6.1.2  文件的打开 / 190

    6.1.3  文件的关闭 / 191

    任务6.1：打开并关闭文本文件 / 192

    拓展任务：打开并关闭CSV文件 / 192

  6.2  文本文件的读写 / 193

    6.2.1  文件的读取 / 193

    6.2.2  文件指针的定位 / 195

    6.2.3  文件的写入 / 197

    任务6.2：文件的备份 / 199

    拓展任务：格式化输出CSV文件的内容 / 199

  6.3  常见文件的处理 / 201

    6.3.1  二进制文件的读写 / 201

    6.3.2  Excel文件的读写 / 202

    任务6.3：序列化用户自定义对象至二进制文件 / 204

    拓展任务：json文件的读写 / 205

  6.4  文件和目录操作 / 206

    6.4.1  os模块的文件和目录操作 / 206

    6.4.2  os.path模块的文件和目录操作 / 208

    6.4.3  shutil模块的文件和目录操作 / 210

    任务6.4：批量修改文件的名称 / 211

  单元小结 / 212

  同步练习 / 212

单元7  数据库操作 / 215

  7.1  数据库连接 / 215

    7.1.1  MySQL数据库简介 / 215

    7.1.2  SQLite数据库简介 / 217

    7.1.3  连接MySQL、SQLite数据库 / 218

    任务7.1：连接SQLite数据库 / 221

    拓展任务：连接SQL Server数据库 / 222

  7.2  数据库查询 / 223

    7.2.1  MySQL数据库查询 / 223

    7.2.2  数据库操作的基本术语 / 224

    7.2.3  使用Python查询MySQL数据库 / 226

    任务7.2：查询并输出数据表信息 / 228

    拓展任务：查询并输出数据表多条记录 / 229

  7.3  数据库的增加、修改和删除 / 231

    7.3.1  数据库增加、修改和删除语法格式 / 231

    7.3.2  使用Python完成数据库的增加、修改和删除操作 / 232

    7.3.3  数据库访问参数化 / 236

    任务7.3：创建数据表并为数据表增加记录 / 238

    拓展任务1：修改、删除数据表（Class）的记录 / 241

    拓展任务2：运用参数化为数据表插入一条记录 / 242

  单元小结 / 242

  同步练习 / 243

单元8  Python的第三方库 / 246

  8.1  网络爬虫 / 246

    8.1.1  网络爬虫的基本流程 / 247

    8.1.2  网络爬虫库 / 247

    8.1.3  网络爬虫框架 / 248

    8.1.4  使用网络爬虫框架的基本步骤 / 249

    任务8.1：使用requests库以GET请求的方式爬取网页 / 254

    拓展任务：使用Scrapy爬虫框架爬取网页信息 / 256

  8.2  文本处理 / 258

    8.2.1  wordcloud库与词云 / 258

    8.2.2  jieba库与分词 / 260

    任务8.2：将普希金诗歌分词并且生成词云 / 262

    拓展任务：将《诗经》中的诗歌分词并且生成词云 / 262

  8.3  数据可视化 / 263

    8.3.1  Matplotlib库简介 / 263

    8.3.2  使用Matplotlib库绘制各类图形 / 264

    任务8.3：使用Matplotlib库绘制折线图 / 267

    拓展任务：使用Matplotlib库绘制柱形图 / 268

  8.4  自动化测试 / 269

    8.4.1  Selenium简介 / 269

    8.4.2  网页元素定位方法 / 270

    8.4.3  编写自动化测试脚本 / 273

    任务8.4：使用Selenium库查询火车信息 / 275

    拓展任务：使用Selenium库查询图书信息 / 276

  单元小结 / 277

  同步练习 / 277

参考文献 / 280

附  录 / 281

  附录1  Python内置函数 / 281

  附录2  全国计算机等级考试二级Python程序设计简介 / 281