Python编程从入门到精通

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书名：Python编程从入门到精通

ISBN：978-7-115-65553-0

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著    明日科技

责任编辑 谢晓芳

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内容提要

本书系统、全面地介绍了Python程序设计开发所涉及的各类知识。主要内容包括Python基础知识、数据类型、运算符、条件控制语句、循环结构语句、序列、字符串、列表、字典、集合、文件、I/O、函数、GUI编程和异常处理。全书内容与示例紧密结合，有助于读者理解知识、应用知识，达到学以致用的目的。

本书可作为大中专院校计算机相关专业的教材，也可作为Python自学手册，还适合开发人员参考。

前  言

Python自问世以来，发展得越来越快，和Python相关的应用也越来越多。当前，示例教学是计算机程序语言教学最有效的方法之一。本书将Python知识和实用的示例有机结合起来：一方面，追踪Python的发展方向，适应市场需求，精心选择内容，突出重点，强调实用性，使知识讲解全面、系统；另一方面，将知识融入示例讲解，使知识与示例相辅相成，既有利于读者学习知识，又有利于指导读者实践。

如果您在学习或使用本书的过程中遇到问题或疑惑，可以通过如下方式与我们联系，我们会尽快提供解答。

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服务电话：0431-84978981/84978982。

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服务信箱：mingrisoft@mingrisoft.com。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正，以便本书得以改进和完善。

明日科技

2024年9月

第1章　概述

1.1　初识Python

1.1.1　Python简介

Python 是一种跨平台的、开源的、免费的、解释型的高级编程语言，它具有种类丰富和功能强大的库，能够把用其他语言（尤其是C/C++）制作的各种模块很轻松地整合在一起，所以Python常被称为“胶水”语言，其标志如图1.1所示。Python 的应用领域也非常广泛，在 Web 编程、图像处理、大数据处理、网络爬虫和科学计算等领域都能找到 Python 的身影。在全球最大的编程问答社区 Stack Overflow上，Python已经成为受欢迎的编程语言之一。

图1.1　Python的标志

1.1.2　Python的应用领域

作为一种功能强大且简单易学的编程语言，Python广受好评。Python的应用领域有哪些呢？概括来说主要有以下几个领域。

Web开发。

大数据处理。

人工智能。

自动化运维开发。

云计算。

爬虫。

游戏开发。

1.2　Python的安装与问题处理

1.2.1　安装Python

1.如何查看计算机操作系统的位数

为了提高开发效率，编程软件分别对32位操作系统和64位操作系统做了优化，推出了不同的开发工具包。Python也不例外，所以在安装Python前，需要了解计算机操作系统的位数。下面介绍在Windows 10下如何查看操作系统的位数。

在桌面找到“此电脑”图标，右击该图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，如图1.2所示。在弹出的窗口中，在“系统类型”处标记着本机是64位操作系统还是32位操作系统，如图1.3所示。

图1.2　选择“属性”命令

图1.3　查看系统类型

2.下载Python安装包

在Python的官方网站中，可以很方便地下载Python的安装程序。下载完成后，在下载位置可以看到已经下载的Python安装文件“python-3.8.2.exe”，如图1.4所示。

图1.4　下载后的python-3.8.2.exe文件

3.在Windows 64位操作系统上安装Python

在Windows 64位操作系统上安装Python 3.x的步骤可以查看安装视频。

4.检测Python是否安装成功

按照步骤安装Python后，需要检测Python是否安装成功。例如，要在Windows 10操作系统中检测Python是否成功安装，先右击Windows 10操作系统的“开始”菜单，在弹出的快捷菜单中选择“搜索”，在桌面左下角的“搜索程序和文件”文本框中输入cmd命令，然后按Enter键，启动“命令提示符”窗口（又称命令行界面、命令行窗口），在当前的“命令提示符”窗口中输入python，并且按Enter键，如果出现图1.5所示的信息，则说明Python安装成功，同时进入交互式Python解释器。

图1.5　在“命令提示符”窗口中运行的Python解释器

1.2.2　解决“ 'python'不是内部或外部命令……”的问题

在“命令提示符”窗口中输入“python”命令后，可能会显示“‘python’不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件”，如图1.6所示。

图1.6　输入“python”命令后出错

出现该问题的原因是，在当前的路径中找不到Python.exe可执行程序，具体的解决方法是配置环境变量。这里以Windows 10操作系统为例介绍配置环境变量的方法，具体如下。

（1）在“此电脑”图标上右击，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，并在弹出的“系统”窗口中单击“高级系统设置”超链接，将出现图1.7所示的“系统属性”对话框。

（2）单击“环境变量”按钮，将弹出“环境变量”对话框，如图1.8所示。

图1.7　“系统属性”对话框

图1.8　“环境变量”对话框

（3）在“mingribccd的用户变量”中，选择“Path”环境变量，单击“编辑”按钮，将弹出“编辑环境变量”对话框，单击“新建”按钮，在新建的文本框中输入“G:\Python\Python38”，再次单击“新建”按钮，在新建的文本框中输入“G:\Python\Python38\Scripts\”，单击“确定”按钮，如图1.9所示，回到“环境变量”对话框。（注意G 盘为编者安装Python的路径，读者可以根据实际情况进行修改。）

图1.9　编辑环境变量

（4）单击“环境变量”对话框中的“Path”环境变量，可以看到刚添加的变量值，如图1.10所示。单击“确定”按钮，完成环境变量的配置。

（5）在“命令提示符”窗口中，输入 Python 命令，如果Python解释器可以成功运行，说明配置成功。如果已经正确配置了环境变量，仍无法启动Python解释器，建议重新安装Python。

图1.10　查看添加的变量值

1.3　Python开发工具

通常情况下，为了提高开发效率，需要使用相应的开发工具。进行Python开发也可以使用开发工具。下面将介绍如何利用Python自带的集成开发和学习环境（IDLE）进行编程。

在安装Python后，会自动安装IDLE。它是Python Shell（可以在打开的IDLE主窗口的标题栏上看到），程序开发人员可以利用它与Python交互。

1.打开IDLE并编写代码

单击Windows 10操作系统的“开始”菜单，依次选择“所有程序”→“Python 3.8”→“IDLE(Python 3.8 64-bit)”命令，即可打开IDLE主窗口，如图1.11所示。

图1.11　IDLE主窗口

编写代码的步骤如下。

（1）在IDLE主窗口的菜单栏中，选择“File”→“New File”命令，将打开一个新窗口。在该新窗口中，可以直接编写Python代码，输入一行代码后，再按Enter键，将自动换到下一行，等待继续输入，如图1.12所示。

图1.12　新创建的Python文件窗口

（2）在代码编辑区中，编写“hello world”程序，代码如下。

print("hello world")

（3）编写完成的代码效果如图1.13所示。按Ctrl +S快捷键，保存文件，这里将其保存为demo.py，其中.py是Python文件的扩展名。

图1.13　代码效果

（4）运行程序。从菜单栏中选择“Run”→“Run Module”命令（或按F5键），运行结果如图1.14所示。

图1.14　运行结果

说明

程序运行结果会在IDLE中呈现，每运行一次程序，程序运行结果就会在IDLE中呈现一次。

2.IDLE常用的快捷键

在程序开发过程中，合理地使用快捷键，不但可以降低代码的错误率，而且可以提高开发效率。因此，掌握IDLE常用的快捷键很有必要的。在IDLE中，可通过选择菜单栏中的“Options”→“Configure IDLE”命令，在打开的“Settings”对话框的“Keys”选项卡中查看快捷键，但该界面是英文的，不便于查看，所以表1.1列出IDLE常用的快捷键。

表1.1　IDLE常用的快捷键

说明

由于IDLE使用起来简单、方便，因此我们将以IDLE作为开发工具。

1.4　基本输出函数print()

在Python中，使用内置的print()函数可以将结果输出到IDLE或者标准控制台上。print()函数的语法格式如下。

print(value, ..., sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

参数说明如下。

value：表示要输出的值；可以是数字、字符串、各种类型的变量等。

…：值列表，表示可以一次性输出多个值；在输出多个值时，需要使用“,”（英文逗号）分隔，输出的值之间默认用空格隔开。

sep：表示输出的值之间的间隔符，默认是一个空格，也可以设置为其他的分隔符。

end：表示输出完最后一个值后需要添加的字符串，用来设定输出语句以什么结尾，默认是换行符“\n”，即输出完会跳到新行；可以换成其他字符串，如end='\t' 或end=' '等。

file：表示输出的目标对象，可以是文件，也可以是数据流，默认是sys.stdout。另外，也可以设置“file = 文件存储对象”，把内容存到该文件中。

flush：表示是否立刻将输出语句输出到目标对象，flush的值为False或者True，默认flush=False，表示输出值会存放在缓存中；当flush=True时，输出值会被强制写入文件。

其中，输出内容可以是数字和字符串（字符串需要使用引号括起来），此类内容将直接输出；输出内容也可以是包含运算符的表达式，此类内容将计算结果输出。例如：

a=100                            # 变量a的值为100
b=5                              # 变量b的值为5
print(9)                         # 输出数字9
print(a)                         # 输出变量a的值
print(a*b)                       # 输出a*b的结果
print("go big or go home")        # 输出"go big or go home"

多学两招

在Python中，默认情况下，使用print()语句输出结果后会自动换行，如果想要一次输出多项内容，而且不换行，可以将要输出的内容使用英文逗号分隔。下面的代码将在一行中输出变量a和b的值，以及字符串。

print(a,b,'要么出众，要么出局')    # 输出结果：100 5 要么出众，要么出局

注意

sep、end、file、flush都必须以命名参数的方式传参，否则会被当作需要输出的对象。

提示

如果print()函数不传递任何参数，将会输出end参数的默认值，即输出空行。

1.4.1　使用连接符连接多个字符串

数值可以直接输出，但使用“+”连接数值和其他类型的数据时，系统会默认执行加法计算，并报错。可以使用“,”连接，或者将数值作为字符串来处理，即在两端加英文单引号或英文双引号。

print(1314)                     # 直接输出整数，可不带英文双引号或英文单引号
1314
print(12.22)                    # 直接输出浮点数
12.22
print(10/3)                     # 可以包含运算表达式，输出运算结果
3.3333333333333335
print(100*3.13 + 60)            # 可以包含运算表达式，输出运算结果
373
print(2, 0, 2, 0)               # 使用","连接要输出的数值，输出结果之间用空格分隔
2 0 2 0
print(192, 168, 1, 1, sep='.')  # 使用"."连接输出数值，数值之间用"."分隔
192.168.1.1
print("广州恒大" + 43)           # 不能直接使用"+"连接字符串和数值
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str
print("广州恒大" + str(43))      # 使用"+"连接字符串和数值时，数值要转换为字符串
广州恒大43
print("广州恒大", 43)            # 使用","连接字符串和数值，字符串和数值之间用空格分隔
广州恒大 43
print("%e" % 120563332111098)   # 使用操作符“"%e"%”格式化数值为科学记数法
1.205633e+14

1.4.2　指定位数编号输出

zfill()函数可按指定位数输出编号，如将输入的数字格式化为5位编号并输出，代码如下。

instr=input('请输入一个数字：')
print(instr.zfill(5))            # 输出5位编号

运行程序，输入一个数字，会将其格式化为5位编号，如图1.15所示。

图1.15　输出5位编号

1.5　输入函数input()

在Python中，使用内置函数input()可以接收用户从键盘输入的信息。input()函数的基本用法如下。

variable=input("提示文字")

其中，variable为保存输入结果的变量，双引号内的提示文字用于提示要输入的内容。例如，要接收用户输入的内容并保存到变量tip中，可以使用下面的代码。

tip=input("请输入文字：")

在Python 3.x中，无论输入的是数字还是字符，都将被当作字符串读取。如果要接收数值，需要对接收到的字符串进行类型转换。例如，要接收整型的数字并保存到变量num中，可以使用下面的代码。

num=int(input("请输入您的幸运数字："))

要获得字符对应的ASCII值，该如何实现呢？使用ord()函数可以将字符的ASCII值转换为数字。下面的代码用于根据输入字符，输出相应的ASCII值。

name=input("输入字符：")                        # 输入字母或数字，不能输入汉字
print(name+" 的ASCII值：",ord(name))           # 显示字符对应的ASCII值

如果输入字符“A”，则输出结果为“A的ASCII值为65”；如果输入数字5，则输出结果为“5的ASCII值为53”。

编写程序，根据输入的年份，计算年龄大小。

根据输入的年份（4位数字，如1981），计算目前的年龄。程序中使用input()函数输入年份，使用datetime模块获取当前年份，用当前年份减去输入的年份，就是年龄，代码如下。

import datetime                                # 导入时间模块
imyear=input("请输入您的出生年份：")              # 输入的出生年份必须是4位数
nowyear=datetime.datetime.now().year           # 计算当前年份
age=nowyear-int(imyear)                        # 用于计算实际年龄
print("您的年龄："+str(age) +"岁")              # 输出年龄
# 根据计算的年龄判断所处的年龄阶段
if age<18:                                     # 如果年龄小于18岁
     print("您现在为未成年人 ~@_@~")             # 输出"您现在为未成年人 ~@_@~"
if age>=18 and age<66:                        # 如果18≤age<66
     print("您现在为青年人 (-_-)")                # 输出"您现在为青年人 (-_-)"
if age>=66 and age<80:                        # 如果66≤age<80
     print("您现在为中年人~@_@~")               # 输出"您现在为中年人~@_@~"
if age>=80:                                   # 如果age≥80
     print("您现在为老年人 *-_-* ")                # 输出"您现在为老年人*-_-*"

运行程序，会提示输入出生年份，如图1.16所示。输入出生年份，出生年份必须是4位数，如1981。

输入出生年份，如输入2007，按Enter键，运行结果如图1.17所示。

图1.16　提示输入出生年份

图1.17　根据输入的年份计算年龄

1.5.1　常用输入

当使用input()输入信息时，提示信息可以为空值（不提示任何信息），也可以和转义字符结合（如在提示信息后加\n，表示在提示信息后换行）。常见的示例代码如下。

name=input("")                  # 无提示型输入，不换行
name1=input("name:")            # 简洁型输入，不换行
name2=input("请输入您的姓名：")   # 提示型输入，不换行
name3=input("姓名:\n")          # 提示型输入，换行

运行结果如下。

张三丰
name:李四
请输入您的姓名：理想
姓名:
李世民     

1.5.2　去除输入的非法字符

当输入数据时，可能会输入空格等非法字符。这时，可以使用字符串的strip()、lstrip()或rstrip()等方法去除输入的非法字符。例如，使用下面的代码。

name=input("请输入您的姓名:").strip(' ')    # 去除输入数据两端的空格
age=input("请输入您的年龄:").lstrip(' ')    # 去除输入数据左侧的空格
print(name)
print(age)

运行结果如下。

请输入您的姓名: joy
请输入您的年龄: 12
joy   12

1.5.3　多数据输入

input()函数支持多个数据的输入，输入的时候通常使用字符串的split()方法进行分割，如同时输入某一地点的坐标值等。示例代码如下。

# 在一行输入两个不限定类型的值
x,y=input("请输入出发地点的横、纵坐标值，用英文逗号分隔:").split(',')
name,age,height=input('请输入你的姓名、年龄和身高，用英文逗号分隔：\n').split(',') 
# 在一行输入两个限定类型为整型的值
a,b=map(int,input('请输入两个数，用空格分隔：\n').split())        
print(x,y)
print(age)
print(a,b)

运行结果如下。

请输入出发地点的横、纵坐标值，用英文逗号分隔:123,210
请输入你的姓名、年龄和身高，用英文逗号分隔：
joy,22,1.68
请输入两个数，用空格分隔：
27 89
123 210
22
27 89

说明

如果不按指定规则输入，将输出错误提示信息“ValueError: not enough values to unpack”。

通过循环语句也可以实现多个数据的输入，这也需要使用字符串的split()方法对输入的数据进行分割。代码如下。

sum=0
for x in input('请输入多个加数，中间用空格分隔：').split(' '):
    sum=sum+int(x)
print(sum)

运行结果如下。

请输入多个加数，中间用空格分隔：
1 2 3 4 5 6 7 8
36

1.5.4　强制转换输入

用户通过input()函数输入的数据都是字符串类型的，有时程序要求输入的数据为某种特定数据类型，如整型、浮点型或日期型等。这时，就需要在输入后进行强制转换。例如，使用int()函数将用户输入的字符串类型的数据转换为整型数据。示例代码如下。

age=int(input('age：'))
print(age)
print(type(age))

运行结果如下。

age：30
30
<class 'int'>

有时对输入的数据是有一定要求的，如首字母大写、全部小写等。这时，可以使用字符串的lower()、upper()、capitalize()或title()等方法对输入的数据进行强制转换。示例代码如下。

password=input('请输入您的密码：').upper()      # 将输入的数据转换为全部大写
name=input('请输入您的姓名：').capitalize()     # 将输入的数据转换为首字母大写
school=input('请输入您的学校：').title()         # 将输入的数据全部转换为首字母大写
print(password,name,school)                 # 输出以上转换后的内容

运行结果如下。

请输入您的密码：abcdefg      
请输入您的姓名：joy
请输入您的学校：harvard university
ABCDEFG Joy Harvard University

1.5.5　对输入数据进行验证

Python提供了一些对输入数据进行验证的方法，通过这些方法可以非常方便地判断输入内容是大写字母、小写字母、数字还是空白字符等。主要方法如下。

isalnum()：用于验证指定字符是不是都是数字或者字母。

isalpha()：用于验证指定字符是不是都是字母。

isdigit()：用于验证指定字符是不是都是数字。

islower()：用于验证指定字符是不是都是小写字母。

isupper()：用于验证指定字符是不是都是大写字母。

istitle()：用于验证指定字符是不是都是首字母大写，类似标题。

isspace()：用于验证所有字符是不是都是空白字符，如\t、\n、\r。

使用字符串的isdigit()方法可以验证输入数据是不是数字。例如，若输入纯数字，可进入系统，否则，将退出系统，代码如下。

if input('请输入数字验证码：').isdigit():
    print('正在登录草根之家商务系统！')
else:
    print('输入非法，将退出系统！')

输入纯数字的运行结果如下。

请输入数字验证码：1314
正在登录草根之家商务系统！

输入非纯数字的运行结果如下。

请输入数字验证码：q1e2
输入非法，将退出系统！