作者：王振世
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Python编程与初级数学试读：
前言
写作背景
Python是免费开源的，任何人都可以从其官网免费下载Python的安装软件、源代码及其使用说明文档。越来越多的人喜欢使用Python编程，越来越多的行业开始应用Python。Python在游戏、图像、视频、人工智能、机器人和自动控制等领域有着广泛的应用。国内外的很多著名公司，如腾讯、阿里巴巴、豆瓣、谷歌、YouTube公司都在使用Python。可以这么说，Python是21世纪非常有前途的编程语言之一。
数学有特定思维模式，计算机编程也有特定思维模式。这两种思维模式有共同之处，即均要求有一定的数学运算和逻辑运算基础，但又各有特点。计算机编程在数理逻辑的基础上，更强调模块化、结构化、流程化思维，需要具备对实际问题的洞察力和数学建模能力，这些能力只有在编程实践中才能培养出来。
学习方法
对于初学编程的人来说，应该从理论学习开始还是从案例学习开始？假如你教授Python编程，是让初学者先学习编程语言的大量概念，如变量、列表、循环、函数，还是让他们先运行一个程序实例或修改一段代码？
基于问题理解、问题分析和问题解决的学习比纯粹的编程语法学习更容易让初学者接受，这样可以使他们动起手来，看到结果，从而获得成就感，提升对编程的感悟。
学习编程，最害怕的是初学者虽然学了一堆概念，但当面对一个空白的程序编辑器时，仍然会感到恐惧、不知所措。我们建议的学习方法是给出一个问题，让初学者知道这个问题所涉及的数学知识和编程知识，然后进行编程实践。
一开始就坐而论道是无益的。初学者应该立刻打开Python交互式shell（IDLE）命令行，输入第一行代码print("你好")，然后按下回车键。
如果初学者拿着鼠标，看着键盘，却不知道下一步该怎么操作，教导员就应该用手指点屏幕引导他们，而不是自己着急上火，抢过鼠标去操作。
本书有大量解决数学特定问题的Python程序实例，鼓励初学者自行运行、修改、拆分、组装，看看自己的改动如何影响最终的程序效果。一旦初学者尝试了Python编程世界提供的各种可能，他们就会很快找到自己的兴趣所在。
本书特点
数学的知识海洋中包含了人类无穷的创造力。本书所讲述的Python编程，解决的都是大家熟悉的初级数学问题。大家对这些数学问题都会有一定的理解，在此基础上，应用Python编程思维解决这些数学问题，可以让读者初步学会数学建模、程序分析和思维构建。
本书以最基础数学问题的程序实例为主线，由浅入深地阐述Python编程的知识要点和思维。本书不是编程语法类书籍，但在解决数学问题实例中涉及必要的、基本的编程知识和概念时也会给大家讲解。
本书对计算机软硬件环境要求简单，只要拥有一台计算机，装好Windows操作系统和Python，便可以完成书中所有的程序案例。请从华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）下载本书附带的源代码。
本书结构
本书一共提供了15个类型数学问题的Python编程实例。每个实例均有编程能力要求的雷达图，问题描述，解决这个问题需要用到的数学知识点、编程知识点，并给出了该问题的分析、程序设计和运行结果。从实例2开始，每个实例介绍完后，都会以“挑战自我”的形式提出一个类似问题，让读者思考解决，也给出了参考程序，但给出的参考程序不是唯一的，读者可以探索其他可能的实现方式。
在学习和运行这些实例程序之前，如果还没有安装Python，并且不知道如何编写和运行一个Python程序，那么请按照“环境准备”中的内容完成安装，打开Python，开始你的第一次学习实践。
在学习和实践完15个编程实例后，附录A里提供了10个常见的经典数学问题，请读者用学到的Python编程知识来解决。当然本书也给出了这些问题的参考程序。大家也可以想办法给出更好的编程思路。
适合读者
本书尤其适合广大青少年在学习Python编程入门时使用。年龄较小的学生需在家长辅导下学习和阅读本书。
致谢
首先，感谢我的父亲和母亲，是他们的持续鼓励和默默支持，使我能够长时间专注于计算机编程语言的科普写作。其次，感谢我的妻子和孩子，温暖的家庭是我持续奋斗的动力。
还要感谢电子工业出版社的曲昕女士，她对本书精益求精的工作精神令我佩服。
最后，感谢所有的读者朋友，你们的持续关注是对作者最大的支持。
由于本人水平有限，书中难免有疏漏和错误之处，敬请批评指正。王振世2019年5月环境准备0.1 安装Python
Python的编程运行环境是进行Python编程学习的前提。把Python安装到计算机上后，系统中将会有一个运行Python程序的解释器、一个Python命令行交互环境，以及一个Python的集成开发环境。
Python的安装过程
1．下载安装包
打开Python的官方下载页面：https://www.Python.org/downloads/，如图0-1所示。图0-1 Python官方下载页面
2．安装Python
在Windows系统中找到刚才下载的Python安装包，双击Python-3.7.1文件，如图0-2所示，在出现的页面中选中“Add Python 3.7 to PATH”，单击“Install Now”。图0-2 运行下载好的Python安装包
接着，出现图0-3所示的安装进度，等待安装完毕，出现如图0-4所示的页面。图0-3 Python安装进度图0-4 Python安装完毕
3．测试Python安装环境
在图0-5所示的Windows命令行界面中输入Python命令，出现Python的输入提示符“>>>”，说明Python安装成功。在“>>>”后输入“25+75”，按回车键后，可得到运算结果“100”。图0-5 Python安装成功
在“>>>”后输入exit()并按回车键，可退出Python交互式环境。当然，也可以直接关闭命令行窗口。
如果在Windows的命令行界面中输入“Python”并按回车键后，出现“‘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。”字样，那么说明在安装时忘记勾选“Add Python.exe to Path”。这时，可以把Python安装程序再运行一遍，在出现的界面上选择“Modify”，然后单击“Next”按钮，出现如图0-6所示的界面后，勾选“Add Python to environment variables”，再单击“Install”按钮进行安装。图0-6 选中“Add Python to environment variables”0.2 编写和运行Python程序
安装完Python后，为了方便使用，可以在桌面上创建Python集成开发环境IDLE的快捷方式。在IDLE里，可以创建和运行Python程序。单击File→New File，如图0-7所示，在出现的空白页面上输入如图0-8所示的代码“print("你好，欢迎学习Python!")”，然后单击File→Save as，保存这个文件，程序可以命名为printhello.py。
在打开的printhello.py文件中，单击Run→Run Module，如图0-9所示，可以运行这个程序，结果如图0-10所示。图0-7 创建一个新程序图0-8 编写一个简单的Python程序图0-9 运行printhello.py程序图0-10 printhello.py程序运行结果
在命令行界面中也可以运行Python程序。如图0-11所示。printhello.py程序放在“E:\pmath1\安装环境示例程序”目录下。图0-11 在命令行界面中运行Python程序实例1 比较大小能力5象限
数学能力
逻辑能力
编程语言
动手能力
纠错能力1.1 问题描述
给定任意两个算术运算式，进行比较运算，判断运算结果的对错。1.2 数学知识点
算术运算式的大小比较。1.3 编程知识点
1．比较运算
在日常生活中，我们经常会判断一件事情是真是假、是对是错。在数学里，我们也经常需要看一个数字比另一个数字是大还是小，或者相等。在使用计算机的时候，我们也经常会碰到校验用户密码是否正确，此时计算机需要把用户输入的密码和系统里存储的密码进行比较，看它们是否相同。这些都涉及比较运算。
数学里的比较运算在Python里也有对应的符号，但有些比较运算的符号可能略有区别，如表1-1所示。表1-1 比较运算符号对比
对于一个数学比较式，如3>2来说，我们知道这是对的，而5>7是错的。Python在运行一个数学比较式时，可以给出对错（True或False）的判断，如图1-1所示。图1-1 在Python里做比较运算
Python对输入的数学比较运算式进行判断，给出对（True）或错（False）的判断结果。例如，3>=2，表示3不小于2，显然是正确的，Python给出的判断结果是True；3<=2，表示3不大于2，显然是错误的，Python给出的判断结果是False。2!=3，表示2和3不相等，Python给出的判断结果是True；3==2，表示3和2相等，显然是错的，Python给出的判断结果是False。
2．输出信息
在Python里，可以使用print()函数实现在屏幕上输出程序执行中的过程信息，如图1-2所示。图1-2 用print()函数输出信息1.4 问题分析
给定一系列比较运算式，编写程序，判断这些比较运算式是真是假。只要让程序依次进行判断便可，不存在复杂的逻辑过程。在程序里使用Print()函数把比较运算的判断结果显示在屏幕上。整个过程如下：
顺序执行是最简单的一种程序逻辑结构，要求程序按顺序依次执行每一条语句，不存在跳转、反复执行某条语句的现象。1.5 程序设计
我们在Python的文件编辑器里新建一个comparisonnumber.py文件，如图1-3所示。编写一个Python程序，功能是输出一系列比较运算式的对错判断结果。图1-3 比较运算式的判断1.6 运行结果
运行comparisonnumber.py程序，输出结果如图1-4所示，每个True或False都是程序中各比较运算式的对错判断结果。观察结果是否正确。图1-4 程序中比较运算式的对错判断结果本章小结（1）数学知识：比较大小。（2）编程知识：比较运算。（3）编程知识：输出信息。实例2 成绩分类能力5象限
数学能力
逻辑能力
编程语言
动手能力
纠错能力2.1 问题描述
从键盘接收百分制成绩（0~100），如果小于60分，则输出“你的成绩不及格！”。2.2 数学知识点
在数学表达式里，一个暂时没有固定取值的数、一个可以改变取值的数或一个未知数可以用一个字母，如x表示，从而可以方便数学关系的表达。这样的字母叫变量。
对于不同的变量值，数学表达式可以得出不同的计算结果。2
例如：正方形的边长为x，那么正方形的面积就可以用x来表示。这里正方形的边长没有固定的值，所以它的面积也没有固定的值。2但假设给定边长x=5，那么面积x就有明确的计算结果，即25。2.3 编程知识点
1．编程语言中的变量
变量的概念来自数学。在计算机语言中，变量的概念和数学里的概念既有联系又有区别。
编程语言中的变量就是一个存储单元，能存储中间数值或计算结果，如同一个可以存放包裹的柜子。但这个柜子一次只能放一个包裹，如果想放另一个包裹，就得把之前放的包裹取出来。
在编程过程中，可以给程序中将要使用的一段数据起一个简短、方便记忆的名字，就好像每个人都有名字一样，在一定的范围内可以彼此区分。这个名字就是变量，是用于跟踪各种类型信息的简单工具。
数学里的变量通常用一个字母来表示。计算机编程语言中的变量可以用以字母开头的多个字符来表示，但字符里不能包含数学运算符号、小数点、空格、！、#、@、$、%、&等。
2．赋值
在计算机编程语言中，将某一数值、字符串或表达式赋给某个变量的过程称为赋值。赋值相当于把包裹（数值、字符串或表达式）放在柜子（变量）里的过程。
在计算机编程语言中，将某一确定的数值、字符串或表达式，赋给某个变量的语句叫赋值语句。任何编程语言都有自己的赋值语句，赋值语句是最基本的语句。根据赋值变量的类型不同，赋值语句也有不同的类型。
在Python中，可以把某个具体的数值赋给一个变量，也可以把一个表达式或字符串赋给一个变量，如图2-1所示。
3．条件判断
如果成绩小于60分，则输出“你的成绩不及格！”。这是一个典型的条件判断语句，也叫条件语句。计算机编程语言中，条件判断语句是一个常用的典型逻辑结构，用来判断给定条件是否被满足，并根据判断结果（True或False）来决定是否执行相应的语句。图2-1 Python的赋值语句
条件语句的最简单结构如下：
如果成绩小于60分，输出不及格信息。用条件语句的格式写出来，如下：
用Python语言写出来，如下：
4．获取屏幕输入
我们在编程的过程中经常要进行程序和用户的交互，程序提示用户输入信息；用户在输入信息后，程序可以捕获用户在屏幕中的输入。
在Python里，可以使用input(“提示信息”)函数，其作用是把用户的输入作为一个字符串来处理，如图2-2所示。
如果在屏幕上输入一个数字，则input()给程序返回的是字符串，而不是数字，不能用于数学计算。如图2-3所示。变量可以保存程序运行时用户输入的数据（如使用InputBox()函数在屏幕上显示一个对话框，然后把用户输入的文本保存到变量中）、特定运算结果，以及要在窗口中显示的一段数据等。图2-2 提示用户输入图2-3 输入的数字按字符串进行拼接
如果想用input(“提示信息”)获取一个数值用于计算，则需要使用eval()函数将input()获取到的信息转换成数值。如图2-4所示。图2-4 输入的数字按数字进行计算2.4 问题分析
用户在键盘上输入一个0~100之间的数，然后看这个成绩是否不及格。整个过程逻辑如下：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]