作者：戴歆 罗玉军
出版社：人民邮电出版社
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Python开发基础试读：
前言
欢迎进入Python的世界，本书将带你领略Python语言的魅力，感受Python语言的简洁，体验它无穷的魅力。各章主要内容如下。
第1章：介绍Python语言的特点、Python的版本差异、搭建Python开发环境的方法、创建Python项目工程的方法、使用Python添加注释的方法，掌握这些是学好Python语言的基础。
第2章：介绍Python的基础语法，包括变量、数据类型和运算符、类型转化方法以及操作字符串的方法。只有掌握了各种类型的操作方法，才能灵活地完成数据的处理。学习完本章内容后，读者将能够编写有意义的小程序。
第3章：流程控制是编程的基础，本章详细讲解了Python中的两种流程控制结构，即循环结构和选择结构。主要介绍if-elif语句、多分支if语句、while循环、for循环。学习完本章内容，读者可开发出能够灵活实现业务控制的Python程序。
第4章：列表（list）、元组（tuple）、字典（dict）和集合（set）是Python中重要的数据存储结构，本章介绍这些数据结构的特点与使用方法。学习完本章内容，读者将掌握不同数据结构的特点、用法与使用场景，能够开发出基于不同数据存取结构的Python程序。
第5章：函数和模块能够提高代码的复用性，本章详细地讲解了函数和模块的使用方法。学习完本章内容，读者可以使用函数和模块实现代码的封装，提高代码的可读性和可复用性，掌握导入Python内置模块和第三方模块，调用函数提高开发效率的能力。
第6章：综合前面章节所学知识完成一个实际的项目——在线投票系统。实现添加投票候选人、删除候选人、为候选人投票、按序号投票、删除投票、清空投票、投票统计、退出投票等功能。
第7章：讲解如何使用PyCharm的Debug功能实现对代码的断点调试以及介绍Python的异常处理机制。学习完本章内容，读者将掌握开发中重要的断点调试技能，是程序员完成大型复杂项目必不可少的能力。理解Python的异常处理机制，将能够提高程序的健壮性、安全性和可维护性。
第8章：讲解Python面向对象的核心内容，包括对象和封装、继承、多态等，重点培养读者使用面向对象思想进行程序设计的能力。
封装、继承和多态是面向对象的三大特性。封装类的属性可以隐藏类的实现细节，限制不合理操作。继承是软件可重用性的一种表现，新类可以在不增加自身代码的情况下，通过从现有的类中继承其属性和方法来充实自身内容。多态在面向对象编程中无处不在，是解决编程中实际问题的一大利器。
第9章：介绍常用的文件类型和特点、读写txt、csv文件的方法、导入模块操作电脑中的文件以及json格式的特点和解析方法。学习完本章内容后，能够将程序数据保存到文件中或从文件中读取数据，使用json格式读写数据可以提高数据的可维护性。
第10章：通过项目实训，利用面向对象编程思想来升级在线投票系统，巩固使用面向对象编程开发系统的能力。
学习程序设计语言，要多动手练习，从而深入理解每个知识点，提高编程熟练度，培养分析问题和解决问题的能力，不断积累开发经验。同时，学习中要通过交流消除学习疑惑，分享学习经验，取长补短，共同进步。
本书由课工场大数据开发教研团队组织编写，参与编写的还有戴歆、罗玉军、杨颖、侯勇、王奇志、谢妞妞等院校老师。尽管编者在写作过程中力求准确、完善，但书中不妥或错误之处仍在所难免，殷切希望广大读者批评指正！智慧教材使用方法
由课工场“大数据、云计算、全栈开发、互联网UI设计、互联网营销”等教研团队编写的系列教材，配合课工场App及在线平台的技术内容更新快、教学内容丰富、教学服务反馈及时等特点，结合二维码、在线社区、教材平台等多种信息化资源获取方式，形成独特的“互联网+”形态——智慧教材。
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1.下载并安装课工场App。（1）方式一：访问网址www.ekgc.cn/app，根据手机系统选择对应课工场App安装，如图1所示。图1 课工场App（2）方式二：在手机应用商店中搜索“课工场”，下载并安装对应App，如图2、图3所示。
2.登录课工场App，注册个人账号，使用课工场App扫描书中二维码，获取教材配套资源，依照如图4至图6所示的步骤操作即可。图2 iPhone版手机应用下载图3 Android版手机应用下载图4 定位教材二维码图5 使用课工场App“扫一扫”扫描二维码图6 使用课工场App免费观看教材配套视频
3.获取专属的定制化扩展资源。（1）普通读者请访问 http://www.ekgc.cn/bbs 的“教材专区”版块，获取教材所需开发工具、教材中示例素材及代码、上机练习素材及源码、作业素材及参考答案、项目素材及参考答案等资源（注：图7所示网站会根据需求有所改版，下图仅供参考）。图7 从社区获取教材资源（2）高校老师请添加高校服务QQ群：1934786863（如图8所示），获取教材所需开发工具、教材中示例素材及代码、上机练习素材及源码、作业素材及参考答案、项目素材及参考答案、教材配套及扩展 PPT、PPT 配套素材及代码、教材配套线上视频等资源。图8 高校服务QQ群第1章初识Python技能目标
➢ 了解Python语言的特点
➢ 了解Python的版本差异
➢ 掌握搭建Python开发环境的方法
➢ 掌握使用PyCharm IDE编辑Python代码的方法
➢ 掌握使用Python添加注释的方法本章任务
任务1：搭建Python开发环境
任务2：在控制台输出“Hello Python”本章资源下载
本书将通过大量的应用实例来全面介绍 Python，每一章会以任务的形式展开，每章介绍的知识都能完成一个真实的任务，做到学以致用。
通过本章的学习，读者不仅能对 Python 有一个初步的认识，同时也能写下第一行Python代码，完成在控制台输出“Hello Python”的任务。任务1 搭建Python开发环境【任务描述】
介绍Python语言的特点、版本、应用场景并通过Anaconda搭建Python开发环境。【关键步骤】（1）了解Python语言的特点。（2）了解Python的版本差异。（3）了解Python的应用场景。（4）Python开发环境的安装和配置。1.1.1 Python语言的特点
Python语言具有以下显著的特点。1.简单易学
Python是一种代表简单思想的语言。Python的关键字少、结构简单、语法清晰，使学习者可以在相对较短的时间内轻松上手。2.易于阅读
Python代码定义得非常清晰，它没有使用其他语言通常用来访问变量、定义代码块和进行模式匹配的命令式符号，而是采用强制缩进的编码方式，去除了“{}”等语法符号，从而看起来十分规范和优雅，具有极佳的可读性。3.免费、开源
Python是FLOSS（自由/开放源码软件）之一。使用Python是免费的，开发者可以自由地发布这个软件的副本，阅读源代码，甚至对它做改动。4.高级语言
伴随着每一代编程语言的产生，软件开发都会达到一个新的高度。汇编语言解放了那些挣扎在机器代码烦琐中的人，后来有了像C和FORTRAN等语言，它们将编程语言提升到了崭新的高度，开创了软件开发行业。伴随着 C 语言又诞生了更多的像C++、Java这样的现代编译语言，也有了像Python这样的解释型脚本语言。在使用Python编程时，无需再去考虑诸如管理程序内存等底层的细节，只需集中精力关注程序的主要逻辑即可。5.可移植性
由于Python的开源本质，它可以被移植到许多平台上，在各种不同的系统上都可以看到 Python 的身影。在今天的计算机领域，Python 取得了持续快速成长。因为 Python是用C语言写的，由于C语言的可移植性，使得Python可以运行在任何带有ANSI C编译器的平台上。6.面向对象
Python既支持面向过程编程，也支持面向对象编程。在“面向过程”的语言中，程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。在“面向对象”的语言中，程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。与其他的面向对象语言相比，Python以非常强大又简单的方式实现了面向对象编程。7.解释性
Python是一种解释型语言，这意味着开发过程中没有了编译环节。一般来说，由于不是以本地机器码运行，纯粹的解释型语言通常比编译型语言运行得慢。然而，类似于Java，Python 实际上是字节编译的，其结果就是可以生成一种近似于机器语言的中间形式。这不仅改善了Python的性能，同时使它保持了解释型语言的优点。8.可扩展可嵌入性
在Python中，部分程序可以使用其他语言编写，如C/C++。同时，Python还可以嵌入到C/C++程序中，为它们提供脚本功能。1.1.2 Python语言的版本
Python 发展至今，经历了多个版本的更迭，目前仍然保留的版本主要是基于Python2.X 和 Python3.X。Python3.X 是未来的趋势，有许多重要的类库都已经停止对Python2.X的更新，只保留对Python3.X的更新。所以本书都是使用Python3.X进行代码开发。
Python2.X和Python3.X版本的主要区别如下。（1）Python3对Unicode字符原生支持，从而可以更好地支持中文和其他非英文字符，而Python2中默认使用ASCII，Unicode字符是单独支持的。（2）Python3 采用绝对路径方式进行导入，这样可以很好地避免与标准库导入产生冲突。（3）Python3采用更加严格的缩进机制，Tab缩进与空格缩进不能混合使用。（4）print语句被Python3废弃，统一使用print()函数。（5）exec语句被Python3废弃，统一使用exec()函数。（6）不相等操作符“<>”被Python3废弃，统一使用“!=”。（7）long整数类型被Python3废弃，统一使用int。（8）xrange函数被Python3废弃，统一使用range。（9）raw_input函数被Python3废弃，统一使用input()函数。（10）关于异常处理：
Python2.X写成：
raise IOError, 'file error'
except NameError, err:
Python3.X需要写成
raise IOError( 'file error')
except NameError as err:（11）在Python3的除法运算中，“/”代表小数除法，而在Python2中代表整除法。注意
在Python3.X环境中运行用Python2.X编写的代码，很可能会报错。1.1.3 Python的应用场景
下面是Python的主要应用场景。1.常规软件开发
Python支持函数式编程和面向对象编程，能够承担任何种类软件的开发工作，因此常规的软件开发、脚本编写、网络编程等都属于其标配能力。2.科学计算
随着NumPy、SciPy、Matplotlib、Sklearn等众多科学计算库的开发，Python越来越适合用于科学计算、绘制高质量的2D和3D图像。与科学计算领域最流行的商业软件Matlab相比，Python作为一门通用的程序设计语言，比Matlab采用的脚本语言的应用范围更广泛，也有更多的程序库支持。3.系统管理与自动化运维
Python提供许多有用的API，能方便地进行系统维护和管理。作为Linux下的标志性语言之一，Python是很多系统管理员理想的编程工具。同时，Python也是运维工程师的首选语言，在自动化运维方面已经深入人心。比如，Saltstack和Ansible都是大名鼎鼎的自动化平台。4.云计算
开源云计算解决方案OpenStack就是基于Python开发的。5.Web开发
基于Python的Web开发框架非常多，比如Django，还有Tornado、Flask。其中Django架构的应用范围非常广，开发速度非常快，能够快速地搭建起可用的Web服务。著名的视频网站YouTube就是使用Python开发的。6.游戏
很多游戏使用C++编写图形显示等高性能模块，使用Python编写游戏的实现逻辑。7.网络爬虫
网络爬虫是大数据行业获取数据的核心工具，许多大数据公司都在使用网络爬虫获取数据。能够编写网络爬虫的编程语言很多，Python绝对是其中的主流之一，其Scrapy爬虫框架的应用非常广泛。8.数据分析
在大量数据的基础上，结合科学计算、机器学习等技术，对数据进行清洗、去重、标准化和有针对性的分析是大数据行业的基石。Python也是目前用于数据分析的主流语言之一。9.人工智能
Python在人工智能领域内的机器学习、神经网络、深度学习等方面都是主流的编程语言，得到广泛的支持和应用。例如：著名的深度学习框架 TensorFlow、PyTorch 都对Python有非常好的支持。1.1.4 Python开发环境安装和配置
Python 已经被移植到许多平台上，例如 Windows、Mac、Linux 等主流平台，可以根据需要为这些平台安装Python。在Mac和Linux系统中，默认已经安装了Python。如果需要安装其他版本的Python，可以登录Python官网，找到相应系统的Python安装文件进行安装。在本节中，将会详细介绍在Windows平台下安装、配置Python开发环境的方法。
在Windows平台中，安装Python开发环境的方法也不止一种。其中最受欢迎的有两种，第一种是通过Python官网下载对应系统版本的Python安装程序，第二种则是通过Anaconda。1.使用Python安装程序安装
具体安装步骤如下：（1）访问Python官网，选择Windows平台下的安装包下载，如图1.1所示。（2）先确认自己的系统是32位还是64位，再选择相应的Python版本下载。在此以Python3.5.4-amd64版本为例，下载完成后便可以开始安装，安装界面如图1.2所示。（3）选择第一种安装方式，并且勾选Add Python 3.5 to PATH选项，让安装程序自动将Python配置到环境变量中，不再需要手动添加环境变量。（4）安装完成后，需要验证Python是否已经安装成功。打开命令提示符界面，输入“Python”，在命令提示符界面输出了Python的版本信息等，说明Python已经安装成功，如图1.3所示。图1.1 Python安装包下载图1.2 Python安装界面图1.3 验证Python2.为什么选择Anaconda
Anaconda是专注于数据分析的Python发行版本，包含了Conda、Python等一大批科学包及其依赖项。在安装 Anaconda 时预先集成了 Numpy、SciPy、pandas、scikit-learn 等数据分析常用包。在 Anaconda 中可以建立多个虚拟环境，用于隔离不同项目所需的不同版本的工具包，以防止版本上的冲突，直接安装 Python 是体会不到这些优点的。
Anaconda的优点：
➢ 省时省心
在普通Python环境中，经常会遇到安装工具包时出现关于版本或者依赖包的一些错误提示。但是在Anaconda中，这种问题极少存在。Anaconda通过管理工具包、开发环境、Python版本，大大简化了工作流程，不仅可以方便地安装、更新、卸载工具包，而且安装时还可以自动安装相应的依赖包。
➢ 分析利器
Anaconda 是适用于企业级大数据的 Python 工具，其包含了众多与数据科学相关的开源包，涉及数据可视化、机器学习、深度学习等多个方面。3.安装Anaconda
Anaconda的安装步骤如下：（1）访问Anaconda官网，选择适合自己的版本下载，如选择下载Windows系统下的Python3.6版本，如图1.4所示。图1.4 下载Anaconda（2）下载完成后即可根据安装提示进行软件的安装。（3）安装完成之后，还需要配置 Anaconda 的环境变量。在本例中，安装路径是D:\Anaconda3\。操作步骤：右击“计算机”→选择“属性”，如图1.5所示。选择“控制面板主页”中的“高级系统设置”，如图1.6所示。然后，单击“系统属性”对话框“高级”选项卡中的“环境变量”按钮，如图1.7所示。
进入“环境变量”对话框之后，在用户变量的PATH变量中添加Anaconda的路径和脚本路径。本例中，需要将D:\Anaconda3和D:\Anaconda3\Scripts添加到PATH变量中，并用“;”来分隔变量，如图1.8所示。图1.5 选择“属性”图1.6 选择“高级系统设置”图1.7 单击“环境变量”图1.8 将变量添加到PATH中（4）完成环境变量配置之后，打开命令提示符界面，输入“Python”，可以看到Python版本信息和Anaconda的字样，说明Anaconda安装成功，如图1.9所示。图1.9 验证Anaconda安装
Anaconda安装完成之后，Python的开发环境就搭建好了。现在就可以使用Python来开发程序了。1.1.5 技能实训
在本地机上安装并配置Anaconda。Anaconda安装配置视频演示
分析：
➢ 从官网下载对应系统版本的Anaconda。
➢ 安装Anaconda，将安装路径和Scripts路径添加至环境变量，并在命令提示符界面中测试安装是否成功。任务2 在控制台输出“Hello Python”【任务描述】
本任务先介绍Python语言的特点、版本和应用场景，之后通过运行Python程序实现在控制台输出“Hello Python”。【关键步骤】（1）体验编写Python程序。（2）了解Python编辑环境。（3）PyCharm IDE的安装与使用。1.2.1 Python程序初体验1.在命令行中开发Python程序
示例1
写一段Python代码在命令行输出“Hello Python”。
实现步骤：（1）打开命令提示符界面，输入命令“Python”进入Python环境。（2）在Python环境中输入：print('Hello Python')，按回车键。
关键步骤如图1.10所示。图1.10 命令行输出“Hello Python”
在图1.10中，首先，在命令提示符界面输入“python”，进入Python环境；随后，在“>>>”符号后输入Python代码：print("Hello Python")，并按回车键运行代码，在控制台打印输出“Hello Python”。
print是Python 3.X中的一个内置函数，它接收字符串作为输入参数，并打印输出这些字符。例如：运行print('Hello Python')就会在控制台打印出“Hello Python”。在Python中，函数调用的格式是函数名加括号，括号中是函数的参数，在后面的章节中会具体介绍函数。2.使用文本编辑器开发Python程序
用命令行编写Python程序，每次只能执行一行代码。用文本编辑器编写Python程序，可以实现一次运行多行代码。用文本编辑器编写代码之后，以后缀名.py保存，并在命令行中运行这个文件。
示例2
使用文本编辑器编写Python代码，实现在命令行输出“Hello”“Python”两个单词，并且这两个单词之间需要换行。
关键步骤：（1）在路径“D:\”下新建文本文件Python.txt。（2）在Python.txt中写入以下内容：
print('Hello')
print('Python')
在保存的时候，将文件另存为Python.py。（3）打开命令提示符界面，输入“D:”命令进入路径，之后输入“python Python.py”，用Python命令执行这个文件。
输出结果：
Hello
Python
关键步骤如图1.11所示。图1.11 命令行执行python.py文件
图1.11中的步骤①和步骤②是输入的命令，步骤③是输出的结果。
现在已经完成了在控制台输出“Hello Python”的任务。在实际工作中，直接在命令行和文本编辑器中编写代码的情况非常少。绝大多数情况下，开发人员都是在集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）中开发程序。1.2.2 PyCharm集成开发环境
集成开发环境具备很多便于开发和写代码的功能，例如调试、语法高亮、项目管理、智能提示等。1.Python集成开发环境
在Python开发领域中，最常用的两种集成开发环境是Jupyter Notebook和PyCharm。（1）Jupyter Notebook
Jupyter Notebook是一个交互式笔记本，支持40多种编程语言。其本质是一个Web应用程序，便于创建和共享文字化程序文档，支持实时代码、数学方程、可视化和Markdown，包含自动补全、自动缩进，支持bash shell命令等。其主要用途包括数据清理和转换、数值模拟、统计建模、机器学习等。（2）PyCharm
PyCharm是JetBrains公司开发的Python集成开发环境。PyCharm的功能十分强大，包括调试、项目管理、代码跳转、智能提示、自动补充、单元测试、版本控制等，对编程有非常大的辅助作用，十分适合开发较大型的项目，也非常适合初学者。
本节将重点介绍PyCharm，并且本书使用的集成开发环境也是PyCharm。2.安装配置PyCharm集成开发环境（1）安装PyCharm集成开发环境
访问PyCharm官网，进入下载页面，选择相应的系统平台和版本下载，不同的系统平台都提供有两个版本的 PyCharm 供下载，分别是专业版（Professional）和社区版（Community），如图1.12所示。
专业版具有以下特点：
➢ 包含社区版的所有功能。
➢ 提供Python集成开发环境的所有功能，支持Web开发。
➢ 支持Django、Flask、Google App引擎、Pyramid和Web2py。图1.12 PyCharm下载页面
➢ 支持JavaScript、CoffeeScript、TypeScript、CSS和Cython等。
➢ 支持远程开发、Python分析器、数据库和SQL语句。
社区版具有以下特点：
➢ 轻量级的Python集成开发环境，只支持Python开发。
➢ 免费、开源、集成Apache2的许可证。
➢ 提供智能编辑器、调试器，支持重构和错误检查，集成VCS版本控制。
由于专业版收费，而社区版足以满足初学者几乎所有的需求，本书推荐下载社区版。
PyCharm社区版的安装步骤如下：
① 运行.exe文件，进入安装界面，如图1.13所示。图1.13 安装界面
② 选择PyCharm的安装路径，单击Next按钮，如图1.14所示。图1.14 设置安装路径界面
③ 进入文件配置界面，勾选如图1.15所示复选框，单击Next按钮。图1.15 文件配置界面
④ 进入选择启动菜单的界面，单击Install按钮，如图1.16所示。图1.16 选择启动菜单界面
⑤ 等待安装完成，单击Finish按钮，打开PyCharm，如图1.17所示。图1.17 安装完成（2）配置PyCharm，设置关联Anaconda
完成PyCharm的安装之后，勾选Run PyCharm Community Edition复选框，单击Finish按钮，运行 PyCharm 软件。如果没有勾选，则需要手动启动运行 PyCharm。首次使用PyCharm，系统会询问用户是否导入之前的设置。如果是新用户的话，直接选择不导入，如图1.18所示。图1.18 设置是否导入原有设置
在图1.19所示界面中，阅读用户须知，用鼠标将滚动条下拉到最底端，单击Accept按钮，如图1.19所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]