作者：周安琪
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
少博士趣学Python试读：
前言
少儿学编程该学什么
在多年的少儿编程教学过程中，我时常会思考这样一个问题：青少年学编程究竟应该学什么？有人说应该让孩子学会编写动画和游戏，让他们从消费者变成创造者；有人说未来科技人才短缺，需要从小培养顶尖的科技人才；有人说要锻炼计算思维能力和解决问题的能力。这些我都非常认同。
但我认为还有一点非常重要，那就是通过学习编程，了解我们这个以科技为核心的世界。我们需要领会计算机是如何快速进行重复性强、计算量大的工作，大范围地解决问题的。因为有了计算机，我们才能研究大量的基因信息，帮助医生治病救人；才能分析来自宇宙的大量数据，对未知世界进行探索；才能有自动驾驶及手机支付，让生活变得更加便捷。就像孩子们小时候会看百科全书了解身边的世界一样，他们也需要了解这个信息世界是如何运作的。同时，我们每天被科技“宠爱”着，依靠算法接收着我们想看的新闻、视频、产品和游戏，作为科技的消费者，我们的行为越来越多地被算法和数据所影响。只有了解它们，才能更清晰地面对这个以数据和科技为核心的世界。
本书特点
在《少博士趣学 Python》中，我希望教给读者的不仅是如何写 Python 代码，更是通过编写有趣的编程项目初识科技背后的故事。我们从简单的例子入手，逐渐增加编程项目的难度，通过不同的练习，思考身边的科技。本书并不是一本 Python 语法大全，Python 语言博大精深，而本书只接触到了冰山一角。
本书介绍了 Python 的许多入门知识，例如基本的语法、模块的使用，以及如何用Tkinter编写大家熟悉的图形化界面程序等。读完本书后，你就可以开始编写强大的程序了！
阅读对象
这是一本编程与科技结合的启蒙书籍，我并不想写一本针对资深极客或程序员的书，而是希望让更多的大朋友和小朋友通过这本书尝试编程。这本书适合：
· 想学编程的小朋友。
· 想教小朋友编程的老师。
· 想教小朋友编程的家长。
· 对科学技术好奇，想在轻松、有趣的环境下探索编程的大朋友。
当然，因为本书面向初学者，所以还有许多知识是书里没有讲到的，比方说制作游戏的Pygame 模块、面向对象的程序设计方式等。我相信一名程序员应具备的能力之一是具有很强的学习能力，毕竟科技每几年都要更新迭代一次，一名好的程序员是有能力和动力去持续学习的。希望你也能够持续不断地学习，不断让自己进步！
如何使用本书
本书的每一章都经过了精心安排，在此建议初学者从头开始按顺序阅读，完成每个练习。另外，希望大家能够大胆尝试，改一改代码，看看修改过后的效果，在实践中学习。希望大
家能够根据自己的创意和想象，编写出有趣的作品，帮助自己和身边的人解决问题。祝愿大家坚持学习，享受编程的乐趣！
本书为练习题提供了参考答案，读者可通过以下网址下载：
http://www.broadview.com.cn/35461
最后，我想特别感谢我的同事刘茗玉，她在我编写本书的过程中给了我莫大的帮助！
作者读者服务
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· 交流互动：在页面下方读者评论处留下您的疑问或观点，与我们和其他读者一同学习交流。
页面入口：http：//www.broadview.com.cn/35461第1章 编程与我们的生活
本章重点是启发读者学习的兴趣，并对计算机在生活中的优点和缺点有所思考，希望读者带着兴趣和思考学习编程。1.1 为什么学编程1.1.1 通过编程了解以科技为核心的世界
在短短的十几年里，科技让我们以全新的方式生活、工作、娱乐。我们足不出户，便可以买衣服、买水果；我们相隔十万八千里，也可以通过视频面对面说话玩乐；我们可以随时随地找到各种视频、文章、游戏。
计算机能帮我们做重复性强、计算量大的工作。它能帮医生分析病人的大量基因信息，找到合适的疗法；它能帮汽车分析复杂的路况，找到合适的驾驶方案；它能分析我们在互联网上的动作，根据我们的喜好，推荐给我们喜欢读的文章、喜欢听的音乐和喜欢看的视频。
我希望你能通过学编程，了解我们这个以科技为核心的世界。并不是所有人都要成为专业的程序员，但科技已渗透到各行各业，了解和善用科技将至关重要。1.1.2 编程很有趣
你想不想编写出自己的游戏和关卡？
你想不想编写电脑程序或者手机APP？
你想不想制作酷炫的音乐、艺术作品、模型？
你想不想编写个人工智能机器人跟你下五子棋？
你想不想编写个程序自动给你喜欢的歌星投票？
你想不想编写个程序，自动每天早上提醒你今天的雾霾指数？
你想不想……
我相信你有许多妙趣横生的想法，现在我们就用程序将它们变成现实吧！1.1.3 编程能锻炼你的思维能力
编程并不是一件容易的事，我们的程序也经常出错，需要我们耐心解决。编程可以挑战你的思维能力，我们将练习如何寻找规律；如何将庞大的问题分解成许多小问题，依次解决；面对同类问题，如何找寻系统性的解法（算法）；面对复杂的问题，如何隐藏不必要的细节，用简单的方式表达问题的核心。
我相信这些思维能力，不仅能用在编程上，也可以用在你生活的方方面面，让你更有效地思考与生活。1.2 为什么学Python
Python简单易懂，接近英语表达且标点符号偏少，适合初学者学习。
Python 有许多强大的库，它的用途也很多，并且在数据处理、人工智能、机器学习方面应用广泛。1.3 如何学好编程
恭喜你！能决定开始学编程，你已经迈出了一大步，要想学好编程，其实很简单，只要做到以下几点。
· 大胆学习新知识，尝试新想法。
· 遇到问题不要着急，慢慢地、一步一步地排查解决。
· 解决问题后，回顾自己学到了什么，还有哪些不足。
· 将你的所学讲出来。
不过，这个世界上最难的事，就是坚持不懈地做好简单的事。祝你坚持自主学习，持续进步！1.4 计算机的长处和不足
在我们学编程之前，我们先打量一下我们的计算机。任何东西，无论是软件系统还是硬件物品，甚至是一幅画、一段乐曲，都有它的优缺点。习惯客观地分析优缺点，能帮助我们更有效地使用和改善它。
前面提到计算机非常有用。计算机有哪些优点，使它如此强大？
· 计算机的计算速度很快，它计算的速度比人类快得多，可以快速处理大量数据。因为它快，才能帮医生分析大量的基因信息、帮企业家分析用户信息、帮自动驾驶系统分析路面信息。
· 计算机很精确，只要给计算机正确的指令，它就能够不出错。有人会说，不是吧，我的电脑经常出错啊！这种情况大多数时候是因为人类给它的数据有问题，或给它的指令有误。如果你给计算机正确的指令，它就会正确地将任务完成。
· 计算机可以重复执行某些任务，你可以让计算机重复执行某些任务千遍、万遍，它也不会抱怨，继续精确地执行着。而换作是人类，你让他重复做一件事，他就会感到无聊和疲惫。
· 计算机可以在危险的情况下工作，比方说我们可以把机器人放到月球上帮助我们采集数据，进行计算。而我们很难让一个人长期住在月球上做同样的工作。计算机有诸多优点，那它的不足又有哪些呢？我可以想到以下两点。
· 计算机会盲目遵守指令，就算是错误的指令，它也会执行，给出错误的答案。
· 跟计算机沟通并不容易，需要学习计算机的语言。
你还能想到计算机的哪些长处和不足？
我们学习编程，就是学习如何善用计算机的长处。如果哪个任务手动完成消耗时间长，重复性高，对精准度的要求高，那我们就用计算机来完成吧。
讨论 人开的车VS自动驾驶
· 你更愿意乘坐人开的车，还是软件系统开的自动驾驶车？
· 你更愿意乘坐连续开车12小时的人开的车，还是软件系统开的自动驾驶车？
· 你更愿意乘坐刚拿到驾照的人开的车，还是软件系统开的自动驾驶车？
结合计算机的长处和不足，讨论你对这三个问题的看法。1.5 下载并安装Python
Python 的官网是 www.python.org，我们可以直接从官网下载 Python。这里介绍在微软Windows和苹果Mac OS两种系统中的安装方式。
如果Python官网页面之后有所更新，那请大家用自己的思维能力和观察力，大胆地尝试，推测如何下载安装，解决问题。1.5.1 Windows系统
进入 https：//www.python.org/页面，选择 Downloads，在弹出的菜单中选择 Windows 和Python 3.x.y。我们的例子中是 Python 3.6.4。不同的数字代表不同的 Python 版本。需选择3开头的版本，后面两位数字并不重要。
下载Python：在Python官网中选择【Downloads】→【Windows】→【Python 3.6.4】，如图1-1所示。图1-1 Python官网下载
下载好后单击文件，选择Install Now，根据提示安装。记住在这里要勾选Add Python 3.6 to PATH，如图1-2所示。安装好后，打开Windows的开始菜单，找到IDLE程序。打开IDLE后，Python的Shell窗口会弹出，如图1-3所示。准备就绪，可以翻到本书1.6节了解如何在Shell里编写代码。图1-2 Windows系统安装Python图1-3 Python IDLE页面1.5.2 Mac OS系统
如果你使用苹果电脑的 Mac OS 系统，下载时，请进入 https：//www.python.org/页面，选择Downloads，在弹出的菜单中选择Mac OS X和Python 3.x.y。我们的例子是Python 3.6.4。不同的数字代表不同的 Python 版本。需选择 3 开头的版本，后面两位数字并不重要。
下载 Python：在 Python 官网中选择【Downloads】→【Mac OS X】→【Python 3.6.4】，如图1-4所示。图1-4 Mac系统安装Python
下载好后打开文件，根据提示安装。安装成功后，找到IDLE程序并打开Shell窗口，如图1-5所示。图1-5 Mac系统的IDLE页面1.6 在Shell里编写代码
Python Shell 窗口自带交互功能，可以在其中直接输入Python代码运行。例如，在 Shell窗口的3个箭头旁输入指令2+3，按回车键，Python自动计算出答案5，如图1-6所示。图1-6 在IDLE输入指令
我们再尝试几个例子。
在Shell窗口里输入：“Hello，world”这句话会打印出来，如图1-7所示。“Hello，world”是许多人在学习编程时编写的第一行代码，广泛流传成为经典。print（）是 Python 的打印函数，表示要打印出括号里的内容，在后面的章节里我们会经常使用print（）打印。
在编写程序时，要注意所有的 Python 标点符号比如引号“”、括号（）都要用英文输入法，否则系统就会报错。另外，如果要找回之前的代码，只需要使用“Alt+P”组合键，就能自动补全之前打过的命令。图1-7 在IDLE里打印“Hello，world”
尝试在Shell窗口里输入：
注意，第二行要缩进，也就是说 print 前面需留有空格。事实上，只要第一行结尾处有冒号：在按下回车键后，Shell 窗口会自动空格。如果没有自动缩进，也可以手动敲两下或四下空格键缩进。编写完print（″=^.^=″）后，按下回车键两次，结束编辑，Shell窗口将打印10次小猫笑脸=^.^=，如图1-8所示。图1-8 在IDLE里打印笑脸
在Shell中编写程序会很麻烦。例如，假设想打印100个笑脸，而不是10个，就需要重新写出这两行代码，十分不便。这时候就要请编辑器出场了。1.7 在编辑器里编写代码
要想认真写代码，我们需要修改和存储功能，这就要依赖功能更加强大的编辑器了。
在Shell 窗口里，点击左上角菜单中的File，选择New File，一个空白的编辑器窗口就打开了。
打开编辑器：Shell窗口【File】→【New File】，在编辑器里输入下面的代码。
输入完后点击 File，选择“Save As…”，给 Python 代码文件起个名字，比方说“cat”，找到你想要保存的文件夹，比如桌面，选择保存。完成后一个名为 cat.py 的 Python 文件就保存在了你的桌面上，如图1-9所示。
我建议大家新建一个文件夹，专门存储你的Python学习文件，方便整理和回顾。
保存文件：编辑器窗口【File】→【Save As…】。
完成后，我们的文件标题变成了cat.py，后面是这个文件的地址。图1-9 在Python的编辑器里编写程序
一切准备就绪，可以运行了，我们只要点击 Run，选择 Run Module，我们的 Shell 窗口就会运行代码，打印出100个小猫笑脸=^.^=。
运行Python文件：编辑器窗口【Run】→【Run Module】
大家在编写的时候，可将两个窗口并排摆放，方便编辑和测试，如图1-10所示。图1-10 并排摆放Python编辑器和Shell窗口
之后若要打开Python文件，只要在Shell窗口或者编辑器窗口点击File，选择Open，找到想要打开的文件即可。
打开Python文件：Shell窗口或编辑器窗口【File】→【Open】。
我们示范的是Python自带的IDLE软件。事实上，市场上有多个可用来编写Python的编辑器。各有优缺点。我们推荐的编辑器包括：
· 线上编辑器Repl.it：https：//repl.it/languages/python3
· Python编辑器PyCharm
· 编辑器Sublime
大家感兴趣的话，可以探索这些编辑器，测试上面的3个例子，感受一下它们的优缺点。1.8 五颜六色的代码
编辑器里的代码有多种不同的颜色，帮助我们读、写代码。每个编辑器的配色方案略有不同。所以如果你的代码颜色和我的不一样，不用担心。
但同一类型的代码颜色应该是一致的，比方说数字的颜色一致，引号包围的字符串颜色也应一致。如果有区别，可以根据提示检查代码是否出错。1.9 帮助我们的提示信息
就算是“大牛”程序员写出的代码也会出错。出错不要紧，我们的程序会给出提示。在图 1-11的例子里，程序告诉我们问题出在第二行，priint有问题呢！仔细看看，print确实多写了一个i。纠正过来就好了。图1-11 通过Python的报错提示找到代码中的问题
有了 Python 的提示，就算遇到 bug 程序报错，也不用担心，耐心纠错就好。毕竟，自己动手解决问题是快速学习新技能的不二法宝。第2章 Python编程初体验——发号施令
本章重点是让读者了解编程就是精确地发号施令，通过Python turtle感受简单的指令，熟悉Python代码。2.1 什么是编程
编程是用计算机的语言，精确地给计算机发号施令，让它去完成某一件任务。
这些精确的指令，就是算法（algorithm）。有的算法可以帮我们给数字排队、有的算法可以做数学科学计算、有的算法可以美化图片、有的算法可以规划最短路线……
在什么情况下，使用什么算法，则是计算机世界的精髓。而把算法变成计算机的语言写出来，让计算机去执行，这就是编程。2.2 给小海龟精确地发号施令
我们先跳过Python的语法，学一学如何精确地发号施令。
Python 有一个海龟库，又称海龟模块，用于制作有趣的图形。库里有只完全听指挥的小海龟，我们只要给它编程发号施令，它就会跟着指令画画。2.2.1 指挥海龟画正方形
实例
我们先从简单的任务开始，指挥小海龟画个正方形，如图2-1所示。图2-1 Python海龟绘制正方形
打开IDLE编辑器，新建Python文件（Shell窗口：【File】→【New File】），给文件起个有意义的名字，保存到你的Python学习文件夹里（编辑器窗口：【File】→【Save As…】）。
若要调用海龟模块，首先需要编写 import turtle，然后用 turtle.Pen（）让海龟现身，给它起个名字，我的海龟就叫tony，你可以给你的海龟起其他任意名字。
尝试运行这两行代码，小海龟现身了，但我们并没让它做其他的任务，所以它现完身程序就结束了。要想让小海龟画正方形，我们可以先思考它的算法是什么，然后编写出来。
确定好算法，我们可以开始编写程序。下面是一系列可以给小海龟下的指令。
我们用tony.forward（100）和tony.right（90）为指令，组合出让小海龟画正方形的程序。
画正方形
点击【Run】→【Run Module】执行程序，就可以看到图2-1中小海龟画的正方形了。2.2.2 指挥海龟画八边形
实例
根据画正方形的经验，尝试画如图2-2的正八边形。图2-2 Python海龟绘制八边形
程序员通常比较懒，但这种懒有好处，他们总在寻求以最快的方式完成任务，提高效率。为了不用重新写代码，程序员们可是想了许多种办法，后面我们会一一了解。能够在过去的解法里找出规律，套用到新的问题上，是一个重要的技能。让我们根据画正方形的解法，画八边形。首先，我们可以思考一下画八边形和正方形的主要区别，比方说旋转的角度有什么区别？
画八边形的解法和正方形基本类似，主要区别如下：
· 旋转的角度不同，需从90度改成45度
· 要画8条线，画线和旋转的次数从4次变成8次
基于正方形的代码，我们只要针对上面的区别修改一下就可以画出八边形。
下面就来尝试一下画正八边形吧！
画正八边形1
写好代码后点击【Run】→【Run Module】测试程序。2.3 省力气的循环
我们八边形的代码中有许多重复的地方。tony.forward（100）和 tony.right（45）各重复了 8 次。聪明而懒惰的程序员们希望减少重复的代码。电脑的一大优点就是能帮我们完成重复性很高的工作，重复写同样的句子多没效率呀。因此，程序员们设计了循环语句，帮我们自动重复某些指令。
参考下面的代码，使用 for 循环，让 tony.forward（100）和 tony.right（45）这组动作自动重复8次。（我们将在第7章详细讲解循环语句。）
画正八边形2
我们的代码越来越复杂，许多代码前面有空格，这个空格叫“缩进”。可以通过按 4 下空格键进行缩进或者点击 Tab 键进行缩进。同样缩进的代码为一组，我们称这些组合在一起的代码为“代码块”。
在大段的代码里，我们将使用箭头→表示缩进。一个箭头→表示一级缩进，两个箭头→→表示二级缩进。
小贴士：循环语句
i、j、a 都是变量，用于存储数据。有关变量的详细内容请参考第 4 章，有关循环的详细内容请参考第7章。
写好代码后点击【Run】→【Run Module】测试程序，效果应和前面介绍的八边形一致。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]