Python程序设计实践指导

内容简介

本书是与《Python程序设计》（苏虹等编著，中国铁道出版社有限公司出版）配套的实践指导教材。

书中内容与主教材相对应，通过必要的实例及操作步骤，加深对教材内容的理解，强化程序设计方法

和编程技能，培养读者利用计算机的编程思想和方法解决实际问题的能力。全书主要内容包括Python

语言的语法基础、程序的流程控制、函数的概念及使用要点、组合数据结构的使用、文件的操作、面

向对象编程、图形界面设计等，还介绍了网络爬虫、科学计算与数据分析及数据可视化等内容。

本书以PythonIDLE和PyCharm为开发工具，选择丰富的实例进行讲解，主要目的是让读者熟悉

Python编程的基本思想，掌握Python编程的基本技能，突出对Python数据分析与可视化编程综合应用

能力培养。

本书适合作为高等学校各专业程序设计课程的实验教材，也可作为程序爱好者的自学读物。

图书在版编目（CIP）数据

Python程序设计实践指导/孙占锋等编著.—北京：

中国铁道出版社有限公司,2022.2

高等学校“十四五”规划教材

ISBN978-7-113-28818-1

Ⅰ.①P…Ⅱ.①孙…Ⅲ.①软件工具-程序设计-

高等学校-教材Ⅳ.①TP311.561

中国版本图书馆CIP数据核字(2022)第012990号

书名：Python程序设计实践指导

作者：孙占锋王鹏远韩怿冰李萍苏虹

策划：韩从付编辑部电话：（010）51873202

责任编辑：刘丽丽

封面设计：刘颖

责任校对：焦桂荣

责任印制：樊启鹏

出版发行：中国铁道出版社有限公司（100054，北京市西城区右安门西街8号）

网址：/51eds/

印刷：北京联兴盛业印刷股份有限公司

版次：2022年2月第1版2022年2月第1次印刷

开本：787mm×1092mm1/16印张：10.75字数：247千

书号：ISBN978-7-113-28818-1

定价：32.00元

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书，如有印制质量问题，请与本社教材图书营销部联系调换。电话：（010）63550836

打击盗版举报电话：（010）63549461

前言

Python语言是当下非常热门的一种编程语言。2021年10月，语言流行指数的编译

器TIOBE编程语言排行榜将Python语言评选为最受欢迎的编程语言，20年来首次将其

置于Java、C和JavaScript之上。随着Python扩展库不断发展壮大，Python在科研、电

子、政务、数据分析、Web、金融、图像处理、AI技术等各方面都有强大的类库、框架

和解决方案，以至有了“已经没有任何语言能够动摇Python在今后生产、生活中的核心

语言地位”的说法。国家这两年对人工智能、大数据的重视，极大地促进了Python语言

在国内的发展。

对于非计算机专业的学生来说，用Python作为程序设计语言启蒙是非常好的选择。

Python语言的优势在于比C++/Java等传统静态语言更具有实用性，不局限在烦杂的语法

里，可以专注于程序设计思想及计算思维的训练。

本书的编者全部是一直工作于高等学校教学一线，承担程序设计课程教学多年的大

学教师，有着丰富的教学和编程经验。程序设计课程有着理论与实践紧密结合的特点，

程序不是看会的，而是动手编会的。学习程序设计的过程是一个学习者与教师、学习者

与教材交互的过程，这需要有一本好的教材，再遵照一定的学习规律来很好地完成。本

书的编写参考多个高等院校程序设计课程教学大纲，与教育部高等学校大学计算机课程

教学指导委员会对程序设计课程的要求保持高度一致，章节结构安排合理，内容层次分

明，从认识、了解、掌握、应用等几个层次，由浅入深、循序渐进地组织内容，有助于

学生快速掌握知识要点。书中的实例都是精心挑选和设计的，具有新颖性、代表性、典

型性，并且在Python3.9以上版本中全部调试通过。Python3.9以上版本是全国计算机等

级考试二级Python推荐使用的版本。

本书配合《Python程序设计》（苏虹等编著，中国铁道出版社有限公司出版），在章节

上与主教材相对应，通过增加丰富的实例及其操作步骤，加深读者对教材内容的理解，

使读者能够掌握教材中的相关知识，熟练、灵活运用程序设计的基本思想、原理和方法

解决实际问题。

本书着重介绍核心语法，以培养编程能力为首要目标，力求较全面地介绍Python程

序设计语言的知识点，力争将本书打造成学习者由浅入深进行学习的第一本参考书。本

书内容可使读者掌握Python程序设计的基本方法和技能，编写简单的应用程序。为了满

足更高层次的要求，对Python在数据分析与可视化方面做了详细介绍，突出在Python

数据分析与可视化方面综合应用能力的培养。

本书共包括20个实验，将Python语言的内容由浅入深、层次分明地呈现给读者。

每个实验既有逻辑清晰的语法讲解，又有丰富的编程实例，非常适合编程初学者计算思

I

Python程序设计实践指导第四版

维模式的培养及训练。

本书主要内容如下：

实验1Python的开发环境：介绍Python的开发环境IDLE、PyCharm和Anaconda的

安装、配置和使用方法。

实验2turtle画图：介绍turtle库的使用和turtle库中常用的画图方法。

实验3Python数据类型与表达式：介绍Python中使用的各种数据类型、运算符、表

达式以及常用的系统函数和数据的输入/输出。

实验4Python中的常用库函数（数学函数、随机数、时间等）：介绍各种常用库函数

的功能和使用方法。

实验5选择结构程序设计：介绍Python语言选择结构的使用方法和特点。

实验6循环结构：介绍Python语言循环结构的使用方法和特点。

实验7函数的定义与调用：介绍内部函数的定义和调用方法。

实验8函数的参数传递：介绍在自定义函数中参数的传递方法。

实验9列表与元组：介绍Python语言中列表和元组的定义、引用、切片、列表推

导式和生成品推导式的使用等操作。

实验10字典与集合：介绍字典与集合的概念，以及字典与集合的创建、元素引用、

相关运算符与内置函数的操作、常用的方法等。

实验11字符串：介绍字符串的创建、索引、编码、运算符和内置函数对字符串的

操作、字符串对象的常用方法等。

实验12正则表达式：介绍正则表达式的元字符、常用的正则表达式、正则表达式

模块等的使用方法。

实验13错误和异常处理：介绍常见的程序错误及解决方法、异常处理的try-except

语句，以及断言处理的assert语句和AssertionError类的使用。

实验14文件：介绍文件的使用、读写操作、jieba库的使用、CSV文件的读写操作

方法。

实验15面向对象程序设计基础：介绍类与对象的定义、创建和使用，还介绍属性

和方法、继承和多态，并给出相应的面向对象的编程实例供读者理解学习。

实验16tkinter图形界面设计：介绍Python中用于创建图形化用户界面的tkinter库，

介绍如何创建Windows窗口、常用tkinter组件的使用以及Python事件处理方法。

实验17网络爬虫入门：介绍相关HTTP协议知识、urllib基本应用与爬虫案例、

requests基本操作与爬虫案例、BeautifulSoup基本操作与爬虫案例。

实验18Python科学计算与数据分析：介绍NumPy科学计算库及其扩展库pandas的

基本使用方法。

实验19数据可视化：介绍matplotlib绘图库的基本使用。

实验20综合实验：通过一个实例，介绍使用爬虫爬取网络数据，通过对数据的组

II

前言

织和清洗，得到目标数据，然后对目标数据进行简单的数据分析与可视化。

以上各部分都可以独立教学，自成体系。读者可根据学习时间、专业情况、设计要

求适当选取章节进行阅读学习。

本书由郑州轻工业大学的孙占锋、王鹏远、韩怿冰、李萍、苏虹编著。各章编著分

工如下：实验1、2、4、7、8、16由王鹏远编著，实验3、9、15由苏虹编著，实验5、

6、10、13由李萍编著，实验11、12、17由韩怿冰编著，实验14、18、19、20由孙占

锋编著。在组织编著过程中，王鹏远负责本书的架构计划，苏虹和孙占锋负责本书的统

稿工作。

在本书的编写过程中参考了许多同行的著作，在此一并感谢。同时感谢郑州轻工业

大学和中国铁道出版社有限公司的大力支持，感谢各位编辑的辛苦工作，正由于各位领

导的帮助和支持，才使本书得以成书付印。

由于学识所限，加之时间仓促，书中难免存在不妥和疏漏之处，恳请各位读者批评

指正。

编者

2021年10月

III

目录

实验1Python的开发环境1

实验2turtle绘图19

实验3Python数据类型与表达式28

实验4Python中的常用库函数39

实验5选择结构程序设计48

实验6循环结构56

实验7函数的定义与调用62

实验8函数的参数传递69

实验9列表与元组77

实验10字典与集合85

实验11字符串93

实验12正则表达式97

实验13错误和异常处理102

实验14文件109

实验15面向对象程序设计基础115

实验16tkinter图形界面设计122

实验17网络爬虫入门134

I

Python程序设计实践指导第四版

实验18Python科学计算与数据分析141

实验19数据可视化151

实验20综合实验156

参考文献164

II

实验1Python的开发环境

实验1

Python的开发环境

一、实验目的

了解并掌握Python的运行环境

了解Python程序的运行机制

熟练掌握IDLE、PyCharm和Anaconda集成开发环境的使用方式

二、实验学时

1学时

三、实验预备知识

1．编译型语言与解释型语言

计算机是不能够识别高级语言的，所以当运行一个高级语言程序的时候，就需要一个“翻

译机”来将高级语言转变成计算机能读懂的机器语言。这个过程分成两类：一种是编译，另

一种是解释。

编译型语言在程序执行之前，先通过编译器对程序执行一个编译的过程，把程序转变成

机器语言。运行时就不需要翻译，直接执行就可以了。最典型的例子就是C语言。

解释型语言就没有这个编译的过程，而是在程序运行的时候，通过解释器对程序逐行做

出解释，然后直接运行，最典型的例子是html。

通过以上分析，解释型语言和编译型语言各有优点和缺点，这是因为编译型语言在程序

运行之前就已经对程序做出了“翻译”，所以在运行时就少掉了“翻译”的过程，效率较高。

但也不能一概而论，一些解释型语言也可以通过解释器的优化在对程序做出翻译时对整个程

序做出优化，从而在效率上超过编译型语言。

2．Python的工作原理

使用C或C++之类的编译型语言编写的程序，是需要从源文件转换成计算机使用的机器

语言，经过连接器连接之后形成为二进制可执行文件。运行该程序的时候，就可以将二进制

程序从硬盘载入到内存中并运行。但是对于Python而言，Python源码不需要编译成二进制代

码，它可以直接从源代码运行程序。

Python解释器将源代码转换为字节码，然后把编译好的字节码转发到Python虚拟机

（PythonVirtualMachine，PVM）中进行执行。PVM是Python的运行引擎，是Python系统的

一部分，它是迭代运行字节码指令的一个大循环，一个接一个地完成操作。图1-1描述了

1

Python程序设计实践指导第四版

Python程序的执行过程，当运行Python程序的时候，Python解释器会执行两个步骤。

图1-1Python的执行过程

第一步：把源代码编译成字节码。编译后的字节码是特定于Python的一种表现形式，

它不是二进制的机器码，需要进一步编译才能被机器执行，这也是Python代码无法运行

得像C或C++一样快的原因。如果Python进程在机器上拥有写入权限，那么它将把程序

的字节码保存为一个以.pyc为扩展名的文件。如果Python无法在机器上写入字节码，那

么字节码将在内存中生成并在程序结束时自动丢弃。在构建程序的时候最好给Python赋

上在计算机上写的权限，这样只要源代码没有改变，生成的.pyc文件就可以重复利用，从

而提高执行效率。

第二步：把编译好的字节码转发到Python虚拟机中进行执行。图1-2描述了Python

程序的执行原理。

图1-2Python程序执行原理

3．Python的运行环境

由于Python是跨平台的，它可以在Windows、Mac和Linux/UNIX等操作系统上运行。在

Windows上写Python程序，放到Linux上也是能够运行的。

要使用Python编写程序，首先要安装Python软件，并配置运行环境。安装后操作系统就

会有Python的解释器、一个命令行交互环境和一个集成开发环境。

现在Python用的最多的是两个版本：Python2.X系列和Python3.X系列。Python1.X系列

在20世纪90年代非常成功，现在已不再维护。

从语言上来说，Python3.X比Python2.X好，当开发一个新项目时，选择Python3.X是

一个明智的选择；如果要把已完成的项目维护好，且这个项目将要使用很长时间，需尽早移

植到Python3.X上。本书以Python3.X版本为运行环境进行编写。

访问/downloads/，下载Windows平台下的安装包，安装配置Python

的运行环境。

2

实验1Python的开发环境

在Windows平台下安装Python开发环境的步骤如下：

①访问/downloads/，选择Windows平台下的安装包，如图1-3

所示。

图1-3在Python官网中选择Windows平台安装包

②单击图1-3中的Python3.10.0按钮进行下载，下载后文件名为“python-

3.10.0-amd64.exe”，双击该文件进入Python的安装界面，选择安装方式，如图1-4所示。

在图1-4中，有两种安装方式。第一种，采用默认安装方式。第二种，自定义安装方式，

用户可以自行选择软件的安装路径。这两种安装方式均可，为配置方便，请单击选中“Add

Python3.10toPATH”复选框。

图1-4选择Python安装方式

③如果选择第二种安装方式，其安装过程如图1-5所示。

3

Python程序设计实践指导第四版

（a）安装前，单击选中“AddPython3.10toPATH”复选框

（b）选择“Customizeinstallation”后的界面

（c）选择安装路径，本例选择安装在D盘的ProgramFiles（x86）文件夹中

图1-5Python的安装过程

4

实验1Python的开发环境

（d）Python安装进度显示

图1-5Python的安装过程（续）

④Python安装成功后，出现如图1-6所示界面。

图1-6Python安装成功的界面

请注意：如果在安装准备阶段没有单击选中图1-4所示的“AddPython3.10toPATH”复

选框，需要手动配置环境变量，具体步骤如下：

①右击“此电脑”图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”选项，如图1-7所示，在打

开的界面的右侧选择“高级系统设置”选项，打开如图1-8所示的“系统属性”对话框“高

级”选项卡。

②在“系统属性”对话框单击“环境变量”按钮，进入“环境变量”对话框，如图1-9

所示。先在系统用户变量中找到“Path”一项，为了不破坏掉其他变量，请不要对其他内容

做任何的操作，单击“新建”按钮即可。

5

Python程序设计实践指导第四版

图1-7“此电脑”属性界面

图1-8“系统属性”对话框“高级”选项卡图1-9“环境变量”对话框

③在打开的“新建用户变量”对话框中的“变量名”文本框中输入“Python”，“变量

值”文本框处选择“浏览目录”定位到Python安装的文件夹即可，如图1-10所示。最后单

击“确定”按钮。

6

实验1Python的开发环境

图1-10“新建用户变量”对话框

④使用【Win+R】组合键打开“运行”窗口，在“打开”文本框中输入“python”，确

认环境变量的配置成功，如图1-11所示。

图1-11Python环境变量配置成功

成功安装Python后，便可以使用Python编写程序。Python有两种编程方式：交互式编程

和文件式编程。交互式编程是指解释器即时响应用户输入的代码并输出运行结果；文件式编

程是把代码保存在文件中，可以长期、反复使用，避免了交互式编程每次重复输入代码的现

象。交互式编程适合单条语法的练习，文件式编程是编写程序和项目开发的主要方式。

在Windows10操作系统的控制台下采用交互式编程编写并运行，具体步骤如下：

步骤一：使用【Win+R】组合键打开“运行”对话框，如图1-12所示，在“打开”文本

框中输入“python”并单击“确定”按钮，如图1-13所示。进入如图1-14所示的交互环境。

图1-12“运行”对话框图1-13“运行”对话框中的输入

图1-14Python在Windows10中的交互开发环境

7

Python程序设计实践指导第四版

步骤二：在“>>>”提示符后输入print("Hello,world")，然后按【Enter】键，即在下一行

输出程序运行结果，如图1-15所示。

图1-15“Hello,world”在Windows10中的交互开发

程序运行后，光标停留在下一行“>>>”后，等待下一指令的输入。

本次实验重点讲解Python3.X在Windows10下的IDLE、PyCharm和Anaconda的安装与

运行。

四、实验内容和要求

【实例1-1】成功安装Python后，Python自带了一款简洁的集成开发环境IDLE，使用

IDLE可以方便地创建、运行、测试Python程序。在IDLE中编写程序“Hello,world!”并运行

调试。

参考程序如下：

print("Hello,world")

在Windows10“开始”菜单选择“所有程序”→“Python3.X”→“IDLE(Python3.X)”命

令启动IDLE。注意：此处的X是指用户所安装的版本号中“3.”后中的数字。在IDLE中，

可采用交互式编程和文件式编程两种方式。

（1）在IDLE中采用交互式编程编写并运行

步骤一：启动IDLE后进入（PythonShell），如图1-16所示。

图1-16IDLE的交互式编程模式界面图

步骤二：直接在IDLE的提示符“>>>”后输入print("Hello,world")，然后按【Enter】键，

即在下一行输出程序运行结果，如图1-17所示。

图1-17Hello,world在IDLE中的交互开发

8

实验1Python的开发环境

（2）在IDLE中采用文件式编程编写并运行

步骤一：新建一个文件，从“File”菜单中选择“NewFile”菜单项，这样就可以在出现

的窗口中输入程序的代码了，如图1-18所示。

图1-18创建一个新的Python程序

步骤二：输入print("Hello,world")之后，从“File”菜单中选择“Save”保存程序，保存后

的运行环境如图1-19所示。从菜单中选择“Run”中的“RunModule”，运行结果如图1-20

所示。

图1-19保存后的Python程序

图1-20Python程序的执行结果

【实例1-2】PyCharm是由JetBrains打造的一款专门面向于Python的全功能集成开发环

境，拥有付费版（专业版）和免费开源版（社区版），不论是在Windows、MacOSX系统

中,还是在Linux系统中都支持快速安装和使用。请在PyCharm官方下载地址：

/pycharm/download/PyCharm中下载Pycharm软件，安装该软件并编写程

序“Hello,world!”运行调试。

步骤一：进入PyCharm官方网站下载界面后，选择“Community”版进行下载，下载后

的软件为“pycharm-community-X.exe”（X为发行日期或版本）。

步骤二：双击“pycharm-community-X.exe”进入安装界面，如图1-21所示，再单击“Next”

按钮。

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Python程序设计实践指导第四版

图1-21PyCharm的安装界面

步骤三：单击“Browse…”按钮选择安装路径，如图1-22所示，再单击“Next”按钮。

图1-22PyCharm安装路径的选择

步骤四：进入PyCharm安装选项界面，请根据个人需要选择安装，如图1-23所示，再

单击“Next”按钮。

图1-23PyCharm安装选项界面

10

实验1Python的开发环境

createdesktopshortcut：创建桌面快捷方式。

updatepathvariable(restartneeded)：更新路径变量（需要重新启动）。

updatecontextmenu：更新上下文菜单，“addopenfolderasproject”即添加打开文件夹作为

项目。全新安装，所以没有选择。

createassociations：创建关联，关联.py文件，双击都是以PyCharm打开。

步骤五：在图1-24所示的选择开始菜单文件界面中，采用默认方式安装，单击“Install”

按钮，进行安装，如图1-25所示。

图1-24PyCharm选择开始菜单文件界面图1-25PyCharm安装过程

步骤六：安装成功后，如图1-26所示，单击“Finish”按钮。

步骤七：重启计算机后，在桌面上双击PyCharm的图标（见图1-27），打开PyCharm

集成开发环境。

图1-26PyCharm安装成功图1-27PyCharm的图标

步骤八：在PyCharm中，选择“File”→“CreateNewProject”，进入创建新项目对话框，

如图1-28所示。Location是选择新建项目保存的位置和项目名。选择保存文件后，单击“Create”

按钮。

步骤九：选择“File”→“New…”，在弹出的“New”快捷菜单中，选择“PythonFile”，

如图1-29所示，在弹出的对话框中输入文件名。

11

Python程序设计实践指导第四版

图1-28PyCharm中创建新项目

步骤十：在hello.py中输入print("Hello,world")，如图1-30所示。

图1-29PyCharm中PythonFile的创建图1-30在PyCharm中编写程序

步骤十一：Python代码编写完成后，选择“Run‘hello’”可执行程序（注：单引号为文

件名），在图1-31的下端可以看到程序的运行结果。

图1-31PyCharm程序编辑窗口

12

实验1Python的开发环境

【实例1-3】Anaconda是由Anaconda公司为了方便使用Python进行数据科学研究而建

立的一组软件包，涵盖了数据科学领域常见的Python库，并且自带了专门用来解决软件环

境依赖问题的conda包管理系统。Anaconda下载地址:https://www.continuum.io/downloads，

Linux、Mac、Windows均支持。下载并安装Anaconda软件，在该软件编程程序“Hello,world!”

运行调试。

步骤一：进入Anaconda官方网站下载界面后，选择“AnacondaIndividualEdition”进行

下载，下载后的软件为“Anaconda3-X-Y.exe”（X为发行日期或版本，Y为操作系统信息）。

步骤二：双击“Anaconda3-X-Y.exe”进入安装界面，如图1-32所示，再单击“Next”

按钮。

图1-32Anaconda安装界面

步骤三：如图1-33所示，在Anaconda的“LicenseAgreement”中单击“IAgree”按钮。

图1-33Anaconda的“LicenseAgreement”

步骤四：如图1-34所示，在Anaconda的“SelectInstallationType”中选择相应项后，单

击“Next”按钮。

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Python程序设计实践指导第四版

图1-34Anaconda的“SelectInstallationType”

步骤五：如图1-35所示，在Anaconda的“ChooseInstallLocation”中单击“Browse…”

按钮，选择安装路径，然后单击“Next”按钮。

图1-35Anaconda的“ChooseInstallLocation”

步骤六：如图1-36所示，Anaconda的安装过程需要几分钟的时间。

图1-36Anaconda的安装过程

步骤七：如图1-37所示，单击“Next”按钮。

14

实验1Python的开发环境

图1-37Anaconda安装过程中的“Anaconda+JetBrains”

步骤八：Anaconda成功安装，出现如图1-38所示的界面，单击“Finish”按钮。

图1-38Anaconda成功安装

步骤九：在Windows10的“开始”菜单中单击“Anaconda3(64-bit)”→“spyder(Anaconda)”，

进入如图1-39所示的界面。

图1-39运行Anaconda

15

Python程序设计实践指导第四版

步骤十：在运行环境中，选择“Projects”→“NewProjects”，如图1-40所示，在图1-41

中对新项目的名称、存储位置等进行设置。设置完成后单击“Create”按钮。

图1-40在Anaconda中创建新项目

图1-41Anaconda中新项目的设置

步骤十一：右击项目名称，在弹出的快捷菜单中选择“New”→“Pythonfile”，出现如

图1-42所示的对话框，在该对话框中输入创建Python文件的名称。

图1-42Anaconda中Python文件名的设置

步骤十二：在图1-43的编辑区域输入print("Hello,world!")。

步骤十三：右击Python文件名，在弹出的快捷菜单中选择“Run”，可以在运行环境的

右下窗口中看到输出结果，如图1-44所示。

16

实验1Python的开发环境

图1-43Anaconda中编写程序

图1-44Anaconda运行界面

【实例1-4】根据参考资料编写程序，从键盘输入两个数，输出这两个数的和。

参考资料：

①输入函数input()，如：

r=input("请输入圆的半径：")

表示在对话框中，提示信息为“请输入圆的半径：”，然后将输入的信息转换字符串类型。

②eval()函数，如：

eval("3+2")

对于eval，它会将第一个expression字符串参数的引号去掉，然后对引号中的式子进行解

析和计算，即计算3+2。

17

Python程序设计实践指导第四版

③输出语句print()，如：

a=2

print(a)

输出语句输出结果为2。

参考程序如下：

num1=input("请输入第一个数：")

num2=input("请输入第二个数：")

sum=eval(num1)+eval(num2)

print(sum)

从键盘上输入10和20，运行结果如图1-45所示。

图1-45实例1-4运行结果

请思考，将语句sum=eval(num1)+eval(num2)修改为sum=eval(num1+num2)，分别输入10

和20后，能否正确执行？运行结果是什么？

五、实验作业

【作业1-1】编写程序，输出“庆祝中国共产党成立100周年！”，分别在IDLE、PyCharm

和Anaconda集成开发环境中运行。

【作业1-2】编写程序，输入圆的半径，计算并输出圆的周长和面积。

【作业1-3】编写程序，从键盘输入两个数字，计算并输出这两个数的乘积。

【作业1-4】编写程序，计算并输出底面积为3，高为5的圆柱体的体积。

【作业1-5】编写程序，输出如下图形（*、#和&每行各10个）。

**********

##########

&&&&&&&&&&

18

实验2turtle绘图

实验2

turtle绘图

一、实验目的

了解Python中的标准库以及标准库中函数库的导入方法

了解Python中turtle库的基本原理

熟练Python中turtle库中的常用函数，并能够绘制简单的图形

二、实验学时

1学时

三、实验预备知识

1．Python中的标准库与标准库中函数库的导入

Python标准库非常庞大，所提供的组件涉及范围十分广泛。这个库包含了多个以C语言

编写的内置模块，Python程序员必须依靠它们来实现系统级功能。Windows版本的Python安

装程序通常包含整个标准库（如turtle、os、sys、random、time、math等），往往还包含许多

额外组件。

在编写程序时，确定所需要使用的函数库后可使用保留字import导入。使用import导入

函数库有两种方式。

第一种方式：

import<库名>

此时，程序可调用库名中的所有库函数，使用库函数的格式如下：

<库名>.<函数名>(<函数参数>)

第二种方式：

from<库名>import<函数名,函数名,函数名,…,函数名>

from<库名>import*

其中*是通配符，表示所有的函数。

2．Python的turtle库概述

turtle（海龟）库是Python语言的绘制图像的函数库，其绘制原理是有一只海龟在窗体正

中心，在画布上游走，走过的轨迹形成了绘制的图形，海龟由程序控制，可以自由改变颜色、

方向、宽度等。

turtle绘图中，以像素为单位。turtle的空间坐标系如图2-1所示，海龟坐标系如图2-2

19

Python程序设计实践指导第四版

所示。turtle角度坐标体系，如图2-3所示，采用绝对度数。turtle的色彩体系使用RGB。RGB

指红、绿、蓝3个通道的颜色组合，可覆盖视力所能感知的所有颜色。RGB每色取值范围0~255

整数或0~1小数。常用颜色的RGB值如表2-1所示。

图2-1turtle的空间坐标系图2-2turtle的海龟坐标系

图2-3turtle的角度坐标系

表2-1常用颜色的英文字符串和RGB值表

中文名字符串RGB整数值

白色white255,255,255

黄色yellow255,255,0

青色cyan0.255.255

蓝色blue0,0,255

黑色black0,0,0

金色gold255,215,0

粉红色pink255,192,203

棕色brown165,42,42

紫色purple160,32,240

深绿色darkgreen0,100,0

番茄色tomato255,99,71

洋红magenta255,0,255

3．turtle绘图窗体函数

turtle.setup(width,height,startx,starty)

函数功能：设置窗体大小。

参数含义：

width,height：输入宽和高为整数时，表示像素；为小数时，表示占据计算机屏幕的比例。

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实验2turtle绘图

(startx,starty)：这一坐标表示矩形窗口左上角顶点的位置。如果为空，则窗口位于屏幕

中心。

4个参数中后两个参数非必选参数。如turtle.setup(800,400,0,0)在计算机显示器中显示如

图2-4所示。

去掉最后两个参数，修改为turtle.setup(800,400)，在计算机显示器中的显示如图2-5所示。

图2-4turtle.setup(800,400,0,0)的显示示意图图2-5turtle.setup(800,400)的显示示意图

4．画笔控制

在画布上，默认有一个坐标原点为画布中心的坐标轴。坐标原点上有一只面朝x轴正方

向的小海龟。这里描述小海龟时使用了两个词语：坐标原点（位置），面朝x轴正方向（方

向）。turtle绘图中，就是使用位置方向描述小海龟（画笔）的状态。

（1）turtle.penup()和turtle.pendown()

①turtle.penup()，简写形式：turtle.pu()或者turtle.up()

功能：表示抬起画笔，海龟在飞行，无参数。

②turtle.pendown()，简写形式：turtle.pd()或者turtle.down()

功能：表示画笔落下，海龟在爬行，无参数。

（2）turttle.pensize(width)

别名：turtle.width(width)

功能：表示画笔的宽度。

参数：width设置画笔线条的宽度，当无参数或者为None时返回当前画笔宽度。

（3）turtle.right(degree)和turtle.left(degree)

功能：顺时针或逆时针移动degree度。

参数：degree为角度值。

（4）turtle.seth(angle)

其他形式：turtle.setheading(angle)

功能：改变海龟行进方向但不前进。

参数：angle为绝对方向角度值。

（5）turtle.pencolor(color)

功能：为画笔设置颜色。

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Python程序设计实践指导第四版

参数：color为颜色字符串或者RGB值。

该函数的使用形式为：

turtle.pencolor(colorstring)或turtle.pencolor((r,g,b))

当为colorstring时，使用表示颜色的字符串；当为(r,g,b)时，表示使用颜色对应的RGB值。

（6）turtle.hideturtle()和turtle.showturtle()

这两个函数均为无参函数，turtle.hideturtle()功能是隐藏画笔的turtle形状，turtle.showturtle()

的功能是显示画笔的turtle形状。

（7）turtle.goto(x,y)

功能：移动画笔到画布中的特定位置(x,y)处，如果当前画笔处于落笔状态则从当前位置

绘制线条到(x,y)处。

参数：x为画布中特定位置的横坐标，y为画布中特定位置的纵坐标。

（8）turtle.home()

功能：移动画笔至坐标系原点，画笔方向为初始方向。

参数：无。