Python程序设计基础 课件 第一章 Python语言入门

第一章Python语言入门ContentsPython语言Python语言开发环境Python语言程序结构本章小结习题01Python语言Python语言是目前最简洁高效的计算机语言，可基于各类操作系统编写应用软件，适合于各个应用领域和年龄段的程序设计人员。本章将介绍Python语言的安装与开发环境，并详细介绍Python程序的框架结构，供读者快速入门。1.1Python语言计算机可以直接完成的运算称为机器指令，机器指令由操作码和操作数组成，操作码和操作数均为二进制数，操作码指示CPU对操作数施加所需要的运算操作。计算机只能运行由机器指令组成的程序，也称为机器语言程序。早期的计算机科学家，正是使用机器语言进行程序设计。1.1Python语言计算机语言发展史上具有变革性意义的事件是C语言的诞生。C语言是一种接近于自然语言且具有地址访问能力的计算机语言，C语言对计算机的发展具有其他语言无法比拟的贡献，例如，C语言可以开发各类操作系统软件，使计算机的软件变得易用且界面友好；C语言使计算机硬件感觉到前所未有的危机，计算机硬件一直成为计算机发展的瓶颈；C语言使计算机编程大众化，快速催生了内容丰富和形式多样的海量应用软件。1.1Python语言众多计算机语言的涌现，使得计算机使用者开始考虑学习和掌握哪种计算机语言？可能考虑的因素有：（1）该计算机语言是否简单易学，语法是否简洁优美；（2）该机算机语言是否功能强大，可以满足所学专业和所从事工作的需要；（3）该计算机语言是否具有巨大的用户群和强大的生态圈，以促进资源分享、学习和交流；（4）该计算机语言是否具有优秀的可移值性，可应用于各类计算机平台上；（5）该计算机语言是否具有强大的生命力，可持续发展等。Python语言具备上述全部的肯定回答。1.1Python语言登录Python官网（/），下载Python语言最新版本。若是64位的Windows系统计算机，需要下载安装程序“python-3.10.4-amd64.exe”。按照安装说明安装好Python语言后，在Windows“开始”菜单中将出现菜单“Python3.10”，其下具有三个子菜单项“IDLE”、“Python3.1064-bit”和“Python3.10ModuleDocs(64-bit)”，依次启动Python语言程序壳、Python语言内核和Python程序包。1.1Python语言启动“命令提示符”窗口，输入“python”，如果得到如下所示信息，说明Python软件安装成功。显示Python软件版本信息1.1Python语言Python作为一种计算机语言，可像C语言等一样编写计算机程序。单击菜单“File|NewFile(Ctrl+N)”弹出下图所示界面。IDLE编辑Python程序界面1.1Python语言运行Python程序方式单击菜单“Run|RunModuleF5”，将在IDLE中显示执行结果。打开“命名提示符”窗口，工作目录设为“E:\ZYPythonPrj\ZYPrj01”，输入“pythonmain.py”，将得到运行结果。1.1Python语言左表明Python语言程序的执行离不开Python内核，其执行方式可视为“翻译”执行方式。Windows系统用户可能更希望Python语言程序可以编译链接为一个可执行文件。Python语言程序的这种“翻译”执行方式不是它的缺点。这样做的目的，是为了增强程序的可移植性。只要计算机系统中安装了Python语言，所有的Python程序均可以移植该计算机系统上执行。“命令提示符”窗口下运行Python程序1.1Python语言程序员很少使用IDLE编辑器编写Python程序，这是因为VisualStudio和PyCharm等提供了更先进易用的编辑、翻译、测试和运行集成开发环境。下节将介绍这两个优秀的集成开发环境。02Python语言开发环境1.2Python语言开发环境任意编辑软件均可用于编写Python语言程序，那些集成了Python语言语法智能感知技术且能实现Python语言程序的调试与执行的集成开发环境，才是首选的Python语言程序开发环境。推荐两个最有名的Python语言程序集成开发环境，即VisualStudio和PyCharm。这两个集成开发环境，均具有Python语言语法智能感知技术，即输入Python语言函数后，将自动提示参数个数与用法等信息，并可自动调整程序代码的格式。

1.2.1VisualStudio集成开发环境

登录到网站：/zh-hans/下载VisualStudio集成开发环境的在线安装器VisualStudioInstaller。启动在线安装器VisualStudioInstaller后，选中“Python开发”组件，同时建议选中“.NET桌面开发”、“使用C++的桌面开发”和“通用Windows平台开发”，后三者使VisualStudio可以编写C++/C#应用程序。

1.2.1VisualStudio集成开发环境按照安装提示完成VisualStudio2022的安装后，启动VisualStudio开发环境，在启动界面选择“创建新项目”。VisualStudio安装

1.2.1VisualStudio集成开发环境输入如图所示的代码，按下快捷键“Shift+Alt+F5”将启动Python“交互式窗口”，如图中的左下方窗口，显示程序“ZYPrj02.py”的执行结果；或者，按下快捷键“Ctrl+F5”，启动“命令提示符”窗口，并在其中显示程序运行结果。VisualStudio开发Python应用程序界面

1.2.1VisualStudio集成开发环境输入如图所示的代码，按下快捷键“Shift+Alt+F5”将启动Python“交互式窗口”，如图中的左下方窗口，显示程序“ZYPrj02.py”的执行结果；或者，按下快捷键“Ctrl+F5”，启动“命令提示符”窗口，并在其中显示程序运行结果。VisualStudio开发Python应用程序界面

1.2.1VisualStudio集成开发环境import语句不是必须的，但是一般的Python程序都需要装载大量的模块。Python语言具有大量内置程序包，如前面图中math等，也有大量的扩展包，如numpy等。扩展包需要单独安装。安装numpy程序包

1.2.2PyCharm集成开发环境登录到网站“/pycharm/”，下载PyCharm软件，其Community最新版本为2022.1。按照安装说明安装好PyCharm软件后，启动PyCharm软件，在欢迎界面中选择“新建项目”。PyCharm新建项目窗口

在“位置”处输入“E:\ZYPythonPrj\ZYPrj03”，选中“创建main.py”欢迎脚本，然后，单击“创建”得到右图所示。单击菜单“文件|设置”，在其弹出的窗口中，找到“插件”，并安装“Chinese(Simplified)LanguagePack/中文语言包”。项目ZYPrj03工作窗口

1.2.2PyCharm集成开发环境单击上一页图中菜单“文件|设置”，在其弹出的窗口中，找到“Python解释器”。单击“+”号，在弹出的窗口，搜索并安装所需要的扩展包，这里至少应安装numpy、pandas和matplotlib，这三个包依次为数学运算、数据分析和绘图服务的专用软件包。安装扩展包窗口

1.2.2PyCharm集成开发环境

1.2.2PyCharm集成开发环境项目ZYPrj03自动创建了一个程序文件main.py，在文件main.py中，以“#”开头的行为注释，是不可执行的指令。因此，main.py中的可执行语句如下程序段所示。1defprint_hi(name):2print(f'Hi,{name}')34if__name__=='__main__':5print_hi('PyCharm')

1.2.2PyCharm集成开发环境Python语言程序按照缩进关系确定语句组。在程序段中，第1~2行为一组，第4~5行为一组。这里第1行的语句“defprint_hi(name):”表示定义函数print_hi，其具有一个形式参数name；其下缩进的所有语句将均属于该函数，直到遇到与语句“defprint_hi(name):”处于相同缩进位置的语句为止，即遇到第4行的语句“if__name__=='__main__':”为止，后者不属于前者。第2行的语句“print(f'Hi,{name}')”使用格式输出方式输出“Hi,”和name参数的值。

1.2.2PyCharm集成开发环境第4~5行为一组。第4行的“__name__”为一个Python语言的全局标号（或称全局变量），在其所在的模块（即文件）中，其值固定为“__main__”，注意：这里的main与文件名“main.py”中的main毫无关系。因此，当执行main.py文件时，第4行的if语句为真，第5行的语句“print_hi('PyCharm')”将被执行，其调用自定义的print_hi函数输出“Hi,PyCharm”。03Python语言程序结构1.3Python语言程序结构单击菜单“文件|新建Alt+Insert|Python文件”，然后，输入文件名“zym0101”，回车后进入如图所示窗口。输入zym0101.py文件的代码。安装扩展包窗口程序文件zym0101.py上程序段中，第1~2行定义了函数zymax，具有两个参数x和y，返回两者的较大者；第4行的语句“print(__name__)”输出全局符号“__name__”；第5~7行为一个if语句组，因第5行的条件为真，故第6~7行的语句被执行：第6行的语句“print('max=',zymax(3,5))”调用库函数print和自定义函数zymax，输出“max=5”；第7行输出全局符号“__name__”。文件zym0101.py的执行结果下部分窗口所示。第4行和第7行输出的“__name__”均为“__main__”。1.3Python语言程序结构一般地Python语言程序的结构满足以下规则：（1）借助于import装载程序模块。import语句可位于程序中任意位置，一般将import语句放在程序开头。如果不需要装载其他程序模块，则不需要import语句；（2）将可执行的语句放在if语句组中，if语句组的头部（即条件判断部分）的语句固定为“if__name__=='__main__':”。这样，if语句组中的全部语句只有当其所在的文件被执行时，才被执行到。可以在这个if语句组中放置测试代码，用于测试该程序文件中的类和函数的正确性。一般地，将这个if语句组放置在程序文件的末尾。这部分称为文件（或模块）的可直接执行部分。1.3Python语言程序结构（3）程序文件中可以包含任意多的类和函数，建议将这些类和函数放置于import语句的后面，但位于“if__name__=='__main__':”语句组的前面。1.3Python语言程序结构按照上述规则，向项目ZYPrj03中添加一个新的Python文件zym0103.py，程序段如下：程序段分为三部分第一部分为第1~4行，为import部分，装载程序中用到的模块这里装载了Python语言内置模块math、os、time和random，分别为数学、操作系统、时间和随机数发生器模块。第二部分为第6~22行，为类定义和函数定义部分。第三部分为第24~44行，为当前文件的测试程序，用于测试本文件中的类和函数的正确性。这部分内容称为可直接执行部分，但当该模块被其他模块调用时，这部分内容对于其他模块不可见。1.3Python语言程序结构右图是典型的Python语言程序结构。简单介绍第三部分内容，即第24~44行的语句的含义。1.3Python语言程序结构文件zym0103.py及其运行结果第25行、第41~44行组成一个功能单元，用于测试程序的运行时间。第25行的语句“time1=time.time()”调用time模块的函数time记录系统当前的时间，形象地称为时间戳；第41行的语句“time.sleep(0.2)”调用time模块的函数sleep延时等待0.2秒；第42行的语句“time2=time.time()”再次将当前的时间戳赋给time2；第43行的语句“dtime=time2-time1”得到两个时间戳的差，单位为秒；第44行输出dtime，即为第25~42行间的代码的运行时间，如图下方窗口中的“timeelapsed:0.2151966094970703s”所示。第27~32行的代码用到了自定义的类Complex，表示复数类。1.3Python语言程序结构第34行的语句“print(os.getcwd())”输出当前工程所在的目录。第36行的语句“random.seed(299792458)”调用模块ra