Python 3 基础教程（第3版）（慕课版） 课件 第1、2章 配置开发环境、Python基本语法

Python3基础教程第3版慕课版单元1配置开发环境任务1-1在Windows操作系统中安装Python【任务目标】1．下载Python安装包。2．安装Python。【任务实施】演示过程……任务1-1：在Windows操作系统中安装Python【任务目标】1．下载Python安装包。2．安装Python。【任务实施】演示过程……1.1Python概述本节主要内容Python的发展Python的特点Python的版本Python的应用领域第三方集成开发工具1.1.1Python的发展吉多·范罗苏姆（GuidovanRossum）于1989年开始开发Python作为巨蟒剧团（MontyPython）喜剧团体的粉丝，吉多将这门新的语言命名为Python。Python的灵感来自ABC语言——吉多参与开发的一种适用于非专业程序开发人员的教学语言。吉多认为ABC语言优美、功能强大，ABC未获得成功的原因主要是非开放。吉多一开始就将Python定位为开放性语言。Python起源于ABC，并受到了Modula-3语言的影响，同时结合了Unixshell和C的习惯。TIOBE程序设计语言排行榜（2024年6月）1.1.2Python的特点1.Python是免费的开源自由软件Python遵循GPL协议，是免费和开源的，不管用于何种用途，开发人员都无需支付任何费用，也不用担心版权问题。2.Python是面向对象的面向对象（ObjectOriented，OO）是现代高级程序设计语言的一个重要特征。Python具有多态、运算符重载、继承和多重继承等面向对象编程（ObjectOrientedProgramming，OOP）的主要特征。1.1.2Python的特点3.Python具有良好的跨平台特性Python是用ANSIC语言实现。C语言因为跨平台和良好的可移植性成为了经典的程序设计语言。这意味着Python也具有良好的跨平台特性，可在目前所有的主流平台上编译和运行。1.1.2Python的特点4.Python功能强大动态数据类型：Python在代码运行过程中跟踪变量的数据类型，不需要声明变量的数据类型，也不要求在使用之前对变量进行类型声明。自动内存管理：良好的内存管理机制意味着程序运行具有更高的性能。Python程序员无需关心内存的使用和管理，Python会自动分配和回收内存。大型程序支持：通过子模块、类和异常等工具，Python可用于大型程序开发。内置数据结构：Python提供了常用数据结构支持。例如，集合、列表、字典、字符串等都属于Python内置类型，用于实现相应的数据结构。同时，Python也实现了各种数据结构的标准操作，如合并、分片、排序和映射等。内置标准库：Python提供丰富的标准库，如从正则表达式匹配到网络等，使Python可以实现多种应用。第三方工具集成：Python通过扩展包集成第三方工具，从而应用到各种不同领域。1.1.2Python的特点5.Python简单易学Python的设计理念是“优雅”“明确”“简单”，提倡“用一种方法，最好是只用一种方法来做一件事”。所以，Python语言语法简洁、代码易读。一些知名大学（如卡耐基梅隆大学、麻省理工学院等）开始采用Python作为程序设计课程的编程语言。执行importthis命令显示Python哲学和设计思想Python之禅（译文）优美胜于丑陋明了胜于晦涩简单胜于复杂复杂胜于杂乱扁平胜于嵌套间隔胜于紧凑可读性很重要特例不足以特殊到违背这些原则不要忽视错误，除非程序需要这样做面对模棱两可，拒绝猜测解决问题最直接的方法应该有一种，最好只有一种可能这种方法一开始不够直接，因为你不是范罗苏姆做也许好过不做，但不想就做还不如不做如果方案难以描述明白，那么一定是个糟糕的方案如果容易描述，那么可能是个好方案命名空间是一种绝妙的理念，多加利用1.1.3Python的版本版本号年份0.9.0～1.21991～19951.3～1.5.21995～19991.6、2.020001.6.1、2.0.1、2.1、2.1.120012.1.2、2.1.320022.2～2.72001～至今3.x2008～至今Python通过一个参与者众多的开发社区来保持版本更新和改进。Python的开发者通过一个在线的源代码控制系统协同工作，所有对Python的修改必须遵循Python增强提案（PythonEnhancementProposal，PEP），并通过Python扩展回归测试系统的测试。目前，由一个非正式的组织Python软件基金（PythonSoftwareFoundation，PSF）负责组织会议并处理Python的知识产权问题。Python3.0不再向后兼容，Python2.7作为Python2.x的最后一个版本。Python2.x依然有众多开发人员使用。Python官方已于2020年停止对Python2.7的支持。为了方便叙述，本书在后面的内容中将Python3.x简称为Python3，Python2.x简称为Python2。目前，Python3的最新版本为3.12.4（2024年7月）。Python官方主页：《全国计算机等级考试二级Python语言程序设计考试大纲（2023年版）》建议考试使用的Python版本为3.5.3～3.9.10。1.1.4Python的应用领域Python近乎全能，通过第三方库，Python的应用领域几乎可扩展到所有可编程的领域，其主要应用领域如下。网络爬虫：实现网络共享资源获取、网络监控、自动化测试等功能。例如，Requests、Scrapy和Pyspider等都是常用的Python网络爬虫库。数据分析：主要指对数据执行各种科学或工程计算。例如，NumPy、SciPy和Pandas等都是常用的Python数据分析库。文件处理：实现PDF文件、MicrosoftExcel文件、MicrosoftWord文件、HTML（HypertextMarkupLanguage，超文本标记语言）文件和XML（eXtensibleMarkupLanguage，可扩展标记语言）文件等各种文件的处理。例如，PDFMiner可用于处理PDF文件，Openpyxl可用于处理MicrosoftExcel文件，Python-docx可用于处理MicrosoftWord文件。1.1.4Python的应用领域数据可视化：主要指使用易于理解的图形来展示数据。例如，Matplotlib、Seaborn和Mayavi等都是常用的Python数据可视化库。图形用户界面：用于实现应用程序的图形用户界面。例如，PyQt5、wxPython和PyGObject等都是常用的Python图形用户界面库。机器学习：为Python提供机器学习实现功能。Scikit-learn、MXNet和TensorFlow等都是常用的Python机器学习库。Web应用开发：为Python提供快速Web应用开发功能。Django、Flask和Web2py等都是常用的PythonWeb应用开发库。游戏开发：为Python提供各种游戏开发功能。Pygame、Panda3D和Cocos2d等都是常用的Python游戏开发库。1.1.5第三方集成开发工具1．PyCharm简介PyCharm是JetBrains公司开发的一款集成开发工具，它具有语法高亮、代码跳转、智能提示、自动补全、代码调试、单元测试、版本控制等诸多功能。PyCharm支持Python、JavaScript、CoffeeScript、TypeScript、HTML、CSS（CascadingStyleSheets，层叠样式表）等多种语言，以及Django、Flask、GoogleAppEngine、Pyramid、Web2py等Web库。图示为PyCharm工作界面。1.1.5第三方集成开发工具2．VSCode简介VSCode是Microsoft公司开发的一款集成开发工具，它具有语法高亮、代码跳转、智能提示、自动补全、代码调试、内置Git命令等诸多功能。VSCode支持Python、JavaScript、Java、C/C++、TypeScript、HTML、CSS等多种语言。通过安装扩展组件，VSCode几乎可支持编写所有语言代码。图1-11显示了VSCode的工作界面。任务1-2运行Python命令和程序【任务目标】1．交互式运行Python命令。2．用程序输出唐诗《春晓》。【任务实施】演示过程……1.2运行Python程序本节主要内容Python程序的运行方式Python程序的可执行文件1.2.1Python程序的运行方式Python程序有两种运行方式：程序文件运行和交互式运行。程序文件是包含一系列Python语句的源代码文件，文件扩展名通常为py。在Windows的命令提示符窗口中，可使用Python.exe来执行Python程序文件。首先，由Python解释器将py文件翻译成字节码文件，再由Python虚拟机（PythonVirtualMachine，PVM）逐条翻译、执行字节码中的Python语句。Python还可以通过交互方式运行。在Windows系统的命令提示符窗口中运行Python.exe，可进入Python的交互环境。在其中输入Python语句后，按【Enter】键运行Python交互环境中的常用快捷键如下。【↑】：调出使用过的上一条命令。【↓】：调出使用过的下一条命令。【PageUp】：调出使用过的第一条命令。【PageDown】：调出使用过的最后一条命令。在IDLE交互环境中，也可交互式运行Python命令。IDLE交互环境中的常用快捷键如下。【F1】：打开Python帮助文档。【Alt+P】：调出使用过的上一条命令。【Alt+N】：调出使用过的下一条命令。【Alt+/】：补全使用过的单词，连续按【Alt+/】组合键，可在多个单词中切换。【Alt+3】：注释代码。【Alt+4】：取消注释。【Ctrl+]】或【Tab】：增加缩进量。【Ctrl+[】：减少缩进量。1.2.2Python程序的可执行文件可将Python程序打包为一个独立的可执行程序，即冻结二进制文件（FrozenBinary）。冻结二进制文件是将Python程序的字节码、PVM以及程序所需的Python支持文件等捆绑到一起形成的一个独立文件。在Windows系统中，冻结二进制文件是一个exe文件，运行exe文件即可启动Python程序，也不需要安装Python环境。常用的第三方冻结二进制文件生成工具有py2exe和pyinstaller。任务1-3运行示例代码【任务目标】1．运行turtle库绘制时钟的示例代码。2．运行OpenCV库图像分割的示例代码。【任务实施】演示过程……1.3使用Python文档本节主要内容离线文档离线模块文档在线文档1.3.1离线手册在系统的“开始”菜单中选择“Python3.12\Python3.12Manuals(64-bit)”命令，可打开Python离线手册，如图所示1.3.2离线模块文档在系统的“开始”菜单中选择“Python3.12\Python3.12ModuleDocs(64-bit)”命令，可打开Python离线模块文档，如图所示1.3.3在线文档在浏览器中访问Python在线文档主页，可在左上角的语言下拉列表中选择“SimplifiedChinese”，进入简体中文版的在线文档页面Python3基础教程第3版慕课版单元2

Python基本语法任务2-1：运行诗词输出程序【任务目标】编写Python程序，输出诗词《咏柳》或《静夜思》。待运行程序代码如下。a=input('请输入一个数：')ifa=='1':print('咏柳')print('贺知章')print('碧玉妆成一树高，万条垂下绿丝绦。')print('不知细叶谁裁出，二月春风似剪刀。')else:print('静夜思')print('李白')print('床前明月光，疑是地上霜。')print('举头望明月，低头思故乡。')【任务实施】演示过程……2.1基本语法元素本节主要内容：缩进注释语句续行符号语句分隔符号关键字标识符2.1.1缩进Python默认从程序的第一条语句开始，按顺序依次执行各条语句。代码块可视为复合语句。在Java、C/C++等语言中，用大括号“{}”表示代码块，示例代码如下。if(x>0){y=1;}else{y=-1;}Python使用缩进（空格）来表示代码块，连续的多条具有相同缩进量的语句为一个代码块。通常，语句末尾的冒号表示代码块的开始，例如if、for、while、def、class等语句都会使用到代码块。示例代码如下。ifx>0:y=1else:y=-1应注意同一个代码块中的语句，其缩进量应保持相同，否则会发生IndentationError（缩进错误）异常，示例代码如下。>>>x=1>>>ifx>0:...y=1...print(y)File"<stdin>",line3print(y)^IndentationError:unindentdoesnotmatchanyouterindentationlevel2.1.2注释注释用于为程序添加说明性的文字，帮助程序员阅读和理解代码。Python解释器会忽略注释的内容。Python注释分单行注释和多行注释。单行注释以符号“#”开始，当前行中符号“#”及其后的内容为注释。单行注释可以单独占一行，也可放在语句末尾。多行注释是用3个英文的单引号“'''”或3个双引号“"""”作为注释的开始和结束符号示例代码如下。"""多行注释开始下面的代码根据变量x的值计算y注意代码中使用缩进表示代码块多行注释结束"""x=5ifx>100:y=x*5-1 #单行注释：x>100时执行该语句else:y=0 #x<=100时执行该语句print(y) #输出y2.1.3语句续行符号通常，Python中的一条语句占一行，没有语句结束符号。可使用语句续行符号将一条语句写在多行之中。Python的语句续行符号为“\”示例代码如下。ifx<100\andx>10:y=x*5-1else:y=0注意，在“\”符号之后不能有任何其他符号，包括空格和注释。还有一种特殊的续行方式：在使用括号（包括“()”“[]”和“{}”等）时，括号中的内容可分多行书写，括号中的注释、空白和换行符都会被忽略示例代码如下。if(x<100 #这是续行语句中的注释andx>10):y=x*5-1else:y=02.1.4语句分隔符号Python使用分号作为语句分隔符号，从而将多条语句写在一行示例代码如下。print(100);print(2+3)使用语句分隔符号分隔的多条语句可视为一条复合语句，Python允许将单独的语句或复合语句写在冒号之后示例代码如下。ifx<100andx>10:y=x*5-1else:y=0;print('x>=100或x<=10')2.1.5关键字关键字也称保留字，用于表示程序设计语言的命令或常量，不允许作为标识符使用。Python的关键字如下。False await else import passNone break except in raiseTrue class finally is returnand continue or lambda tryas def from nonlocal whileassert del global not withasync elif if or yield注意，Python区分大小写，关键字必须严格区分大小写。keyword模块中的kwlist变量保存了Python的关键字列表。可在交互环境中输出keyword.kwlist变量的值以查看Python的关键字列表，示例代码如下。>>>importkeyword>>>keyword.kwlist['False','None','True','and','as','assert','async','await','break','class','continue','def','del','elif','else','except','finally','for','from','global','if','import','in','is','lambda','nonlocal','not','or','pass','raise','return','try','while','with','yield']Python3.10增加了软关键字，用于特定上下文。例如，match、case和_等标识符是模式匹配（match…case）语句中的软关键字。2.1.6标识符标识符即名称，Python中的变量、函数、模块、类或其他对象，均通过标识符来引用。在Python3中，标识符的命名规则如下。由字母、下划线“_”和数字组成，首字符不能是数字。字母可以是各种Unicode字符（空格、@、%、$等各种特殊符号除外）。不能使用关键字作为标识符。标识符区分大小写。例如，_abc、速度、r_1都是合法的标识符，而2abc、price$是非法的标识符，Abc和abc是两个不同的标识符。除了命名规则外，Python还有一些标识符使用惯例。首尾各有两个下划线（双下划线）的标识符通常为系统标识符，具有特殊作用。例如，__init__、__doc__都是系统标识符。默认情况下，以一个或两个下划线开头的标识符（如_abc或__abc）不能使用“from…import*”语句从模块导入。以两个下划线开头的标识符（如__abc）是类的私有标识符。任务2-2：输入两个数比较大小【任务目标】使用input()函数输入两个数，比较其大小后，先输出较大数，再输出较小数。程序运行结果如下。请输入第一个数：5请输入第二个数：353【任务实施】演示过程……2.2数据输入方法本节主要内容：input()函数输入数值eval()函数中断输入2.2.1input()函数input()函数用于从键盘输入数据，其基本语法格式如下。变量=input('提示字符串')其中，变量和提示字符串均可省略。函数将用户输入的内容作为字符串返回。用户按【Enter】键结束输入，【Enter】键之前的全部字符均作为输入内容。指定变量时，变量保存输入的字符串示例代码如下。>>>a=input('请输入数据：')请输入数据：'abc'123,456"python">>>a'\'abc\'123,456"python"'2.2.2输入数值如果需要输入整数或小数，则应使用int()或float()函数转换数据类型，示例代码如下。>>>a=input('请输入一个整数：')请输入一个整数：5>>>a #输出a的值，可看到输出的是一个字符串'5'>>>a+1 #因为a中是一个字符串，试图执行加法运算，所以出错Traceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>TypeError:Can'tconvert'int'objecttostrimplicitly>>>int(a)+1 #将字符串转换为整数再执行加法运算，执行成功62.2.3eval()函数eval()函数可返回字符串的内容，即相当于去掉字符串的引号示例代码如下。>>>a=eval('123') #等同于a=123>>>a123>>>type(a)<class'int'>>>>x=10>>>a=eval('x+20') #等同于a=x+20>>>a30在输入整数或小数时，可使用eval()函数来执行转换示例代码如下。>>>a=eval(input('请输入一个整数或小数：'))请输入一个整数或小数：12>>>a12>>>type(a)<class'int'>2.2.4中断输入在输入数据时，可按【Ctrl+Z】组合键中断输入，如果输入了其他字符，此时【Ctrl+Z】和输入内容作为字符串返回；如果没有输入任何数据，则会产生EOFError异常示例代码如下。>>>a=input('请输入数据:') #有数据时，^Z作为输入数据，不会出错请输入数据:1231abc^Z>>>a'1231abc\x1a'>>>a=input('请输入数据:')请输入数据:^ZTraceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>EOFError任务2-3：将诗词输出到文件【任务目标】编写一个程序，将下面的诗词输出到文件。绝句杜甫两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天。窗含西岭千秋雪，门泊东吴万里船。右图显示了记事本中打开的文件内容。【任务实施】演示过程……2.3数据输出方法本节主要内容：print()函数输出到文件2.3.1print()函数print()函数基本语法格式如下。print([obj1,…][,sep=''][,end='\n'][,file=sys.stdout])1.输出一个空行print()函数的所有参数均可省略。无参数时，print函数输出一个空行，示例代码如下。>>>print()2．输出一个或多个数据print函数可同时输出一个或多个数据示例代码如下。>>>print(123) #输出一个数据123>>>print(123,'abc',45,'book’) #输出多个数据123abc45book在输出多个数据时，默认使用空格作为输出分隔符。3．指定输出分隔符print()函数的默认输出分隔符为空格，可用sep参数指定分隔符号示例代码如下。>>>print(123,'abc',45,'book',sep='#')#指定用符号“#”作为输出分隔符123#abc#45#book4．指定输出结尾符号print()函数默认以回车换行符号作为输出结尾符号，即在输出所有数据后会换行。后续的print()函数在新行中继续输出。可以用end参数指定输出结尾符号示例代码如下。>>>print('price');print(100) #默认输出结尾，两个数据输出在两行price100>>>print('price',end='_');print(100) #指定下划线为输出结尾，两个数据输出在一行price_1002.3.2输出到文件print()函数默认输出到标准输出流（即sys.stdout）。在交互环境中执行命令时，print()函数将数据输出到交互环境。在系统命令提示符窗口中运行Python程序时，程序中的print()函数将数据输出到系统命令提示符窗口.在IDLE中运行Python程序时，程序中的print()函数数据输出到IDLE交互环境。可用file参数指定将数据输出到文件，示例代码如下。>>>file1=open(r'd:\data.txt','w') #打开文件>>>print(123,'abc',45,'book',file=file1) #用file参数指定输出文件>>>file1.close() #关闭文件任务2-4：输入3个数排序【任务目标】编写程序，使用input()函数提示用户输入3个数，比较其大小后，按从小到大的顺序输出，程序运行结果如下。请输入第一个数：9请输入第二个数：3请输入第三个数：5359【任务实施】演示过程……2.4赋值语句本节主要内容：简单赋值序列赋值多目标赋值增强赋值2.4.1简单赋值简单赋值用于为一个变量赋值，示例代码如下。x=1002.4.2序列赋值序列赋值可以一次性为多个变量赋值。在序列赋值语句中，可用逗号分隔多个变量和值，也可用元组、列表表示多个变量和值。Python按先后顺序依次将数据赋值给变量。示例代码如下。>>>x,y=1,2 #直接为多个变量赋值>>>x1>>>y2示例代码如下。>>>(x,y)=10,20 #为元组中的变量赋值>>>x10>>>y20>>>[x,y]=30,'abc’ #为列表中的变量赋值>>>x30>>>y'abc'等号右侧为字符串时，Python会将字符串分解为单个字符，依次赋值给各个变量。此时，变量个数和字符个数必须相等，否则会出错示例代码如下。>>>(x,y)='ab' #用字符串为元组中的变量赋值>>>x'a'>>>y'b'>>>((x,y),z)='ab','cd' #用嵌套的元组为变量赋值>>>x'a'>>>y'b'>>>z'cd'>>>(x,y)='abc' #字符个数与变量个数不一致，出错Traceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>ValueError:toomanyvaluestounpack(expected2)序列赋值时，可以在变量名之前使用“*”，不带星号的变量仅匹配一个值，剩余的值作为列表赋值给带星号的变量示例代码如下。>>>x,*y='abcd'>>>x'a'>>>y['b','c','d']>>>*x,y='abcd' #最后第一个字符赋值给y，其他字符作为列表赋值给x>>>x['a','b','c']>>>y'd'#第一个字符赋值给x，最后一个字符赋值给z，其他字符作为列表赋值给y>>>x,*y,z='abcde'>>>x'a'>>>y['b','c','d']>>>z'e'第一个数据赋值给x，其他值作为列表赋值给y>>>x,*y=[1,2,'abc','汉字'] >>>x1>>>y[2,'abc','汉字']2.4.3多目标赋值多目标赋值指用连续的多个等号将同一个数据赋值给多个变量示例代码如下。>>>a=b=c=10 #将10赋值给变量a、b、c>>>a,b,c(10,10,10)等价于：>>>a=10>>>b=a>>>c=b2.4.4增强赋值增强赋值指将运算符与赋值相结合的赋值语句示例代码如下。>>>a=5>>>a+=10 #增强赋值，等价于a=a+10>>>a15Python中的增强赋值语句如表所示。+=-=*=**=//=&=|=^=>>=<<=/=%=任务2-5：使用共享列表存储诗人姓名【任务目标】在列表中预存多个诗人姓名，然后输入列表项序号和姓名，修改列表中列表项序号对应的诗人姓名，并输出修改后的列表。程序运行结果如下。当前列表：['李白','杜甫','苏轼']请输入列表项序号[0,1,2]：1请输入新的姓名：王维修改后的列表：['李白','王维','苏轼']【任务实施】演示过程……2.5变量与对象关系本节主要内容：变量与对象对象回收机制变量的共享引用2.5.1变量与对象因为Python将所有的数据都作为对象来处理，赋值语句会在内存中创建对象和变量，以下面的赋值语句为例。x=5Python在执行该语句时，会按顺序执行3个步骤：首先，创建表示整数5的对象；其次，检查变量x是否存在，若不存在则创建变量x；最后，建立变量x与整数对象5的引用关系。变量x和对象5之间的关系。5x对象引用变量在Python中使用变量时，必须理解下面几点。变量在第一次赋值时被创建，再次出现时可以直接使用。变量没有数据类型的概念。数据类型属于对象，它决定了对象在内存中的存储方式。变量引用对象。在表达式中使用变量时，变量立即被其引用的对象替代。所以变量在使用之前必须为其赋值。示例代码如下。>>>x=5 #第一次赋值，创建变量x，引用对象5>>>print(x+3) #变量x被对象5替代，语句实际为print(5+3)8每个对象都有各自的标识号、数据类型和值。一个对象被创建后，其标识号就绝不会改变。可将标识号理解为对象在内存中的地址。可用“is”运算符比较两个对象的标识号是否相同，id()函数可返回代表标识号的整数，示例代码如下。>>>x=10>>>y=10 #x和y引用同一个对象10>>>xisyTrue#查看x和y的标识号，实际上查看的都