《Python编程与人工智能基础（微课版）》高职全套教学课件

Python编程与人工智能基础项目1搭建编程基石，解锁基础语法主讲教师：施莉莉1项目1搭建编程基石，解锁基础语法项目2掌握分支逻辑，驾驭循环结构项目3精通序列映射，驰骋集合字典项目4精通函数定义，开启模块编程项目5领悟面向对象，构建类与对象项目6剖析字符奥秘，玩转文本处理项目7解密文本模式，执掌正则表达式项目8奠基科学计算，通晓数组运算项目9洞察数据价值，制胜数据分析全套可编辑PPT课件学习目标2知识目标1.了解Python语言特点；2.掌握Python安装环境配置；3.熟悉注释、语句结束规则；4.掌握键盘输入、打印输出、变量、数据类型和运算符等基础语法知识。能力目标1.能够独立完成Python环境搭建；2.能运用基础语法编写包含输入输出、变量操作、数据类型转换和运算符使用的简单程序。素养目标•培养逻辑思维和严谨的编程习惯；提升对编程基础概念的理解和运用能力。项目概述3以『师生互动式猜数字游戏』为载体◆在编程入门的旅程中，稳定的开发环境与扎实的基础语法是迈出第一步的核心前提。◆任务1-1初识Python与环境搭建：解释器下载安装、环境变量配置、IDE选择与安装。◆任务1-2制作简单猜字游戏：输入输出、类型转换、变量、数据类型、运算符等基础语法。项目实战载体：简单猜字游戏#用Python设计简单猜字游戏（项目主线）temp=input('不妨猜一猜老师现在心里想的是哪个数字：')guess=int(temp)#字符串→整数ifguess==8:#关系运算符print('哈哈，猜中了也没有奖励！！！')else:print('猜错啦，老师现在心里想的是8！')print('游戏结束，不玩啦！')Python编程与人工智能基础任务1-1初识Python与环境搭建主讲教师：施莉莉41.1.1Python语言及其特点51.Python语言的来源◆Python由荷兰人吉多·范罗苏姆于1989年开发，1991年首次发布；继承ABC语言优点，语法简洁、易读易写。如今已成为Web开发、数据科学、人工智能等领域的流行语言。2.Python语言的五大特点特点说明简洁易读通过缩进区分代码块，语法清晰，关键字接近英语高级语言屏蔽底层细节，开发者可专注于问题解决解释型语言代码逐行解释执行，调试方便，修改后立即生效跨平台性支持Windows、MacOS、Linux等系统，代码移植性强丰富库模块强大的标准库和第三方库，覆盖数据分析、网络编程等领域1.1.1Python版本介绍6Python2.x与3.x版本发布时间状态与说明Python2.x2000年曾广泛应用，存在编码等问题，已于2020年停止支持Python3.x2008年不兼容2.x；改进字符串编码、语法规范；目前主流版本★建议从官网下载并使用Python3.x的最新版本◆官网：◆各版本持续改进语言特性：如3.7引入数据类、3.10增加模式匹配功能。◆开发者需根据项目需求、依赖库兼容性选择合适的Python版本。1.1.2Python运行原理7解释型语言的执行流程1.代码输入编写Python源代码，以.py为文件扩展名保存↓2.编译成字节码解释器将源代码编译成字节码（.pyc文件），跨平台的低级指令集，提高重复执行加载速度↓3.字节码执行Python虚拟机（PVM）逐行解释执行，负责指令解析、内存管理和异常处理↓4.与底层交互通过标准库或第三方库（os、socket）调用操作系统接口，实现文件、网络等底层操作执行流程：源代码→字节码→PVM解释执行→系统交互（具备跨平台、易调试、灵活开发的优点）1.1.3Python开发环境8常用开发环境对比开发环境特点适用场景IDLEPython自带，无需安装，轻量简洁初学者入门首选Anaconda3内置科学计算库；含JupyterNotebook和Spyder数据科学、机器学习PyCharmJetBrains出品，功能强大；社区版免费大型项目、专业开发VSCode轻量级编辑器，插件丰富，多语言支持通用开发◆初学者建议从IDLE开始，专业开发推荐PyCharm或VSCode，数据科学常用JupyterNotebook。★动一动：请选择并动手安装1-2个Python开发环境，同时运行代码。1.1.4Python编程规范9六大编程规范1.严格缩进缩进是语法的重要组成部分，通常以4个空格为单位2.分模块导入每个import语句只导入一个模块，便于依赖管理3.合理使用空格与空行运算符两侧、逗号后加空格；类、函数定义后加空行4.避免过长语句过长代码拆分为多行，使用续行符\或圆括号5.善用括号复杂表达式中使用括号明确运算顺序6.规范注释单行用#；多行用三重引号'''或"""；对关键代码必要说明素养小贴士：编程规范（PEP8）是严谨、协作的工程师文化的起点，培养书写规范代码的基本职业素养。1.1.5Python扩展库10常用扩展库一览库名用途NumPy多维数组与矩阵运算基础库，数值计算效率高Pandas数据处理与分析核心库，数据读取、清洗、统计Matplotlib主流绘图库，绘制折线图、柱状图、散点图等Scikit-learn机器学习库，分类、回归、聚类、降维等算法TensorFlow谷歌深度学习框架，构建训练神经网络Django/FlaskWeb框架：Django功能完善，Flask轻量灵活Requests易用的HTTP库，网络数据采集与处理◆Python标准安装包仅含标准库，扩展库（第三方库）可按需安装。1.1.5扩展库的安装方法11方式一/方式二#1.使用pip安装（官方包管理工具）pipinstall包名pipinstallnumpy#2.使用conda安装（Anaconda用户）condainstall包名condainstallpandas方式三：源代码安装#3.从源代码安装pythonsetup.pyinstall#GitHub仓库克隆后安装gitclone/cd仓库名pythonsetup.pyinstall◆pip是Python官方包管理工具；conda适合Anaconda/Miniconda用户。◆源代码安装适用于未发布到PyPI/Conda的包或需要自定义安装的场景。◆PyPI（）：Python第三方库仓库，可查找安装各种扩展库。★想一想：除了上述常用扩展库和安装方法，还有其他实用的库或安装方法吗？任务1-1关键步骤：环境搭建12四步完成环境搭建步骤1下载解释器访问/downloads下载适配系统的稳定版；勿从不知名网站下载↓步骤2安装解释器双击安装包；Windows务必勾选AddPython.exetoPATH！↓步骤3验证安装命令行输入python--version，显示版本号即成功↓步骤4选择IDE新手用IDLE：File→NewFile→写代码→Save→Run（F5）第一个程序print("HelloPython!")#在IDLE中运行第一个程序，验证环境搭建成功注意：Windows不勾选PATH会报『python不是内部或外部命令』，重新安装并勾选即可。Python编程与人工智能基础任务1-2制作简单猜字游戏主讲教师：施莉莉131.2.1注释与语句结束14注释与语句结束示例#这是一个单行注释print("HelloWorld!")#行末注释：打印输出HelloWorld！"""这是一个多行注释可以用来解释一段代码的功能"""a=3;b=5;print(a+b)#一行多语句用分号分隔（不推荐常用）◆注释：对代码的解释说明，便于团队协作与维护；单行注释以#开头，多行注释用三重引号括起来。◆语句结束：一条语句占一行，换行即结束；一行多条语句需用分号;分隔，但会降低可读性。◆建议在实际开发中遵循『一行一语句』的规范写法。◆单行注释也可以放在一行代码的末尾，就是行末注释。1.2.2输入函数input()15input()函数用法name=input("请输入你的名字：")#基本用法：变量=input(提示信息)age=int(input("请输入你的年龄："))#返回字符串，需int()转换成整数temp=input('不妨猜一猜老师现在心里想的是哪个数字：')#猜字游戏输入guess=int(temp)#将字符串类型转换成整型◆基本用法：变量=input([prompt])，prompt为提示信息，显示在输入前。★返回值类型：input()获取的输入默认是字符串类型！◆需要数值计算时，必须用int()、float()等类型转换函数转换。◆猜字游戏中：temp保存输入的字符串，int(temp)转换后才能与数字8比较。1.2.2输出函数print()16print()函数：sep与end参数print("苹果","香蕉","橙子",sep=";")#输出：苹果;香蕉;橙子print("你好",end="/")#修改结束符，两条print输出同一行print("中国")#输出：你好/中国print("HelloWorld!")#默认sep=空格、end=换行◆基本用法：print(*objects,sep='',end='\n')，objects为打印对象，多个用逗号隔开。◆sep：分隔符参数，默认空格；修改后改变对象之间的分隔符号。◆end：结束符参数，默认换行；修改后可实现多条print输出在同一行。➤输出结果：苹果;香蕉;橙子／你好/中国1.2.2格式化输出17占位符%方式#（1）占位符方式name="张三"age=20print("姓名：%s，年龄：%d"%(name,age))#输出：姓名：张三，年龄：20f-string方式#（2）f-string方式name="李四"age=25print(f"姓名：{name}，年龄：{age}")#输出：姓名：李四，年龄：25◆%s表示字符串，%d表示整数，%f表示浮点数。◆f-string：字符串前加f，用花括号{}包裹变量，更加简洁直观。★f-string在Python3.6及以上版本中广泛使用（推荐）。1.2.3常量与变量18变量名命名规则◆只能包含字母、数字和下划线，且不能以数字开头；◆必须以字母、汉字或下划线开头；◆不能有空格或其他符号；◆不能使用关键字（如if、for）；◆大小写敏感：student与Student不同；◆不建议用内置名：id、max、len、list等。变量的赋值与使用my_variable=10#合法的变量名a=5b=a+3print(b)#输出8s1="Hello"s2="World"s3=s1+""+s2print(s3)#HelloWorld常量：不能改变的字面值，如数字5、字符串Helloworld、元组(4,5,6)。变量：值可以变化的量；Python中变量的类型也可以随时改变，通过变量名访问。1.2.4数据类型（一）：基本类型19类型说明示例int（整数）表示整数，可进行加减乘除等算术运算10、-5float（浮点数）带小数部分的数，注意运算精度问题3.14、-2.5complex（复数）表示数学中的复数概念3+4jstr（字符串）单引号/双引号/三引号定界；单个字符也是字符串'Hello'、"A"bool（布尔值）只有True和False，用于条件判断和逻辑运算；首字母必须大写True、False布尔值示例a=5b=3result=a>bprint(result)#输出True——比较运算产生布尔值1.2.4数据类型（二）：容器类型20类型特征创建方式示例list（列表）有序、可变方括号[][1,"apple",3.14]tuple（元组）有序、不可变圆括号()(1,"apple",3.14)dict（字典）键值对集合花括号{key:value}{"name":"张三","age":20}set（集合）无序、不重复花括号{}或set(){1,2,2,3}→{1,2,3}容器类型创建示例my_list=[1,"apple",3.14]#列表：可通过索引访问，可增删改my_tuple=(1,"apple",3.14)#元组：一旦创建，元素不能修改my_dict={"name":"张三","age":20}#字典：通过键访问对应的值my_set={1,2,2,3}#集合：自动去重→{1,2,3}列表、元组、字典、集合是Python内置的容器对象，可包含多个元素；后续项目将逐一深入学习。1.2.5运算符（一）：算术运算符21运算符描述+两个对象相加/连接-相减或得到负数*相乘/序列重复/两个数相除%取余；字符串格式化**幂：x**y返回x的y次幂//取整：返回商的整数部分算术运算符示例print(1+1)#输出2print('a'+'b'+'c')#输出abc（字符串连接）print(3*3)#输出9print('china'*3)#chinachinachinaprint(3/2)#输出1.5（除法）print(15//4)#输出3（取整）print(15.0//4)#输出3.0（实数取整）print(29%3)#输出2（求余）print(2**3)#输出8（幂运算）注意：+还可用于列表、元组、字符串的连接，但不支持不同类型对象相加。*可用于序列与整数的乘法，表示元素重复倍增。1.2.5运算符（二）：关系运算符22关系运算符：==!=><>=<=x=10y=20print(x==y)#输出False（等于）print(x!=y)#输出True（不等于）print(x>y)#输出False（大于）print(x<y)#输出True（小于）print(x>=y)#输出False（大于等于）print(x<=y)#输出True（小于等于）◆关系运算符包括：等于==、不等于!=、大于>、小于<、大于等于>=、小于等于<=。◆返回值为布尔类型：True或False。★特别注意：两个等号==表示判断相等；一个等号=是赋值！1.2.5运算符（三）：逻辑运算符23运算符描述and逻辑与：两个操作数都为True时结果为True，否则为Falseor逻辑或：只要有一个为True结果就为True；两个都是False才为Falsenot逻辑非：对单个布尔值取反逻辑运算符示例p=Trueq=Falseprint(pandq)#输出Falseprint(porq)#输出Trueprint(notp)#输出False1.2.5运算符（四）：赋值运算符24运算符等价于=简单赋值：m=10+=m=m+n-=m=m-n*=m=m*n/=m=m/n//=m=m//n%=m=m%n**=m=m**n赋值运算符示例m=10n=2m+=n#m=m+n，结果为12m-=n#m=m-n，结果为10m*=n#m=m*n，结果为20m/=n#m=m/n，结果为10.0m//=n#m=m//n，结果为5m%=n#m=m%n，结果为1m**=n#m=m**n，结果为1注意：以上示例中m一直取初始值10进行运算。想一想：如果根据各步骤运算后的m值来计算，每一行的m值会是多少？1.2.5运算符（五）：成员/身份/位运算符25成员运算符my_list=[10,20,30]print(20inmy_list)#Trueprint(40notinmy_list)#True身份运算符list1=[1,2,3]list3=list1print(list1islist3)#True（同一对象）位运算符x=5#二进制:0101y=3#二进制:0011print(x&y)#输出1（按位与）print(x|y)#输出7（按位或）print(x^y)#输出6（按位异或）print(~x)#输出-6（按位取反）print(x<<2)#输出20（左移）print(x>>2)#输出1（右移）in/notin判断元素是否在序列中；is/isnot判断两个对象是否是同一个对象（内存地址相同）。1.2.6Python内置函数26类别常用函数说明类型转换int()/float()/str()/bool()转换为对应类型，无需导入数学函数abs()/max()/min()/sum()/round()/pow()绝对值、极值、求和、四舍五入、幂输入输出input()/print()标准输入输出序列操作len()/range()/sorted()/reversed()/enumerate()/zip()长度、序列生成、排序等对象操作type()/isinstance()/id()/dir()/help()类型查询、实例检查等其他常用eval()/map()/filter()/open()执行表达式、映射、过滤、文件内置函数使用示例print(abs(-10))#输出:10（数学函数）print(max([1,2,3]))#输出:3print(type([1,2]))#输出:<class'list'>（对象操作）print(sorted([3,1,2]))#输出:[1,2,3]（序列操作）任务1-2实现：猜字游戏分步实现27步骤1-2：输入与类型转换#步骤1：提示用户猜测并获取输入temp=input('不妨猜一猜老师现在心里想的是哪个数字：')#步骤2：将输入的字符串转换为整数guess=int(temp)步骤3-4：判断与输出#步骤3：用if-else判断猜测结果ifguess==8:print('哈哈，猜中了也没有奖励！！！')else:print('猜错啦，老师现在心里想的是8！')#步骤4：输出游戏结束提示print('游戏结束，不玩啦！')◆步骤1：input()提示语要清晰，让用户知道该输入数字；变量名简单好记。◆步骤2：必须转换！input()默认获取字符串；int()转换后才能与数字8比较。◆步骤3：==是判断相等，千万别写成=（赋值会出错）；if/else后加冒号，代码要缩进。◆步骤4：print()放在if-else外面（不缩进），保证无论猜对猜错都执行。➤运行结果：输入8→猜中提示+游戏结束；输入5→猜错提示+游戏结束。项目小结28✔任务1-1聚焦Python基础认知与环境准备：语言背景与特点、运行原理、开发环境、编程规范与扩展库。✔任务1-2通过猜字游戏实践基础语法：注释与语句结束、输入输出、常量与变量、数据类型、运算符、内置函数。✔实现了从理论认知到代码实操的过渡：固定谜底→用户猜测→结果反馈的完整逻辑。★当前程序只能猜一次；如何让用户多次猜测直到猜对？——引出下一项目的循环结构。素养小贴士：掌握基础语法是建造数字大厦的第一块砖。从HelloWorld开始，培养脚踏实地、一丝不苟的工匠精神。拓展阅读29资源网址说明Python官方文档/3/语言特性、标准库权威资料PyPI/第三方库仓库，查找安装扩展库Anaconda/集成科学计算库的发行版StackOverflow/全球最大编程问答社区Python中文社区/国内开发者社区与学习资源拓展思考：Python的扩展库非常丰富，如何选择合适的扩展库来解决实际问题？在安装和使用扩展库时，可能会遇到哪些问题？如何解决？谢谢聆听感谢聆听，请继续学习下一个项目30Python编程与人工智能基础项目2掌握分支逻辑，驾驭循环结构主讲教师：施莉莉1学习目标2知识目标1.理解分支结构的概念，掌握if、elif、else语句的语法和使用场景；2.理解循环结构的概念，掌握for循环和while循环的语法和使用场景；3.理解range()函数的作用及其参数含义；4.掌握循环控制语句，理解break、continue在循环中的作用；5.理解分支与循环的嵌套使用，能够编写多层嵌套代码。能力目标1.能够根据实际问题编写if...elif...else分支结构，解决多条件判断问题；2.能够使用for循环遍历列表、字符串等可迭代对象，使用while循环实现条件控制的重复任务；3.能够使用break和continue控制循环的执行流程。素养目标•培养逻辑思维能力与编程的严谨性、规范性，通过实践不断优化程序逻辑和性能。项目概述3以『学生成绩管理系统』为载体◆在教育管理与数据分析场景中，对学生成绩进行自动化处理是常见需求。◆任务2-1成绩等级判断：if...elif...else多分支语句，实现成绩等级划分。◆任务2-2成绩求和与计数：while循环，实现连续成绩输入与统计。◆任务2-3综合成绩统计：for循环+分支嵌套，实现等级统计与平均分计算。项目实战载体：简单成绩管理系统#用Python设计简单成绩管理系统（项目主线）score=int(input("请输入学生的成绩："))#分支判断成绩等级ifscore>=90:print("优秀")elifscore>=60:print("及格")else:print("不及格")#循环统计：多个学生成绩的求和、计数与平均分计算Python编程与人工智能基础任务2-1成绩等级判断主讲教师：施莉莉42.1.1简单if语句5语法结构if条件表达式:#条件为真时执行的代码块代码语句示例x=10ifx>5:print("x大于5")#输出：x大于5◆当条件表达式的结果为True时，执行if语句块中的代码；◆如果为False，则跳过该代码块，继续执行后续代码。★注意：if行末的冒号:不可缺少，代码块必须缩进。2.1.2if...else双分支语句6语法结构if条件表达式:#条件为真时执行代码语句else:#条件为假时执行代码语句示例x=3ifx>5:print("x大于5")else:print("x小于或等于5")#输出：x小于或等于5◆当条件表达式为True时，执行if代码块；为False时，执行else代码块。◆二者必选其一，执行完后跳出整个结构，继续执行后续代码。◆双分支适合『非此即彼』的判断场景，如及格/不及格、通过/不通过。2.1.3if...elif...else多分支语句7语法结构if条件表达式1:代码语句#条件1为真时执行elif条件表达式2:代码语句#条件1为假且条件2为真时执行...#可以有多个elifelse:代码语句#前面所有条件都为假时执行◆程序依次检查每个条件表达式，一旦某个条件为True，就执行对应的代码块；◆执行后跳出整个if...elif...else结构，不再判断后续条件；◆如果所有条件都为False，则执行else代码块。➤多分支适合区间划分类问题：成绩等级、BMI分级、税率档位等。2.1.3在成绩等级判断中的应用8成绩等级判断score=85ifscore>=90:print("优秀")elifscore>=80:print("良好")#执行此分支elifscore>=60:print("及格")else:print("不及格")#输出：良好分数范围等级90分及以上优秀80-89分良好60-79分及格60分以下不及格◆首先检查score>=90是否为真；◆为假则继续检查score>=80，以此类推；◆直到找到满足条件的分支或执行else分支。判断顺序：必须从高等级到低等级依次判断！一旦某个条件满足，就执行对应代码块并跳出整个结构。素养小贴士：程序的分支判断，如同发展中的科学决策。精准的条件判断是『精准施策』的微观体现，培养在复杂情境中审慎分析、做出最优选择的能力。2.1.4嵌套if语句9嵌套if语句的语法结构单层嵌套if条件表达式1:#第一层判断if条件表达式2:#第二层判断（嵌套）代码语句1#条件1和条件2都为真时执行else:代码语句2#条件1为真，条件2为假时执行else:代码语句3#条件1为假时执行◆if语句嵌套：在一个if语句的代码块内部再包含另一个或多个if语句；◆通过不同层次的条件组合，实现更复杂的条件判断逻辑；★内层代码块比外层再多一层缩进，层次必须清晰。2.1.4嵌套if语句的应用10成绩等级+性别提示score=int(input("请输入学生的成绩："))gender=input("请输入学生的性别（男/女）：")ifscore>=90:ifgender=="男":print("男同学成绩优秀，继续保持！")else:print("女同学成绩优秀，太棒啦！")else:ifgender=="男":print("男同学要加油赶上啦！")else:print("女同学后面好好努力呀！")◆第一层：根据成绩判断等级；◆第二层：在每个等级内部，再根据性别输出不同提示；◆嵌套if让程序根据更细致的情况做出不同响应。问一问：①多层嵌套时代码块的对齐（缩进）为何至关重要？缩进错误会导致什么后果？②除了嵌套，是否有更清晰的结构（如elif）来实现复杂逻辑？任务2-1实现：成绩等级判断11四步完成成绩等级判断步骤1获取用户输入input()返回字符串类型，需用int()转换为整数↓步骤2规划判断逻辑if...elif...else从高等级到低等级依次判断↓步骤3输出等级信息print(f"该学生的成绩等级为：{grade}")↓步骤4整合与测试组合成完整程序，输入不同范围成绩多次测试完整代码score=int(input("请输入学生的成绩："))ifscore>=90:grade="优秀"elifscore>=80:grade="良好"elifscore>=60:grade="及格"else:grade="不及格"print(f"该学生的成绩等级为：{grade}")Python编程与人工智能基础任务2-2成绩求和与计数主讲教师：施莉莉122.2.1while循环语句13语法结构while条件表达式:#循环体：条件为True时#重复执行的代码块代码语句示例count=0whilecount<5:print(count)count=count+1#输出：01234◆首先检查条件表达式的值，为True则执行循环体中的代码；◆循环体执行完毕后，再次检查条件……重复直到条件为False，循环终止；◆示例中count<5是循环条件：count从0开始每次+1，变为5时条件为False，循环终止。★动一动：编写『数字累加器』——反复输入数字，输入0时停止并输出总和。思考：循环正确结束的关键是什么？2.2.2变量的初始化和更新14变量初始化total_score=0#成绩总和（累加器）student_count=0#学生人数（计数器）变量更新循环中的更新whileTrue:score=int(input("请输入学生的成绩（输入-1结束）："))ifscore==-1:break#跳出循环total_score=total_score+score#成绩累加student_count=student_count+1#人数计数想一想：循环开始前为什么必须给『累加器』和『计数器』赋初始值？忘记初始化直接写total=total+num，程序会报什么错误？2.2.3条件判断在循环中的应用151.循环终止条件whileTrue:score=int(input("请输入学生的成绩（输入-1结束）："))ifscore==-1:break#输入-1时跳出循环，避免无限循环#其他代码...2.输入有效性判断whileTrue:score=int(input("请输入学生的成绩（输入-1结束）："))ifscore==-1:breakifscore<0orscore>100:#成绩超出合理范围print("输入的成绩无效，请输入0-100之间的数字。")continue#跳过本次循环，重新输入total_score+=score任务2-2实现：连续输入与统计（一）16步骤1-3：初始化、循环结构与输入验证步骤1变量初始化total_score=0；student_count=0↓步骤2构建while循环whileTrue创建无限循环，在循环内部处理输入↓步骤3输入验证与转换校验是否为整数（允许-1），否则提示重新输入步骤1-3代码total_score=0student_count=0whileTrue:score_input=input("请输入学生的成绩（输入-1结束）：")ifnotscore_input.lstrip('-').isdigit():#非整数输入print("输入无效，请输入一个有效的数字（整数）。")continuescore=int(score_input)#转换为整数任务2-2实现：连续输入与统计（二）17步骤4判断终止条件ifscore==-1:break，-1不计入↓步骤5范围校验与累计0-100范围内：total_score+=score↓步骤6输出结果循环结束后输出总和与人数想一想：①whileTrue循环如何终止？输入-1的作用是什么？②如何将while循环改写为for循环实现相同功能？两种循环的适用场景有何区别？完整代码total_score=0student_count=0whileTrue:s=input("请输入成绩(-1结束)：")ifnots.lstrip('-').isdigit():continuescore=int(s)ifscore==-1:breakif0<=score<=100:total_score+=scorestudent_count+=1print(f"成绩总和：{total_score}")print(f"学生总人数：{student_count}")运行结果#运行示例请输入成绩(-1结束)：85请输入成绩(-1结束)：92请输入成绩(-1结束)：-1成绩总和：177学生总人数：2Python编程与人工智能基础任务2-3综合成绩统计主讲教师：施莉莉182.3.1for循环语句19语法结构for循环变量in可迭代对象:#循环体：重复执行的代码块代码语句◆for循环用于遍历可迭代对象（列表、字符串、元组、字典等）；◆也可配合range()函数按指定次数循环；◆每次循环，循环变量依次取可迭代对象中的下一个值；➤循环次数确定时优先用for；次数不定、依赖条件时用while。三种典型用法#遍历列表fruits=["苹果","香蕉","橙子"]forfruitinfruits:print(fruit)#遍历字符串forcharin"Hello":print(char)#按次数循环（使用range）foriinrange(3):print(f"第{i+1}次循环")2.3.1range()函数20range()函数的三种形式形式含义示例range(stop)生成从0到stop-1的整数序列range(5)→0,1,2,3,4range(start,stop)生成从start到stop-1的整数序列range(3,8)→3,4,5,6,7range(start,stop,step)生成步长为step的整数序列range(0,11,2)→0,2,4,6,8,10使用示例foriinrange(5):#输出：01234print(i,end="")foriinrange(3,8):#输出：34567print(i,end="")foriinrange(0,11,2):#输出：0246810print(i,end="")range()函数常与for循环结合使用，用于控制循环次数。2.3.1for循环在任务3中的应用21场景：已知学生数量student_count=int(input("请输入学生数量："))foriinrange(student_count):score=int(input("请输入成绩："))#分支判断等级并统计◆range(student_count)生成从0到student_count-1的整数序列；◆循环次数等于学生数量；◆循环变量i仅用于控制循环次数，不关心具体值。for循环与while循环对比对比项for循环while循环适用场景已知循环次数或遍历序列次数不定、由条件控制循环结束序列取完后自动结束条件为False时结束典型应用遍历列表、固定次数统计连续输入直到标志值（如-1）经验法则：能确定循环次数用for，需要条件驱动用while。2.3.2循环控制语句22break语句#break：立即退出整个循环foriinrange(5):ifi==3:breakprint(i)#输出：012continue语句#continue：跳过本次循环剩余代码foriinrange(5):ifi%2==0:continueprint(i)#输出：13在任务2-3中的应用for_inrange(student_count):score=int(input("请输入成绩："))ifscore<0orscore>100:print("成绩无效，跳过本次输入！")continue#跳过无效成绩的统计#正常统计逻辑...议一议：如何用break实现『找到第一个不及格成绩就停止』？如何用continue实现『跳过缺考数据再计算平均分』？2.3.3循环嵌套23循环嵌套：外层每执行一次，内层完整执行一遍示例：九九乘法表#打印九九乘法表foriinrange(1,10):forjinrange(1,i+1):print(f"{i}×{j}={i*j}",end="\t")print()#每行结束后换行在任务2-3中的潜在应用#多班级成绩统计class_count=int(input("请输入班级数量："))for_inrange(class_count):n=int(input("请输入当前班级学生数量："))for_inrange(n):...#输入成绩并统计◆循环嵌套：在一个循环的循环体内再包含另一个循环；◆用于处理多维数据或复杂逻辑（如多班级×多学生）；◆外层循环每执行一次，内层循环从头到尾完整执行一遍；★注意：内层循环必须完整包含在外层循环体内，缩进层次分明。任务2-3实现：统计变量与等级计数24步骤1获取学生数量校验正整数，否则提示重↓步骤2初始化统计变量四个等级计数器与总成↓步骤3循环输入并统计for循环输入+if等级计数注意事项：①条件判断从高到低，避免等级判断错误；②初始化需在循环前完成，避免变量被重置；③学生数已校验为正整数，无需处理除零问题。步骤2-3代码excellent_count=0good_count=0pass_count=0fail_count=0total_score=0foriinrange(student_count):score=int(input(f"请输入第{i+1}个成绩："))ifscore>=90:excellent_count+=1elifscore>=80:good_count+=1elifscore>=60:pass_count+=1else:fail_count+=1total_score+=score步骤4代码#步骤4：计算平均成绩ifstudent_count>0:average_score=total_score/student_count任务2-3实现：输出统计结果25步骤5：输出统计结果print("\n=====成绩统计结果=====")print(f"优秀（90+）：{excellent_count}人")print(f"良好（80-89）：{good_count}人")print(f"及格（60-79）：{pass_count}人")print(f"不及格（<60）：{fail_count}人")print(f"平均成绩：{average_score:.2f}分")运行示例请输入学生的数量：5请输入第1个学生的成绩：92请输入第2个学生的成绩：85请输入第3个学生的成绩：58请输入第4个学生的成绩：76请输入第5个学生的成绩：88=====成绩统计结果=====平均成绩：79.80分◆输入阶段：校验学生数量为正整数；◆统计阶段：for循环+if-elif-else等级计数，同时累加总分；◆输出阶段：f-string格式化输出，平均分保留两位小数（:.2f）；◆无效成绩（非数字或超出0-100）不计入统计。引导思考：①当学生数量为0时，计算平均成绩会出现什么情况？怎样处理？②在for循环中嵌套if-elif-else时，条件判断的顺序是否会影响最终结果？项目小结26三大任务递进回顾任务核心语法培养能力任务2-1成绩等级判断if...elif...else多分支语句条件表达式的逻辑设计任务2-2成绩求和与计数while循环+break/continue循环控制与数据累加技巧任务2-3综合成绩统计for循环+分支嵌套嵌套结构与综合数据处理◆熟练运用分支条件判断、循环控制、输入输出等基础语法；◆培养逻辑分层思维、代码规范性意识及异常处理能力；◆为后续复杂程序开发与数据处理、自动化办公奠定坚实基础。素养小贴士：系统思维与全局观念——如同国家发展需要精准施策（分支判断）与持续推进（循环执行），编程也需在复杂条件中做出最优判断，在循环迭代中不断完善。拓展阅读：交通信号灯控制27分支结构的应用：智能信号灯iftraffic_volume>high_threshold:extend_green_light()#车流量大，延长绿灯else:reset_green_light()#恢复默认时长循环结构的应用：周期性变化whileTrue:turn_on_red_light()time.sleep(red_duration)#红灯持续turn_on_green_light()time.sleep(green_duration)#绿灯持续◆交通信号灯是城市交通管理的重要组成部分；◆系统通过传感器获取车流量数据；◆if-else分支判断是否需要调整信号灯时长；◆while循环实现信号灯的周期性变化；◆根据实时交通状况优化信号灯控制，减少拥堵。拓展阅读：自动驾驶28分支结构：判断是否采取行动ifobstacle_detected():#检测到障碍物apply_brakes()#刹车elifpedestrian_detected():#检测到行人stop_vehicle()#停车else:continue_driving()#继续行驶循环结构：持续监控道路whileTrue:ifobstacle_detected():apply_brakes()elifpedestrian_detected():stop_vehicle()else:continue_driving()time.sleep(0.1)#每0.1秒检查一次◆系统通过摄像头和雷达获取道路信息；◆if-elif-else分支判断是否需要采取行动；◆确保车辆在复杂路况下安全行驶；◆while循环持续监控，实时响应道路变化。拓展思考：你能设计一个根据实时车流量动态调整时长的更智能信号灯系统吗？如何优化分支与循环逻辑，提高系统反应速度？谢谢聆听感谢聆听，请继续学习下一个项目29Python编程与人工智能基础项目3精通序列映射，驰骋集合字典主讲教师：施莉莉1学习目标2知识目标1.掌握列表、元组、字典、集合的创建与基本操作；2.理解数据结构的底层特性（如可变性、有序性、唯一性）；3.掌握嵌套数据结构（如列表中的字典）的使用方法；4.理解集合运算（交集、并集、差集）的原理。能力目标1.能根据需求选择合适的数据结构存储数据；2.熟练使用列表推导式、字典推导式简化代码；3.掌握数据结构的增删改查操作与遍历方法；4.能结合多种数据结构实现复杂逻辑。素养目标1.培养数据结构选型思维，根据场景选择最优方案；2.增强代码健壮性，关注边界条件处理，提升问题拆解能力。项目概述3以『学生信息管理系统』为载体◆合理选择数据结构是提升程序效率的关键：列表（动态数组）、元组（不可变序列）、字典（键值存储）、集合（无序唯一）。◆任务3-1学生信息管理：列表与元组存储学生基本信息，实现增删改查。◆任务3-2学生成绩管理：字典高效查询学生成绩与课程信息。◆任务3-3信息去重与筛选：集合处理课程选修的去重与关联分析。项目实战载体：学生信息管理系统#学生信息管理系统（项目主线）：四大数据结构协同students=[("S001","张三",18)]#列表+元组：学生信息scores={"S001":[85,90]}#字典：成绩管理math_stu={"S001","S002","S004"}#集合：选修数学english_stu={"S001","S003","S004"}#集合：选修英语both=math_stu&english_stu#交集：共同选修print(both)#{'S001','S004'}Python编程与人工智能基础任务3-1学生信息管理主讲教师：施莉莉43.1.1列表的定义与特点5定义：由方括号[]括起来的有序、可变序列列表的创建students=[("S001","张三",18),("S002","李四",20)]mixed=[1,"Python",3.14,[1,2],True]#元素可为任意类型◆有序性：列表中的元素按顺序存储，可以通过索引访问；◆可变性：列表中的元素可以修改、添加或删除；◆异构性：列表可以包含不同类型的元素（整数、字符串、列表等）；◆支持嵌套：列表中可以包含其他列表（嵌套列表）。列表是存储一组有序元素的最常用结构——可变意味着可以动态地添加、删除或修改其中的元素。3.1.2列表的常用操作（一）：创建、访问与修改6创建与访问#创建空列表students=[]#初始化列表（元素为元组）students=[("S001","张三",18),("S002","李四",20)]#索引访问：从0开始first_name=students[0][1]print(first_name)#输出：张三修改元素#通过索引直接修改元素students[0]=("S001","张三",20)print(students[0])#输出：('S001','张三',20)◆索引从0开始，支持负数索引：-1表示最后一个元素；◆嵌套访问：students[0][1]表示第1个学生的第2个字段（姓名）。负数索引#负数索引last=students[-1]#最后一个元素想一想：为什么修改元素用『直接赋值』即可，而字符串却不支持？——因为列表是可变序列，字符串是不可变序列。3.1.2列表的常用操作（二）：添加元素7append()与insert()#append()：在列表末尾添加一个元素students.append(("S003","王五",19))#insert()：在指定位置插入元素students.insert(1,("S004","赵六",21))extend()#extend()：将另一个列表的所有元素#依次添加到当前列表末尾new_students=[("S005","孙七",22),("S006","周八",23)]students.extend(new_students)print(students)#实现拓展列表的效果◆append()：一次添加一个元素到末尾；insert()：在指定索引位置插入；◆extend()：把另一个列表的每个元素依次加入末尾。重要区别：extend()将new_students的每个元素分别添加；若使用append()添加new_students，则会将整个列表作为一个元素（嵌套列表）添加进去！3.1.2列表的常用操作（三）：删除元素8四种删除方法students.remove(("S002","李四",20))#删除第一个匹配的元素students.pop(0)#删除指定索引（默认最后）delstudents[1]#del语句删除指定索引元素students.clear()#清空列表（列表仍存在）delstudents#删除整个列表（不存在了）方法说明remove()删除第一个匹配的元素pop()删除指定索引处元素，默认最后一个del语句删除指定索引元素或整个列表clear()清空列表中的所有元素◆remove()按值删除且只删除第一个匹配项，元素不存在时报ValueError；◆del语句功能最强大：可删除单个元素，也可删除整个列表变量。注意：clear()后列表为空列表[]，仍可继续使用；delstudents后列表变量不存在，再访问会报NameError。3.1.2列表的常用操作（四）：切片与排序9切片与长度numbers=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]print(numbers[2:5])#[2,3,4]print(numbers[::2])#[0,2,4,6,8]print(numbers[::-1])#反转列表n=len(numbers)#获取列表长度print(n)#输出：10排序numbers=[3,1,4,1,5,9,2]numbers.sort()#原地升序排序numbers.reverse()#原地反转new_list=sorted(numbers,reverse=True)#sorted()：返回新列表，原列表不变print(new_list)#输出：[9,5,4,3,2,1,1]◆切片语法[start:stop:step]：start包含、stop不包含、step默认为1；◆sort()原地排序（修改原列表）；sorted()返回新列表，原列表不变。记一记：numbers[::-1]是反转列表的经典写法；len()统计元素个数。3.1.2列表的常用操作（五）：复制10浅拷贝与深拷贝importcopyfruits=["apple","banana",["cherry","grape"]]shallow_copy=fruits.copy()#浅拷贝：切片或copy()方法deep_copy=copy.deepcopy(fruits)#深拷贝：适用于嵌套列表◆浅拷贝：使用切片[:]或copy()方法，只复制外层列表；◆嵌套的子列表仍然共享同一内存，修改子列表会相互影响；◆深拷贝：使用copy.deepcopy()方法，完全独立复制所有层级；◆修改深拷贝不会影响原列表，适用于嵌套列表的完整备份。选型建议：无嵌套结构用浅拷贝即可；含嵌套列表且需独立修改时，必须用深拷贝。3.1.3列表的常用方法11方法描述append()在列表末尾添加元素insert()在指定位置插入元素extend()将另一个列表的元素添加到当前列表remove()删除第一个匹配的元素pop()删除指定索引处的元素clear()清空列表index()返回指定元素的索引count()返回指定元素出现的次数sort()对列表进行排序reverse()反转列表中的元素顺序copy()返回列表的浅拷贝这些方法都是列表对象的内置方法，通过『列表名.方法名()』调用。3.1.4列表推导式12语法[表达式for变量in可迭代对象if条件]示例#生成1到10的平方列表squares=[x**2forxinrange(1,11)]print(squares)#输出：[1,4,9,16,25,36,49,64,81,100]#过滤偶数evens=[xforxinrange(10)ifx%2==0]print(evens)#输出：[0,2,4,6,8]动一动：使用列表推导式，一行代码生成1到10每个数的平方列表，与先用for循环创建空列表再逐个append的方法对比，哪种更简洁？这体现了Python的什么设计哲学？3.1.5列表的嵌套13嵌套列表示例matrix=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]print(matrix[1][2])#输出：6◆列表中可以包含其他列表，形成嵌套列表（多维列表）；◆通过matrix[行索引][列索引]逐层访问元素；◆matrix[1][2]：第2行（索引1）第3列（索引2）的元素6。嵌套列表常用于存储矩阵、表格数据——后续人工智能领域的张量（Tensor）也基于类似思想。3.1.6元组的定义与特性14定义：由圆括号()括起来的有序、不可变序列元组的创建student=("S001","张三",18)#三元素元组single=(42,)#单个元素元组（注意逗号）empty_tuple=()#空元组◆有序性：元素按插入顺序排列，可通过索引访问；◆不可变性：创建后无法修改元素（但可重新赋值整个元组）；◆轻量级：内存占用比列表小，适合存储固定数据。易错点：单元素元组必须加逗号(42,)，否则(42)只是一个被括号包裹的整数！3.1.7元组的常用操作15访问与遍历#索引访问print(student[1])#输出：张三#遍历元组forinfoinstudent:print(info)◆元组不可修改单个元素，student[1]="李四"会报TypeError；◆可对整个元组重新赋值：student=("S002","李四",19)；◆遍历方式与列表完全一致。为什么学生信息用元组存储？——单个学生的学号、姓名、年龄是固定组合，元组的不可变性恰好保证数据不被误改。3.1.8元组与列表的区别16特性列表（List）元组（Tuple）可变性可变（可增删改）不可变内存占用较大较小（轻量级）适用场景动态数据（如学生信息增删）固定数据（如配置参数）想一想：存储固定不变的学生基本信息（"张三","2025001","人工智能学院"），应选择元组——基于不可变性保证数据安全，内存占用更小、访问更快；这一选择对程序的数据安全和性能都有潜在影响。◆系统设计中：列表存『集合数据』（全部学生），元组存『单条记录』（一个学生）；◆这正是任务3-1的数据结构选型：列表套元组。任务3-1实现：初始化、菜单与添加（一）17步骤1初始化数据结构students=[]，每个学生以元组(学号,姓名,年龄)存储↓步骤2主菜单循环whileTrue显示功能菜单，break退出系统↓步骤3添加学生信息验证学号格式S+3位数字、年龄为非负整数↓步骤4查询学生信息for遍历列表按学号匹配，break提前终止步骤1-2代码students=[]#列表存元组(学号,姓名,年龄)whileTrue:print("===学生信息管理系统===")print("1.添加2.查询3.修改4.删除5.显示6.退出")choice=input("请选择操作（1-6）：").strip()ifchoice=="6":print("系统退出，感谢使用！")break#退出主循环步骤3验证核心#步骤3：学号验证（S+3位数字）ifnot(sid.startswith("S")andlen(sid)==4andsid[1:].isdigit()):continue#跳过本次，重新输入#年龄验证：isdigit()确保非负整数students.append((sid,name,age))关键点：通过startswith()、len()、isdigit()确保学号格式正确；嵌套循环直到输入合法年龄。任务3-1实现：查询、修改与删除（二）18步骤5修改学生信息通过列表索引重新赋值元组，留空则不修改↓步骤6删除学生信息remove()按值删除，for...else提示未找到↓步骤7显示所有学生遍历列表，制表符\t对齐格式化输出步骤4-6核心代码#步骤4：查询（for+break提前终止）forstudentinstudents:ifstudent[0]==target_id:print(f"学号：{student[0]}，姓名：{student[1]}")breakelse:#循环未被break退出（未找到）print("未找到该学号对应的学生信息！")#步骤5：修改（索引重新赋值元组）students[i]=(target_id,final_name,final_age)#步骤6：删除（按值删除匹配元组）students.remove(student)关键点：①for...else结构——循环未被break退出时执行else（未找到目标）；②修改元组需整体重新赋值；③空列表判断用notstudents。Python编程与人工智能基础任务3-2学生成绩管理主讲教师：施莉莉193.2.1字典的定义与特点20定义：花括号{}表示的键值对（Key-Value）集合字典的创建student={"name":"张三","age":20}scores={"S001":[85,90]}#值可以是列表◆键唯一性：键必须是不可变类型（整数、字符串、元组），且不可重复；◆值的灵活性：值可以是任意类型（包括列表、字典等）；◆无序性：3.7+版本按插入顺序保持，但不支持索引（dict[0]会报错）；◆高效查找：通过键直接访问值，时间复杂度为O(1)（基于哈希表）。素养小贴士：字典的『键-值』映射是高效组织信息的典范。在国家大数据战略下，理解并善用此类数据结构，是培养数据治理思维、实现数据资源高效配置的第一步。3.2.2字典的基本操作（一）：创建与访问21三种创建方式#方式1：直接定义student={"name":"张三","age":20,"scores":[85,90]}#方式2：dict()构造函数student=dict(name="张三",age=20)#方式3：空字典empty_dict={}访问元素print(student["name"])#输出：张三#安全访问：get()方法#键不存在时返回默认值，避免报错print(student.get("city","未知"))#输出：未知注意：直接student["city"]访问不存在的键会抛出KeyError；推荐用get()安全访问，键不存在时返回默认值。◆通过键访问值，如student["name"]；◆get(key,default)：既安全又简洁，是查询未知键的首选。3.2.2字典的