Python程序设计项目教程――从入门到实践

模块 1 初识 Python――搭建环境，编写 个程序......................................3 情景导入 ............................................................................................................................................3 项目分解 ............................................................................................................................................3 学习目标 ............................................................................................................................................3 任务 1.1 认识 Python 语言 .............................................................................................................4 任务分析 .................................................................................................................................................... 4 知识储备 .................................................................................................................................................... 4 1.1.1 Python 的发展历程 .............................................................................................................. 4 1.1.2 Python 的特点 ...................................................................................................................... 5 1.1.3 Python 的广泛应用 .............................................................................................................. 6 任务实施 .................................................................................................................................................... 6 任务 1.2 编写 个 Python 程序 .................................................................................................7 任务分析 .................................................................................................................................................... 7 知识储备 .................................................................................................................................................... 7 1.2.1 安装 Python 基础环境 ......................................................................................................... 7 1.2.2 熟悉 Python 自带的开发工具 IDLE ................................................................................. 10 1.2.3 体验功能强大的 PyCharm ................................................................................................ 11 任务实施 .................................................................................................................................................. 15 项目总结 ..........................................................................................................................................15 能力检验 ..........................................................................................................................................16 思辨与拓展 ......................................................................................................................................16 模块 2 语法基础――树立规则，计算并打印期末成绩....................................18 情景导入 ..........................................................................................................................................18 项目分解 ..........................................................................................................................................18 学习目标 ..........................................................................................................................................19 任务 2.1 打印成绩单 ....................................................................................................................19 任务分析 .................................................................................................................................................. 19 知识储备 .................................................................................................................................................. 20 2.1.1 标识符与关键字 ................................................................................................................ 20 2.1.2 变量 .................................................................................................................................... 21 2.1.3 注释 .................................................................................................................................... 22 2.1.4 打印输出 ............................................................................................................................ 23 任务实施 .................................................................................................................................................. 24 任务 2.2 通过键盘输入成绩并打印 ............................................................................................24 任务分析 .................................................................................................................................................. 24 知识储备 .................................................................................................................................................. 25 2.2.1 数据类型 ............................................................................................................................ 25 2.2.2 数据类型的判断 ................................................................................................................ 27 2.2.3 数据类型的转换 ................................................................................................................ 27 2.2.4 数据的输入 ........................................................................................................................ 28 任务实施 .................................................................................................................................................. 29 任务 2.3 计算总成绩及平均分 ....................................................................................................30 任务分析 .................................................................................................................................................. 30 知识储备 .................................................................................................................................................. 31 2.3.1 算术运算符 ........................................................................................................................ 31 2.3.2 关系运算符 ........................................................................................................................ 31 2.3.3 逻辑运算符 ........................................................................................................................ 32 2.3.4 成员运算符 ........................................................................................................................ 33 2.3.5 赋值运算符 ....................................................................................................................... 165 8.3.1 认识 pickle 模块 .............................................................................................................. 165 8.3.2 dumps() 与 loads() 函数 ................................................................................................... 165 8.3.3 dump() 与 load() 函数 ...................................................................................................... 165 任务实施 ................................................................................................................................................ 166 项目总结 ........................................................................................................................................169 能力检验 ........................................................................................................................................170 思辨与拓展 ....................................................................................................................................171 模块 9 面向对象编程――协同合作，新思路实现校园通讯录......................... 172 情景导入 ........................................................................................................................................172 项目分解 ........................................................................................................................................172 学习目标 ........................................................................................................................................173 任务 9.1 体验面向对象编程 ......................................................................................................173 任务分析 ................................................................................................................................................ 173 知识储备 ................................................................................................................................................ 173 9.1.1 面向对象与面向过程的编程 .......................................................................................... 173 9.1.2 进一步理解面向对象编程思路 ...................................................................................... 174 9.1.3 面向对象的优势 .............................................................................................................. 175 任务实施 ................................................................................................................................................ 175 任务 9.2 类的创建与使用 ..........................................................................................................176 任务分析 ................................................................................................................................................ 176 知识储备 ................................................................................................................................................ 176 9.2.1 类的定义 .......................................................................................................................... 177 9.2.2 生成对象 .......................................................................................................................... 178 9.2.3 为属性 默认值 .......................................................................................................... 178 9.2.4 修改属性的值 .................................................................................................................. 179 9.2.5 私有保护 .......................................................................................................................... 179 任务实施 ................................................................................................................................................ 181 任务 9.3 使用继承机制 ..............................................................................................................182 任务分析 ................................................................................................................................................ 182 知识储备 ................................................................................................................................................ 183 9.3.1 子类的定义 ...................................................................................................................... 183 9.3.2 子类可以拥有独特的方法与属性 .................................................................................. 183 9.3.3 子类重写父类的方法 ...................................................................................................... 184 任务实施 ................................................................................................................................................ 185 任务 9.4 实现校园通讯录 ..........................................................................................................187 任务分析 ................................................................................................................................................ 187 知识储备 ................................................................................................................................................ 188 9.4.1 找出通讯录系统中的类 .................................................................................................. 188 9.4.2 通讯录系统的总体设计 .................................................................................................. 188 9.4.3 通讯录系统的详细设计 .................................................................................................. 188 任务实施 ................................................................................................................................................ 190 项目总结 ........................................................................................................................................195 能力检验 ........................................................................................................................................195 思辨与拓展 ....................................................................................................................................196 模块 10 网络爬虫――光辉历程，获取热剧《觉醒年代》信息........................ 201 情景导入 ........................................................................................................................................201 项目分解 ........................................................................................................................................201 学习目标 ........................................................................................................................................202 任务 10.1 爬取《觉醒年代》主题网页代码 ............................................................................202 任务分析 ................................................................................................................................................ 202 知识储备 ................................................................................................................................................ 203 10.1.1 网络爬虫及其合法性 .................................................................................................... 203 10.1.2 爬取网页前的准备工作 ................................................................................................ 203 10.1.3 初步体验 Requests 库 .................................................................................................... 204 任务实施 ................................................................................................................................................ 206 任务 10.2 提取《觉醒年代》主题网页信息 ............................................................................207 任务分析 ................................................................................................................................................ 207 知识储备 ................................................................................................................................................ 208 10.2.1 BeautifulSoup 库 ............................................................................................................ 208 10.2.2 在网页中查找所需的信息 ............................................................................................ 209 任务实施 ................................................................................................................................................ 210 任务 10.3 爬取多个页面的信息 ................................................................................................213 任务分析 ................................................................................................................................................ 213 知识储备 ................................................................................................................................................ 213 10.3.1 使用 cookie 模拟登录.................................................................................................... 213 10.3.2 爬取一个页面上的多部电视剧信息 ............................................................................ 215 10.3.3 模拟“翻页”功能 ........................................................................................................ 215 任务实施 ................................................................................................................................................ 216 任务 10.4 利用 openpyxl 保存爬取的信息 ...............................................................................218 任务分析 ................................................................................................................................................ 218 知识储备 ................................................................................................................................................ 219 10.4.1 创建工作簿与工作表 .................................................................................................... 219 10.4.2 保存 Excel 数据 ............................................................................................................. 220 任务实施 ................................................................................................................................................ 221 项目总结 ........................................................................................................................................221 能力检验 ........................................................................................................................................222 思辨与拓展 ....................................................................................................................................223 模块 11 Pandas 数据分析――绿色低碳，统计分析“碳排放”数据...............224 情景导入 ........................................................................................................................................224 项目分解 ........................................................................................................................................225 学习目标 ........................................................................................................................................225 任务 11.1 读取数据源生成 DataFrame .....................................................................................225 任务分析 ................................................................................................................................................ 225 知识储备 ................................................................................................................................................ 226 11.1.1 Pandas 与 Jupyter Notebook 的安装 ............................................................................. 226 11.1.2 Pandas 的一维数据结构――Series .............................................................................. 227 11.1.3 Pandas 的二维数据结构――DataFrame ...................................................................... 229 任务实施 ................................................................................................................................................ 231 任务 11.2 数据预处理和简单查询 ............................................................................................232 任务分析 ................................................................................................................................................ 232 知识储备 ................................................................................................................................................ 232 11.2.1 查看 DataFrame 的常用属性 ......................................................................................... 232 11.2.2 数据中重复值、缺失值的处理 .................................................................................... 233 11.2.3 访问 DataFrame 的数据 ................................................................................................. 234 11.2.4 筛选符合条件的数据 .................................................................................................... 236 任务实施 ................................................................................................................................................ 236 任务 11.3 数据的进一步统计分析 ............................................................................................237 任务分析 ................................................................................................................................................ 237 知识储备 ................................................................................................................................................ 238 11.3.1 排序操作 ........................................................................................................................ 238 11.3.2 基本描述性统计 ............................................................................................................ 239 11.3.3 灵活的 apply() 方法 ....................................................................................................... 239 11.3.4 分析结果的保存 ............................................................................................................ 240 任务实施 ................................................................................................................................................ 240 项目总结 ........................................................................................................................................242 能力检验 ........................................................................................................................................242 思辨与拓展 ....................................................................................................................................243 模块 12 数据可视化――民族骄傲，绚丽图表再现冬奥盛典...........................245 情景导入 ........................................................................................................................................245 项目分解 ........................................................................................................................................246 学习目标 ........................................................................................................................................246 任务 12.1 绘制 个 Pyecharts 图表 ......................................................................................246 任务分析 ................................................................................................................................................ 246 知识储备 ................................................................................................................................................ 247 12.1.1 数据可视化库 ................................................................................................................ 247 12.1.2 Pyecharts 的安装 ............................................................................................................ 247 任务实施 ................................................................................................................................................ 248 任务 12.2 根据北京冬奥会数据绘制柱状图、饼图 ................................................................250 任务分析 ................................................................................................................................................ 250 知识储备 ................................................................................................................................................ 251 12.2.1 为柱状图设置效果 ........................................................................................................ 251 12.2.2 绘制饼图 ........................................................................................................................ 254 12.2.3 链式调用 ........................................................................................................................ 254 任务实施 ................................................................................................................................................ 255 任务 12.3 根据历届冬奥会数据绘制折线图、分布地图 ........................................................256 任务分析 ................................................................................................................................................ 256 知识储备 ................................................................................................................................................ 257 12.3.1 绘制折线图 .................................................................................................................... 257 12.3.2 绘制分布地图 ................................................................................................................ 258 任务实施 ................................................................................................................................................ 258 项目总结 ........................................................................................................................................260 能力检验 ........................................................................................................................................260 思辨与拓展 ....................................................................................................................................261 模块 13 Python 与 AI――科技创新，带你认识奇妙的野生动物....................262 情景导入 ........................................................................................................................................262 项目分解 ........................................................................................................................................262 学习目标 ........................................................................................................................................263 任务 13.1 体验百度 AI 与开发者注册 ......................................................................................263 任务分析 ................................................................................................................................................ 263 知识储备 ................................................................................................................................................ 263 13.1.1 Python 与人工智能 ........................................................................................................ 263 13.1.2 体验百度 AI 开放平台 .................................................................................................. 263 任务实施 ................................................................................................................................................ 265 任务 13.2 调用百度接口识别动物 ............................................................................................267 任务分析 ................................................................................................................................................ 267 知识储备 ................................................................................................................................................ 268 13.2.1 SDK 方式调用百度 AI .................................................................................................. 268 13.2.2 API 方式调用百度 AI.................................................................................................... 269 任务实施 ................................................................................................................................................ 270 任务 13.3 开发具有图形界面的动物识别程序 ........................................................................271 任务分析 ................................................................................................................................................ 271 知识储备 ................................................................................................................................................ 272 13.3.1 Tkinter 简介 ................................................................................................................... 272 13.3.2 生成主窗口 .................................................................................................................... 273 13.3.3 Label 标签 ...................................................................................................................... 273 13.3.4 Button 按钮 .................................................................................................................... 274 任务实施 ................................................................................................................................................ 275 项目总结 ........................................................................................................................................277 能力检验 ........................................................................................................................................278 思辨与拓展 ....................................................................................................................................279..................................................................................................... 33 2.3.6 运算符优先级 .................................................................................................................... 34 任务实施 .................................................................................................................................................. 34 项目小结 ..........................................................................................................................................35 能力检验 ..........................................................................................................................................36 思辨与拓展 ......................................................................................................................................37 模块 3 流程控制――逻辑严谨，使用分支与循环评定奖学金...........................38 情景导入 ..........................................................................................................................................38 项目分解 ..........................................................................................................................................38 学习目标 ..........................................................................................................................................39 任务 3.1 使用 if 语句评定单个学生的奖学金 ............................................................................39 任务分析 .................................................................................................................................................. 39 知识储备 .................................................................................................................................................. 40 3.1.1 if 单分支语句 ..................................................................................................................... 40 3.1.2 避免缩进错误 .................................................................................................................... 41 3.1.3 多个判断条件 .................................................................................................................... 43 3.1.4 if-else 双分支语句 ............................................................................................................. 44 3.1.5 if-elif-else 多分支语句....................................................................................................... 45 3.1.6 if 语句嵌套 ......................................................................................................................... 46 任务实施 .................................................................................................................................................. 47 任务 3.2 使用 while/for 循环评定多个学生的奖学金 ...............................................................48 任务分析 .................................................................................................................................................. 48 知识储备 .................................................................................................................................................. 48 3.2.1 while 循环语句 .................................................................................................................. 48 3.2.2 for 循环语句....................................................................................................................... 50 3.2.3 循环的嵌套 ........................................................................................................................ 52 任务实施 .................................................................................................................................................. 53 任务 3.3 循环的控制 break/continue ...........................................................................................55 任务分析 .................................................................................................................................................. 55 知识储备 .................................................................................................................................................. 55 3.3.1 break 语句 .......................................................................................................................... 56 3.3.2 continue 语句 ..................................................................................................................... 57 任务实施 .................................................................................................................................................. 57 项目总结 ..........................................................................................................................................58 能力检验 ..........................................................................................................................................59 思辨与拓展 ......................................................................................................................................60 模块 4 函数与模块――爱国护税，编制个人所得税计算器..............................62 情景导入 ..........................................................................................................................................62 项目分解 ..........................................................................................................................................62 学习目标 ..........................................................................................................................................63 任务 4.1 利用简单函数判断是否需缴个税 ................................................................................63 任务分析 .................................................................................................................................................. 63 知识储备 .................................................................................................................................................. 63 4.1.1 认识函数 ............................................................................................................................ 63 4.1.2 定义并调用简单函数 ........................................................................................................ 64 任务实施 .................................................................................................................................................. 65 任务 4.2 利用函数计算个税金额 ................................................................................................66 任务分析 .................................................................................................................................................. 66 知识储备 .................................................................................................................................................. 67 4.2.1 普通函数形式 .................................................................................................................... 67 4.2.2 参数的类型 ........................................................................................................................ 68 4.2.3 再议 print() 函数 ................................................................................................................ 70 4.2.4 变量的作用域 .................................................................................................................... 71 4.2.5 递归函数 ............................................................................................................................ 73 任务实施 .................................................................................................................................................. 73 任务 4.3 模块化思想改造程序 ....................................................................................................74 任务分析 .................................................................................................................................................. 74 知识储备 .................................................................................................................................................. 75 4.3.1 内置模块 ............................................................................................................................ 75 4.3.2 第三方模块 ........................................................................................................................ 76 4.3.3 自定义模块的创建与使用 ................................................................................................ 77 4.3.4 包的创建与导入 ................................................................................................................ 77 任务实施 .................................................................................................................................................. 79 项目总结 ..........................................................................................................................................80 能力检验 ..........................................................................................................................................81 思辨与拓展 ......................................................................................................................................82 模块 5 字符串的处理――璀璨文明，字符间领略古诗恢宏篇章.........................84 情景导入 ..........................................................................................................................................84 项目分解 ..........................................................................................................................................84 学习目标 ..........................................................................................................................................85 任务 5.1 字符串的基本操作 ........................................................................................................85 任务分析 .................................................................................................................................................. 85 知识储备 .................................................................................................................................................. 85 5.1.1 字符串的标识方式 ............................................................................................................ 85 5.1.2 字符串的索引 .................................................................................................................... 87 5.1.3 字符串的切片 .................................................................................................................... 88 5.1.4 字符串的拼接与复写 ........................................................................................................ 89 5.1.5 in 与 not in 运算 ................................................................................................................. 90 任务实施 .................................................................................................................................................. 90 任务 5.2 字符串格式化输出 ........................................................................................................91 任务分析 .................................................................................................................................................. 91 知识储备 .................................................................................................................................................. 92 5.2.1 使用 % 格式符格式化字符串 ........................................................................................... 92 5.2.2 使用 format() 函数格式化字符串 ..................................................................................... 93 5.2.3 使用 f-string 格式化字符串 .............................................................................................. 93 任务实施 .................................................................................................................................................. 93 任务 5.3 字符串的常用方法 ........................................................................................................94 任务分析 .................................................................................................................................................. 94 知识储备 .................................................................................................................................................. 95 5.3.1 统计字符串中某子串出现的次数 .................................................................................... 95 5.3.2 字符串的查找与替换 ........................................................................................................ 96 5.3.3 删除字符串的 字符 .................................................................................................... 97 5.3.4 字符串的切分 .................................................................................................................... 97 5.3.5 字符串是否满足特定条件 ................................................................................................ 98 任务实施 .................................................................................................................................................. 99 项目总结 ........................................................................................................................................100 能力检验 ........................................................................................................................................100 思辨与拓展 ....................................................................................................................................101 模块 6 列表与元组――公平公正，处理校园歌手大赛评分............................ 105 情景导入 ........................................................................................................................................105 项目分解 ........................................................................................................................................105 学习目标 ........................................................................................................................................106 任务 6.1 利用列表 list 处理选手名单 .......................................................................................106 任务分析 ................................................................................................................................................ 106 知识储备 ................................................................................................................................................ 107 6.1.1 初识列表 list .................................................................................................................... 107 6.1.2 访问列表元素 .................................................................................................................. 107 6.1.3 修改列表元素 .................................................................................................................. 108 6.1.4 添加新元素 ...................................................................................................................... 108 6.1.5 删除列表元素 .................................................................................................................. 109 任务实施 .................................................................................................................................................111 任务 6.2 计算参赛选手 终得分 ..............................................................................................112 任务分析 ................................................................................................................................................ 112 知识储备 ................................................................................................................................................ 112 6.2.1 查找元素位置 .................................................................................................................. 112 6.2.2 列表切片操作 .................................................................................................................. 113 6.2.3 sort() 排序......................................................................................................................... 113 6.2.4 reverse() 反转方法 ........................................................................................................... 113 6.2.5 遍历列表元素 .................................................................................................................. 114 6.2.6 列表推导式 ...................................................................................................................... 114 6.2.7 其他常见列表操作 .......................................................................................................... 115 任务实施 ................................................................................................................................................ 116 任务 6.3 结合元组 Tuple 确定选手排名 ...................................................................................117 任务分析 ................................................................................................................................................ 117 知识储备 ................................................................................................................................................ 117 6.3.1 创建并访问元组 .............................................................................................................. 117 6.3.2 元组与小括号 .................................................................................................................. 118 6.3.3 列表、元组的嵌套 .......................................................................................................... 119 6.3.4 关于序列的内置函数 ...................................................................................................... 120 任务实施 ................................................................................................................................................ 122 项目总结 ........................................................................................................................................123 能力检验 ........................................................................................................................................123 思辨与拓展 ....................................................................................................................................124 模块 7 字典与集合――学以致用，编写“自动售货机”程序......................... 125 情景导入 ........................................................................................................................................125 项目分解 ........................................................................................................................................125 学习目标 ........................................................................................................................................126 任务 7.1 借助 dict 实现前台结算 ..............................................................................................126 任务分析 ................................................................................................................................................ 126 知识储备 ................................................................................................................................................ 127 7.1.1 创建字典 .......................................................................................................................... 127 7.1.2 访问字典 .......................................................................................................................... 128 7.1.3 字典元素的增加与修改 .................................................................................................. 128 7.1.4 字典元素的删除 .............................................................................................................. 129 7.1.5 遍历字典 .......................................................................................................................... 130 任务实施 ................................................................................................................................................ 131 任务 7.2 结合 set 完成商品管理 ................................................................................................132 任务分析 ................................................................................................................................................ 132 知识储备 ................................................................................................................................................ 133 7.2.1 创建集合 .......................................................................................................................... 133 7.2.2 访问集合元素 .................................................................................................................. 134 7.2.3 添加集合元素 .................................................................................................................. 134 7.2.4 删除集合元素 .................................................................................................................. 135 7.2.5 集合的其他操作 .............................................................................................................. 136 任务实施 ................................................................................................................................................ 136 任务 7.3 高阶函数处理商品售价 ..............................................................................................138 任务分析 ................................................................................................................................................ 138 知识储备 ................................................................................................................................................ 138 7.3.1 可变参数与关键字参数 .................................................................................................. 139 7.3.2 匿名函数 .......................................................................................................................... 140 7.3.3 map() 函数 ........................................................................................................................ 140 7.3.4 filter() 函数 ....................................................................................................................... 142 7.3.5 sorted() 函数 ..................................................................................................................... 142 任务实施 ................................................................................................................................................ 143 项目小结 ........................................................................................................................................144 能力检验 ........................................................................................................................................144 思辨与拓展 ....................................................................................................................................145 模块 8 文件的操作――精益求精，不断完善“菜鸟记单词”程序.................... 146 情景导入 ........................................................................................................................................146 项目分解 ........................................................................................................................................146 学习目标 ........................................................................................................................................147 任务 8.1 读写文件，编写“菜鸟记单词 V1.0” .....................................................................147 任务分析 ................................................................................................................................................ 147 知识储备 ................................................................................................................................................ 148 8.1.1 打开文件 .......................................................................................................................... 148 8.1.2 文件对象的常用方法 ...................................................................................................... 149 8.1.3 使用 read() 方法读取文件 ............................................................................................... 150 8.1.4 使用 readline() 方法读取文件 ......................................................................................... 151 8.1.5 使用 readlines() 方法读取文件 ....................................................................................... 151 8.1.6 关闭文件 .......................................................................................................................... 152 8.1.7 使用 write() 方法写入文件 ............................................................................................. 152 8.1.8 使用 writelines() 方法写入文件 ...................................................................................... 154 任务实施 ................................................................................................................................................ 154 任务 8.2 加入异常处理，优化“菜鸟记单词 V2.0” .............................................................156 任务分析 ................................................................................................................................................ 156 知识储备 ................................................................................................................................................ 157 8.2.1 错误与异常 ...................................................................................................................... 157 8.2.2 try-except 语句 ................................................................................................................. 158 8.2.3 常见的异常 ...................................................................................................................... 159 8.2.4 捕获多种异常 .................................................................................................................. 160 8.2.5 else 子句 ........................................................................................................................... 161 8.2.6 finally 子句 ....................................................................................................................... 162 任务实施 ................................................................................................................................................ 162 任务 8.3 借助 pickle 模块，完成“菜鸟记单词 V3.0” .........................................................164 任务分析 ................................................................................................................................................ 164 知识储备 ............................................