第1章 Python语言基础
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Python语言程序设计
电子工业出版社
第1章 Python语言基础
Python语言的发展与特点 Python程序的运行环境 Python数据类型 各种形式Python数据的表示方法 Python的基本运算
1.1 Python语言概述
1.1.1 Python语言的发展历史
Βιβλιοθήκη Baidu
1.1.2 Python语言的特点
1．Python语言的优势 （1）简单易学。Python语言语法结构简单， 组成一个Python程序也没有太多的语法细节 和规则要求，“信手拈来”就可以组成一个 程序。 （2）程序可读性好。通过强制程序缩进， Python语言确实使得程序具有很好的可读性， 同时Python的缩进规则是也有利于程序员养 成良好的程序设计习惯。
3．Python变量 （1）变量的数据类型 Python语言是一种动态类型语言，变量的数 据类型是在给变量赋值时确定，对变量的每一次 赋值，都可能改变变量的类型。例如： 可以使用Python内置函数type()来查询变量的类型。 例如：
（2）变量与地址的关系 Python语言采用基于值的内存管理方式，不 同的值分配不同的内存空间。这可理解为， Python变量并不是某一个固定内存单元的标识， 而是对内存中存储的某个数据的引用 （reference），这个引用是可以动态改变的。
还可以在Windows命令提示符（即DOS操 作界面）下直接运行python.exe文件，来启 动命令行的Python解释器，程序窗口如图所 示。
按Ctrl+Z及Enter键，或输入quit()命令， 或单击Python命令行窗口的关闭按钮， 均可退出Python解释器。
2．图形用户界面形式的Python解释器 在Windows系统的桌面，选择“开 始”→“所有程序”→“Python 3.5”→“IDLE （Python 3.5 32-bit”来启动图形用户界面形式的 Python解释器，其窗口如图所示。
如果在安装时选中了“Add Python 3.5 to PATH”复选框，则会自动将安装路径添加到 环境变量Path，否则可以在安装完成后添加。
添加路径的方法为：在Windows桌面右击 “计算机”图标，在弹出的快捷菜单中选择 “属性”命令，然后在打开的对话框中选择 “高级系统设置”选项，在打开的“系统属性” 对话框中选择“高级”选项卡，单击“环境变 量”按钮，打开“环境变量”对话框，在“系 统变量”区域选择“Path”选项，单击“编辑” 按钮，将安装路径添加到Path中，最后单击 “确定”按钮逐级返回。
选中“Add Python 3.5 to PATH”复选框，并 使用默认的安装路径，单击“Install Now”选项， 这时进入系统安装过程，安装完成后单击close按 钮即可。如果要设置安装路径和其他特性，可以 选择“Customize installation”选项。
1.2.2 系统环境变量的设置
（3）丰富的数据类型。除了基本的数值
类型外，Python语言还提供了字符串、列 表、元组、字典和集合等丰富的复合数据 类型。 （4）开源的语言。各种社区提供了成千上 万不同功能的开源函数模块，而且还在不 断地发展，这为基于Python语言的快速开 发提供了强大支持。
（5）解释型的语言。用Python语言编写的 程序不需要编译成二进制代码，而可以直接 运行源代码。。 （6）面向对象的语言。Python语言既可以 面向过程，也可以面向对象，支持灵活的程 序设计方式。
在Python解释器图形用户界面窗口，选 择“File”→“Exit”命令，或按Ctrl+Q键，或输 入quit()命令，或单击Python图形用户界面窗 口的关闭按钮，均可退出Python解释器图形 用户界面窗口。
3．Python的命令执行方式 启动Python解释器后，可以直接在其提示符 （>>>）后输入语句。例如，先在提示符>>>后输 入一个输出语句，下一行将接着输出结果。 >>> print("Hello,World!") Hello,World! >>> print(1+3/4) 1.75
4．Python的程序方式 （1）在Python解释器的程序编辑窗口执行 Python程序。 在Python解释器图形用户界面窗口，选择 “File”→“New File”命令，或按Ctrl+N键，打开 程序编辑窗口，如图所示。
在程序编辑窗口输入程序的全部语句，例如 输入语句： print("Hello,World!") 语句输入完成后，在Python程序编辑窗口选 择“File”→“Save”命令，确定保存文件位置和 文件名，例如e:\mypython\hello.py。 在Python程序的编辑窗口选择 “Run”→“Run Module”命令，或按F5键，运 行程序并在Python解释器图形用户界面窗口中输 出运行结果。
1.2.3 Python程序的运行 1．命令行形式的Python解释器 （1）在Windows系统的桌面，选择“开 始”→“所有程序”→“Python 3.5”→“Python 3.5（32-bit）”命令。 （2）在Windows桌面单击“开始”按钮，选 择“运行”选项，在弹出的“运行”对话框中 选择Python启动文件的路径和文件名 python.exe，单击“确定”按钮。
4．Python标识符 在Python中，标识符由字母、数字和下划 线（_）组成，但不能以数字开头，标识符中 的字母是区分大小写的。例如，abc、a_b_c、 Student_ID都是合法的标识符，sum、Sum、 SUM代表不同的标识符。 单独的下划线（_）是一个特殊变量，用于表 示上一次运算的结果。
Python由荷兰的Guido van Rossum设计。 Python第一个版本于1991年初公开发 行。。 Python 2.0于2000年10月发布，增加了许 多新的语言特性。 Python 3.0于2008年12月发布，此版本不 完全兼容Python 2.0 ，导致Python 2.0与 Python 3.0不兼容。
5．网络应用 Python语言提供了socket模块，对Socket接 口进行了二次封装，支持Socket接口的访问；还 提供了urllib、cookielib、httplib、scrapy等大量 模块，用于对网页内容进行读取和处理，并结 合多线程编程以及其他有关模块可以快速开发 网页爬虫之类的应用程序；可以使用Python语 言编写CGI程序，也可以把Python程序嵌入到网 页中运行；Python语言还支持Web网站开发， 比较流行的开发框架有web2py、django等。
（3）可以到Python的安装文件夹下，通过双击 运行python.exe文件来启动命令行的Python解释 器，或在Python图标上单击右键，在弹出的菜 单中选择“创建快捷方式”命令，之后把建立 的快捷方式图标复制到桌面上，之后通过快捷 方式来启动命令行的Python解释器。
启动命令行形式的Python解释器后出现相 应的程序窗口，如图所示。其中“>>>”是 Python解释器的提示符，在提示符后面输入语 句，Python解释器将解释执行。
2．Python语言的局限性 Python程序的运行速度比较慢。 Python用代码缩进来区分语法逻辑的方式 可能给初学者带来困惑，最常见的情况是 Tab和空格的混用会导致错误，而这是用肉 眼无法分别的。
1.1.3 Python语言的应用领域 1．Windows系统编程 在Windows系统下，通过使用pywin32模 块提供的Windows API函数接口，就可以编写 与Windows系统底层功能相关的Python程序。 利用py2exe模块可以将Python程序转换为.exe 可执行程序，使得Python程序可以脱离Python 系统环境来运行。
（3）Windows命令提示符下运行Python程序 在Windows命令提示符下切换到Python程序文件 所在文件夹，因为程序文件位于e:\mypython文件 夹下，所以可以先选择e:盘并设置其当前文件夹 为 e:\mypython。然后，在Windows命令提示符 下输入python，后跟要执行的程序文件名即可， 如图所示。
2．科学计算与数据可视化 Python中用于科学计算与数据可视化 的模块有很多，例如NumPy、SciPy、 SymPy、Matplotlib、Traits、TraitsUI、 Chaco、TVTK、Mayavi、VPython、OpenCV 等，涉及的应用领域包括数值计算、符号 计算、二维图表、三维数据可视化、三维 动画演示、图像处理以及界面设计等。
1.3 常量与变量
1．常量 在程序运行过程中，其值不能改变的数 据对象称为常量（constant）。常量按其值的 表示形式区分它的类型。例如，0、435、-78 是整型常量，-5.8、3.14159、1.0是实型常量 （也称作浮点型常量），'410083'、'Python' 是字符串常量。
2．变量的一般概念 在高级语言中，变量（variable）可以看作是 一个特定的内存存储区，该存储区由一定个数字 节的内存单元组成，并可以通过变量的名字来访 问。 高级语言中的变量具有变量名、变量值和变 量地址三个属性。 变量在它存在期间，在内存中占据一定的存 储单元，以存放变量的值。
6．电子游戏应用 Pygame就是用来开发电子游戏软件的 Python模块，在SDL库的基础上开发，可以支持 多个操作系统。使用Pygame模块，可以在 Python程序中创建功能丰富的游戏和多媒体程 序。
1.2 Python语言的开发环境
1.2.1 Python系统的下载与安装
从Python官网下载Python系统文件，下载 地址为https://www.python.org/downloads/。 选择基于Windows操作系统的当时最新版本 Python 3.5.1进行下载。 下载完成后，运行系统文件python3.5.1.exe，进入Python系统安装界面。
（2）在Python解释器提示符下运行Python程序 在Python解释器（命令行或图形用户界面）的提 示符下执行import语句来导入程序文件。import 语句的作用是将Python程序文件从磁盘加载到内 存，在加载的同时执行程序。例如，运行hello.py， 可以使用下面的语句。 >>> import hello 注意，模块文件名不加扩展名“.py”。
1.4 Python数据类型
1.4.1 数值类型
1．整型数据 整型数据即整数，不带小数点，但可以有 正号或负号。在Python中，整型数据的值在计 算机内的表示不是固定长度的，只要内存许可， 整数可以扩展到任意长度，整数的取值范围几 乎包括了全部整数（无限大），这给大数据的 计算带来便利。
3．数据库应用 Python数据库模块有很多，例如，可 以通过内置的sqlite3模块访问SQLite数据 库，使用pywin32模块访问Access数据库， 使用pymysql模块访问MySQL数据库，使 用pywin32和pymssql模块来访问SQL Sever 数据库。
4．多媒体应用 PyMedia模块是一个用于多媒体操作的 Python模块，可以对包括WAV、MP3、AVI等多 媒体格式文件进行编码、解码和播放； PyOpenGL模块封装了OpenGL应用程序编程接口， 通过该模块可在Python程序中集成二维或三维 图形；PIL（Python Imaging Library，Python图形 库）为Python提供了强大的图像处理功能，并 提供广泛的图像文件格式支持。
5．Python关键字 所谓关键字（key word），就是Python语 言中事先定义的、具有特定含义的标识符，有 时又称保留字。关键字不允许另作它用，否则 执行时会出现语法错误。 可以在使用import语句导入keyword模块后使用 print(keyword.kwlist)语句查看所有Python关键 字。语句如下。 >>> import keyword >>> print(keyword.kwlist)
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第1章 Python语言基础
Python语言的发展与特点 Python程序的运行环境 Python数据类型 各种形式Python数据的表示方法 Python的基本运算
1.1 Python语言概述
1.1.1 Python语言的发展历史
Βιβλιοθήκη Baidu
1.1.2 Python语言的特点
1．Python语言的优势 （1）简单易学。Python语言语法结构简单， 组成一个Python程序也没有太多的语法细节 和规则要求，“信手拈来”就可以组成一个 程序。 （2）程序可读性好。通过强制程序缩进， Python语言确实使得程序具有很好的可读性， 同时Python的缩进规则是也有利于程序员养 成良好的程序设计习惯。
3．Python变量 （1）变量的数据类型 Python语言是一种动态类型语言，变量的数 据类型是在给变量赋值时确定，对变量的每一次 赋值，都可能改变变量的类型。例如： 可以使用Python内置函数type()来查询变量的类型。 例如：
（2）变量与地址的关系 Python语言采用基于值的内存管理方式，不 同的值分配不同的内存空间。这可理解为， Python变量并不是某一个固定内存单元的标识， 而是对内存中存储的某个数据的引用 （reference），这个引用是可以动态改变的。
还可以在Windows命令提示符（即DOS操 作界面）下直接运行python.exe文件，来启 动命令行的Python解释器，程序窗口如图所 示。
按Ctrl+Z及Enter键，或输入quit()命令， 或单击Python命令行窗口的关闭按钮， 均可退出Python解释器。
2．图形用户界面形式的Python解释器 在Windows系统的桌面，选择“开 始”→“所有程序”→“Python 3.5”→“IDLE （Python 3.5 32-bit”来启动图形用户界面形式的 Python解释器，其窗口如图所示。
如果在安装时选中了“Add Python 3.5 to PATH”复选框，则会自动将安装路径添加到 环境变量Path，否则可以在安装完成后添加。
添加路径的方法为：在Windows桌面右击 “计算机”图标，在弹出的快捷菜单中选择 “属性”命令，然后在打开的对话框中选择 “高级系统设置”选项，在打开的“系统属性” 对话框中选择“高级”选项卡，单击“环境变 量”按钮，打开“环境变量”对话框，在“系 统变量”区域选择“Path”选项，单击“编辑” 按钮，将安装路径添加到Path中，最后单击 “确定”按钮逐级返回。
选中“Add Python 3.5 to PATH”复选框，并 使用默认的安装路径，单击“Install Now”选项， 这时进入系统安装过程，安装完成后单击close按 钮即可。如果要设置安装路径和其他特性，可以 选择“Customize installation”选项。
1.2.2 系统环境变量的设置
（3）丰富的数据类型。除了基本的数值
类型外，Python语言还提供了字符串、列 表、元组、字典和集合等丰富的复合数据 类型。 （4）开源的语言。各种社区提供了成千上 万不同功能的开源函数模块，而且还在不 断地发展，这为基于Python语言的快速开 发提供了强大支持。
（5）解释型的语言。用Python语言编写的 程序不需要编译成二进制代码，而可以直接 运行源代码。。 （6）面向对象的语言。Python语言既可以 面向过程，也可以面向对象，支持灵活的程 序设计方式。
在Python解释器图形用户界面窗口，选 择“File”→“Exit”命令，或按Ctrl+Q键，或输 入quit()命令，或单击Python图形用户界面窗 口的关闭按钮，均可退出Python解释器图形 用户界面窗口。
3．Python的命令执行方式 启动Python解释器后，可以直接在其提示符 （>>>）后输入语句。例如，先在提示符>>>后输 入一个输出语句，下一行将接着输出结果。 >>> print("Hello,World!") Hello,World! >>> print(1+3/4) 1.75
4．Python的程序方式 （1）在Python解释器的程序编辑窗口执行 Python程序。 在Python解释器图形用户界面窗口，选择 “File”→“New File”命令，或按Ctrl+N键，打开 程序编辑窗口，如图所示。
在程序编辑窗口输入程序的全部语句，例如 输入语句： print("Hello,World!") 语句输入完成后，在Python程序编辑窗口选 择“File”→“Save”命令，确定保存文件位置和 文件名，例如e:\mypython\hello.py。 在Python程序的编辑窗口选择 “Run”→“Run Module”命令，或按F5键，运 行程序并在Python解释器图形用户界面窗口中输 出运行结果。
1.2.3 Python程序的运行 1．命令行形式的Python解释器 （1）在Windows系统的桌面，选择“开 始”→“所有程序”→“Python 3.5”→“Python 3.5（32-bit）”命令。 （2）在Windows桌面单击“开始”按钮，选 择“运行”选项，在弹出的“运行”对话框中 选择Python启动文件的路径和文件名 python.exe，单击“确定”按钮。
4．Python标识符 在Python中，标识符由字母、数字和下划 线（_）组成，但不能以数字开头，标识符中 的字母是区分大小写的。例如，abc、a_b_c、 Student_ID都是合法的标识符，sum、Sum、 SUM代表不同的标识符。 单独的下划线（_）是一个特殊变量，用于表 示上一次运算的结果。
Python由荷兰的Guido van Rossum设计。 Python第一个版本于1991年初公开发 行。。 Python 2.0于2000年10月发布，增加了许 多新的语言特性。 Python 3.0于2008年12月发布，此版本不 完全兼容Python 2.0 ，导致Python 2.0与 Python 3.0不兼容。
5．网络应用 Python语言提供了socket模块，对Socket接 口进行了二次封装，支持Socket接口的访问；还 提供了urllib、cookielib、httplib、scrapy等大量 模块，用于对网页内容进行读取和处理，并结 合多线程编程以及其他有关模块可以快速开发 网页爬虫之类的应用程序；可以使用Python语 言编写CGI程序，也可以把Python程序嵌入到网 页中运行；Python语言还支持Web网站开发， 比较流行的开发框架有web2py、django等。
（3）可以到Python的安装文件夹下，通过双击 运行python.exe文件来启动命令行的Python解释 器，或在Python图标上单击右键，在弹出的菜 单中选择“创建快捷方式”命令，之后把建立 的快捷方式图标复制到桌面上，之后通过快捷 方式来启动命令行的Python解释器。
启动命令行形式的Python解释器后出现相 应的程序窗口，如图所示。其中“>>>”是 Python解释器的提示符，在提示符后面输入语 句，Python解释器将解释执行。
2．Python语言的局限性 Python程序的运行速度比较慢。 Python用代码缩进来区分语法逻辑的方式 可能给初学者带来困惑，最常见的情况是 Tab和空格的混用会导致错误，而这是用肉 眼无法分别的。
1.1.3 Python语言的应用领域 1．Windows系统编程 在Windows系统下，通过使用pywin32模 块提供的Windows API函数接口，就可以编写 与Windows系统底层功能相关的Python程序。 利用py2exe模块可以将Python程序转换为.exe 可执行程序，使得Python程序可以脱离Python 系统环境来运行。
（3）Windows命令提示符下运行Python程序 在Windows命令提示符下切换到Python程序文件 所在文件夹，因为程序文件位于e:\mypython文件 夹下，所以可以先选择e:盘并设置其当前文件夹 为 e:\mypython。然后，在Windows命令提示符 下输入python，后跟要执行的程序文件名即可， 如图所示。
2．科学计算与数据可视化 Python中用于科学计算与数据可视化 的模块有很多，例如NumPy、SciPy、 SymPy、Matplotlib、Traits、TraitsUI、 Chaco、TVTK、Mayavi、VPython、OpenCV 等，涉及的应用领域包括数值计算、符号 计算、二维图表、三维数据可视化、三维 动画演示、图像处理以及界面设计等。
1.3 常量与变量
1．常量 在程序运行过程中，其值不能改变的数 据对象称为常量（constant）。常量按其值的 表示形式区分它的类型。例如，0、435、-78 是整型常量，-5.8、3.14159、1.0是实型常量 （也称作浮点型常量），'410083'、'Python' 是字符串常量。
2．变量的一般概念 在高级语言中，变量（variable）可以看作是 一个特定的内存存储区，该存储区由一定个数字 节的内存单元组成，并可以通过变量的名字来访 问。 高级语言中的变量具有变量名、变量值和变 量地址三个属性。 变量在它存在期间，在内存中占据一定的存 储单元，以存放变量的值。
6．电子游戏应用 Pygame就是用来开发电子游戏软件的 Python模块，在SDL库的基础上开发，可以支持 多个操作系统。使用Pygame模块，可以在 Python程序中创建功能丰富的游戏和多媒体程 序。
1.2 Python语言的开发环境
1.2.1 Python系统的下载与安装
从Python官网下载Python系统文件，下载 地址为https://www.python.org/downloads/。 选择基于Windows操作系统的当时最新版本 Python 3.5.1进行下载。 下载完成后，运行系统文件python3.5.1.exe，进入Python系统安装界面。
（2）在Python解释器提示符下运行Python程序 在Python解释器（命令行或图形用户界面）的提 示符下执行import语句来导入程序文件。import 语句的作用是将Python程序文件从磁盘加载到内 存，在加载的同时执行程序。例如，运行hello.py， 可以使用下面的语句。 >>> import hello 注意，模块文件名不加扩展名“.py”。
1.4 Python数据类型
1.4.1 数值类型
1．整型数据 整型数据即整数，不带小数点，但可以有 正号或负号。在Python中，整型数据的值在计 算机内的表示不是固定长度的，只要内存许可， 整数可以扩展到任意长度，整数的取值范围几 乎包括了全部整数（无限大），这给大数据的 计算带来便利。
3．数据库应用 Python数据库模块有很多，例如，可 以通过内置的sqlite3模块访问SQLite数据 库，使用pywin32模块访问Access数据库， 使用pymysql模块访问MySQL数据库，使 用pywin32和pymssql模块来访问SQL Sever 数据库。
4．多媒体应用 PyMedia模块是一个用于多媒体操作的 Python模块，可以对包括WAV、MP3、AVI等多 媒体格式文件进行编码、解码和播放； PyOpenGL模块封装了OpenGL应用程序编程接口， 通过该模块可在Python程序中集成二维或三维 图形；PIL（Python Imaging Library，Python图形 库）为Python提供了强大的图像处理功能，并 提供广泛的图像文件格式支持。
5．Python关键字 所谓关键字（key word），就是Python语 言中事先定义的、具有特定含义的标识符，有 时又称保留字。关键字不允许另作它用，否则 执行时会出现语法错误。 可以在使用import语句导入keyword模块后使用 print(keyword.kwlist)语句查看所有Python关键 字。语句如下。 >>> import keyword >>> print(keyword.kwlist)