本书是普通高等院校“十四五”计算机基础系列教材之一，通过简洁、易懂的语言讲解Python。全书共12章，包括计算机和程序设计基础，Python编写简单程序，面向对象和图形，字符串、列表、元组和文件，函数，判断结构，循环结构和布尔值，集合和字典，模拟和设计，类与对象，面向对象设计，Python库及计算生态，并讲解了异常处理与测试、调试、单元测试和文档测试等知识。

本书通过引入健康警报器、炮弹动画、短柄壁球示例等一系列有趣的小程序，循序渐进地进行代码的编写、讲解，并配以丰富的界面图，为编程学习增添乐趣。本书各章后设有知识拓展、名人小故事或科技创新，以求在学习知识的同时提升读者的家国情怀。同时本书融入全国计算机等级考试二级Python语言程序设计考试的考点体系，为有能力、有需要的读者提供全国计算机等级考试二级（Python语言）的专业辅导。

本书具有很强的实践性，且案例丰富，因此不仅可以作为高等院校相关专业Python程序设计课程的教材，也适用于职业院校相关专业的Python程序设计课程，还可作为编程人员及自学者的辅助教材或参考用书。

       前言
       Python是全球最流行的编程语言之一，被各大互联网公司广泛使用，涉及Web开发、数据分析甚至人工智能领域。作为解释型高级语言的一种，Python具备交互式、可移植、面向对象的特点，功能广泛且适用于多种操作系统，有强大的标准库和丰富的工具包。
       与其他编程语言相比，它简洁、高效，得到了越来越多的重视和应用。2016年，教育部发布了《大学计算机基础课程教学基本要求》，首次建议将Python语言作为首门程序设计课程的教学语言。在其推动下，国内高校逐步开设了Python语言课程，成为教学改革热点，Python在众多编程语言中的地位提升到一个新高度。
       Python语言作为一门通用编程语言，语法简单，接近自然语言，用户不需要了解计算机底层知识，它更多关注应用计算机解决问题的思路和方法，是“复杂信息系统时代”最直观的表达工具。本书通过对Python语言基本语法规则和扩展应用的深入分析，不断探索如何讲解相对枯燥的基本语法。针对不同章节的知识点，采用“提出问题—分析问题—解决问题”的思路，逐步引申出基本语法规则。
       全书共12章，在编写上遵循由易到难、循序渐进的原则，用大量的篇幅介绍Python 编程的基础知识，列举示例帮助读者更好地理解和掌握这门编程语言。每章配有小结和知识拓展，总结要点，为有能力的读者提供更多的拓展类学习内容，多维度强化自身的学习。另外通过名人小故事和科技创新，探索将学科建设与素质培养相统一。
       本书具有以下特点：
       （1）全面讲解。本书知识点紧凑，覆盖更全面、更深入。
       （2）示例丰富，贴近场景。本书提供了丰富的代码示例，这些示例大多选自工作中的各类场景，力求做到编程场景化，提供解决实际问题的能力，增加实战操作经验。
       （3）立体化教材设计。每章都配有教案 PPT、习题以及微课视频，提供多种教学资源，满足教师教学需要和学生学习需要。
       （4）知识拓展结合课程思政。科学技术本身是冰冷的，是广大科技工作者的情感与梦想赋予其温度。“创新是民族的灵魂”，通过名人小故事和科技创新，以社会主义核心价值观为引领、坚持理论与实践相结合，引领师生知行合一、扎根中国、放眼世界，积极投身科技强国伟业。
       本书由苏琳、胡洋、何小平任主编，赵文、崔彦君、曹方明任副主编。本书的编写和出版得到了全国高等院校计算机基础教育研究会教育信息化专业委员会与广东省高等学校公共计算机课程教学指导委员会“计算机课程教材与资源建设专项课题”立项资助（项目编号：2022-GGJSJ-Z013）。
       本书配有相关电子资源，读者可登录中国铁道出版社有限公司教育资源数字化平台（https://www.tdpress.com/51eds/）下载。
       由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免有不妥及疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
       编者
       2024年4月

第1章 计算机和程序设计基础
1.1 现代计算机1
1.2 硬件基础2
1.3 计算机科学3
1.4 程序的力量3
1.5 编程语言4
1.6 初识 Python5
1.7 Python解释器7
1.8 Python程序内部11
小结12
知识拓展：Python技术演变史12
名人小故事：计算机教育与普及的辛勤耕耘者与奠基人——谭浩强15
二级考试对应知识点16
习题16
第2章 Python编写简单程序
2.1 软件开发过程17
2.2 程序要素19
2.3 常量与变量21
2.4 Python 的代码编写规范21
2.4.1 缩进21
2.4.2 注释22
2.5 输出语句23
2.6 赋值语句24
2.6.1 简单赋值24
2.6.2 赋值输入24
2.6.3 同时赋值25
2.7 数值数据类型26
2.8 类型转换和舍入29
2.9 使用 math 库31
小结 32
知识拓展：Python 关键字的含义33
名人小故事：职守核心技术——倪光南34
二级考试对应知识点35
习题35
第3章 面向对象和图形
3.1 概述38
3.2 对象的理解39
3.3 简单图形编程39
3.4 turtle 函数库介绍42
小结46
知识拓展：运算符优先级46
名人小故事：中国“量子之父”——潘建伟47
二级考试对应知识点48
习题48
第4章 字符串、列表、元组和文件
4.1 字符串数据类型49
4.2 简单字符串处理52
4.3 列表54
4.3.1 字符串和列表的区别55
4.3.2 列表的操作函数及操作方法55
4.3.3 列表的综合应用56
4.4 元组57
4.4.1 创建元组58
4.4.2 元组的简单操作58
4.4.3 列表和元组的相互转换58
4.5 字符串表示的方式和消息编码58
4.5.1 字符串表示的方式58
4.5.2 编写编码器59
4.5.3 编写解码器60
4.5.4 更多字符串方法62
4.6 从编码到加密62
4.7 字符串的输入输出操作63
4.7.1 示例程序：日期转换63
4.7.2 字符串格式化65
4.7.3 优化的零钱计数器66
4.8 文件67
4.8.1 多行字符串67
4.8.2 文件处理68
4.8.3 示例程序：批处理用户名70
4.8.4 文件对话框71
小结74
知识拓展：Python 的格式字符74
名人小故事：中国汉字激光照排之父——王选75
二级考试对应知识点75
习题76
第5章 函数
5.1 函数的功能77
5.2 认识函数.78
5.2.1 函数的定义78
5.2.2 函数定义举例79
5.2.3 函数的调用79
5.2.4 lambda() 函数81
5.2.5 变量的作用域81
5.3 返回值的函数82
5.4 修改参数的函数84
5.5 函数和程序结构86
5.6 递归函数87
小结89
知识拓展：内置函数89
名人小故事：创造了国产软件的骄傲——求伯君89
二级考试对应知识点90
习题90
第6章 判断结构
6.1 简单判断93
6.1.1 示例：健康警报器93
6.1.2 形成简单条件95
6.2 二路判断96
6.3 多路判断98
6.4 异常处理99
6.5 设计研究：求最大数102
小结105
知识拓展：Python 的标准库和常用的第三方库105
名人小故事：杀毒行业的先锋——王江民106
二级考试对应知识点107
习题107
第7章 循环结构和布尔值
7.1 for 循环：快速回顾109
7.2 累积结果：阶乘110
7.3 不定循环111
7.4 常见循环模式112
7.4.1 交互式循环112
7.4.2 哨兵循环112
7.4.3 嵌套循环114
7.5 跳出循环115
7.5.1 break语句115
7.5.2 continue语句116
7.6 布尔值计算116
7.6.1 布尔运算符116
7.6.2 布尔代数117
7.7 其他常见结构118
7.7.1 直到测试循环118
7.7.2 循环加一半119
7.7.3 布尔表达式作为判断120
7.7.4 示例：一个简单的事件循环121
小结125
知识拓展：Python工具——Anaconda与IPython125
名人小故事：奥运精神之“亚洲飞人”——苏炳添126
二级考试对应知识点126
习题126
第8章 集合和字典
8.1 集合129
8.1.1 集合的创建129
8.1.2 集合的基本操作130
8.2 字典133
8.2.1 字典基础133
8.2.2 字典操作133
8.2.3 示例程序：词频134
小结.137
知识拓展：Python Cheatsheet137
名人小故事：我要回中国了——姚期智138
二级考试对应知识点140
习题140
第9章 模拟和设计
9.1 模拟技术——短柄壁球示例141
9.1.1 一个模拟问题141
9.1.2 短柄壁球分析和规格说明142
9.2 伪随机数142
9.3 自顶向下的设计144
9.3.1 顶层设计144
9.3.2 关注点分离145
9.3.3 第二层设计145
9.3.4 设计 simNGames()函数146
9.3.5 第三层设计147
9.3.6 整理完成149
9.3.7 设计过程总结151
9.4  自底向上的实现151
9.4.1 单元测试151
9.4.2 模拟结果152
小结152
知识拓展：Python 编辑工具——Jupyter？Notebook152
名人小故事：破解 MD5 算法的女强人——王小云154
二级考试对应知识点155
习题155
第10章 类与对象
10.1 对象156
10.2 自定义的类——模拟炮弹示例156
10.2.1 程序规格说明157
10.2.2 设计程序157
10.2.3 程序模块化159
10.3 定义新类160
10.3.1 示例：多面骰子160
10.3.2 示例：Projectile 类162
10.4 用类处理数据164
10.5 对象和封装166
10.5.1 封装有用的抽象166
10.5.2 模块文档167
10.5.3 使用多个模块168
10.6 控件169
10.6.1 用户界面169
10.6.2 创建按钮170
10.6.3 构建骰子类172
10.6.4 主程序174
10.7 示例：炮弹动画.175
10.7.1 绘制动画窗口175
10.7.2 创建 ShotTracker 类176
10.7.3 创建输入对话框177
10.7.4 主事件循环178
小结182
知识拓展：Python 工具——Skulpt183
名人小故事：中国互联网运动的先锋——王志东183
二级考试对应知识点184
习题184
第11章 面向对象设计
11.1 面向对象设计的过程185
11.2 类和实例187
11.3 数据封装188
11.4 访问限制190
11.5 继承和多态192
11.6 获取对象信息196
11.7 实例属性和类属性199
11.8 案例研究：壁球模拟200
11.8.1 候选对象和方法200
11.8.2 实现SimStats类201
11.8.3 实现RBallGame类202
11.8.4 实现Player 类203
11.8.5 完整程序204
小结.206
知识拓展：Python 开发社区206
科技创新：华为公司206
二级考试对应知识点207
习题207
第12章 Python 库及计算生态
12.1 标准库209
12.1.1 turtle 库绘图命令210
12.1.2 random 库211
12.1.3 time 库213
12.2 第三方库214
12.2.1 常用库215
12.2.2 第三方库的安装220
12.3 Python计算生态223
12.3.1 网络爬虫223
12.3.2 数据分析223
12.3.3 文本处理224
12.3.4 数据可视化224
12.3.5 用户图形界面224
12.3.6 Web 开发225
12.3.7 机器学习225
12.3.8 游戏开发226
小结226
知识拓展：Python 第三方库纵览226
二级考试对应知识点227
习题228

苏琳，副教授，广东培正学院教师，专业研究方向为计算机科学与技术，主授课程为《二维动画技术》、《PS平面图像处理》、《网页设计》、《多媒体设计与制作》、《计算机科学概论》、《Python程序设计》、《Access数据库应用》等，主编教材5部，在EI、ISTP及其他刊物发表论文10篇。

胡洋，三级教授、高级工程师，广州番禺职业技术学院教师，教育部职教本科专业标准开发组专家（标准执笔人），2022年担任世界职业技能大赛裁判，2023年担任金砖国家职业技能大赛中方首席裁判，广东省优秀青年教师，广东省信息技术应用能力提升工程2.0省级专家，中国民航局项目评委会专家，广州市科协项目评委会专家，教学名师、领军人才。获广东省教师教学竞赛一等奖，带学生职业技能大赛世界银奖。主持参与教科研项目共计17项，其中完成了国家级项目3项、省部级项目14项；第一作者发表论文24篇，其中国际检索11篇，中文核心论文9篇，出版著作1部，主持编写专业教材16部。

何小平，副教授，广东培正学院数据科学与计算机学院教学副院长，主持教科研项目12项，其中省部级课题6项，发表论文13篇，编写教材10部，其中主编5部。先后多次获得教学质量优秀奖、优秀教师、优秀学业导师、优秀共产党员等荣誉称号。2023年获得广东民办教育协会优秀教师、广东培正学院第3届教学名师荣誉称号。

①配有重要知识点的视频讲解，以二维码形式印刷在书中。

②各章知识点、能力点的设置参考高校“Python程序设计课程”教学要求及“全国计算机等级考试二级Python语言程序设计”考试大纲体系。

③案例丰富，例如引入健康警报器、硬币兑换统计、炮弹飞行、短柄壁球比赛等小程序。

④各章后设有知识拓展、名人小故事，以求在学习知识的同时提升素质教育。