本书依据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布的《新时代大学计算机课程教学基本要求》中关于程序设计基础课程的相关教学要求编写，并结合农林类专业实践需求，是一部全面、系统、实用的编程指南，旨在帮助读者快速掌握Python语言的核心概念、语法规则和编程技巧。全书共14章，其中Python概述、Python语法基础、程序流程控制、函数、序列、字符串与正则表达式、异常处理、文件及目录操作、面向对象程序设计、模块等章属于基础内容，Python数据分析、Matplotlib数据可视化、网络爬虫、Python网页制作等章属于提高内容。
  本书注重培养编程思维和问题解决能力，适合作为高等院校Python程序设计课程的教材，也可作为大数据技术从业者、人工智能技术开发人员以及对编程感兴趣的人员的参考读物。

       在当今信息化快速发展的时代，编程已成为连接理论与实践、科学与工程的桥梁，它将为学生提供更加广阔的学习和发展空间。Python作为一种简洁、易读且功能强大的编程语言，已经广泛应用于数据分析、人工智能、网络爬虫、自动化脚本编写等多个领域。掌握Python编程技能，不仅能够提升数据处理与分析的能力，还能够为科学研究和实际问题解决提供强有力的工具支持，因此，大部分高校都开设了Python程序设计的相关课程。
       本书依据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布的《新时代大学计算机课程教学基本要求》中关于程序设计基础课程的相关教学要求编写而成，旨在培养读者的计算思维能力，并使读者掌握利用计算机分析问题、解决问题的基本技能，跟上时代科技发展的步伐。党的二十大报告指出“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎”。学好、用好Python语言，将在新一代信息技术的构建、人工智能等的发展上，大有所为。
       本书的内容涵盖了Python语言的基础语法、程序流程控制、函数与模块、文件操作、异常处理、面向对象编程等核心知识，同时结合农林类专业的实际需求，介绍了数据分析、数据可视化、网络爬虫等实用技能。在编写过程中，编者力求语言简洁明了，示例丰富实用，使读者能够快速上手并深入掌握Python编程的精髓。
       此外，本书还注重培养读者的编程思维和问题解决能力。通过大量的案例分析和实践练习，让读者在解决问题的过程中逐步掌握编程的方法和技巧，形成自己的编程风格和思维方式。编者相信，这种能力的培养对于读者来说尤为重要，它将有助于读者在未来的工作中更加高效地利用编程工具解决问题。
       本书主要特色如下：
       （1）目标明确、重点清晰。每一章都包含本章的学习目标，条理清楚、要求具体、可操作性强，为学生指明方向。完成全章学习后还可以对照学习目标，衡量和评估学习效果，比对性强。
       （2）案例丰富、内容全面。每章都遵循先讲解基础知识、基本概念，再提供实用案例的原则，由易到难，循序渐进。针对重难点安排了丰富的案例，方便读者理解。
       （3）资源多样、习题完备。编写时，注重以案例驱动、任务引导为主，特别是重点章节提供综合案例，每章后提供相应内容的习题，以方便教学。
       本书由江西农业大学王映龙、廖牧鑫担任主编，上海开放大学奉贤分校赵国辉，
江西农业大学唐建军、裴祎鹏担任副主编，江西农业大学的裴冬菊、胡杨，大连海洋大学包琳参与编写。各章编写分工如下：第1章由王映龙编写，第2、3章由唐建军、
廖牧鑫编写，第4、8、10、13章由赵国辉、裴冬菊编写，7、9、11章由包琳、裴祎鹏编写，第 5、6、12 章由赵国辉、胡杨编写，第14章由裴冬菊编写，王映龙负责本书的架构设计及统稿。
       衷心希望本书能够成为广大读者学习Python编程的良师益友，帮助他们在学习和科研的道路上取得优异的成绩。由于时间仓促，加之编者学识所限，书中难免存在不妥和疏漏之处，恳请各位读者批评指正。


编 者
2024年10月

第1章 Python概述1
1.1 Python简介1
1.1.1 Python的由来与发展1
1.1.2 Python的特点2
1.1.3 Python的应用领域3
1.1.4 Python的版本4
1.2 Python开发环境搭建5
1.2.1 Python语言解释器的下载与安装5
1.2.2 Python的开发环境8
1.2.3 Python标准库13
1.2.4 Python扩展库13
1.2.5 常用第三方开发工具Anaconda 314
1.3 Python基础18
1.3.1 一个简单的Python程序18
1.3.2 Python程序语法元素分析19
小结20
习题20
第２章 Python语法基础21
2.1 数据类型21
2.1.1 数值类型21
2.1.2 字符串23
2.1.3 布尔类型24
2.1.4 复合数据类型25
2.2 变量与常量27
2.2.1 变量27
2.2.2 常量28
2.3 运算符与表达式28
2.3.1 算术运算符28
2.3.2 比较运算符29
2.3.3 赋值运算符29
2.3.4 位运算符29
2.3.5 逻辑运算符30
2.3.6 成员运算符30
2.3.7 身份运算符30
2.3.8 运算符的优先级与结合性31
2.3.9 表达式31
小结32
习题32
第3章 程序流程控制33
3.1 程序流程控制概述33
3.1.1 条件34
3.1.2 缩进与复合语句34
3.2 选择结构35
3.2.1 单分支选择结构35
3.2.2 双分支选择结构36
3.2.3 多分支选择结构36
3.2.4 选择结构的嵌套38
3.2.5 选择结构程序举例39
3.3 循环结构41
3.3.1 for循环41
3.3.2 while循环44
3.3.3 循环控制语句45
3.3.4 循环中的else子句47
3.3.5 循环的嵌套48
3.3.6 循环结构程序举例49
小结51
习题51
第4章 函数52
4.1 函数的定义与使用52
4.1.1 函数的定义53
4.1.2 函数的使用54
4.2 函数的嵌套56
4.3 函数的参数传递58
4.3.1 参数传递机制59
4.3.2 参数类型60
4.4 函数的返回值63
4.5 变量的作用域64
4.6 匿名函数66
4.7 递归函数67
4.8 Python常用内置函数68
4.9 内嵌函数与闭包70
4.10 代码复用与模块化设计72
4.10.1 代码复用72
4.10.2 模块化设计72
小结72
习题72
第5章 序列74
5.1 列表74
5.1.1 列表的创建与删除74
5.1.2 访问列表元素76
5.1.3 添加、删除和修改列表元素77
5.1.4 对列表进行统计79
5.1.5 对列表进行排序79
5.1.6 成员资格判断80
5.1.7 成员资格判断的进阶应用81
5.1.8 列表推导式82
5.2 元组83
5.2.1 创建元组83
5.2.2 访问元组83
5.2.3 修改元组83
5.2.4 删除元组84
5.2.5 元组推导式84
5.2.6 元组的常用内置函数84
5.2.7 元组与列表的区别85
5.3 字典87
5.3.1 字典的创建与删除87
5.3.2 访问字典89
5.3.3 添加、修改和删除字典元素91
5.3.4 字典推导式92
5.4 集合92
5.4.1 集合的创建与删除92
5.4.2 集合元素的添加与删除93
5.4.3 集合的并集、交集与差集操作94
5.5 生成器函数95
小结97
习题97
第6章 字符串与正则表达式99
6.1 字符串99
6.1.1 字符串概述99
6.1.2 字符串输入与输出101
6.1.3 字符串的格式化方法103
6.1.4 字符串内置函数104
6.1.5 字符串的常用方法106
6.2 正则表达式107
6.2.1 正则表达式概述107
6.2.2 正则表达式基本语法107
6.2.3 正则查找的使用方法110
6.2.4 正则表达式修饰符114
6.2.5 正则表达式替换114
小结115
习题115
第7章 异常处理116
7.1 异常概述116
7.2 异常处理方法117
7.2.1 异常捕获语句117
7.2.2 异常提供的信息118
7.2.3 异常处理语句的其他功能120
7.3 抛出异常121
7.3.1 raise语句122
7.3.2 assert语句123
7.4 自定义异常123
7.5 上下文管理器124
7.5.1 上下文管理器的定义124
7.5.2 with语句125
小结125
习题126
第8章 文件及目录操作127
8.1 文件的概念及分类127
8.2 文件的常见操作129
8.2.1 打开文件129
8.2.2 关闭文件130
8.2.3 文件的读写131
8.2.4 文件的定位读写132
8.2.5 二进制文件的读写133
8.3 文件夹的相关操作142
小结146
习题146
第9章 面向对象程序设计147
9.1 面向对象编程概论147
9.2 创建类和对象148
9.2.1 类的定义148
9.2.2 创建对象149
9.2.3 构造方法与析构方法149
9.2.4 方法151
9.3 面向对象的三大特性151
9.3.1 封装151
9.3.2 继承153
9.3.3 多态156
9.4 类属性、类方法与静态方法157
9.4.1 类属性157
9.4.2 类方法与静态方法158
9.5 面向对象设计模式158
小结159
习题159
第10章 模块160
10.1 模块概述160
10.2 模块的导入方式160
10.2.1 查看模块160
10.2.2 模块的导入162
10.3 包的创建与导入163
10.4 Python标准库常用模块165
10.5 模块的打包与发布175
10.5.1 模块的打包176
10.5.2 模块的发布177
小结177
习题178
第11章 Python数据分析179
11.1 Python数据分析基础179
11.1.1 数据分析概述179
11.1.2 Numpy数据处理180
11.1.3 Pandas数据处理184
11.1.4 其他常用数据处理扩展库186
11.2 数据分析综合案例187
小结190
习题191
第12章 Matplotlib数据可视化192
12.1 绘图工具192
12.1.1 Matplotlib简介193
12.1.2 数据可视化分析与绘图193
12.1.3 安装Matplotlib193
12.1.4 简单绘制194
12.1.5 添加图形元素194
12.1.6 图形绘制与应用197
12.1.7 绘制常用图表应用示例201
12.2 文本数据可视化205
12.2.1 WordCloud简介205
12.2.2 WordCloud模块中的函数205
小结208
习题208
第13章 网络爬虫210
13.1 网络爬虫概述210
13.1.1 网络爬虫的组成和分类211
13.1.2 网络爬虫的基本原理211
13.1.3 网络爬虫的搜索策略212
13.1.4 网络爬虫的应用213
13.1.5 反爬虫技术214
13.1.6 第一个网络爬虫程序214
13.2 网络爬虫的技术体系215
13.2.1 HTTP216
13.2.2 HTML/CSS/JavaScript217
13.2.3 数据存储222
13.2.4 并发编程225
13.2.5 反爬虫机制227
13.2.6 安全性227
13.2.7 代码设计228
13.3 爬虫页面采集技术228
13.3.1 requests库229
13.3.2 OCR技术231
13.4 Web信息提取技术234
13.4.1 XPath解析库234
13.4.2 爬虫框架238
小结241
习题241
第14章 Python网页制作243
14.1 网页制作概述243
14.2 Django简介245
14.3 Django安装与设置246
14.3.1 Django的下载与安装246
14.3.2 环境变量的设置247
14.3.3 Django开发Web的测试248
14.4 Django创建第一个项目249
14.5 Django模板252
14.5.1 Django模板的应用253
14.5.2 Django模板标签254
14.6 Django表单261
14.6.1 GET方法261
14.6.2 POST方法262
14.6.3 HttpRequest对象264
14.7 Django路由265
14.7.1 URL编写规则265
14.7.2 带变量的URL267
14.8 Django ORM268
14.8.1 数据库设置269
14.8.2 启动服务器270
14.8.3 创建模型271
14.8.4 数据的增删改查274
小结278
习题279
参考文献280

王映龙，男，博士研究生，江西农业大学计算机与信息工程学院院长、教授、硕士生导师，研究方向为计算机应用技术。主讲计算机引论、Java程序设计、Python程序设计等课程，主编Java程序设计等，编写教材6部。

廖牧鑫，江西农业大学计算机与信息工程学院青年教授。主要从事机器学习、计算机视觉与模式识别领域的研究，围绕 "语义分割、领域自适应、领域泛化" 等主题方向进行研究，发表中科院一区、二区等学术论文30余篇，包括IEEE Transactions、CCF-A类会议论文 (其中第一作者或通讯作者10篇)。在学术服务方面，担任IEEE TIP (中科院SCI一区、CCF-A刊) 、TNNLS (中科院SCI一区、CCF-B刊)、IEEE TMM (中科院SCI一区、CCF-B刊)、Computer Vision and Image Understanding (CCF-B刊)、 Knowledge-based System (中科院SCI一区) 、IEEE SPL (中科院SCI二区)、Neurocomputing (中科院SCI二区) 、Applied Intelligence (中科院SCI二区)、Display (中科院SCI二区)、ICLR等国际权威SCI期刊和会议的审稿人。

（1）目标明确、重点清晰。每一章都包含本章的学习目标，条理清楚、要求具体、可操作性强，为学生指明方向。完成全章学习后还可以对照学习目标，衡量和评估学习效果，比对性强。
（2）案例丰富、内容全面。每章都遵循先讲解基础知识、基本概念，再提供实用案例的原则，由易到难，循序渐进。针对重难点安排了丰富的案例，方便读者理解。
（3）资源多样、习题完备。编写时，注重以案例驱动、任务引导为主，特别是重点章节提供综合案例，每章后提供相应内容的习题，以方便教学。