Python自学手册

前言

Python是一门很有趣且实用的计算机语言。Python入门很容易，通过本书的实例学习，可以很轻松地掌握Python的一些基本语法，并且能够编写一些简单的应用程序。

本书内容：

前1~9课为语法部分，使用交互解释器学习python语言的基本语法。

后10~24课为应用部分，使用编辑器编写小段程序，掌握常用的python内置函数、模块和库。

学习建议：

编程通俗地讲，就是书写处理字符串和数字的代码。本书作为自学手册，有很多概念和描述不够细致，不能单独作为入门教程来使用，请初学者阅读相关基础教程，配合使用最佳。本书缺少视觉识别、科学计算和自然语言处理等方面的介绍，主要是因为难度太深，需要更多相关知识支撑，不适合于入门学习。本书使用Thonny IDE工具学习Python，所以不再细数Python自带的IDLE、Pycharm edu版和VsCode编辑器等。

笔名：温州水乡 信息技术教师 2020年2月8日 版权保留，请勿转载！

众志成城，抗击疫情，万众一心，春暖花开！

在线阅读 ：https://watercountry.github.io/Pyhandbook/

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预备课 Python语言简介

计算机语言

计算机语言概念 计算机语言（programming language），就是指计算机能够理解并接受执行，具有一定语法规范的语言。 计算机语言从诞生起共经历了机器语言、汇编语言和高级语言三个阶段。 机器语言是用符号0和1二进制代码表示计算机能直接识别和执行的机器指令集合。 汇编语言是一种用助记符mov、add、push等代替0和1二进制机器指令，便于记忆和书写的集合，被称作低级语言。 高级语言是相对于汇编语言而言，更类似人类自然语言的指令集合语言。像Python、Java、PHP、C#、Basic、C++、C 等等都是高级语言。

Python语言

Python起源 Guido van Rossum（吉多·范罗苏姆）是Python编程语言的创始人。出生于荷兰哈勒姆，数学计算机双硕士，现居美国，曾就职于Google公司。1989年圣诞节期间，在阿姆斯特丹，为了打发无聊的圣诞假期，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。因为迷恋BBC幽默剧《Monty Python飞行马戏团》，为了纪念喜剧天才Monty Python，于是将这门语言命名为Python。

Python应用场景 ​ Python的应用十分广泛，包括WEB开发、桌面软件、网络编程、爬虫开发、云计算开发、人工智能、自动化运维、金融分析、科学运算、游戏开发，甚至火星探测，搜索引擎，引力波分析等众多领域。

Python环境配置

一款好用的编辑器对编写与调试代码来说，都非常重要。 ​ Python自带IDLE交互解释器，还可以使用免费的Pycharm社区版或教育版，以及微软出品的Visual Studio Code轻量级代码编辑器和网页版jupyter notebook等进行学习编写。

Thonny编辑器

Thonny 是一个特别适合初学者及教学的 Python IDE，由爱沙尼亚的Tartu 大学开发，它采用了不同的方法，调试器是专为学习和教学编程而设计，并集成python3最常用的库。 ​ Thonny IDE官网地址为：http://thonny.org ​ Thonny-xxl集成版下载网址为：https://github.com/thonny/thonny/releases/

Thonny界面：菜单、工具栏、代码编辑器、Shell交互解释器

Thonny常规配置

Thonny主题配置

Thonny集成库

如果要补充更多的学习库，请从菜单工具里打开系统shell，然后在命令行中输入安装语句：

pip install 库名称

本书预计要安装以下学习库

pip install pyttsx3 ​ pip install pillow ​ pip install matplotlib ​ pip install pandas ​ pip install bottle

特别说明 本书指定使用Thonny-xxl版，基础知识编排参考Python官网文档目录，概念参考官网文档和网上中文资料，本书使用Markdown编辑器Typora编写而成，借此对所有学习资料提供者，表示深深的感谢！

第一课 数学计算器

1.1启用Python解释器

打开Thonny即可启用自带Python交互式解释器Shell。 ​ 如图输入1+2 后按回车，立即输出结果 3 。

1.2 数字运算

解释器就像一个简单的计算器一样：你可以在里面输入一个表达式然后它会写出答案。 ​ 表达式的语法很直接：运算符 +、-、* 、/ 和我们数学中的一模一样。 ​ 同样也可以使用括号（）来进行优先运算。计算乘方在Python中可以使用 ** 运算符。

>>> 1+2
3
>>> 10-3*2
4
>>> (10-3*2)/4
1.0
>>> 6/5
1.2
>>> 3**2
9

整数（比如 2、4、20 ）的类型是 int，有小数部分的（比如 1.0、1.2 ）的类型是 float。 ​ 除法运算 / 永远返回浮点数类型。 ​ 如果要得到一个整数结果（忽略小数部分）你可以使用 // 运算符；如果要计算余数，可以使用 %取模

xxxxxxxxxx
>>> 17/3
5.666666666666667
>>> 17//3
5
>>> 17%3
2
>>> 5*3+2
17
>>> 1.5*2
3.0
>>> 1.5*2+4
7.0

1.3变量运算

等号 = 用于给一个变量赋值。然后在下一个交互提示符之前不会有结果显示出来。 ​ 变量通常用英文字母表示，Python3也支持中文变量。 ​ 譬如，一个教室的长为10米，宽度为5米，求教室面积多少？

xxxxxxxxxx
>>> 长=10
>>> 宽=5
>>> 长*宽
50
>>> a=10
>>> b=5
>>> a*b
50

如果一个变量未赋值，使用它时，会向你提示错误，因为无法进行运算。 ​ 使用变量前，我们要对它进行赋值或给定一个初始值，通常数字 变量=0 作初始值。

xxxxxxxxxx
>>> n
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell>", line 1, in <module>
NameError: name 'n' is not defined

在交互模式下，变量会一直保持原来的值，除非你再重新赋值。这意味着当某个变量有变化时，仍然可以使用原先计算式进行重新计算。

早餐店的小饭团每个3元，小明买五个需要多少钱？后来饭团的价格每个提高了1元钱，现在小明同样买五个小饭团，需要多少钱？

xxxxxxxxxx
>>> price=3
>>> number=5
>>> price*number
15
>>> price=price+1
>>> price*number
20

xxxxxxxxxx
>>> 价格=3
>>> 数量=5
>>> 价格*数量
15
>>> 价格=价格+1
>>> 价格*数量
20

第二课 字符串处理

2.1 字符串显示和连接

除了数字，Python 也可以操作字符串。字符串有多种形式，可以使用单引号（'Hello'），双引号（"Hello"）都可以获得同样的结果 。

xxxxxxxxxx
>>> 'Hello'
'Hello'
>>> "我爱中国"
'我爱中国'
>>> "I'm Chinese."
"I'm Chinese."

相邻的两个或多个 字符串将会自动连接到一起，也可以用 + 进行连接（粘到一起）

xxxxxxxxxx
>>> 'ni''hao'
'nihao'
>>> 'ni'+'hao'
'nihao'
>>> '我'+'是'+'中国人'
'我是中国人'

可以用 * 进行重复字符串

xxxxxxxxxx
>>> 'good '*3
'good good good '
>>> "中国梦"*3
'中国梦中国梦中国梦'
>>> '12345'*3
'123451234512345'

2.2 字符串索引

字符串是可以被 索引 （下标访问）的，第一个字符索引是 0。单个字符并没有特殊的类型，只是一个长度为一的字符串。

xxxxxxxxxx
>>> word='China'
>>> word[0]
'C'
>>> word[4]
'a'

索引也可以用负数，这种会从右边开始倒数。注意 -0 和 0 是一样的，所以负数索引从 -1 开始。

xxxxxxxxxx
>>> word='我的中国心'
>>> word[-1]
'心'
>>> word[-5]
'我'

2.3 字符串切片

字符串还支持 切片。索引可以得到单个字符，而 切片 可以获取子字符串。 ​ 完整切片函数有三个参数：word [ 开始的索引号：结束的索引号：步长]

只有二个参数的切片函数： word [ 开始的索引号：结束的索引号] （默认步长为1）

只有一个参数的切片函数： word [ 开始的索引号：] 或 word [ ：结束的索引号]

xxxxxxxxxx
>>> word='我的中国心'
>>> word[0:5:2]
'我中心'
>>> word[0:2]
'我的'
>>> word[2:5]
'中国心'
>>> word[:2]
'我的'
>>> word[2:]
'中国心'

+-----+-----+-----+----+----+ | 我 | 的 | 中 | 国 | 心 | +-----+-----+-----+----+----+ 0 1 2 3 4

使用过大的索引会产生一个错误：

xxxxxxxxxx
>>> word[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range

内建函数 len() 返回一个字符串的长度：

xxxxxxxxxx
>>> word="路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。"
>>> len(word)
16

第三课 数据类型

Python使用赋值的方式创建变量，未赋值的变量是无法使用的。

Python变量直接赋值各种类型的数据。常用的数据类型有数字整型int、数字浮点型、字符串str、布尔值bool、列表list、元组tuple、字典dict等。

存储相同类型数据的变量可以做运算，不同类型的变量无法直接运算。

3.1数字类型

int整型、float浮点型

xxxxxxxxxx
>>> a=1
>>> b=2
>>> c=a+b
>>> c
3
>>> d=a/b
>>> d
0.5
>>> e=a+d
>>> e
1.5

3.2字符串类型

字符串使用英文单引号或双引号表示，如 'hello' 或 "world" ，特别注意不可以用中文引号。

xxxxxxxxxx
>>> word='good luck'
>>> word
'good luck'
>>> phone='12345678900'
>>> phone
'12345678900'
>>> chinese='我爱我的祖国'
>>> chinese
'我爱我的祖国'
>>> 

3.3布尔类型 bool

布尔值只有True 和 False。与其他数据类型做 and、or、not运算（与、或、否运算）时，会把0、空字符串和None看成 False，其他数值和非空字符串都看成 True。

xxxxxxxxxx
>>> a=True
>>> b=False
>>> a
True
>>> b
False
>>> a and b
False
>>> a or b
True
>>> not a
False
>>> not b
True

3.4复合数据类型

列表 List

Python 中可以通过方括号括起、逗号分隔得到一组数据列表。一个列表可以包含不同类型的元素，但通常使用时，各个元素类型保持相同，方便存取。

xxxxxxxxxx
>>> money=[3,4,8,5,7,6]
>>> money
[3, 4, 8, 5, 7, 6]
>>> money[0]
3
>>> money[-1]
6
>>> money[2:]
[8, 5, 7, 6]
>>> save=[1,4,5,3,2,0]
>>> money+save
[3, 4, 8, 5, 7, 6, 1, 4, 5, 3, 2, 0]

列表是一个可变类型，就是说，它自己的内容可以改变:

xxxxxxxxxx
>>> money=[3,4,8,5,7,6]
>>> money
[3, 4, 8, 5, 7, 6]
>>> money[0]=22
>>> money
[22, 4, 8, 5, 7, 6]

列表可以切片赋值，或者整个清空

xxxxxxxxxx
>>> word=['我', '热爱', '祖国']
>>> word+['山川', '河流', '田野']
['我', '热爱', '祖国', '山川', '河流', '田野']
>>> word[1:3]=['喜爱','家乡']
>>> word
['我', '喜爱', '家乡', '山川', '河流', '田野']
>>> word=[]
>>> word
[]

列表的方法： ​ 添加元素 list.append('元素') ​ 移除元素 list.remove('元素') ​ 列表排序 list.sort()

xxxxxxxxxx
>>> word=['我','爱','你']
>>> word.append('中国')
>>> word
['我', '爱', '你', '中国']
>>> word.remove('你')
>>> word
['我', '爱', '中国']
>>> m=[3,1,9,7,5]
>>> m.sort()
>>> m
[1, 3, 5, 7, 9]

内置函数 len() 也可以作用到列表上:

xxxxxxxxxx
>>> word=['我', '热爱', '祖国']
>>> len(word)
3

元组 Tuple

元组使用()小括号，特别注意的是，赋值后其中的元素不可修改。

xxxxxxxxxx
>>> grade=(7,8,9)
>>> grade
(7, 8, 9)
>>> grade[0]
7

字典 Dict

字典是另一种可变容器模型，且可存储任意类型对象。

每一个元素可以形成key-value对（键-值对) ，然后可以通过键key索引访问来读写对应的value值 。

字典使用{}大括号，每个成员用逗号分隔，每个成员和值用冒号分隔，每个成员名称用引号描述。

xxxxxxxxxx
>>> d={'name':'小明','age':12,'grade':7}   #定义一个字典
>>> d
{'name': '小明', 'age': 12, 'grade': 7}
>>> d['name']                             #读取一个成员的值
'小明'
>>> d['class']=1                          #增加一个成员       
>>> d
{'name': '小明', 'age': 12, 'grade': 7, 'class': 1}

还有一种容易阅读的赋值方法：元组转字典方法

xxxxxxxxxx
>>> book=dict(title='地球文明',author='张三',price=20)
>>> book
{'title': '地球文明', 'author': '张三', 'price': 20}
>>> book['title']
'地球文明'

遍历字典的方法：#items() 以列表返回可遍历的(键, 值) 元组数组。

​x
d={'name':'小明','phone':123,'address':'公园路1号'}
​
for key,value in d.items():
    print(key,value)

name 小明 phone 123 address 公园路1号

清空字典用 d.clear()

删除成员用del d['name']

删除字典用del d

字典是一种通过名字或者关键字引用值得数据结构，其键可以是数字、字符串、元组,这种结构类型也称之为映射。字典最方便之处，就是可以自定义数据结构，方便数据模型的读写和函数的参数传递。

第四课 表达式

Python表达式

python表达式是值，变量和操作符(或叫运算符)的组合。 ​ 单独的一个值是一个表达式，单独的变量也是一个表达式。 ​ Python代码就是由表达式和语句组成，并由Python解释器负责执行。

4.1算术表达式

算术运算符包括+, -, *, /, //, **, ~, % ​ 分别表示 加、减、乘、除、整除、乘方、取补、取模

xxxxxxxxxx
>>> a=1
>>> b=2
>>> c=3
>>> a+b
3
>>> b**c
8
>>> (a+b)*c
9

4.2比较表达式

比较运算符包括>, <, ==, !=, <=, >=用于比较两个表达式的值 ​ 分别表示大于、小于、等于、不等于、小于等于、大于等于。

xxxxxxxxxx
>>> a>b
False
>>> b<c
True
>>> a+b==c
True
>>> a!=b
True

4.3逻辑表达式

逻辑运算符包括and, or, not表示逻辑运算

xxxxxxxxxx
>>> x=True
>>> y=False
>>> x and y
False
>>> x or y
True
>>> not x
False

4.4身份表达式

身份运算符包括is, is not

xxxxxxxxxx
>>> a is b
False
>>> a is not b
True

4.5成员运算符

成员运算符包括 in, not in ​ 判断特定的值 包含 或 不包含 在列表里。

xxxxxxxxxx
>>> word='hello'
>>> 'e' in word
True
>>> 'f' in word
False
>>> nums=[1,2,3,4,5,6]
>>> 1 in nums
True
>>> 0 not in nums
True

第五课 输出输入

5.1 Print输出函数

使用格式： print(内容) ​ 内容可以是数值、字符串、各种类型的变量或表达式，以及更漂亮的格式化控制输出。

xxxxxxxxxx
>>> print(2020)
2020
>>> print('新年快乐!')
新年快乐!
>>> words=['每天','都是','新的开始。']
>>> print(words)
['每天', '都是', '新的开始。']
>>> a='我'
>>> b='是'
>>> c='中国人'
>>> print(a,b,c)
我 是 中国人
>>> print(a+b+c)
我是中国人
>>> n=2
>>> print(n+3)
5

要使用更漂亮格式化字符串输出 ，请在字符串的开始引号之前加上一个 f 或 F 。 ​ 在此字符串中，你可以在 { 和 } 字符之间写可以引用的变量或Python 表达式。

xxxxxxxxxx
>>> year=2020
>>> words='新年快乐！'
>>> print(f'热烈庆祝{year}{words}')
热烈庆祝2020新年快乐！

字符串内换行（\n）和重复输出（*重复次数）

xxxxxxxxxx
>>> print('我爱北京\n天安门')
我爱北京
天安门
>>> print('中国梦'*3)
中国梦中国梦中国梦

5.2 Input输入函数

使用格式：input(提示语) ​ 提示语内容可以为空或者字符串、变量内容。 ​ 可以将input输入赋值给一个变量，以获得输入内容。

xxxxxxxxxx
>>> input()
good
'good'
>>> input('你叫什么名字?')
你叫什么名字?张三
'张三'
>>> like=input('你的兴趣爱好是什么？')
你的兴趣爱好是什么？看书
>>> print(like)
看书

默认输入得到的是一个字符串，如果想得到数字，需要使用int()强制整型转换或eval()去引号。

xxxxxxxxxx
>>> input('你的年龄是多少？')
你的年龄是多少？18
'18'
>>> int(input('你的年龄是多少？'))
你的年龄是多少？12
12
>>> eval(input('你的年龄是多少？'))
你的年龄是多少？8
8

例题：

请编写一段程序，询问用户的年龄，根据输入的年龄，通过计算输出用户的出生年份？

xxxxxxxxxx
thisYear=2020
age=int(input('请输入你的年龄？ '))
birthYear=thisYear-age
print('你的出生年份是：',birthYear)

练习：

请参考例题按如下次序，编写一段购物小程序： ​ 1、输出“老好吃包子店，欢迎光临！” ​ 2、设定包子的价格price ​ 3、输出“包子价格：price 元/个” ​ 4、询问“请问，您需要几个包子数？”number ​ 5、计算总价cost ​ 6、输出“您一共购买 number 个包子，花费 cost 元。”

xxxxxxxxxx
price=2
print('老好吃包子店，欢迎光临！')
print(f'包子价格：{price}元/个')
number=int(input('请问，您需要几个包子数？ '))
cost=number*price
print(f'您一共购买{number}个包子，花费{cost}元。')

第六课 流程控制

流程控制就是指程序运行的顺序。

通常分为三类：顺序结构、分支结构和循环结构。

6.1顺序结构

顺序结构是按从上到下的顺序去执行代码。 ​ 编程实现：询问输入第一个数字，再询问输入第二个数字，计算两数之和，输出和。

xxxxxxxxxx
a=int(input('请输入第一个数字：'))
b=int(input('请输入第二个数字：'))
c=a+b
print(f"{a}加{b}等于{c}")

6.2分支结构

分支结构是根据条件判断来确定是否执行代码。 ​ 编程实现：询问输入一个整数，判断后输出是奇数还是偶数。

xxxxxxxxxx
n=int(input('请输入一个整数：'))
if n%2==0:
    print(n,'是偶数')
else:
    print(n,'是奇数')

6.3循环结构

循环结构是按一定的条件反复执行代码。 ​ 编程实现：请依次输出10以内的自然数

xxxxxxxxxx
while 条件表达式：
    执行的代码

xxxxxxxxxx
n=1
while n<11:
    print(n)
    n=n+1

xxxxxxxxxx
for 变量 in 列表：
    执行的代码

xxxxxxxxxx
for n in range(1,11):
    print(n)

6.4 Python缩进

Python语言对代码缩进有非常严格的要求，同一级别的代码缩进必须一致。不同级的代码必须缩进4个空格，我们可以使用键盘上的Tab制表键来快速缩进。 ​ If条件语句、while条件语句、for条件语句里面的执行语句都要缩进4个空格，并保持一致。我们后面将学习的函数内部的语句也都要缩进4个空格。仔细观察，你会发现所有要缩进的语句前面都有：冒号。

第七课 If 语句

7.1 If 语句的基本形式：

xxxxxxxxxx
if 判断条件：
    执行语句
else：
    执行语句…

其中"判断条件"成立时（非零），则执行后面的语句。 ​ else 为可选语句，当需要在条件不成立时执行内容则可以执行相关语句。

例题：

编程实现：输出”成绩管理系统“，询问”请输入你的访问密码：“，如果密码正确，输出”密码正确，你可以访问!“，否则输出”密码错误，请重新输入!“。

xxxxxxxxxx
print('成绩管理系统')
password=input('请输入你的访问密码:')
if password=='123456':
    print('密码正确，你可以访问!')
else:
    print('密码错误，请重新输入!')

练习：

编程实现：设计一个谜语问答程序，输出谜题，询问谜底，如果正确输出“恭喜您，答对了！”，否则输出“回答错误，请继续努力！”

实践：

编程实现：输出程序标题“猜数字”，询问“请输入一个数字：”，如果大于某数字输出“您猜大了！”，否则输出“您猜小了！”，如果相等输出“恭喜，您猜对了！”

xxxxxxxxxx
print('猜数字')
number=int(input('请输入一个数字：'))
if number>18:
    print('你猜大了！')
elif number<18:
    print('你猜小了！')
else :
    print('恭喜你，答对了！')

应用：

编程实现：体重指数(BMI)的计算方法是：BMI=体重(千克)/身高的平方(米)。 专家建议，中国人体重指数的最佳值应该是20-22，BMI大于22.6为超重，BMI大于30为肥胖，低于18为偏瘦。例如，你的体重指数为:BMI=55公斤/(1.65×1.65)=20.2，BMI在正常范围,符合健康标准。

第八课 For语句

8.1 for语句用法：

Python 中的 for 语句并不总是对算术递增的数值进行迭代，而是对任意序列进行迭代（例如列表或字符串），迭代顺序与它们在序列中出现的顺序一致。 ​ 用法： for 变量 in 数据序列：

例题：

编程实现：输出标题”拆单词“，询问”请输入一个单词“，输出单词里的每一个字母。

xxxxxxxxxx
print('拆单词')
word=input('请你输入一个单词：')
for c in word:
    print(c)

练习：

编程实现：输出标题”拆句子“，询问”请输入一段中文句子“，定义一个列表，遍历句子中的每一个汉字，并将每个汉字分别存储到列表中，然后输出列表。

8.2 range函数

如果你需要遍历一个数字序列，内置函数 range() 会派上用场，它会生成算术级数。 ​ 编程实现：输出10以内的自然数

xxxxxxxxxx
for n in range(10):
    print(n)

range也可以从某个数字开始，到某个数字终止。但给定的终止数值并不在要生成的序列里。

xxxxxxxxxx
for n in range(1,5):
    print(n)

range还可以用指定的数值增加或减少（有时这也被叫做幅度或步进）。

xxxxxxxxxx
for n in range(1,20,5):
    print(n)

例题：

编程实现：使用for 语句和range函数，输出20以内的偶数序列

xxxxxxxxxx
for n in range(2,20,2):
    print(n)

模仿练习：使用for 语句和range函数，输出20以内的奇数序列

应用：

编程实现：输出标题”高斯求和“，使用for 语句和range函数自动计算从1到100所有数之和并输出。

xxxxxxxxxx
print('高斯求和')
s=0
for n in range(1,101):
    s=s+n
print(f'从1到100所有自然数之和：{s}')

探究：

"水仙花数"是指一个三位整数的自幂数，其各位数字的3次方和等于该数本身。（1^3 + 5^3+ 3^3 = 153）‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‭‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‭‬‫‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‫‬‮‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‫‬‮‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‭‬‫‬ ​ 编程实现：通过阅读，请用程序计算搜索10000以内的水仙花数并输出。

xxxxxxxxxx
print("100-1000之间的水仙花数有：")
for i in range(100, 1000):
    j = int(i / 1 % 10)  # 取个位 
    k = int(i / 10 % 10)  # 取十位
    m = int(i / 100 % 10)  # 取百位
​
    if i == (j ** 3 + k ** 3 + m ** 3):
        print(i)

请查阅有关自幂数的资料，用编程方式计算搜索其他的自幂数。

第九课 While语句

9.1 while语句用法:

循环语句是在满足一定条件下重复执行某段程序，直至条件不满足为止。 ​ 给定的条件称为循环条件，反复执行的程序段称为循环体。

xxxxxxxxxx
while 条件表达式：
    执行的代码

例题一

编程实现： 重复询问‘请输入密码’，如果正确则输出‘密码正确’并结束询问，否则输出‘密码错误’。

xxxxxxxxxx
while True:
    word=input("请输入密码：")
    if word =='123':
        print('密码正确！')
        break
    else:
        print('密码错误！')

例题二

编程实现： 使用while语句统计1到100自然数之和。

xxxxxxxxxx
n=1
s=0
while n<=100:
    s=s+n
    n=n+1
print(s)

探究

斐波那契数列（Fibonacci sequence）。1202年，意大利数学家Leonardo Fibonacci提出了这样一个问题：在最佳条件下，一年里，一对兔子能繁殖多少对兔子？ 这个理论实验规定，母兔总是生下成对的兔宝宝，每对由一公一母组成。每个月的兔子对数：1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89，144。这个数列从第3项开始，每一项都等于前两项之和，这个数列被命名为斐波那契数列，又称黄金分割数列。

编程实现：请输出100以内的斐波那契数列

xxxxxxxxxx
print('斐波那契数列')
a=1
b=1
print(a)
print(b)
while a+b<100:
    c=a+b
    a=b
    b=c 
    print(c)   

病毒传播速度：某病毒的传播率为2，请查阅资料使用编程方式预测30天内理论上的传播趋势数列？

第十课 import导入模块

10.1 模块的概念：

模块：将一组功能相关的代码写入一个单独的.py文件中，需要时进行导入，这个文件就是模块。 包：有层次的文件目录结构，内部有多个模块或多个子包，一般要有init.py这个文件 库：完成一定功能代码的集合，完成的功能一般更加广泛，可以是模块，也可以是包。

10.2 随机数模块random

random.random()函数生成一个随机的浮点数，范围是在0.0~1.0之间。

xxxxxxxxxx
import random
​
random.random()

random.randint()随机生成一个整数int类型，可以指定这个整数的范围。 ​ 使用方法：random.randint(2，9) 表示生成包含数字2到9范围内的一个随机整数。 ​ 编程实现：随机点名（1-40名同学序号）

xxxxxxxxxx
import random
​
while True:
    n=random.randint(1,40)
    print('随机选取学号为：',n)
    word=input('你打算重新选取吗y/n?')
    if word is 'n':
        break

random.choice()可以从任何序列，比如列表、字符串等中选取一个随机的元素返回。 ​ 使用方法：random.choice('A','B','C','D','E')表示生成包含A到E范围内的一个随机序列元素。 ​ 编程实现：石头剪子布游戏

xxxxxxxxxx
import random
​
list=['石头','剪刀','布']
print('石头剪子布游戏')
while True:   
    print('—'*15) 
    word=input('请选择（石头、剪刀、布）：')
    computer=random.choice(list)
    print(f'计算机选择{computer}，你选择{word} ')
    if word==computer:
        print('你猜对了！')
    else:
        print('你猜错了！')

10.3 时间模块time

使用time.sleep(秒)可以让程序休眠一段时间，以秒为单位，可以是小数。 ​ 编程实现：时间提醒器（每隔五秒，提醒一次）

xxxxxxxxxx
import time
​
print('时间提醒器')
while True:
    time.sleep(5)
    print('已经过五秒钟了')

10.4 其他模块

常用的内置模块包括日历模块calendar、系统模块sys和os 、xml标记语言模块等

xxxxxxxxxx
import sys
​
sys.version

xxxxxxxxxx
import os
​
os.getcwd()

第十一课 函数

11.1什么是函数

函数是指将一组单一功能的代码，通过一个名字封装起来，要想执行这个函数，只需调用其函数名即可。函数能提高代码重复利用率和应用的模块性。

11.2定义函数

关键字 def 引入一个函数 定义。它必须后跟函数名称和带括号的形式参数列表。 ​ 构成函数体的语句从下一行开始，并且必须缩进四个空格。

定义函数的格式：

xxxxxxxxxx
def 函数名(形式参数):
    函数体
    return 返回值

定义一个加法函数：

xxxxxxxxxx
def add(a,b):
    result=a+b
    return result
​
#add加法函数使用方法
add(5,3)

8

定义一个欢迎函数：

xxxxxxxxxx
def hello(name):
    say=f'欢迎{name}同学来到我们的课堂。'
    return say
​
#hello欢迎函数使用方法
hello('小明')

欢迎小明同学来到我们的课堂。

定义一个数列求和函数：S(n)=1+2+3+...+n

xxxxxxxxxx
def sn(n):
    result=0
    for i in range(1,n+1):
        result=result+i
    return result
​
#sn数列求和函数使用方法
sn(100)

5050

综合练习

编程实现：请使用函数来编写一个简单的打字程序

基本功能：

运行后，出来欢迎词“欢迎使用TT打字练习！”

显示菜单说明，输入TT表示开始打字，输入QT表示退出打字

接着显示英文单词或中文词语

如果输入正确，计数并显示下一个单词

退出时，显示打字速度，每分钟多少个单词，根据速度做出成绩等级评价

第十二课 加密函数

加密的概念

加密：以某种特殊的算法改变原有的信息数据，使得未授权的用户即使获得了已加密的信息，但因不知解密的方法，仍然无法了解信息的内容。 ​ 加密之前的原始报文称为明文，加密之后的报文叫密文。

12.1 最早的密码

公元前19世纪，古代埃根据身边的动植物等东西发明了象形文字，公元前1900年左右建造了一块石碑，上面使用的象形文字，被认为是最古老的密码。

中国的象形文字就是甲骨文，起源于商朝时期，约公元前17世纪，距今约3600多年的历史。

12.2 换位密码

公元前十三世纪，在旧约圣经中也使用了密码。其中之一是希伯来语的換字密码，它在文字上加上号码，从最初的顺序和末尾进行替换。在将字母26文字作为暗号的情况下，将A作为Z，以B为Y，按照这样的顺序进行替换制作。

编写实现：将一段句子中文字进行前后调换位置，形成简单的换位密文

xxxxxxxxxx
def encryp(word):
    #文字加密函数
    listword=list(word)
    n=len(listword)
    m=n//2
    for i in range(m):
        listword[i],listword[n-1-i]=listword[n-1-i],listword[i]
        
    result=''.join(listword)
    return result
​
word=input('请输入一段文字：')
enword=encryp(word)
print('换位之后的文字：',enword)

12.3 凯撒密码

古代罗马将军尤里斯·凯撒（恺撒大帝，公元前100 ~ 44年）使用的密码，并列两排文字，然后用代换的方法。在这种密码中，从A到W的每个字母在加密时用字母表中位于后三位的那个字母代替，字母XYZ分别被替换成abc。譬如在三个移位的情况下，信息BOY就变换成erb；密文girl对应的明文则是DFOI。

你能编写一段程序，用凯撒密码的加密方式，给英文句子加密吗？

12.4 python加密库

Base64加密和解密

Base64是一种用64个字符来表示任意二进制数据的加密方法。Base64编码可以称为密码学的基石。可以将任意的二进制数据进行Base64编码。所有的数据都能被编码为并只用65个字符就能表示的文本文件。

xxxxxxxxxx
import base64
​
word='健康快乐'
result=base64.b64encode(word.encode('utf8'))     #加密
print(result)
​
decode=base64.b64decode(result)                  #解密
print(decode.decode('utf8'))

MD5加密

message-digest algorithm 5（信息摘要算法）。 ​ md5其实就是一种算法。可以将一个字符串，执行md5运算后，就可以生成一个固定长度为128bit的串。md5为不可逆算法。

xxxxxxxxxx
import hashlib
​
word='节日快乐！'
hb=hashlib.md5()             # 创建md5对象
hb.update(word.encode())     # md5加密运算
​
print(word)
print(hb.hexdigest())

第十三课 文本转语音库

13.1 文本转语音库 Text to Speech (TTS) library

Python中实现文本转语音可以使用讯飞开放平台、百度AI开放平台，还可以使用最方便简单pyttsx3语音库。

安装方法 pip install pyttsx3

13.2 文字朗读

xxxxxxxxxx
import pyttsx3                     #导入语音引擎库
​
text='春眠不觉晓，处处闻啼鸟。'
voice=pyttsx3.init()               #初始化并启用语音引擎
voice.say(text)                    #文本转语音
voice.runAndWait()                 #运行并等待，完成语音转换

getProperty('属性') 获取相应属性数值

setProperty('属性',数值) 设置相应属性数值

常用的属性包括：语速 rate 音量 volume 等

控制语速（调节频率）

xxxxxxxxxx
import pyttsx3
​
text='春眠不觉晓，处处闻啼鸟。'
voice=pyttsx3.init()
#rate = voice.getProperty('rate')   #读取语速数值
#print(rate)                        #去注释可以查看默认语速数值是200
voice.setProperty('rate', 160)
voice.say(text)
voice.runAndWait()

13.3 词语列表朗读：

xxxxxxxxxx
import pyttsx3
​
word=['boy','girl','男孩','女孩','天气预报','今天的气温0到10摄氏度']
voice=pyttsx3.init()
for s in word:    
    voice.say(s)
    voice.runAndWait()

第十四课 文件读写

14.1 python内置open函数提供文件对象的操作

文件句柄 = open('文件路径', '模式'，编码方式) ​ 模式： ​ r 以只读方式打开文件。这是默认模式，文件必须存在，不存在则抛出错误。 ​ w 打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件。

文本读取：新闻朗读

xxxxxxxxxx
import pyttsx3
​
f= open('data/news.txt','r',encoding='utf-8')  #打开data目录中news.txt文件
text=f.read()                                  #读取文件
f.close()                                      #关闭文件
​
print(text)
​
voice=pyttsx3.init()
voice.say(text)
voice.runAndWait()

文本写入：歌词录入

xxxxxxxxxx
f=open('song.txt','w',encoding='utf-8')      #打开文件
text='''
我的中国心
歌手：张明敏
河山只在我梦萦
祖国已多年未亲近
可是不管怎样也改变不了
我的中国心
洋装虽然穿在身
我心依然是中国心
我的祖先早已把 我的一切
烙上中国印
'''
f.write(text)                                #将text文本内容写入文件
f.close()                                    #关闭文件

第十五课 表格处理

15.1 Pandas工具集

Pandas是一个强大的分析结构化数据的工具集，其提供的read_excel() 和to_excel()能够方便高效地进行excel文件的读写。pandans依赖处理Excel的xlrd模块，需要提前安装。生成表格失败时，请注意是否安装openpyxl模块。 ​ 安装命令： ​ pip install pandas ​ pip install xlrd ​ pip install openpyxl

15.2 探究

请准备一份跟下面一样的表格文档：成绩单.xlsx

然后依次在交互式解释器中输入代码，检验并理解 pandas库各函数使用方法。

xxxxxxxxxx
import pandas as pd                    #导入Pandas库
​
df=pd.read_excel('成绩单.xlsx')        #读取excel表格文件，默认读取第一张工作表

df 获取表格数据：

xxxxxxxxxx
df.语文                                #显示语文列数据

0 100 1 90 2 80 3 70 4 60 5 50 6 40 7 30 8 20 9 10 Name: 语文, dtype: int64

xxxxxxxxxx
df.总分=df.语文+df.数学                 #求总分

xxxxxxxxxx
df.语文.count()                          #求语文列的记录行数   

10

xxxxxxxxxx
df.语文.sum()                           #求语文列分数之和

550

xxxxxxxxxx
df.语文.mean()                           #求语文列分数平均值

55.0

xxxxxxxxxx
df.语文.min()                           #求语文列最低分数

10

xxxxxxxxxx
df.语文.max()                           #求语文列最高分数

100

xxxxxxxxxx
df[['语文','数学','总分']].sum()         #求语文、数字、总分各列分数之和

语文 550 数学 500 总分 1050 dtype: int64

xxxxxxxxxx
df.describe()                           #快速查看各列数据的统计摘要

xxxxxxxxxx
df.sort_values(by='语文')                 #按语文成绩排列（默认升序）

xxxxxxxxxx
df['班级']='801'                           #增加新列，名称为班级，同时赋初始值为801

xxxxxxxxxx
df.性别.value_counts()                    #统计列元素出现次数

男 6 女 4 Name: 性别, dtype: int64

xxxxxxxxxx
df[df.语文==60]                           #筛选出语文成绩等于60的数据记录

xxxxxxxxxx
df[df.语文>60]                           #筛选出语文成绩大于60的数据记录

xxxxxxxxxx
df[(df.语文>60) & (df.数学<80) ]      #筛选出语文成绩大于60且数学成绩小于80的数据记录

xxxxxxxxxx
temp=df[df.总分>120]                #筛选出总分大于120以上的数据记录，保存到临时变量中
temp.to_excel('优秀名单.xlsx')       #使用to_excel()函数，生成新表格

15.3 实战应用

编程实现：请先统计总分，再筛选出语文成绩在平均分以上的数据记录，并生成一张新表。

xxxxxxxxxx
import pandas as pd
​
df=pd.read_excel('成绩单.xlsx')
df.总分=df.语文+df.数学
wumean=df.语文.mean()
​
temp=df[df.语文>wumean]
temp.to_excel('语文优秀.xlsx')
​
print('生成完毕!')

第十六课 图像处理

16.1 二维码

二维码（QR Code）：利用“0”、“1”二进制数据将黑白小方块按一定规律组成图案，记录数据符号信息。数据符号可以是文字、电子邮件、网址等信息。 ​ Python-qrcode库可以生成二维码。 ​ 安装方法： ​ pip install qrcode ​ 使用方法： ​ qrcode.make('内容')生成二维码图片

示例

xxxxxxxxxx
import qrcode
​
img = qrcode.make('https://github.com')
img.save('二维码.png')

16.2 Pillow图像库

Python图像处理库（PIL：Python Image Library），支持广泛的图片格式和强大图像处理功能。

安装方法： ​ pip install Pillow

PIL库中最重要的类是Image类，可以创建图像、加载图像、显示图像、读取图像信息以及保存图像。 ​ Image.new(mode,size,color=0)新建图像 ​ Image.open(filename) 加载图像 ​ Image.crop((left, up, right, below)) 裁切图像（左上右下坐标） ​ Image.paste(img,box,mask) 粘贴图像（box参数是左上边距） ​ Image.rotate(angle) 旋转图像 （angle是角度） ​ Image.save(fp,format) 保存图像（fp是文件名含路径，format是图像格式）

xxxxxxxxxx
from PIL import Image               #导入Pillow库，缩写PIL
​
img=Image.open('企鹅.jpg')          #Image模块中的open函数加载图像
img.show()                          #显示图像

利用返回的Image对象的属性，读取图像信息。 ​ 对象属性包含：文件名 Image.filename 图片格式 Image.format 图片模式 Image.mode 图片宽度 Image.width 图片高度 Image.height 图片内容 Image.info等。

xxxxxxxxxx
print(img.format,img.size,img.mode)

JPEG (1024, 768) RGB

crop函数可以裁切指定区域图像，采用左上角为 (0, 0)的坐标系统。

xxxxxxxxxx
m=img.crop((0, 0, 400, 200))  # 从左上角开始 裁切 400*200的图片
m.save('企鹅裁切.png','PNG')

paste函数可以粘贴小图到另一张大图上，split函数可以分离图像通道（r g b a指红绿蓝alpha透明通道）。

xxxxxxxxxx
from PIL import Image
​
im=Image.open('orange.png')        #读取垫底的大图片
face=Image.open('face.png')        #读取粘贴的小图片
r,g,b,a=face.split()               #分离通道，才能支持png图片的透明背景
im.paste(face,(100,50),mask=a)     #粘贴
im.show()                          #显示

ImageChops类可以用于制作图像特效，图像组合，算法绘图等图像的算术运算处理。

两张图片合成：ImageChops.add() 函数

函数使用方法：img= ImageChops.add(img1,img2,scale,offset,) 其中（scale为深度,offset为偏移量）

xxxxxxxxxx
from PIL import Image,ImageChops
​
img1=Image.open('沙漠.jpg')
img2=Image.open('企鹅.jpg')
​
img= ImageChops.add(img1,img2,scale=2.0,offset=0)
img.save('沙漠企鹅.jpg')

第十七课 网络爬虫

17.1 什么是爬虫Crawler

网络爬虫又称为网页蜘蛛或网络机器人。如果我们把互联网比作一张很大很大的蜘蛛网，那么互联网上连接的一台台计算机上的数据便是蜘蛛网上的猎物，而爬虫程序就是一只小蜘蛛，通过网络访问抓取想要的猎物。

学习网络爬虫相关内容时，请学习一下有关网络安全法规知识，以免触犯法律。请勿使用爬虫程序连续向目标点发起请求，否则可能被视为非法请求或访问攻击，。

《中华人民共和国网络安全法》是为了保障网络安全，维护网络空间主权和国家安全、社会公共利益，保护公民、法人和其他组织的合法权益，促进经济社会信息化健康发展，制定的法律，自2017年06月01日起实施执行。

第三章网络运行安全第二十七条：任何个人和组织不得从事非法侵入他人网络、干扰他人网络正常功能、窃取网络数据等危害网络安全的活动；不得提供专门用于从事侵入网络、干扰网络正常功能及防护措施、窃取网络数据等危害网络安全活动的程序、工具；明知他人从事危害网络安全的活动的，不得为其提供技术支持、广告推广、支付结算等帮助。

爬虫工作流程 1、向目标站点发起RequestRequest请求。 2、如果服务器能正常响应，则会得到一个ResponseResponse，包含html，json，图片，视频等信息数据。 3、解析内容（解析html数据，正则表达式，解析json数据），获取有价值的信息数据。

17.2 爬取文本

requests-html 库是基于现有的框架 PyQuery、Requests、lxml、beautifulsoup4等库进行了二次封装，作者将Requests设计的简单强大的优点带到了该项目中。 安装方法 pip install requests_html

爬取文章内容

xxxxxxxxxx
from requests_html import HTMLSession       #导入requests-html库 HTMLSession类
​
session = HTMLSession()                     #创建一个实例
#文章网址（代码中为虚拟网址）
url='https://localhost/chapter/lesson/hrjCUf4ex0RJOksJclx2t' 
​
r = session.get(url)                        #发送申请并获取响应内容     
​
#打印查看文字的标签class属性 <div class="read-content 确定文本位置
#print(r.html.html)         
e = r.html.find("div.read-content", first=True)  #解析并获得该标签内容
print(e.text)  

“公子，公子~”陈曦模模糊糊的听到有人在自己的耳边唧唧歪歪。 头好重，陈曦艰难的睁开眼睛，早知道就不应该喝那么多酒…… …… 这已经不是历史上的三国时代了，这大概是神话版的三国时代了吧，陈曦默默地想到。

17.3 爬取图片

xxxxxxxxxx
from requests_html import HTMLSession       #载入爬虫模块
​
session =HTMLSession() 
#图片搜索网址：（代码中为虚拟网址）
url='http://localhost/search/index?p=image&word=笑脸'
response = session.get(url)
​
regex = '"thumbURL":"{}",'                  #获取我们图片的url的正则匹配格式
url_list = response.html.search_all(regex)  #解析并获取所有图片链接 url_list
​
img=url_list[0]                             #取第一张图片链接
response= session.get(img[0])               #爬取第一张图片
with open(f'笑脸.jpg','wb') as f:
    f.write(response.content)              #保存图片到当前目录

17.4 爬取天气

XML可扩展标记语言（Extensible Markup Language），可以用来自定义标签标记数据、传输和存储数据。 ​ Python解析xml语言，可以使用xml.dom.minidom包。 ​ 将xml字符串转为xml文档： dom=parseString('text')
​ 打开xml文档： dom = xml.dom.minidom.parse('abc.xml')

xxxxxxxxxx
import requests
from xml.dom.minidom import parseString         #导入解析字符串的包
​
#天气预报接口
r=requests.get('http://flash.weather.com.cn/wmaps/xml/wenzhou.xml')
r.encoding='utf-8'                              #使用utf-8编码，否则中文乱码
​
dom=parseString(r.text)                         #字符串文本转xml
​
citylist=dom.documentElement                    #获取xml文档的根节点
citys=citylist.getElementsByTagName('city')     #获取所有城市节点，共9个县市
wz=citys[4]                                     #获取第5个城市节点
​
#print(wz.toxml())                              #查看分析该节点的内容和属性
​
time=wz.getAttribute('time')                    #获取节点的属性getAttribute
cityname=wz.getAttribute('cityname')            
weather=wz.getAttribute('stateDetailed')
temperature =wz.getAttribute('temNow')
wind=wz.getAttribute('windState')
​
#显示城市名、天气、当前气温、风力信息
print('今天',time,cityname,weather,temperature,'℃',wind)   
​

今天 19:00 温州市 阴转多云 10 ℃ 微风转东风微风级

第十八课 可视化数据

18.1 Matplotlib图表库

Matplotlib库可以绘制折线图、散点图、条形图、饼图、直方图、箱线图、热力图等常见的图表。 ​ 数据可视化主要借助于图形化手段，清晰有效地传达与沟通数字信息，形成可直观的数据趋势图。 ​ 安装方法： ​ pip install matplotlib ​ 导入方法： ​ import matplotlib.pyplot as plt ​ plot函数一般的调用形式: ​ plt.plot(x,y) 参数为x和y坐标数据列表

18.2 折线图：一天内的气温变化图

2019年1月2日温度变化： 温度：8,8,9,13,16,14,13

xxxxxxxxxx
import matplotlib.pyplot as plt
​
temp=[8,8,9,13,16,14,13]
plt.plot(temp)                #如果只写一个轴坐标，那么默认为y轴数据（x轴数据自动增加）
plt.show()                    #显示图表 

2019年1月2日随时间的温度变化 ：

温度：8,8,9,13,16,14,13

时间：2,5,8,11,14,17,20

xxxxxxxxxx
import matplotlib.pyplot as plt
​
temp=[8,8,9,13,16,14,13]
tick=[2,5,8,11,14,17,20]
plt.plot(tick,temp)
plt.show()

18.3 条形图：

plt.bar(x, y)

成绩对比图 姓名：张三，李四，王五 成绩：98，75，86

xxxxxxxxxx
import matplotlib.pyplot as plt
​
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']      #支持中文，防止乱码
​
students=['张三','李四','王五']
scores=[98,75,86]
plt.bar(students, scores)
plt.title('学生成绩分析图')
plt.show()