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第2章Python程序实例解析,温度转换程序实例,温度刻画存在不同体系，摄氏度以1标准大气压下水的结冰点为0度，沸点为100度，将温度进行等分刻画。华氏度以1标准大气压下水的结冰点为32度，沸点为212度，将温度进行等分刻画。问题：如何利用Python程序进行摄氏度和华氏度之间的转换,温度体系,步骤1：分析问题。这里给出三个角度。第一，利用程序进行温度转换，由用户输入温度值，程序给出输出结果。这是最直观的理解。（我们将以第一种理解角度为例编写并讲解余下程序步骤。）,温度转换实例,第二，可以通过程序自动监听温度信息发布渠道（如收音机、电视机等）给出的温度播报源数据，通过语音识别、图像识别等方法自动获得温度值，再由程序完成转换输出给用户。这种角度相比第一种不需要用户给出输入。第三，随着互联网的高度普及和接入的便捷，程序也可以定期从温度信息发布网站获得温度值，再将温度信息转换成旅行者熟悉的方式。,温度转换实例,步骤2：划分边界：在确定问题计算部分的基础上进一步划分问题边界，即明确问题的输入数据、输出数据和对数据处理的要求。由于程序可能接收华氏温度和摄氏温度，并转换为另一种，该功能的IPO描述如下：输入：华氏或者摄氏温度值、温度标识处理：温度转化算法输出：华氏或者摄氏温度值、温度标识,温度转换实例,步骤3：设计算法，F表示华氏度，82F表示华氏82度C表示摄氏度，28C表示摄氏28度根据华氏和摄氏温度定义，转换公式如下：C=(F32)/1.8F=C*1.8+32,温度转换实例,步骤4：编写程序,温度转换实例,步骤5：调试、运行程序在系统命令行上运行如下命令执行程序：C:pythonTempConvert.py或者：使用IDLE打开上述文件，按F5运行（推荐）输入数值，观察输出,温度转换实例,步骤6：升级维护与人一样，任何程序都有生命周期。促使程序生命结束的事件有很多，例如：平台更换、使用方式变化、算法改进等。对于上述例子，只要中国、美国使用不同的温度标准，温度转换的问题将一直存在。随着问题使用场景、输入和输出要求等因素的变化，程序将需要不断地维护和升级,温度转换实例,Python语法元素分析,Python语言采用严格的“缩进”来表明程序的格式框架。缩进指每一行代码开始前的空白区域，用来表示代码之间的包含和层次关系。1个缩进=4个空格缩进是Python语言中表明程序框架的唯一手段,程序的格式框架,单层缩进多层缩进,程序的格式框架,注释是程序员在代码中加入的一行或多行信息，用来对语句、函数、数据结构或方法等进行说明，提升代码的可读性。注释是辅助性文字，会被编译或解释器略去，不被计算机执行。例如，实例代码1.1中第1行就是一个注释。#e1.1TempConvert.py,注释,注释：程序员在代码中加入的说明信息，不被计算机执行注释的两种方法：单行注释以#开头#Herearethecomments多行注释以开头和结尾ThisisamultilinecommentusedinPython,注释,注释主要有三个用途。第一，标明作者和版权信息。在每个源代码文件开始若干行增加注释，标记编写代码的作者、日期、用途、版权声明等信息第二，解释代码原理或用途。在程序关键代码附近增加注释，解释关键代码作用，增加程序的可读性。第三，辅助程序调试。在调试程序时候，可以通过单行或多行注释临时“去掉”一行或连续多行与当前调试无关的代码，辅助程序员找到程序发生问题的可能位置。,注释,与数学概念类似，Python程序中采用“变量”来保存和表示具体的数据值。为了更好使用变量等其他程序元素，需要给它们关联一个标识符（名字），关联标识符的过程称为命名。命名用于保证程序元素的唯一性。例如，实例代码1.1中，TempStr是一个接收输入字符串的变量名字,命名与保留字,常量：程序中值不发生改变的元素变量：程序中值发生改变或者可以发生改变的元素Python语言允许采用大写字母、小写字母、数字、下划线(_)和汉字等字符及其组合给变量命名，但名字的首字符不能是数字，中间不能出现空格，长度没有限制注意：标识符对大小写敏感，python和Python是两个不同的名字,命名与保留字,Python3.x保留字列表(33个),命名与保留字,存储和处理文本信息在计算机应用中十分常见。“文本”在程序中用字符串（string）类型来表示。Python语言中，字符串是用两个双引号或者单引号括起来的一个或多个字符。实例代码1.1中第2、3、5、6、8、10行代码都包含带有双引号的字符串。,字符串,字符串包括两种序号体系：正向递增序号和反向递减序号。如果字符串长度为L：正向递增需要以最左侧字符序号为0，向右依次递增，最右侧字符序号为L-1；反向递减序号以最右侧字符序号为-1，向左依次递减，最左侧字符序号为-L。,字符串,Python字符串也提供区间访问方式，采用N:M格式，表示字符串中从N到M（不包含M）的子字符串，其中，N和M为字符串的索引序号，可以混合使用正向递增序号和反向递减序号。实例代码1.1中第4、7行TempStr0:-1表示字符串TempStr变量第0个字符开始到最后一个字符（但不包含最后一个字符）的子串。,字符串,这里，以温度转换实例中语句为例，假如用户输入的字符串是110C，相应的字符串操作结果如下：,字符串,Python语言中，=表示“赋值”，即将等号右侧的值计算后将结果值赋给左侧变量，包含等号（=）的语句称为“赋值语句”Python字符串的两种序号体系同步赋值语句：同时给多个变量赋值,=,赋值语句,例：将变量x和y交换采用单个赋值，需要3行语句：即通过一个临时变量t缓存x的原始值，然后将y值赋给x，再将x的原始值通过t赋值给y。t=xx=yy=t,赋值语句,采用同步赋值语句，仅需要一行代码：x,y=y,x,赋值语句,获得用户输入之前，input()函数可以包含一些提示性文字=input(),Imput()函数,分支语句是控制程序运行的一类重要语句，它的作用是根据判断条件选择程序执行路径，使用方式如下：if:elif:.else:,分支语句,if、elif、else都是保留字，else后面不增加条件，表示不满足其他if语句的所有其余情况。实例代码1.1中第3、6、9行采用了“if-elif-else”类型的分支语句，如下：,分支语句,其中，第3行if语句包含第一个条件表达式：TempStr-1inF,f该表达式由保留字in组成，表示判断字符串TempStr的最后一个字符（TempStr-1）是否在一个由F或者f组成的集合中，即TempStr-1是否等于F或者f。如果相等，则返回True，否则返回False。,分支语句,对于if语句来说，当in表达式返回True时，执行第4、5行语句内容，如果返回False，则执行第6行的elif语句，判断下一个条件。第3行语句判断用户输入的温度值是否是华氏度。同理，第6行elif语句判断字符串TempStr的最后一个字符（TempStr-1）是否在一个由C或者c组成的“集合”中，如果条件成立，则继续执行第7、8行语句，否则执行第9行语句。第6行语句判断用户输入的温度值是否是摄氏度。,分支语句,第9行else语句没有判断条件，表示当所有if、elif条件都不满足时所执行的语句。表示用户输入的内容不符合预定义的摄氏温度值和华氏温度值格式，对于该程序来说，用户输入出现了错误。,分支语句,用户输入两个数字，计算它们的平均数，并输出平均数,Eval（）函数,简单说，eval()的作用是将输入的字符串内容变成Python语句，并执行这个语句。实例代码1.1使用eval()函数将用户的部分输入（TempStr0:-1）由字符串转换成数字，假设用户输入102C，经过eval()函数处理，将变成Python内部可进行数学运算的数值102。,Eval（）函数,使用eval()函数处理字符串需要注意合理使用，例如，如果直接输入字符串hello，eval()函数将去掉两个引号，解释其为一个变量，由于之前没有定义过hello变量，解释器报错。当输入字符串hello时，eval()函数去掉外部双引号后，内部还有一个引号，则hello被解释为字符串。eval()函数还有很多作用，请读者在实践中逐步挖掘。,Eval（）函数,Eval（）函数,如果希望用户输入一个数字，可以是小数或负数，并用程序对这个数字进行计算，可以采用eval(input()的组合，例如：,Eval（）函数,实例代码1.1中第4和第7行表达式中，等号右侧进行了算术运算。Python支持+、-、*、/和*（幂）五种基本算术运算操作。表达式右侧含义是对TempStr字符串中除最后一位外的子串转换成数字，再对数字进行减法和除法运算。,Eval（）函数,Python语法允许在表达式内部标记之间增加空格，这些多余的空格将被解释器去掉。下面这个语句与第4行语句功能一致。C=(eval(TempStr0:-1)-32)/1.8适度增加空格有助于提高代码可读性，但要注意不能改变与缩进相关的空格数量，不能在变量名等命名中间增加空格。,Eval（）函数,Python语言的括号与数学运算中的括号一样，用来表示分组和优先级。不使用括号时，优先级按照算术优先级来确定，使用的多余括号将被编译程序去掉，不影响程序运行的正确性。下面语句与第4行语句功能一致。C=(eval(TempStr(0):(-1)-32)/(1.8),Eval（）函数,Python语法允许在表达式内部标记之间增加空格，这些多余的空格将被解释器去掉。下面这个语句与第4行语句功能一致。C=(eval(TempStr0:-1)-32)/1.8适度增加空格有助于提高代码可读性，但要注意不能改变与缩进相关的空格数量，不能在变量名等命名中间增加空格。,Eval（）函数,实例代码1.1中第5、8、10行是print()输出函数，用来输出字符信息，也能够以字符形式输出变量。当输出纯字符信息时，可以直接将待输出内容传递给print()函数，如第10行。当输出变量值时，需要采用格式化输出方式，通过format()方法将待输出变量整理成期望输出的格式，如第5和8行。,print()函数,具体来说，print()函数用槽格式和format()方法将变量和字符串结合到一起输出。例如第5行，输出的模板字符串是转换后的温度是:.2fC，其中大括号表示一个槽位置，这个括号中的内容由字符串后面紧跟的format()方法中的参数C填充。大括号:.2f中内容表示变量C输出的格式，具体表示输出数值取两位小数值,print()函数,用两个小例子感受一下这段程序的魅力吧,print()函数,循环语句：控制程序运行，根据判断条件或计数条件确定一段程序的运行次数遍历循环，基本过程如下foriinrange():例如，使某一段程序连续运行10次foriinrange(10):,循环语句,实例代码1.1不包含循环语句，程序执行一次后退出。如果希望程序一直运行，连续接受用户输入，直到用户输入的最后一个字符是N或n时退出，可以采用循环语句改造程序，如程序代码1.2所示,循环语句,循环语句,循环语句有多种类型，实例代码1.2采用了条件循环。条件循环的基本过程如下：while():,循环语句,当为真（True）时，执行语句，这些语句通过缩进表达与while语句的所属关系。当为假（False）时，退出循环，执行循环后语句,循环语句,当为真（True）时，执行语句，这些语句通过缩进表达与while语句的所属关系。当为假（False）时，退出循环，执行循环后语句实例代码1.2第3行使用了条件循环，该循环条件判断用户输入的最后一个字符（TempStr-1）是否是字符N或者字符nwhileTempStr-1notinN,n:,循环语句,如果该字符是N或者n，则条件语句结果为False，退出循环，进而结束程序；如果该字符不是N或者n，则条件语句结果为True，继续执行循环内部语句。这行语句中not是保留字，表示对判断结果取相反结果。,循环语句,实例代码1.1和实例代码1.2都是由一个序列表达式组成，程序按照顺序方式从头执行到尾。实际编程中，一般将特定功能代码编写在一个函数里，便于阅读和复用，也使程序模块化更好。函数可以理解为对一组表达特定功能表达式的封装，它与数学函数类似，能够接收变量并输出结果。input()、print()、eval()都是Python解释器内置的函数。,函数,经过函数改造后的温度转换程序实例代码1.3如下所示。,函数,实例代码第2行的def保留字定义了一个函数，从第2行到第10行，该函数名字为tempConvert()，它使用一个参数ValueStr。tempConvert()函数所属代码是第2行后与之有缩进关系的代码，即第3到10行。在这些代码中，ValueStr变量作为输入函数的字符串使用。由def保留字定义的函数在程序中不直接执行，需要使用函数名称调用才能执行。,函数,第11行由于没有缩进，它与第2行是平行关系，程序第1行到第10行不直接执行，从第11行开始执行，接收用户输入并存到变量TempStr中。第12行调用tempConvert()函数，并将TempStr当作参数传递给这个函数的ValueStr内部变量。接下来，程序根据tempConvert()函数定义执行函数内容，完成温度转换功能。简单说，程序代码1.3通过def语句定义了tempConvert()函数，并将原有功能封装在这个函数中，通过最后一行语句调用tempConvert()函数执行这些功能。,函数,.,Python蟒蛇绘制,Python英文是蟒蛇的意思，通过下面的例子来实践用Python语言输出图形效果,实例代码2.1与实例代码1.1有两个显著的不同。第一，这个程序没有使用显式的用户输入输出，即input()函数和print()函数；第二，这个程序绝大代码行都是.()形式，代码行中没有赋值语句。,Python蟒蛇绘制实例,.()是Python编程的一种典型表达形式，它可以表示调用一个对象的方法()，也可以表示调用一个函数库中的函数()。实例代码2.1使用了用于绘制图形的turtle库，并在代码第2行通过保留字import引用这个函数库。importturtle,Python蟒蛇绘制实例,实例代码2.1的第3行到第16行调用了turtle库中若干函数来绘制Python蟒蛇，所有被调用函数都使用了.()形式。这种通过使用函数库并利用库中函数进行编程的方法是Python语言最重要的特点，称为“模块编程”。,Python蟒蛇绘制实例,面向对象编程是一种基于对象（Object）的编程范式。对象是事物的一种抽象，它是一个实体，包含属性和方法两部分。属性是对象中的变量，方法是对象能够完成的操作。假设对象是O，则O.a表示对象O的属性a，O.b()表示对象O的操作b()，其中a是一个变量值，b()是一个函数。例如，一辆汽车可以作为一个对象，标记为C，汽车的颜色是汽车的属性，表示为C.color，前进是汽车的一个动作，相当于一个功能，因此前进是对象C的方法，表示为O.forward()。,面向对象编程,保留字import有两种方式引用函数库，对函数的使用方式略有不同。第一种引用函数库的方法如下：import此时，程序可以调用库名中所有函数，使用库中函数的格式如下.(),Python蟒蛇绘制实例,第二种引用函数库的方法如下：fromimportfromimport*#其中，*是通配符，表示所有函数此时，调用该库函数时不需要使用库名，直接使用如下格式：(),Python蟒蛇绘制实例,由于“Python蟒蛇绘制”程序只用了turtle库中setup()、penup()、fd()、pendown()、pensize()、pencolor()、seth()、circle()等8个函数，第2行的import语句也可以写成如下形式：fromturtleimportsetup,penup,fd,pendownfromturtleimportpensize,pencolor,seth,circle,Python蟒蛇绘制实例,两种函数库引用方式各有优点。第一种采用.()方式调用库中函数，能够显式标明函数来源，在引用较多库时代码可读性更好。第二种利用保留字直接引用库中函数，可以使代码更简洁，在类似程序代码2.2这种只引用一个库的情况下，效果更好。,Python蟒蛇绘制实例,需要注意，第一种引用方式，Python解释器将.整体作为函数名。当采用第二种方式时，Python解释器将作为函数名。这可能产生一种情况，假设用户已经定义了一个函数，库中的函数名将会与用户自定义的函数名冲突。对于初学者，建议采用第一种库引用方式，使用.()方式调用库函数。,Python蟒蛇绘制实例,def用于定义函数，这段程序中，共出现两次def关键词，包含两个函数drawSnake和main。函数是一组代码的集合，用于表达一个功能，或者说，函数表示一组代码的归属，函数名称是这段代码的名字。def所定义的函数在程序中未经调用不能直接执行，需要通过函数名调用才能够执行。,Python蟒蛇绘制实例,eval()函数是Python语言中一个十分重要的函数，它能够以Python表达式的方式解析并执行字符串，将返回结果输出由于def定义的函数在程序中未经调用不会被执行，整个程序第一条执行的语句是main()，它表示执行名字为main()的函数。,Python蟒蛇绘制实例,从而，该程序跳转到main()函数定义的一组语句中执行，即开始执行turtle.setup()语句同样的，main()函数的最后一条语句调用了drawSnake()函数，当执行到这条语句时，程序跳转到drawSnake()函数中运行。,Python蟒蛇绘制实例,.,turtle库语法元素分析,使用turtle库，同学们头脑里需要有这样一个概念想象一个小乌龟，在一个横轴为x、纵轴为y的坐标系原点，(0,0)位置开始它根据一组函数指令的控制，在这个平面坐标系中移动，从而在它爬行的路径上绘制了图形其爬行轨迹形成了绘制图形。对于小海龟来说，有“前进”、“后退”、“旋转”等爬行行为，对坐标系的探索也通过“前进方向”、“后退方向”、“左侧方向”和“右侧方向”等小海龟自身角度方位来完成。,Python蟒蛇绘制实例,Python蟒蛇绘制实例,我们所使用的显示屏幕也是一个坐标系，该坐标系以左上角为原点，向左和向下分别是x轴和y轴。蟒蛇程序代码启动一个1300像素宽、800像素高的窗口，该窗口的左上角是屏幕的左上角。,Python蟒蛇绘制实例,turtle.setup(width,height,startx,starty)作用：设置主窗体的大小和位置参数：width：窗口宽度，如果值是整数，表示的像素值；如果值是小数，表示窗口宽度与屏幕的比例；height:窗口高度，如果值是整数，表示的像素值；如果值是小数，表示窗口高度与屏幕的比例；startx：窗口左侧与屏幕左侧的像素距离，如果值是None，窗口位于屏幕水平中央；starty：窗口顶部与屏幕顶部的像素距离，如果值是None，窗口位于屏幕垂直中央；,绘图坐标体系,绘图坐标体系,turtle中的画笔（即小海龟）可以通过一组函数来控制，实例代码2.1中第4行的turtle.penup()函数和第6行的turtle.pendown()函数是一组，它们分别表示抬起画笔和落下画笔,绘图坐标体系,函数定义如下：turtle.penup()别名turtle.pu(),turtle.up()作用：抬起画笔，之后，移动画笔不绘制形状turtle.pendown()别名turtle.pd(),turtle.down()作用：落下画笔，之后，移动画笔将绘制形状,绘图坐标体系,turtle.pensize()函数用来设置画笔尺寸，函数定义如下：turtle.pensize(width)别名turtle.width()作用：设置画笔宽度，当无参数输入时返回当前画笔宽度参数：width：设置的画笔线条宽度，如果为None或者为空，函数则返回当前画笔宽度。,画笔控制函数,turtle.pencolor()函数给画笔设置颜色turtle.pencolor(colorstring)或者turtle.pencolor(r,g,b)作用：设置画笔颜色，当无参数输入时返回当前画笔颜色参数：colorstring：表示颜色的字符串，例如：purple、red、blue等，(r,g,b):颜色对应的RGB数值，例如：(51,204,140),画笔控制函数,很多RGB颜色都有固定的英文名字，这些英文名字可以作为colorstring输入到turtle.pencolor()函数中，也可以采用(r,g,b)形式直接输入颜色值。几个典型的RGB颜色如表2.2所示,画笔控制函数,表2.2,RGB颜色是计算机系统最常用的颜色体系之一，它采用R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）三种基本颜色及它们的叠加组成各式各样的颜色，构成颜色体系。理论表明，RGB颜色能够形成人眼感知的所有颜色。具体来说，RGB颜色采用（r,g,b）表示，其中，每个颜色采用8比特表示，取值范围是0,255。因此，RGB颜色一共可以表示2563（16M，约1,678万）种颜色。,RGB颜色,turtle通过一组函数控制画笔的行进动作，进而绘制形状。turtle.fd()函数最常用，它控制画笔向当前行进方向前进一个距离，函数定义如下：turtle.fd(distance)别名turtle.forward(distance)作用：向小海龟当前行进方向前进distance距离参数：distance：行