PYthon语言程序设计课件第1章 Python概述

1.1 程序程序是一个多义词，本课程中的程序特指计算机程序。程序是一组指令序列的集合，是为解决某一特定问题而采用某种程序设计语言而编写的一组指令序列。1.1.1 计算机工作原理简介冯•诺依曼体系结构计算机的工作原理可以概括为八个字：存储程序、程序控制。存储程序：将问题求解的步骤编写成程序，并把程序存放在计算机的内存储器中。程序控制：计算机在运行程序时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。重复这一操作，直到程序中指令执行完毕。1.1.2 程序设计语言类型程序设计语言是用于书写计算机程序的语言，也叫计算机语言。语言的基础是一组记号和一组规则，根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。按层次来分，程序设计语言可分为3类：机器语言、汇编语言和高级语言。1. 机器语言机器语言是一种计算机能够直接识别和执行的程序设计语言，是用二进制代码表示的一种机器指令的集合。2. 汇编语言汇编语言，用一些容易理解和记忆的字母、单词（也叫助记符）来代替一个特定的指令中的操作码和操作数。用汇编语言编写的程序，是由一系列的助记符组成，计算机不能识别和直接执行，必须把汇编语言程序转换成机器语言程序才能在计算机上执行。将汇编语言程序转换成机器语言程序的过程称为“汇编”。3. 高级语言高级语言是较接近自然语言和数学公式的编程语言，用人们更易理解的方式编写程序，基本脱离了机器的硬件系统，可移植性好。1.1.3 程序的执行方式用高级语言编写的程序称之为源程序，源程序虽然容易编写、易懂、易理解，但是计算机不能识别和执行，必须把源程序“翻译”成机器语言程序才可以执行。目前“翻译”有三种方式，分别是编译方式、解释方式和虚拟机工作方式。1. 编译方式源程序需要经过一个叫“编译程序”进行编译（Compile），编译程序把源程序编译成目标文件。目标文件还不能直接运行，需要与其他辅助的库代码进行链接（Link），生成最后的可执行程序（扩展文件名为：.exe，Windows中叫应用程序）。可执行程序可以在机器上运行。如：C、C++、Fortran等。2. 解释方式有些高级语言如Basic、JavaScript等语言编写的源程序采用了“解释”方式来执行程序，这种方式由一种称为“解释器”的软件来实现，解释器并不是将源程序整体翻译成目标代码，而是解释一条语句执行一条语句。3. 虚拟机工作方式一些高级语言采用了编译方式和解释方式相结合的方式执行，这种方式称为虚拟机工作方式。像目前非常流行的语言Java、Python、Perl等编程语言都采用这种方式。1.2 Python简介、环境的安装与使用1.2.1 Python简介Python语言诞生于1989年，其创始人为荷兰的吉多•范罗苏姆(GuidovanRossum)。1.2.1 Python简介Python能获得越来越多人的喜爱，是有着很多原因的，主要有以下四点：①Python的设计哲学是“优雅”、“明确”、“简单”。②Python为提供了大量功能强大的基础库，覆盖了科学计算、数据分析、人工智能、网络、系统运维、GUI、数据库等各种领域，使得Python几乎无所不能。③Python是完全面向对象的语言。函数、模块、数字、字符串等都是对象，并且完全支持继承、重载等机制，极大增强了代码的复用性。④Python是一种“胶水语言”。Python可轻松将其他语言(如C、C++、Java等)编写的程序进行集成和封装，极大提高了Python的可扩充性。1.2.2 在Windows平台上安装PythonIDLE环境先到官网：https:///downloads下载再双击安装包，根据提示一步一步安装。1.2.3 PythonIDLE的运行1. 交互式方式（上机演示）2.程序文件执行方式（上机演示）1.3 Python语言的基本语法规则下面通过几个简单的例子来引出Python的语法1.3.1 几个简单Python程序【例1‑1】计算矩形的面积和周长。程序代码如下：#liti1-1.pylength=10#假定矩形的长为10width=5#假定矩形的宽为5c=(length+width)*2#计算矩形的周长s=length*width#计算矩形的面积print("矩形的周长为：",c)#输出矩形的周长print("矩形的面积为：",s)#输出矩形的面积1.3.1 几个简单Python程序【例1‑2】输入矩形的长和宽，计算矩形的周长和面积。程序代码如下：#liti1-2.pylength=eval(input("请输入矩形的长："))#运行时通过键盘输入矩形的长width=eval(input("请输入矩形的宽："))#运行时通过键盘输入矩形的宽c=(length+width)*2#计算矩形的周长s=length*width#计算矩形的面积print("矩形的周长为：",c)#输出矩形的周长print("矩形的面积为：",s)#输出矩形的面积1.3.1 几个简单Python程序【例1‑3】从键盘输入一个整数，判断它是奇数还是偶数。程序代码如下：#liti1-3.pynum=eval(input("请输入一个整数:"))ifnum%2==1:#判断num整除2的余数是否等于1print(num,"是一个奇数!")else:print(num,"是一个偶数!")1.3.1 几个简单Python程序【例1‑4】编程，计算s=1+2+3+…+100的结果，并输出。程序代码如下：#liti1-4.pys=0i=1whilei<=100:#当i<=100条件成立，重复执行下面的语句块s=s+ii=i+1print("s=",s)1.3.2 Python基本语法规则1. 注释注释是用来增加程序的可读性的说明性文字，用来在程序中对语句、运算等进行说明和备注。Python中用#符号表示单行注释，“#”后面的文字就是注释文字，直到该行结束。例如前面的几个例子中的“#”后面的文字都是注释文字。在Python中也可用“'''”(3个单引号)或“"""”(3个双引号)作为开始符和结束符来括起一行或多行文字用做注释，即多行注释。1.3.2 Python基本语法规则2. 标识符标识符用来指变量、函数、类、对象等程序要素的名称，给变量、对象等元素命名时，标识符可以自由命名，但必须符合下面规则：①首字符必须是字母、汉字或下划线。②中间可以是字母、下划线、数字或汉字，不能有空格或上述符号之外的其他字符。③区分大小写字母(如大写s和小写s代表了两个不同的变量)。④不能使用Python的关键字。1.3.2 Python基本语法规则3. 关键字关键字(Keyword)又称保留字，是Python语言内部定义的具有特定作用、特殊含义的标识符，不能挪作他用。每种程序设计语言都有自己的关键字。Python中的关键字共有33个，如下:'False','None','True','and','as','assert','break','class','continue','def','del','elif','else','except','finally','for','from','global','if','import','in','is','lambda','nonlocal','not','or','pass','raise','return','try','while','with','yield'。1.3.2 Python基本语法规则4. 强制缩进在Python语言中使用缩进表示代码块，同一层次的代码块具有相同的缩进，缩进的空格数自定，一般缺省是4格。尾部的冒号代表缩进的开始。如例1-4，例1-5。1.3.2 Python基本语法规则5. 多行语句Python通常是一行写一条语句，但如果语句过长，可以使用反斜杠“\”来表示一条跨多行的语句。如：total=item_one+\item_two+\item_three1.3.2 Python基本语法规则6. 同一行执行多条语句Python允许在同一行中书写多条语句，语句之间用分号“;”间隔。>>>x=3;y=4;print(x*y)1.4 Python模块1.4.1 模块的概念模块,又称构件,是能够单独命名并独立地完成一定功能的程序语句的集合。一个模块就是一个扩展名为“.py”的源程序文件，也可称为模块文件。1.4.1 模块的概念Python模块的来源有以下三种途径：①标准模块：Python安装包中自带的模块，安装好了Python，标准模块就安装了，不需要另外安装。②第三方模块：也称为扩展库，由第三方软件公司开发的，开源的，大家可以使用，使用前要先下载，再安装。Python的强大功能就在于可以下载安装各种功能的扩展库。③自定义模块：用户根据需要，自己设计的模块。1.4.2 扩展库的安装在Python语言中，扩展库是第三方编写好的模块，如果要使用模块中的资源，就必须下载并安装，否则不能使用。下载安装管理扩展库的方法有多种，最常用的是pip工具。pip工具可以下载、安装、查看、升级、卸载扩展库。1.4.2 扩展库的安装1. 下载安装扩展库命令格式：pipinstall扩展库名例如：pipinstallnumpy1.4.2 扩展库的安装2. 查看已安装的扩展库命令格式：piplist1.4.2 扩展库的安装3. 升级已安装的扩展库命令格式：pipinstall--upgrade已安装的扩展库名例如：pipinstall--upgradenumpy1.4.2 扩展库的安装4. 卸载已安装的扩展库命令格式：pipuninstall已安装的扩展库名例如：pipuninstallnumpy1.4.3 模块的导入和使用无论是标准模块、用户自定义模块或扩展库模块，都要先导入到内存中才能使用。导入模块的方式主要有三种：1.整个模块资源全部导入命令格式为：import模块名[as别名]1.4.3 模块的导入和使用例如：>>>importmathasm#导入标准库math，并指定别名为m>>>math.sin(1.57)#调用math中的正弦函数，求弧度1.57的正弦值0.9999996829318346>>>m.sin(1.57)#通过别名m，调用math中的正弦函数，求弧度1.57的正弦值0.9999996829318346>>>m.sin(m.pi/2)1.01.4.3 模块的导入和使用2. 从指定的模块中导入指定的成员命令格式为：from模块名import成员名[as别名]例如：>>>fromrandomimportrandint#从标准库random中导入randint函数>>>randint(1,100)#获得[1,100]区间上的随机整数，randint前不要加模块名random711.4.3 模块的导入和使用3. 从指定的模块中导入全部资源命令格式：from模块名import*例如：>>>frommathimport*#从标准库math中导入所有成员>>>cos(pi/2)#cos前不要加math，pi也是math中的常量，也不要加math6.123233995736766e-17>>>sin(pi/2)#sin前不要加math1.01.4.4 常用模块介绍1. math模块math模块主要包括幂函数、对数函数、三角函数、双曲函数、特殊函数和数学中的常用常量如圆周率pi，自然数e等。1.4.4 常用模块介绍常数功能pi圆周率e2.718281828459045inf正无穷大nan非浮点数标记，NaN（NotaNumber）函数功能fabs(x)返回x的绝对值ceil(x)向上取整，返回不小于x的最小整数floor(x)向下取整，返回不大于x的最大整数1.4.4 常用模块介绍函数功能trunc(x)返回x的整数部分factorial(x)返回x的阶乘x!gcd(x,y)返回整数x和y的最大公约数isclose(x,y)比较x和y的相似性，返回True或Falseexp(x)返回e的x次幂sqrt(x)返回x的平方根log(x)、log2(x)、log10(x)返回以e、2、10为底的对数值sin(x)、cos(x)、tan(x)、…各种三角函数degrees(x)、radians(x)弧度转角度、角度转弧度1.4.4 常用模块介绍例如：>>>frommathimport*#导入模块math的所有成员>>>fabs(-5.6)#求-5.6的绝对值5.6#输出结果，本书编排时，把交互式运行方式的输出结果直接写在命令行的下面>>>ceil(5.61478)#求大于5.61478的最小整数6>>>floor(5.61478)#求小于5.61478的最大整数5>>>trunc(5.61478)#求5.61478的整数部分51.4.4 常用模块介绍>>>factorial(7)#求7的阶乘5040>>>gcd(32,18)#求32和18的最大公约数2>>>exp(2)#求自然数e的2次方7.38905609893065>>>sqrt(16)#求16的平方根4.0>>>log(e)#求以e为底，e的对数1.0>>>log2(10)#求以2为底，10的对数3.321928094887362>>>log10(10)#求以10为底，10的对数1.0>>>sin(pi/2)#求pi/2的正弦值1.01.4.4 常用模块介绍2. random模块random模块用于实现各种分布的伪随机数生成，可以根据不同的实数分布来随机生成值，如随机生成指定范围的整数、浮点数、序列等。1.4.4 常用模块介绍函数功能seed(a=None)初始化随机数种子，默认值为当前系统时间random()生成一个[0.0,1.0)之间的随机小数randint(a,

b)生成一个[a,b]之间的随机整数randrange