Python程序设计-铁道出版社

28799XM68284Python程序设计扉页.indd12022/6/1016:31:50

内容简介

本书以项目为导向，全面介绍了Python程序设计的相关知识及其应用，并详细阐述

了使用Python解决实际问题的方法。全书共9个项目，项目一主要内容包括Python概述、

Python开发环境的搭建、JupyterNotebook的相关内容等；项目二~八介绍了Python的

基础知识、数据结构、程序的控制结构、函数、面向对象程序设计、文件基础、常用模

块和库等内容；项目九为综合案例，介绍了铁路数据管理与客流量分析。本书除项目九

以外均包含课后习题（选择题和操作题），通过练习和实践操作，可帮助读者巩固所学的

内容。

本书适合作为高等职业院校计算机应用技术、人工智能技术应用、软件技术、大数

据技术等计算机类和电子信息类相关专业的教材，也可作为Python程序设计爱好者的自

学参考书。

图书在版编目（CIP）数据

Python程序设计/孟思明，张良均，易丹主编.—北京：

中国铁道出版社有限公司，2022.6

高等职业教育新形态一体化系列教材

ISBN978-7-113-28799-3

Ⅰ.①P…Ⅱ.①孟…②张…③易…Ⅲ.①软件工具-

程序设计-高等职业教育-教材Ⅳ.①TP311.561

中国版本图书馆CIP数据核字（2022）第008759号

书名：Python程序设计

作者：孟思明张良均易丹

策划：张松涛

责任编辑：张松涛编辑部电话：（010）83527746

封面设计：曾程高博越

责任校对：苗丹

责任印制：樊启鹏

出版发行：中国铁道出版社有限公司（100054，北京市西城区右安门西街8号）

网址：/51eds/

印刷：三河市国英印务有限公司

版次：2022年6月第1版2022年6月第1次印刷

开本：787mm×1092mm1/16印张：15.5字数：417千

书号：ISBN978-7-113-28799-3

定价：47.00元

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书，如有印制质量问题，请与本社教材图书营销部联系调换。电话：（010）63550836

打击盗版举报电话：（010）63549461

Python是一种面向对象的解释性高级语言，因具有简单易学、程序开发效率高、调

试维护方便、跨平台等特点，同时更具有丰富的内置模块和第三方库，越来越受到广大

程序开发人员的喜爱，成为了人们学习编程的首选语言之一。

随着大数据、人工智能等新一代信息技术的快速普及，Python已被广泛应用在

Web开发、数据分析与可视化、人工智能、大数据处理、科学计算、图形图像处理等领

域。Python已成为各高职院校的人工智能技术应用、计算机应用技术、大数据技术与应

用等计算机相关专业开设的一门基础且重要的程序设计课程。

本书是从双元制人才培养的需求出发，与广东泰迪智能科技股份有限公司等企业合

作，吸收了企业实际项目开发经验，由高校教师与企业工程师共同编制完成的实战项目

式新形态教材。

本书围绕铁路、新零售等行业的实战项目设置和开展项目化方式的模块化教学，

把Python的知识点和技能点融入项目开发全过程，每一项目均以设置学习目标、思维导

图、项目描述、项目分析、知识准备、项目实施、项目总结、课后习题的方式同步推进教、

学、做，让读者在完成项目的过程中逐步掌握Python的基础知识和基本语法，达到工学

结合的目的。

为方便教学，本书提供了PPT课件、教学大纲、教学进度表以及书中全部项目任

务的数据文件及源代码，并提供了配套的教学视频，读者可到泰迪云教材（https://book.

）下载。

本书由孟思明、张良均、易丹任主编，由郑和柳、江跃龙、曹伶丽、黄静任副主

编。编者分别来自广州铁路职业技术学院、广东泰迪智能科技股份有限公司、广州欧创

智能科技有限公司等。

1

Python程序设计

由于编者水平有限，加上编写时间仓促，书中难免会出现一些不足和疏漏，恳请广

大读者批评指正。如果您有更多的宝贵意见，欢迎在泰迪学社微信公众号（TipDataMining）

回复“图书反馈”进行反馈。

编者

2021年11月

2

项目一认识Python.......................................................................................................1

【学习目标】..................................................................................................................1

【思维导图】..................................................................................................................2

【项目描述】..................................................................................................................2

【项目分析】..................................................................................................................2

【知识准备】..................................................................................................................2

一、Python概述......................................................................................................................2

（一）初识Python...........................................................................................................2

（二）Python发展历史...................................................................................................3

（三）Python特性...........................................................................................................3

二、搭建Python开发环境.....................................................................................................3

（一）在Windows系统平台安装Python与配置环境变量.........................................4

（二）开启Python之旅..................................................................................................7

（三）Python的Anaconda发行版.................................................................................8

（四）在Windows系统中安装Anaconda.....................................................................8

三、JupyterNotebook的常用功能.......................................................................................10

（一）启动JupyterNotebook........................................................................................10

（二）新建一个Notebook.............................................................................................10

（三）JupyterNotebook的界面及其构成....................................................................11

（四）JupyterNotebook的导出功能............................................................................12

【项目实施】................................................................................................................12

任务查询车次信息............................................................................................................12

【项目总结】................................................................................................................13

【课后习题】................................................................................................................14

项目二Python基础知识——铁路客流量统计.............................................................15

【学习目标】................................................................................................................15

【思维导图】................................................................................................................16

【项目描述】................................................................................................................17

【项目分析】................................................................................................................17

【知识准备】................................................................................................................17

一、Python基础语法............................................................................................................17

（一）输入与输出.........................................................................................................17

I

Python程序设计

（二）代码注释.............................................................................................................18

（三）多行语句.............................................................................................................19

（四）缩进代码.............................................................................................................20

（五）命名标识符与保留字符.....................................................................................20

（六）调试Python代码................................................................................................21

二、创建Python的变量.......................................................................................................22

（一）Python变量.........................................................................................................22

（二）相互转化数值型变量.........................................................................................24

（三）字符型数据的创建与基本操作.........................................................................27

三、使用Python的运算符...................................................................................................34

（一）常用操作运算符.................................................................................................34

（二）运算符优先级.....................................................................................................41

【项目实施】................................................................................................................42

任务统计铁路旅客客流量................................................................................................42

【项目总结】................................................................................................................45

【课后习题】................................................................................................................45

项目三Python数据结构——铁路客流数据管理..........................................................47

【学习目标】................................................................................................................47

【思维导图】................................................................................................................48

【项目描述】................................................................................................................49

【项目分析】................................................................................................................49

【知识准备】................................................................................................................49

一、Python数据结构的组成................................................................................................49

（一）认识数据结构类型.............................................................................................49

（二）区分可变数据类型与不可变数据类型.............................................................50

二、创建列表并进行基本操作............................................................................................50

（一）列表的概念与特性.............................................................................................51

（二）创建列表.............................................................................................................51

（三）列表的基础操作.................................................................................................52

（四）列表常用方法和函数.........................................................................................55

三、创建元组并进行基本操作............................................................................................59

（一）区分元组和列表.................................................................................................59

（二）创建元组.............................................................................................................60

（三）元组常用方法和函数.........................................................................................61

四、创建字典并进行基本操作............................................................................................62

（一）字典的概念与特性.............................................................................................63

II

目录

（二）解析字典的键与值.............................................................................................63

（三）创建字典.............................................................................................................63

（四）提取字典元素.....................................................................................................64

（五）字典常用方法和函数.........................................................................................65

五、创建集合并进行基本操作............................................................................................68

（一）集合的概念与特性.............................................................................................68

（二）创建集合.............................................................................................................68

（三）集合运算.............................................................................................................69

（四）集合常用方法和函数.........................................................................................72

【项目实施】................................................................................................................73

任务管理铁路客流数据....................................................................................................73

【项目总结】................................................................................................................75

【课后习题】................................................................................................................75

项目四程序的控制结构——铁路旅客会员等级划分....................................................77

【学习目标】................................................................................................................77

【思维导图】................................................................................................................78

【项目描述】................................................................................................................78

【项目分析】................................................................................................................78

【知识准备】................................................................................................................79

一、条件语句........................................................................................................................79

（一）if语句的基本结构..............................................................................................79

（二）实现多路分支（else、elif）..............................................................................79

二、循环语句........................................................................................................................80

（一）编写for循环语句...............................................................................................80

（二）编写while循环语句...........................................................................................82

（三）运用break、continue和pass语句....................................................................83

（四）嵌套循环.............................................................................................................84

（五）组合条件与循环.................................................................................................85

（六）多变量迭代.........................................................................................................86

（七）创建列表解析.....................................................................................................87

三、异常处理........................................................................................................................87

【项目实施】................................................................................................................92

任务划分铁路旅客会员等级............................................................................................92

【项目总结】................................................................................................................94

【课后习题】................................................................................................................95

III

Python程序设计

项目五函数——构建新零售销售数据程序...................................................................96

【学习目标】................................................................................................................96

【思维导图】................................................................................................................97

【项目描述】................................................................................................................97

【项目分析】................................................................................................................98

【知识准备】................................................................................................................98

一、自定义函数....................................................................................................................98

（一）认识自定义函数.................................................................................................98

（二）设置函数参数.....................................................................................................99

（三）返回值...............................................................................................................101

（四）调用自定义函数...............................................................................................102

（五）递归和嵌套函数...............................................................................................104

（六）区分局部变量和全局变量...............................................................................105

二、匿名函数......................................................................................................................107

（一）创建并使用匿名函数.......................................................................................107

（二）其他常用高阶函数...........................................................................................108

三、存储与导入函数模块..................................................................................................109

（一）存储并导入整个模块.......................................................................................109

（二）导入函数...........................................................................................................110

（三）指定别名...........................................................................................................111

【项目实施】..............................................................................................................112

任务统计新零售设备商品销售数据..............................................................................112

【项目总结】..............................................................................................................114

【课后习题】..............................................................................................................114

项目六面向对象程序设计——实现新零售销售数据程序复用...................................116

【学习目标】..............................................................................................................116

【思维导图】..............................................................................................................117

【项目描述】..............................................................................................................118

【项目分析】..............................................................................................................118

【知识准备】..............................................................................................................118

一、面向对象程序设计概述..............................................................................................118

（一）面向对象编程及相关内容...............................................................................118

（二）面向对象实例...................................................................................................120

（三）面向对象的优点...............................................................................................120

（四）何时使用面向对象编程...................................................................................120

二、类和对象......................................................................................................................121

（一）定义和使用类...................................................................................................121

IV

目录

（二）绑定self.............................................................................................................122

（三）创建对象...........................................................................................................122

（四）删除对象...........................................................................................................123

三、属性和方法..................................................................................................................123

（一）类的专有方法...................................................................................................124

（二）对象的属性和方法...........................................................................................125

四、类的特性......................................................................................................................128

（一）继承父类属性和方法.......................................................................................128

（二）其他特性...........................................................................................................131

五、对象的迭代..................................................................................................................132

（一）生成迭代器.......................................................................................................132

（二）返回迭代器.......................................................................................................134

【项目实施】..............................................................................................................136

任务分析新零售销售数据..............................................................................................136

【项目总结】..............................................................................................................139

【课后习题】..............................................................................................................140

项目七文件基础——持久化存储校园卡消费数据......................................................142

【学习目标】....................................................................................................142

【思维导图】....................................................................................................143

【项目描述】....................................................................................................144

【项目分析】....................................................................................................144

【知识准备】....................................................................................................144

一、文件的概念..................................................................................................................144

（一）文件的概念和类型...........................................................................................144

（二）文件命名...........................................................................................................146

二、文件的读写..................................................................................................................146

（一）读取.txt文件中的数据....................................................................................146

（二）保存数据为TXT格式文件..............................................................................150

（三）读写CSV文件..................................................................................................152

（四）读写JSON格式的文件....................................................................................154

三、文件的管理..................................................................................................................156

（一）使用os模块进行文件管理..............................................................................156

（二）使用shutil模块进行文件管理.........................................................................158

【项目实施】..............................................................................................................161

任务持久化存储校园卡消费数据..................................................................................161

【项目总结】..............................................................................................................163

【课后习题】..............................................................................................................163

V

Python程序设计

项目八常用模块和库——校园卡消费行为分析.........................................................165

【学习目标】..............................................................................................................165

【思维导图】..............................................................................................................166

【项目描述】..............................................................................................................166

【项目分析】..............................................................................................................167

【知识准备】..............................................................................................................167

一、Python的内置模块......................................................................................................167

（一）math...................................................................................................................167

（二）random...............................................................................................................169

（三）datetime..............................................................................................................171

（四）re........................................................................................................................176

二、Python的第三方库..............................................................