Python程序设计-铁道出版社

普通高等院校计算机基础教育“十四五”系列教材

Python程序设计

主编◎赖庆钟广玲

副主编◎陈振庭张丽娟鲁健恒

龙冰婷 陶建敏 夏 艳

内 容 简 介

本书以知识图谱的方式编写，同时将“课程思政”理念贯穿全书，将思政元素融入各个知

识点。本书内容编写符合人脑掌握新知识、构建新知识框架体系、进行创新的科学认知规律，

结构合理，重点突出，逻辑清晰，结合线上和线下的教学方式，符合新时代高等教育发展的要求。

全书共11章，主要内容包括Python概述、Python语法基础、Python流程控制语句、函数、

异常处理方法、字符串、正则表达式、文件操作、面向对象程序设计、Python数据分析基础、

Python图形绘制。本书面向零基础的编程初学者，采用通俗易懂的语言，结合大量案例对相关

知识点进行编排和总结，循序渐进地讲授Python语言的编程方式和逻辑，详尽地展示分析问题、

解决问题的过程。

本书适合作为高等院校Python程序设计课程的教材，也可作为零基础的编程初学者、大

数据技术从业者、人工智能技术开发人员、对编程感兴趣的人员的参考读物。

图书在版编目(CIP)数据

Python程序设计/赖庆,钟广玲主编.—北京:中国铁道出版社

有限公司,2022.8

普通高等院校计算机基础教育“十四五”系列教材

ISBN978-7-113-29318-5

Ⅰ.①P…Ⅱ.①赖…②钟…Ⅲ.①软件工具-程序设计-高等

学校-教材Ⅳ.①TP311.561

中国版本图书馆CIP数据核字(2022)第111676号

书  名：Python程序设计

作  者：赖庆钟广玲

策  划：刘丽丽   编辑部电话：（010）51873202

责任编辑：刘丽丽

封面设计：尚明龙

责任校对：孙玫

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：三河市航远印刷有限公司

版次：2022年8月第1版 2022年8月第1次印刷

开本：787 mm×1 092 mm 1/16 印张：12 字数：300千

书号：ISBN978-7-113-29318-5

定价：45.00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

前言

Python以其简洁的语法和强大的扩展库，以及解释型语言的本质，成为众多学者

和开发者写脚本和快速开发应用的编程语言，近年来已成为最受欢迎的编程语言之一。

随着越来越多的高校学生参与到Python程序设计的学习中，我们发现现有的教材不能

很好地满足教学需求。Python程序设计是一门实践性非常强的课程，要求学生必须尽

可能多地进行实践操作和课后上机练习。同时，课课有思政是高校教学提倡的首要理念，

而教材是实施这一理念的有效途径。因此，经过3年多的一线教学实践，我们决定将

实践教学经验整理出来并书写进教材。

本书主要内容：

本书以知识图谱的方式编写。全书分为11章：第1章Python概述主要介绍代码

书写规范、对象的导入和使用、__name__属性；第2章Python语法基础主要介绍

Python基本数据类型：变量和常量、字符、列表、元组、字典、集合以及运算符；第3

章Python流程控制语句主要介绍条件表达式、选择结构和循环结构；第4章函数主要

介绍函数定义与使用、函数参数、变量作用域、lambda表达式和生成器函数；第5章

异常处理方法主要介绍异常的表现形式和常用异常处理方法；第6章字符串主要介绍

字符串概念、字符串格式化方法、字符串常用方法和中英文分词；第7章正则表达式

主要介绍正则表达式语法、正则表达式模块re和match对象；第8章文件操作主要介

绍常见文件操作、二进制文件操作和文件夹操作；第9章面向对象程序设计主要介绍

面向对象编程概述、类的属性与方法和继承；第10章Python数据分析基础主要介绍

NumPy数据处理、Pandas数据分析和SciPy数据计算；第11章Python图形绘制主要

介绍tkinter图形绘制、turtle模块绘图、Matplotlib模块绘图和绘图应用实例。

每一章的开始都绘制了该章知识点的思维导图，以帮助学习者快速掌握知识点的

梗概，符合人脑认知的科学规律。根据“课课有思政”理念，每一章都包含思政元素

的教学案例，将思政元素“润物细无声”地融入各个知识点。

建议课时安排：

本书建议学习课时为54课时，其中第1章Python概述2课时为宜，第2章Python

语法基础8课时为宜，第3章Python流程控制语句6课时为宜，第4章函数6课时为宜，

II/Python程序设计

第5章异常处理方法4课时为宜，第6章字符串4课时为宜，第7章正则表达式4课时为宜，

第8章文件操作4课时为宜，第9章面向对象程序设计6课时为宜，第10章Python数

据分析基础6课时为宜，第11章Python图形绘制4课时为宜。

本书主要特色：

将课程思政理念贯穿全书，将思政元素融入各个知识点。

以知识图谱的方式来组织编写。

理论与实际相结合，循序渐进地介绍了Python程序设计的相关概念、基础知识、

应用案例和素养案例。

提供全部源代码，以便读者可以参考学习。

本书匹配内容一致的《Python程序设计实验指导与习题集》，供学习者进行上机

实践和课外学习。

本书面向读者：

高等院校的学生。

零基础的编程初学者。

大数据技术从业者。

人工智能技术开发人员。

对计算机编程感兴趣的读者。

本书作者介绍：

本书由赖庆、钟广玲任主编，由陈振庭、张丽娟、鲁健恒、龙冰婷、陶建敏、夏

艳任副主编。其中，赖庆老师负责全书素养案例的编写和全书的统稿工作；陶建敏老

师负责第1章的编写；张丽娟老师负责第2章和第5章的编写；鲁健恒老师负责第3章

和第9章的编写；陈振庭老师负责第4章和第11章的编写；龙冰婷老师负责第6章的

编写；钟广玲老师负责第7章和第10章的编写；夏艳老师负责第8章的编写。

致谢：

本书在编写过程中参考了很多相关的资料，在此对前辈们的贡献表示由衷的感谢。

虽笔者已竭尽全力，但限于水平和时间的仓促，书中难免存在需要再次修改之处，欢

迎读者批评指正。

本书书写历时半载，能成功得以形成，感谢所有支持我们的朋友！

编者

2022年5月

目录I

目录

第1章 Python概述 1

1.1 Python语言简介 1

1.1.1 Python语言特点 1

1.1.2 Python语言发展史 4

1.1.3 Python的应用领域 5

1.2 Python开发环境搭建 6

1.2.1 Python 解释器下载安装 6

1.2.2 IDLE的使用 9

1.2.3 Anaconda3的安装 10

1.2.4 扩展库的安装方法 16

1.2.5 常用第三方开发工具 17

1.3 Python编程规范 24

1.3.1 代码编写规范 24

1.3.2 对象的导入和使用 26

1.3.3 __name__属性 27

1.4 素养案例 29

第2章 Python语法基础 30

2.1 Python常用内置对象 30

2.1.1 常量与变量 31

2.1.2 字符 32

2.1.3 列表 34

2.1.4 元组 37

2.1.5 元组与列表的异同点 39

2.1.6 字 典 39

2.1.7 集合 41

2.2 运 算 符 45

2.2.1 算术运算符 45

II/Python程序设计

2.2.2 比较运算符47

2.2.3 逻辑运算符47

2.2.4 成员运算符47

2.2.5 位运算符48

2.2.6 运算符优先级48

2.3 应用案例——验证码的生成49

2.4 素养案例50

第3章 Python流程控制语句52

3.1 条件表达式52

3.2 选择结构53

3.2.1 单分支选择结构53

3.2.2 双分支选择结构54

3.2.3 多分支选择结构55

3.2.4 选择结构的嵌套56

3.3 循环结构57

3.3.1 for循环与while循环57

3.3.2 break与continue语句58

3.4 应用案例60

3.5 素养案例60

第4章 函数62

4.1 函数定义与使用62

4.2 函数嵌套64

4.3 函数参数65

4.3.1 位置参数65

4.3.2 关键字参数65

4.3.3 默认值参数66

4.3.4 可变长参数66

4.3.5 传递参数时的序列解包67

4.4 变量作用域68

4.4.1 局部变量68

4.4.2 全局变量69

4.5 匿名函数70

4.6 递归函数71

4.7 生成器函数73

4.8 素养案例74

目录III

第5章 异常处理方法76

5.1 try...except结构76

5.2 try...except...else结构77

5.3 try...except...finally语句78

5.4 捕获多种异常的处理结构79

5.5 assert断言语句80

5.6 上下文管理语句80

5.7 应用案例81

5.8 素养案例82

第6章 字符串84

6.1 字符串概念84

6.2 字符串格式化方法88

6.3 字符串常用方法89

6.4 中英文分词92

6.5 应用案例93

6.6 素养案例94

第7章 正则表达式95

7.1 正则表达式语法95

7.2 正则表达式模块re97

7.3 应用案例101

7.4 素养案例104

第8章 文件操作106

8.1 文件的概念及分类106

8.2 文件常见操作107

8.2.1 文件的打开与关闭107

8.2.2 文件的读/写108

8.2.3 文件的定位读/写111

8.3 二进制文件操作113

8.3.1 使用struct模块读/写二进制文件113

8.3.2 使用pickle模块读/写二进制文件114

8.3.3 使用shelve模块操作二进制文件115

8.3.4 使用marshal模块读/写二进制文件115

8.4 文件夹操作116

8.4.1 os模块116

IV/Python程序设计

8.4.2 os.path模块119

8.4.3 shutil模块121

8.5 素养案例122

第9章 面向对象程序设计124

9.1 面向对象编程概述124

9.2 类的属性与方法124

9.3 继 承126

9.4 应用案例129

9.5 素养案例130

第10章 Python数据分析基础131

10.1 数据分析简介131

10.2 NumPy数据处理132

10.2.1 NumPy数组的创建132

10.2.2 数组的索引和切片133

10.2.3 数组的运算134

10.2.4 数组的读/写135

10.2.5 NumPy的数学函数136

10.2.6 NumPy中的数据统计与分析137

10.3 Pandas数据分析138

10.3.1 Pandas中的数据结构138

10.3.2 Pandas索引操作140

10.3.3 DataFrame数据的查询与编辑141

10.3.4 Pandas的数据统计143

10.3.5 数据合并与组合144

10.3.6 Pandas文件读/写146

10.3.7 Pandas可视化148

10.4 应用案例——数据分析154

10.5 素养案例158

第11章 Python图形绘制160

11.1 tkinter图形绘制160

11.2 turtle模块绘图166

11.3 Matplotlib模块绘图171

11.4 素养案例184

第1章 Python概述

本章知识点思维导图：

Python语言特点

Python语言简介Python语言发展史

Python的应用领域

Python解释器下载安装

IDLE的使用

Python开发环境搭建Anaconda3的安装

Python概述扩展库的安装方法

常用第三方开发工具

代码编写规范

Python编程规范对象的导入和使用

__name__属性

素养案例

1.1 Python语言简介

Python由荷兰数学和计算机科学研究学会的GuidovanRossum于20世纪90年代初设

计，作为一门叫作ABC语言的替代品。Python提供了高效的高级数据结构，还能简单有效

地面向对象编程。Python语法和动态类型以及解释型语言的本质，使它成为多数平台上写

脚本和快速开发应用的编程语言，随着版本的不断更新和语言新功能的添加，逐渐被应用

于独立的、大型项目的开发。

Python解释器易于扩展，可以使用C或C++（或者其他可以通过C调用的语言）扩展

新的功能和数据类型。Python也可用于可定制化软件中的扩展程序语言。

Python具有丰富的标准库，提供了适用于各个主要系统平台的源码或机器码。

1.1.1 Python语言特点

1.优点

（1）简单：Python是一种代表简单主义思想的语言。阅读一个良好的Python程序就

感觉像是在读英语一样。它使你能够专注于解决问题而不是去搞明白语言本身。

（2）易学：Python极其容易上手，因为Python有极其简单的说明文档。

（3）易读、易维护：风格清晰划一、强制缩进。

2/Python程序设计

（4）开源：Python是自由/开放源码软件（Free/LibreandOpenSourceSoftware，

FLOSS）之一。使用者可以自由地发布这个软件的拷贝、阅读它的源代码、对它做改动、

把它的一部分用于新的自由软件中。FLOSS是基于一个团体分享知识的概念。

（5）高层语言：用Python语言编写程序的时候无须考虑诸如何管理你的程序使用的

内存一类的底层细节。

（6）可移植性：由于它的开源本质，Python已经被移植在许多平台上（经过改动

使它能够工作在不同平台上）。这些平台包括Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、

Solaris、OS/2、Amiga、AROS、AS/400、BeOS、OS/390、z/OS、PalmOS、QNX、VMS、

Psion、AcomRISCOS、VxWorks、PlayStation、SharpZaurus、WindowsCE、PocketPC、

Symbian以及Google基于Linux开发的Android平台。

（7）解释性：一个用编译性语言（比如C或C++）编写的程序可以从源文件（即C

或C++语言）转换到一个你的计算机使用的语言（二进制代码，即0和1）。这个过程通

过编译器和不同的标记、选项完成。

运行程序的时候，连接/转载器软件把你的程序从硬盘复制到内存中并且运行。而

Python语言编写的程序不需要编译成二进制代码。你可以直接从源代码运行程序。

在计算机内部，Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式，然后再把它翻

译成计算机使用的机器语言并运行。这使得使用Python更加简单。也使得Python程序更加

易于移植。

（8）面向对象：Python既支持面向过程的编程也支持面向对象的编程。在面向过程的

语言中，程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。Python是完全面向对象的

语言。函数、模块、数字、字符串都是对象。并且完全支持继承、重载、派生、多继承，

有益于增强源代码的复用性。Python支持重载运算符和动态类型。相对于Lisp这种传统的

函数式编程语言，Python对函数式设计只提供了有限的支持。有两个标准库（functools、

itertools）提供了Haskell和StandardML中久经考验的函数式程序设计工具。

（9）可扩展性、可扩充性：如果需要一段关键代码运行得更快，或者希望某些算法不

公开，可以部分程序使用C或C++语言编写，然后在Python程序中使用它们。

Python本身被设计为可扩充的。并非所有的特性和功能都集成到语言核心。Python提

供了丰富的API和工具，以便程序员能够轻松地使用C、C++、Python语言来编写扩充模块。

Python编译器本身也可以被集成到其他需要脚本语言的程序内。因此，很多人还把Python

作为一种“胶水语言”（GlueLanguage）使用。使用Python将其他语言编写的程序进行集

成和封装。在Google内部的很多项目，例如GoogleEngine使用C++编写性能要求极高的

部分，然后用Python或Java/Go调用相应的模块。《Python技术手册》的作者马特利（Alex

Martelli）说：“这很难讲，不过，2004年，Python已在Google内部使用。Google招募许

多Python高手，但在这之前就已决定使用Python，他们的目的是Pythonwherewecan,C++

wherewemust，在操控硬件的场合使用C++，在快速开发时候使用Python。”

（10）可嵌入性：可以把Python嵌入C/C++程序，从而向程序用户提供脚本功能。

（11）丰富的库：Python标准库确实很庞大。它可以帮助处理各种工作，包括正则表达

式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、

第1章/Python概述3

XML-RPC、HTML、WAV文件、密码系统、图形用户界面（GraphicalUserInterface，

GUI）、Tk和其他与系统有关的操作。这被称作Python的“功能齐全”理念。除了标准库

以外，还有许多其他高质量的库，如wxPython、Twisted和Python图像库等。

（12）规范的代码：Python采用强制缩进的方式使得代码具有较好可读性。而Python

语言编写的程序不需要编译成二进制代码。Python的作者设计限制性很强的语法，其中很

重要的一项就是Python的缩进规则，使得不好的编程习惯（例如if语句的下一行不向右缩进）

都不能通过编译。一个和其他大多数语言（如C）的区别就是，一个模块的界限，完全是

由每行的首字符在这一行的位置来决定（而C语言是用一对花括号{}来明确的定出模块的

边界，与字符的位置毫无关系）。通过强制程序员们缩进（包括if、for和函数定义等所有

需要使用模块的地方），Python确实使得程序更加清晰和美观。

（13）高级动态编程：虽然Python可能被粗略地分类为“脚本语言”（ScriptLanguage），

但实际上一些大规模软件开发计划（例如Zope、Mnet及BitTorrent）Google也广泛地使用它。

Python的支持者较喜欢称它为一种高级动态编程语言，原因是“脚本语言”泛指仅作简单

程序设计任务的语言，如shellscript、VBScript等只能处理简单任务的编程语言，并不能与

Python相提并论。

（14）做科学计算优点多：说起科学计算，首先会被提到的可能是MATLAB。除了

MATLAB的一些专业性很强的工具箱还无法被替代之外，MATLAB的大部分常用功能都可

以在Python世界中找到相应的扩展库。和MATLAB相比，用Python做科学计算有如下优点：

首先，MATLAB是一款商用软件，并且价格不菲。而Python完全免费，众多开源的科

学计算库都提供了Python的调用接口。用户可以在任何计算机上免费安装Python及其绝大

多数扩展库。

其次，与MATLAB相比，Python是一门更易学、更严谨的程序设计语言。它能让用户

编写出更易读、易维护的代码。

最后，MATLAB主要专注于工程和科学计算。然而即使在计算领域，也经常会遇到文

件管理、界面设计、网络通信等各种需求。而Python有着丰富的扩展库，可以轻易完成各

种高级任务，开发者可以用Python实现完整应用程序所需的各种功能。

2.不足之处

（1）单行语句和命令行输出问题：很多时候不能将程序连写成一行，如importsys;for

iinsys.path:printi。而perl和awk就无此限制，可以较为方便地在shell下完成简单程序，

不需要如Python一样，必须将程序写入一个.py文件。

（2）给初学者带来困惑：独特的语法，这也许不应该被称为局限，但是它用缩进来区

分语句关系的方式还是给很多初学者带来了困惑。即便是很有经验的Python程序员，也可

能陷入陷阱当中。

（3）运行速度慢：这里是指与C和C++相比。Python开发人员尽量避开不成熟或者

不重要的优化。一些针对非重要部位的加快运行速度的补丁通常不会被合并到Python内。

所以很多人认为Python很慢。不过，根据二八定律，大多数程序对速度要求不高。在某些

对运行速度要求很高的情况，Python设计师倾向于使用JIT技术，或者用使用C/C++语言

改写这部分程序。可用的JIT技术是PyPy。

4/Python程序设计

1.1.2 Python语言发展史

虽然软件产业的历史相对于人类历史只是白驹过隙，但世界上却存在非常多的编程语

言，Python就是其中之一。Python语言算得上一门“古老”的编程语言，能流行这么久。

必然有它的独到之处，本节我们简单介绍Python的相关情况。

Python由GuidovanRossum于1989年底因某种娱乐目的而开发，基于ABC教学语言。

ABC语言非常强大，是专门为非专业程序员设计的。但ABC语言并没有获得广泛的应用，

Guido认为是非开放造成的。

Python的“出身”部分影响了它的流行。Python入门非常简单，它的语法非常像自然语言，

对非软件专业人士而言，选择Python的成本最低，因此某些医学甚至艺术专业背景的人，

往往会选择Python作为编程语言。

Guido在Python中避免了ABC不够开放的劣势，Guido加强了Python和其他语言如C、

C++和Java的结合性。此外，Python还实现了许多ABC中未曾实现的东西，这些因素大

大提高了Python的流行程度。

2008年12月，Python发布了3.0版本（也常常被称为Python3000，或简称Py3k）。

Python3.0是一次重大的升级，为了避免引入历史包袱，Python3.0没有考虑与Python2.x

的兼容。这样导致很长时间以来，Python2.x的用户不愿意升级到Python3.0，这种割裂一

度影响了Python的应用。

毕竟大势不可抵挡，开发者逐渐发现Python3.x更简洁、更方便。现在，绝大部分

开发者已经从Python2.x转移到Python3.x，但有些早期的Python程序可能依然使用了

Python2.x语法。

2009年6月，Python发布了3.1版本；2011年2月，Python发布了3.2版本；2012年9月，

Python发布了3.3版本；2014年3月，Python发布了3.4版本；2015年9月，Python发布

了3.5版本；2016年12月，Python发布了3.6版本；目前Python已经发布了3.9版本。

由于大数据、人工智能（ArtificialIntelligence，AI）的流行，Python变得比以往更加流行。

如图1-1所示，在2021年的TIOBE编程语言排行榜上，Python已经迅速上升到第3位，

仅次于C和Java。

图1-12021年的TIOBE编程语言排行榜

第1章/Python概述5

1.1.3 Python的应用领域

Python是一种解释型脚本语言，可以应用于以下领域：

图形处理：有PIL、tkinter等图形库支持，能方便进行图形处理。

数学处理：NumPy扩展提供大量与许多标准数学库的接口。

文本处理：Python提供的re模块能支持正则表达式，还提供SGML，XML分析模块，

许多程序员利用Python进行XML程序的开发。

数据库编程：程序员可通过遵循PythonDB-API（应用程序编程接口）规范的模块与

MicrosoftSQLServer、Oracle、Sybase、DB2、MySQL、SQLite等数据库通信。Python自

带有一个Gadfly模块，提供了一个完整的SQL环境。

网络编程：提供丰富的模块支持sockets编程，能方便快速地开发分布式应用程序。

网络接口：当在一台机器上有多个接口时，需要跟踪它们的名称、状态等，在Python中，

可以列出接口及其状态。

Web编程：应用的开发语言支持最新的可扩展标记语言（ExtensibleMarkupLanguage，

XML）技术。

多媒体应用：Python的PyOpenGL模块封装了“OpenGL应用程序编程接口”，能进

行二维和三维图像处理。PyGame模块可用于编写游戏软件。

PYMO引擎：PYMO全称为PythonMemoriesOff，是一款运行于SymbianS60V3、

Symbian3、Android系统上的AVG游戏引擎。因其基于Python2.0平台开发，并且适用于

创建秋之回忆（memoriesoff）风格的AVG游戏，故命名为PYMO。

首先，要通过urllib2这个Module获得对应的HTML源码。（注意：在Python3.3之

后urllib2已经不能再用，代之以urllib。）

通过图1-2所示代码就可以将URL的源码存在content变量中，其类型为字符型。

图1-2通过urllib2获得对应的HTML源码

接下来是要从这堆HTML源码中提取我们需要的内容。用Chrome查看一下对应的内

容的代码（也可以用Firefox的Firebug）。通常，url的信息存储在span标签中，要获取其

中的信息可以用正则表达式。

6/Python程序设计

1.2 Python开发环境搭建

1.2.1 Python解释器下载安装

1.下载Python安装包

打开浏览器（如GoogleChrome浏览器），输入“[Python官方网址](https://www.

/)”，打开Python官网，如图1-3所示。

图1-3Python官网界面

单击“Downloads”按钮，将显示和下载有关的菜单项，如图1-4所示。请根据计算机

的操作系统和Python版本选择安装包。标记为“web-basedinstaller”字样的压缩包，表示

需要通过联网完成安装；标记为“executableinstaller”字样的压缩包，表示通过可执行文

件（*.exe）方式离线安装；标记为“embeddablezipfile”字样的压缩包，表示嵌入式版本，

可以集成到其他应用中。

图1-4选择安装包

第1章/Python概述7

选择相对应的安装包选项，单击即可下载。本书选择windowsx86-64executable

installer进行下载。

2.安装Python

在Windows1064位操作系统上安装Python3.x的步骤如下：

（1）双击下载后得到的安装文件python-3.7.0-amd64.exe，将显示安装向导对话框，选

中“AddPython3.7toPATH”复选框，表示将自动配置环境变量，如图1-5所示。

图1-5安装向导界面一

（2）单击图1-5中的“Customizeinstallation”按钮，进行自定义安装（自定义安装可

以修改安装路径），在弹出的安装选项对话框中采用默认设置，如图1-6所示。

图1-6安装向导界面二

（3）单击“Next”按钮，打开高级选项对话框。在该对话框中，设置安装路径为

“D:\Users\29494\AppData\Local\Programs\Python\Python37”（读者可自行设置路径，不建

议安装在C盘，在设置安装路径时直接将C改为D即可）,其他采用默认，如图1-7所示。

8/Python程序设计

图1-7安装向导界面三

（4）单击“Install”按钮，开始安装Python。安装完成后将显示图1-8所示的安装成功

界面。

图1-8安装成功界面

3.检测Python是否安装成功

Python安装完成后，需要检测Python是否成功安装。在Windows10操作系统中检测

Python是否成功安装，可以单击“开始”按钮打开Windows10系统的“开始”菜单，在“搜

索程序和文件”文本框中输入“cmd”，按【Enter】键，启动命令行窗口，在当前的命令

提示符后面输入“python”，按下【Enter】键。若没有报错信息，会打印出Python解释器

相关信息，打印完信息最后输出>>>，说明Python安装成功，同时系统进入交互式Python

解释器中，如图1-9所示。

第1章/Python概述9

图1-9在Windows10操作系统中检测Python是否成功安装

1.2.2 IDLE的使用

IDLE是开发Python程序的基本集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，

IDE），具备基本的IDE的功能，是非商业Python开发的不错的选择。当安装好Python以

后，IDLE就自动安装好了，不需要另外去找。其具备的基本功能有：语法加亮、段落缩进、

基本文本编辑、Table键控制、调试程序。

IDLE是编辑、运行、浏览、调试Python的一个工具（GUI），它使用ThinterGUI工

具包开发的Python程序，几乎可以在任何Python平台上运行。对于很多人来说，IDLE就

是一个简单易用的命令行输入的替代方案。

使用Python自带的IDLE编程打印输出“你好，Python！”，步骤如下：

（1）启动IDLE。单击Windows10系统中的“开始”按钮，打开“开始”菜单，然后

依次选择“所有程序”→“IDLE(Python3.764-bit)”菜单项，即可打开IDLE界面，如图

1-10所示。

图1-10IDLE界面

（2）编辑代码。如图1-10所示，在当前的Python提示符“>>>”的右侧输入代码“print("

你好，Python!")”。

（3）运行代码。如图1-11所示，输入好代码后按【Enter】键，即可运行程序。

图1-11输入代码并运行

10/Python程序设计

在步骤（2）编辑代码中的常见错误是：如图1-12所示，在中文输入法状态下输入代

码中的小括号或者双引号，将产生语法错误。

图1-12常见错误

1.2.3 Anaconda3的安装

Anaconda是一个开源的Python发行版本，包含了conda、Python等180多个科学包及

其依赖项。因为包含了大量的科学包，Anaconda的下载文件比较大（约531MB）。如果

只需要某些包，或者需要节省带宽或存储空间，也可以使用Miniconda这个较小的发行版（仅

包含conda和Python）。

下面介绍Anaconda3的安装。

1.Anaconda3的下载

（1）打开浏览器，输入网址/products/individual，按回车键，

打开Anaconda官网，进入IndividualEdition页面，如图1-13所示。

图1-13Anaconda官网IndividualEdition页面

（2）如果直接单击图1-13中的“Download”按钮，下载的是Anaconda自带的

Python3.8解释器。为了下载其他版本的Python，需要在打开IndividualEdition页面滑动鼠

标滚轮，定位到该IndividualEdition页面的底部，然后单击图1-14中的“archive”按钮。

第1章/Python概述11

图1-14单击“archive”按钮

（3）单击“archive”按钮后，进入图1-15所示的页面，需要滑动页面至最底端，

根据自身系统和Python版本，选择需要的Anaocnda版本。本书选择Anaconda3-5.3.1-

Windows-x86_64.exe，单击即可进行下载。

图1-15选择需要的Anaconda版本

（4）下载好Anaconda3-5.3.1-Windows-x86_64.exe后，双击文件开启Anaconda3的安装。

2.Anaconda3的安装

（1）单击下载好的Anaconda可执行程序，出现图1-16所示安装向导界面。

图1-16Anaconda安装向导界面一

12/Python程序设计

（2）单击界面中的“Next”按钮后出现图1-17所示界面。

图1-17Anaconda安装向导界面二

（3）再单击“IAgree”按钮后出现图1-18所示界面。

图1-18Anaconda安装向导界面三

（4）推荐选择默认的第一个“JustMe（recommended）”单选按钮（这样只有Administrator

管理用户可用该环境），也可以选择第二个，那么其他用户也可用该环境。这里选择第一

个后单击“Next”按钮，出现图1-19所示界面，在“DedisdationFolder”文本框中输入安装

Anaconda的路径地址，或者单击右侧“Browse…”按钮打开对话框，选择Anaconda安装

路径。

第1章/Python概述13

图1-19Anaconda安装向导界面四

（5）路径输入或者选择好后即可单击“Next”按钮，进入图1-20所示界面。可以保

持默认设置，或单击选中第一个复选框，设置好Python环境变量。

图1-20Anaconda安装向导界面五

（6）单击“Install”按钮后进入图1-21所示界面，进入安装，并显示安装进度条。单

击“Showdetails”按钮，可以查看安装细节，等待绿色安装进度条加载完成。若还未加载

安装完成，页面下方的3个按钮是灰色的，单击无效。

14/Python程序设计

图1-21Anaconda安装向导界面六

（7）如图1-22所示，绿色进度条加载完成后，其左侧上方出现了文字“Completed”，

界面上方也出现“Setupwascompletedsuccessfully”文字，表示Anaconda3已经完成安装，

然后单击页面下方的“Next”按钮。

图1-22Anaconda安装向导界面七

（8）出现图1-23所示界面，提示安装VSCode。

第1章/Python概述15

图1-23Anaconda安装向导界面八

（9）单击“Skip”按钮跳过安装VSCode后界面如图1-24所示。

图1-24Anaconda安装向导界面九

（10）取消选中图1-24所示界面中的两个复选框，先不用启动Anaconda，然后单击

“Finish”按钮完成Anaconda下Python环境安装。

3.测试安装好的Anaconda3

（1）通过单击“开始”菜单中“AnacondaPrompt”命令，如图1-25所示，对安装的

Anaconda进行Python环境进行测试，验证安装是否正确。

（2）单击“AnacondaPrompt”后出现图1-26所示命令行窗口界面。

16/Python程序设计

图1-25选择“开始”菜单中的“AnacondaPrompt”图1-26命令行窗口界面

（3）在命令行窗口界面中输入“python”，按【Enter】键后界面如图1-27所示。

图1-27输入“Python”按【Enter】键后

（4）接着在>>>后输入图1-28所示的Python代码。

（5）按【Enter】键即可运行代码，其结果如图1-29所示。

图1-28输入代码图1-29运行结果

通过以上测试运行Python代码，正确输出相关信息，没有报错，紧接着输出>>>，则

说明Python环境安装正确。

1.2.4 扩展库的安装方法

在安装扩展库之前我们可以先添加好Anaconda的Python环境的镜像以加速库的安装。

启动命令行（AnacondaPrompt启动后即进入了conda命令行），通过如下命令完成镜像的

添加。同时复制粘贴下面的命令然后按回车键，或者一条条命令粘贴，然后按回车键即可

添加好。具体命令如下：

condaconfig--addchannels/anaconda/

pkgs/free/condaconfig--addchannels/

anaconda/pkgs/main/

condaconfig--setshow_channel_urlsyes

为了防止Anaconda出现bug，即出现错误，在完成如上操作后请通过如下命令安装更

新conda。

condaupdateconda

在命令行输入以上命令，根据提示输入ｙ，按回车键，即可对conda所管理的库和包

第1章/Python概述17

等进行更新。

扩展库的安装方法主要有如下2种方式：

condainstall包名称

pipinstall包名称

命令行的安装方式，只需要将两个命令中的任何一个命令正确输入Anaconda的命令行，

然后按回车键即可。

如果conda命令安装较慢可以采用如下命令，但是使用如下命令安装时需要先更新

pip。

pipinstall-i/simplepip-U

pipinstallpip-U

使用pip安装扩展库的命令如下：

pipinstall-i/simplesome-package

some-package表示要安装的扩展库名称。

此外扩展库的安装也可以通过启动安装好的AnacondaNavigator（通过单击“开始”菜

单中“AnacondaNavigator”命令），搜索需要的扩展库进行安装。

1.2.5 常用第三方开发工具

除了Python自带的IDLE以外，还有很多能够进行Python编程的开发工具，比如

VSCode，以及通过安装Anaconda后附带安装好的JupyterNotebook和Spyder，如图1-30所示。

此外PyCharm也是比较流行的开发工具。下面重点介绍JupyterNotebook和PyCharm的使用。

图1-30安装好的JupyterNotebook和Spyder

1.JupyterNotebook

JupyterNotebook是基于网页的用于交互计算的应用程序，可应用于全过程计算：开

发、文档编写、运行代码和展示结果。其详细使用方法可以通过https://jupyter-notebook.

readthedocs.io/_/downloads/en/stable/pdf/进行了解。

启动方式主要有两种：

（1）打开命令行界面输入：JupyterNotebook，然后按回车键即可启动。

（2）通过单击“开始”菜单，找到JupyterNotebook，单击即可启动。

简单使用方法如下：

（1）打开一个新文档。在主页面的右上角单击“New”按钮，打开下拉列表，如图

18/Python程序设计

1-31所示，选择某项，即可新建一个想要的文件类型。Jupyter可以打开一个Terminal，还

可以作为一个TextFile编辑器等，功能明显比Terminal强大。

图1-31“New”下拉菜单

（2）Python编辑器的使用。选择图1-31中的“New”下拉菜单中的“Python3”，打

开图1-32所示界面。

图1-32选择“Python3”后的界面

图1-32所示是一个Notebook界面，其组成部分有：①Notebook的名称；②主工具栏，

提供了保存、导出和重载Notebook，以及重启内核等选项；③快捷键；④Notebook编辑区，

编写好代码后即可单击快捷键中的“运行”按钮运行代码（或者其他方式执行代码）。

最下面的“In[]:”框称为单元格，可以把代码分成一段段的单元格输入，然后逐个单

元格地运行。注意，这个功能是非常友好的，有时候只修改了中间的一小段代码，又不想

全部代码都要重新运行的时候这个功能就非常有用了。另外，单元格是可以改变顺序的，

而且可以输出图片和绘图，非常强大。下面介绍一些常用技巧。

注意：JupyterNotebook支持【Tab】键自动补充单词。

（1）修改文档名称。

方法一：单击图1-32所示界面中的“Untitled5”。

方法二：单击“File”，在打开的列表中选择“Rename”。

（2）导出文档。单击“File”，在打开的列表中选择“Downloadas”打开其级联菜单，

如图1-33所示。

第1章/Python概述19

图1-33“Downloadas”级联菜单

在级联菜单中发现它支持好几种格式的导出。其中，.ipynb是Notebook的格式，是一

种类json的格式保存；.py是Python脚本文件，是一种Python的源代码。

（3）保存。按【Ctrl+S】组合键可以保存文档，默认保存为.ipynb类型文件，保存在

主目录下。

（4）单元格式。单击图1-32中快捷键区域中的“代码”，打开下拉菜单，如图1-34所示，

提供了几种单元格式。

图1-34“代码”下拉菜单

代码：是正常的Python代码格式。

Markdown：是一个Text文档编辑格式，就像在Word里编写一样。

标题：可以为Markdown的句子设置标题等级，像Word的标题一、标题二

（5）快捷键。常用的快捷键及作用如下：

【Ctrl+Enter】：执行单元格代码。

【Shift+Enter】：执行单元格代码并且移动到下一个单元格。

【Alt+Enter】：执行单元格代码，新建并移动到下一个单元格。

2.PyCharm

（1）下载安装。

PyCharm提供免费的社区版与付费的专业版。专业版额外增加了一些功能，如项目模板、

20/Python程序设计

远程开发、数据库支持等。个人学习Python使用免费的社区版已足够。PyCharm社区版下

载地址：/pycharm/download/#section=windows。

单击安装文件，按照提示即可完成安装。注意安装路径尽量不使用带有中文或空格的

目录，这样可以避免使用过程出现一些莫名的错误。

（2）新建项目。

①双击桌面上的“PyCharmCommunityEdition”快捷图标，即可启动PyCharm应用程序。

首次启动会出现图1-35所示界面，单击选中下方的提示信息复选框，然后单击“Continue”

按钮，进入图1-36所示新建界面。

图1-35首次启动PyCharm界面

图1-36新建界面

②单击“NewProject”按钮，出现图1-37所示界面。按照图中提示，在上方“Location”

中设置项目保存地址，单击选中下方单选按钮配置Python解释器，单击选中“Creatamain.

pywelcomescript”复选框，设置Python解释器所在路径。单击“Create”按钮。

第1章/Python概述21

图1-37“NewProject”窗口

③进入图1-38所示界面，单击选中“Previouslyconfiguredinterpreter”单选按钮，单击

“Interpreter”右侧的“...”按钮，进入图1-39所示界面。

图1-38新建项目设置界面

④在图1-