Python编程快速上手作业指导书

Python编程快速上手作业指导书TOC\o"1-2"\h\u32731第1章Python基础 2181681.1Python安装与配置 243411.2基本数据类型与变量 354881.3运算符与表达式 424414第2章控制流语句 5162282.1条件语句 5230592.1.1if语句 5156632.1.2elif语句 541122.1.3else语句 586422.2循环语句 643112.2.1for循环 6198482.2.2while循环 6221042.3控制流语句应用实例 6105462.3.1判断奇偶数 6109962.3.2计算1到100的累加和 6123342.3.3输出九九乘法表 721677第3章函数与模块 739943.1函数的定义与调用 7222113.2参数传递与返回值 715113.3模块的使用与命名空间 725934第4章列表与元组 8206254.1列表的基本操作 8170454.2列表推导式 983374.3元组的使用 915411第5章字典与集合 1049885.1字典的基本操作 10282315.1.1创建字典 10241635.1.2访问字典中的值 10259235.1.3修改字典 102465.1.4删除键值对 10151275.1.5字典的遍历 10190625.2字典推导式 10293835.3集合的使用 1119105.3.1创建集合 11117015.3.2添加元素 1198605.3.3删除元素 11287035.3.4集合的交集与并集 1121291第6章字符串与正则表达式 1157906.1字符串的基本操作 11168796.1.1字符串创建 12278276.1.2字符串索引和切片 12320436.1.3字符串连接和重复 1252856.2字符串格式化 12169016.2.1使用百分号（%） 12131016.2.2使用`str.format()` 13137736.2.3使用fstring（Python3.6） 1396826.3正则表达式基础 13162586.3.1正则表达式语法 132306.3.2re模块 1328243第7章文件与异常处理 14149607.1文件读写 14238947.1.1打开文件 14208937.1.2读取文件内容 14178697.1.3写入文件 14323547.1.4关闭文件 14155297.2文件与目录操作 1549757.2.1查看文件属性 15156747.2.2列出目录内容 15196387.2.3创建和删除目录 15292137.3异常处理 15222757.3.1tryexcept语句 15304477.3.2捕获多个异常 163817.3.3else和finally子句 1624659第8章类与对象 16204868.1类的定义与实例化 1613418.2属性与方法 1776418.3继承与多态 177088第9章Python高级特性 18148079.1列表推导式与器表达式 1831509.2装饰器 19292719.3迭代器与器 1915201第10章常用模块与第三方库 202982710.1时间日期模块 201518410.2网络编程模块 201727910.3数据分析与可视化库 201526010.4Web开发框架与应用实例 20第1章Python基础1.1Python安装与配置本章旨在指导读者完成Python环境的安装与配置。请按照以下步骤进行操作：（1）访问Python官方网站（s://.org/downloads/），适用于您操作系统的Python版本。（2）双击的安装包，启动安装程序。在安装过程中，请保证选中“AddPythontoPATH”选项，以便在命令行中直接调用Python。（3）安装完成后，打开命令行或终端，输入version，检查Python是否正确安装。（4）配置Python开发环境。推荐使用PyCharm（s://jetbrains./pycharm/）或VSCode（s://.visualstudio./）等集成开发环境，以提高开发效率。1.2基本数据类型与变量Python中，数据类型包括整数（int）、浮点数（float）、字符串（str）、列表（list）、元组（tuple）、字典（dict）和集合（set）。以下简要介绍这些数据类型及变量使用：（1）整数（int）：表示不带小数点的整数。例如：1,100,50。（2）浮点数（float）：表示带小数点的数。例如：3.14,2.5。（3）字符串（str）：表示一系列字符。例如："Hello,World!"，'Python'。（4）列表（list）：表示有序的元素序列。例如：[1,2,3]，['a','b','c']。（5）元组（tuple）：表示不可变的有序元素序列。例如：(1,2,3)，('a','b','c')。（6）字典（dict）：表示键值对集合。例如：{'name':'Alice','age':20}。（7）集合（set）：表示无序且元素唯一的集合。例如：{1,2,3}。在Python中，使用变量存储数据时，无需显式声明数据类型，Python解释器会自动推断。例如：a=10整数b=3.14浮点数c="Hello"字符串d=[1,2,3]列表e=(1,2,3)元组f={'key':'value'}字典g={1,2,3}集合1.3运算符与表达式Python中的运算符分为以下几类：（1）算术运算符：用于执行基本的算术运算。包括加（）、减（）、乘（）、除（/）、整除（//）、取模（%）等。（2）比较运算符：用于比较两个值的关系。包括等于（==）、不等于（!=）、大于（>）、小于（<）、大于等于（>=）和小于等于（<=）。（3）赋值运算符：用于将运算结果赋给变量。包括等于（=）、加等于（=）、减等于（=）等。（4）逻辑运算符：用于组合多个条件。包括与（and）、或（or）和非（not）。（5）位运算符：用于执行位操作。包括按位与（&）、按位或（）、按位异或（^）等。以下为一些示例：算术运算符result1=103结果为13result2=103结果为7result3=103结果为30result4=10/3结果为3.3333result5=10//3结果为3result6=10%3结果为1比较运算符flag1=10==3结果为Falseflag2=10!=3结果为Trueflag3=10>3结果为Trueflag4=10<3结果为Falseflag5=10>=3结果为Trueflag6=10<=3结果为False赋值运算符a=10a=3a的值变为13a=3a的值变为10逻辑运算符flag7=TrueandFalse结果为Falseflag8=TrueorFalse结果为Trueflag9=notTrue结果为False位运算符result7=4&6结果为4result8=46结果为6result9=4^6结果为2第2章控制流语句2.1条件语句条件语句用于根据特定的条件执行不同的代码分支。在Python中，条件语句主要通过if、elif和else关键字来实现。2.1.1if语句if语句是最基本的条件语句，其语法如下：if条件表达式:条件为True时执行的代码块2.1.2elif语句elif语句用于检查多个条件中的第一个条件是否为True，并在找到满足条件的分支后执行相应的代码块。其语法如下：if条件表达式1:条件表达式1为True时执行的代码块elif条件表达式2:条件表达式1为False且条件表达式2为True时执行的代码块2.1.3else语句else语句用于在所有if和elif条件都不满足时执行代码块。其语法如下：if条件表达式1:条件表达式1为True时执行的代码块elif条件表达式2:条件表达式1为False且条件表达式2为True时执行的代码块else:所有条件都不满足时执行的代码块2.2循环语句循环语句用于重复执行相同的代码块，直到满足某个条件。Python中有两种主要的循环语句：for循环和while循环。2.2.1for循环for循环用于遍历序列（如列表、元组、字符串）中的每个元素，并为每个元素执行相同的代码块。其语法如下：for变量名in序列:对序列中的每个元素执行的代码块2.2.2while循环while循环在给定的布尔条件为True时重复执行代码块。其语法如下：while条件表达式:条件表达式为True时重复执行的代码块2.3控制流语句应用实例以下实例展示了如何使用条件语句和循环语句实现一些基本功能。2.3.1判断奇偶数num=int(input("请输入一个整数："))ifnum%2==0:print("输入的整数是偶数。")else:print("输入的整数是奇数。")2.3.2计算1到100的累加和sum=0foriinrange(1,101):sum=iprint("1到100的累加和为：",sum)2.3.3输出九九乘法表foriinrange(1,10):forjinrange(1,i1):print(f"{j}×{i}={ij}",end="\t")print()第3章函数与模块3.1函数的定义与调用函数是组织好的，可重复使用的代码块，用于执行单一，或相关联的任务。在Python中，函数通过关键字def进行定义。以下为函数定义的基本结构：deffunction_name(parameters):"""函数文档字符串（docstring），描述函数功能。"""在这里编写函数代码returnresult如果函数有返回值函数调用通过其名称后跟括号进行，如下所示：result=function_name(arguments)3.2参数传递与返回值在Python中，参数可以通过位置和关键字进行传递。位置参数：调用函数时根据参数位置进行匹配。关键字参数：调用函数时通过参数名进行指定。参数传递分为以下几种情况：必需参数：在定义函数时没有默认值的参数。默认参数：在定义函数时赋予默认值的参数。可变长参数：可以通过星号（）和双星号（）收集任意数量的位置参数和关键字参数。函数返回值使用return关键字。函数可以返回零个，一个或多个值。3.3模块的使用与命名空间模块是包含Python定义和语句的文件。模块可以定义函数、类和变量，也可以包含可执行的代码。使用模块的方法如下：（1）导入整个模块：importmodule_name（2）导入模块中的某个或某些元素：frommodule_nameimportelement_name1,element_name2（3）导入模块并为其指定别名：importmodule_nameasalias每个模块都有自己的私有符号表，称为命名空间。这意味着模块内的所有名称都独立于其他模块中的名称。使用模块可以避免名称冲突，并有助于代码组织。第4章列表与元组4.1列表的基本操作列表（List）是Python中一种可变的序列类型，可以包含任意类型的元素。以下是列表的基本操作：（1）创建列表：使用方括号创建列表，元素之间用逗号分隔。my_list=[1,2,3,'a','b','c']（2）访问列表元素：通过索引访问列表元素，索引从0开始。print(my_list[0])输出第一个元素：1（3）修改列表元素：通过索引修改列表元素。my_list[1]=20（4）添加元素：使用append()方法在列表末尾添加元素。my_list.append('d')（5）插入元素：使用insert()方法在指定位置插入元素。my_list.insert(1,'new')（6）删除元素：使用del语句删除指定位置的元素，或使用remove()方法删除指定值的元素。delmy_list[1]my_list.remove('a')（7）获取列表长度：使用len()函数获取列表长度。length=len(my_list)（8）列表切片：使用切片操作获取列表的部分元素。sub_list=my_list[1:3]4.2列表推导式列表推导式（ListComprehensions）是Python中创建列表的一种简洁、高效的方法。以下是列表推导式的使用示例：（1）基本列表推导式：创建一个包含0到9每个数字平方的列表。squares=[i2foriinrange(10)]（2）带条件判断的列表推导式：创建一个列表，包含0到9中的偶数。even_numbers=[iforiinrange(10)ifi%2==0]（3）多层循环的列表推导式：创建一个二维列表，用于表示9x9乘法表。multiplication_table=[[ijforjinrange(1,10)]foriinrange(1,10)]4.3元组的使用元组（Tuple）是Python中一种不可变的序列类型，可以包含任意类型的元素。以下是元组的使用方法：（1）创建元组：使用圆括号()创建元组，元素之间用逗号分隔。my_tuple=(1,2,3,'a','b','c')（2）访问元组元素：通过索引访问元组元素，索引从0开始。print(my_tuple[0])输出第一个元素：1（3）元组不可变性：无法修改元组中的元素。错误示例my_tuple[1]=20（4）元组拆包：可以将元组中的元素分别赋值给多个变量。a,b,c=my_tuple[0:3]（5）元组与列表转换：使用list()和tuple()函数实现元组与列表之间的转换。list_from_tuple=list(my_tuple)tuple_from_list=tuple(list_from_tuple)第5章字典与集合5.1字典的基本操作字典是Python中一种非常重要的数据结构，它用于存储键值对。以下是字典的基本操作：5.1.1创建字典创建一个空字典：empty_dict={}创建一个有初始键值对的字典：person_info={'name':'Alice','age':25}5.1.2访问字典中的值通过键来访问对应的值：name=person_info['name']结果为'Alice'5.1.3修改字典添加新的键值对：person_info['gender']='Female'修改已存在的键值对：person_info['age']=265.1.4删除键值对使用`del`关键字删除键值对：delperson_info['gender']5.1.5字典的遍历使用`for`循环遍历字典的所有键：forkeyinperson_info:print(key,person_info[key])使用`items()`方法遍历字典的所有键值对：forkey,valueinperson_info.items():print(key,value)5.2字典推导式字典推导式是Python中创建字典的一种简洁方式，其格式如下：{key_expression:value_expressionforexpressioniniterable}下面是一个使用字典推导式的例子：给定一个字符串列表，计算每个字符出现的次数words=['apple','banana','cherry']char_count={char:len(list(filter(lambdaword:charinword,words)))forcharin'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'}5.3集合的使用集合（set）是一个无序且元素唯一的容器。以下是集合的一些基本操作：5.3.1创建集合创建一个空集合：empty_set=set()创建一个包含初始元素的集合：fruits={'apple','banana','cherry'}5.3.2添加元素使用`add`方法添加元素：fruits.add('orange')5.3.3删除元素使用`remove`方法删除指定元素：fruits.remove('banana')5.3.4集合的交集与并集交集：set1={1,2,3}set2={3,4,5}intersection=set1&set2结果为{3}并集：union=set1set2结果为{1,2,3,4,5}第6章字符串与正则表达式6.1字符串的基本操作本节将介绍Python中字符串的基本操作，包括字符串的创建、索引、切片、连接和重复等。6.1.1字符串创建字符串可以使用单引号、双引号或三引号创建。str1='Hello,world!'str2="Pythonisgreat"str3='''Thisisamultilinestring'''6.1.2字符串索引和切片字符串索引用于访问单个字符，切片用于获取字符串的子串。s='Hello,world!'print(s[0])输出第一个字符'H'print(s[1])输出最后一个字符'!'print(s[0:5])输出子串'Hello'print(s[7:])输出子串'world!'6.1.3字符串连接和重复字符串可以使用加号（）进行连接，使用星号（）进行重复。s1='Hello's2='World's3=s1','s2'!'print(s3)输出'Hello,World!'s4='abc'3print(s4)输出'abcabcabc'6.2字符串格式化字符串格式化用于将变量插入到字符串中。Python提供了几种字符串格式化方法，如使用百分号（%）、`str.format()`和fstring。6.2.1使用百分号（%）name='Alice'age=30print('Mynameis%sandIam%dyearsold.'%(name,age))6.2.2使用`str.format()`name='Alice'age=30print('Mynameis{}andIam{}yearsold.'.format(name,age))6.2.3使用fstring（Python3.6）name='Alice'age=30print(f'Mynameis{name}andIam{age}yearsold.')6.3正则表达式基础正则表达式是用于处理字符串的强大工具，主要用于字符串搜索、替换和验证等场景。6.3.1正则表达式语法以下是一些常用的正则表达式语法：`.`：匹配除换行符以外的任意字符`[abc]`：匹配方括号内的任意字符（a、b或c）`[^abc]`：匹配不在方括号内的任意字符`\d`：匹配数字（09）`\D`：匹配非数字`\w`：匹配字母、数字或下划线（azAZ09_）`\W`：匹配非字母、数字或下划线`{n}`：匹配前面字符或表达式恰好出现n次`{n,}`：匹配前面字符或表达式至少出现n次`{n,m}`：匹配前面字符或表达式至少出现n次且最多出现m次6.3.2re模块Python的re模块提供了正则表达式的相关功能，包括搜索、匹配、替换等。importrepattern=r'\d'匹配一个或多个数字text='Thereare12applesand20oranges.'match=re.search(pattern,text)ifmatch:print('Found:',match.group())第7章文件与异常处理7.1文件读写7.1.1打开文件在Python中，使用内置函数open()来打开文件。该函数接受至少两个参数：文件路径和模式（例如，'r'表示只读模式，'w'表示写入模式）。示例：file=open('example.txt','r')7.1.2读取文件内容读取文件内容有多种方式，如read()、readline()和readlines()。示例：读取整个文件内容content=file.read()读取一行内容line=file.readline()读取所有行，返回列表lines=file.readlines()7.1.3写入文件写入文件时，需要将模式设置为写入模式（'w'），如果需要追加内容，则使用追加模式（'a'）。示例：file=open('example.txt','w')file.write('Hello,world!\n')file.close()7.1.4关闭文件文件使用完毕后，应调用close()方法关闭文件，释放资源。示例：file.close()7.2文件与目录操作7.2.1查看文件属性可以使用os模块查看文件属性。示例：importosfilename='example.txt'ifos.path.exists(filename):print('文件大小：',os.path.getsize(filename))7.2.2列出目录内容使用os模块的listdir()函数可以列出目录中的内容。示例：importosdirectory='.'forentryinos.listdir(directory):print(entry)7.2.3创建和删除目录使用os模块可以创建和删除目录。示例：importos创建目录os.makedirs('new_directory')删除目录os.rmdir('new_directory')7.3异常处理7.3.1tryexcept语句当程序中可能发生错误时，可以使用tryexcept语句捕获和处理异常。示例：try:file=open('example.txt','r')exceptFileNotFoundError:print('文件不存在')7.3.2捕获多个异常在一个tryexcept语句中，可以同时捕获多个异常。示例：try:file=open('example.txt','r')except(FileNotFoundError,PermissionError):print('文件操作发生异常')7.3.3else和finally子句在tryexcept语句中，可以使用else和finally子句。示例：try:file=open('example.txt','r')exceptFileNotFoundError:print('文件不存在')else:print('文件成功打开')file.close()finally:print('无论是否发生异常，都会执行')注意：在实际编程中，建议尽量将文件关闭操作放在finally子句中，保证文件总是能够正确关闭。第8章类与对象8.1类的定义与实例化类（Class）是面向对象编程（OOP）的基础，它是对具有相同特征和行为的对象的抽象描述。在Python中，使用class关键字来定义类。类定义包含属性（也称为成员变量）和方法的声明。以下是定义一个简单类的示例：classPerson:def__init__(self,name,age):=nameself.age=age在上面的例子中，Person是一个类，其中包含一个名为`__init__`的特殊方法，该方法在创建类的实例时自动执行。`self`关键字表示类的实例本身。要实例化一个类，需要使用类名并传递相应的参数：person1=Person("Alice",30)person2=Person("Bob",25)8.2属性与方法属性是类中定义的数据，而方法是类中定义的函数。在Python中，属性通常在`__init__`方法中初始化，而方法用于定义类的行为。以下是一个具有属性和方法的类的示例：classCircle:def__init__(self,radius):self.radius=radiusdefarea(self):return3.14159self.radiusself.radiusdefcircumference(self):return23.14159self.radius在上面的Circle类中，radius是属性，而area和circumference是方法。使用属性和方法：circle=Circle(5)print(circle.radius)输出:5print(circle.area())输出:78.53975print(circle.circumference())输出:31.41598.3继承与多态继承是面向对象编程的一个核心概念，允许我们从一个基类（父类）创建一个派生类（子类）。派生类继承了基类的所有属性和方法，并可以添加新的属性和方法或覆盖基类的方法。以下是继承的示例：classAnimal:defspeak(self):passclassDog(Animal):defspeak(self):return"Bark"classCat(Animal):defspeak(self):return"Meow"在上面的例子中，Dog和Cat是派生自Animal的类，它们都覆盖了speak方法。多态是指一个接口可以有多种实现。在Python中，多态可以通过继承实现。以下是一个多态的示例：defanimal_speak(animal):returnanimal.speak()dog=Dog()cat=Cat()print(animal_speak(dog))输出:Barkprint(animal_speak(cat))输出:Meow在上面的多态示例中，animal_speak函数接受任何Animal类型的对象，并调用它的speak方法，这取决于传入的对象是Dog还是Cat。第9章Python高级特性9.1列表推导式与器表达式列表推导式是Python中创建列表的一种简洁而强大的方法。通过列表推导式，可以轻松地创建复杂的列表，并且代码的可读性更强。器表达式则用于创建迭代器而不是一次性整个列表，从而节省内存。列表推导式的基本格式如下：[expressionforelementiniterableifcondition]器表达式的基本格式如下：(expressionforelementiniterableifcondition)在使用列表推导式和器表达式时，需要注意以下几点：保证在推导式中使用适当且简洁的条件表达式。当处理大数据集时，优先使用器表达式以节省内存。9.2装饰器装饰器是Python中一个非常实用的功能，它允许程序员修改或增强其他函数的行为，而不需要修改原始函数的代码。装饰器本质上是一个函数，它接收一个