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Python程序設(shè)計(jì)信息學(xué)院2024教材《Python程序設(shè)計(jì)—從編程基礎(chǔ)到專(zhuān)業(yè)應(yīng)用(第2版)》機(jī)械工業(yè)出版社,2024年考核平時(shí)成績(jī)(30%)+
期末考試(70%)平時(shí)成績(jī)包含實(shí)驗(yàn)(作業(yè))和考勤聯(lián)系方式電子郵箱:zhangning@課程介紹Python是目前最為靈活、最接近自然語(yǔ)言的通用編程語(yǔ)言,功能強(qiáng)大,適合解決各類(lèi)計(jì)算問(wèn)題。Python輕語(yǔ)法重應(yīng)用的特性使得它非常容易上手,有助于初學(xué)者形成良好的編程習(xí)慣和思維,對(duì)于非計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),Python無(wú)疑成為開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的首選。同時(shí),Python擁有功能強(qiáng)大的第三方庫(kù),提供了完整的數(shù)據(jù)分析框架。全世界的編程人員都在不斷地為Python的第三方庫(kù)貢獻(xiàn)力量,使得Python能夠通過(guò)短短幾行代碼就可以解決一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。課程介紹本課程主要特色和創(chuàng)新體現(xiàn)在:一是采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念,每章章首給出本章要完成的任務(wù)(案例),所有知識(shí)點(diǎn)均圍繞該任務(wù)(案例)實(shí)現(xiàn);二是突出Python在數(shù)據(jù)分析方面的強(qiáng)大功能,從第2章就開(kāi)始使用Python的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和第三方庫(kù);三是面向財(cái)經(jīng)應(yīng)用,具有鮮明的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用特色。課程介紹第一部分Python編程基礎(chǔ)第1章Python起步第2章數(shù)值計(jì)算第3章序列
第4章非序列組合第5章
程序的控制結(jié)構(gòu)第6章結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)第7章面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程介紹第二部分Python專(zhuān)業(yè)應(yīng)用第8章數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)第9章數(shù)據(jù)可視化第10章數(shù)據(jù)分析建模32學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí)第1章Python起步信息學(xué)院2024引言1.1案例:計(jì)算終值1.2Python的安裝和運(yùn)行1.3Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介1.4程序的基本要素1.5編程實(shí)踐:累加、累乘1.6本章小結(jié)1.7習(xí)題本章將學(xué)習(xí)如何安裝Python開(kāi)發(fā)環(huán)境,如何運(yùn)行Python程序,了解什么是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及Python的特性,掌握編寫(xiě)程序的基本要素,包括數(shù)據(jù)類(lèi)型、變量、運(yùn)算符、函數(shù)、語(yǔ)句、控制結(jié)構(gòu)等。在章首案例的指引下,本章將介紹如何創(chuàng)建你的第一個(gè)具有完整功能的Python程序文件并運(yùn)行它。1.1案例:計(jì)算終值假設(shè)你剛開(kāi)了一個(gè)新的儲(chǔ)蓄賬戶,每年的利率是2%,賺的利息在年底支付,然后加到儲(chǔ)蓄賬戶的余額中。編寫(xiě)一個(gè)程序,首先從用戶那里讀取存入賬戶的金額,然后計(jì)算并顯示儲(chǔ)蓄賬戶在1年、2年和3年后的金額,使其四舍五入到小數(shù)點(diǎn)后兩位。編寫(xiě)程序文件并命名為ch01.py,運(yùn)行:首先程序提示輸入初始存入賬戶的金額,即本金,這里輸入1000;然后程序提示輸入年利率,不輸入的話默認(rèn)為2%,這里采用默認(rèn)值。輸入完畢后,程序根據(jù)輸入值進(jìn)行運(yùn)算,并輸出終值計(jì)算結(jié)果。1.2.1搭建編程環(huán)境下載和安裝啟動(dòng)Python交互式解釋器1.2.2創(chuàng)建并運(yùn)行程序交互式文件式1.2Python的安裝和運(yùn)行學(xué)習(xí)一種編程語(yǔ)言,首先要找一款合適的集成開(kāi)發(fā)工具。IDLE是Python軟件包自帶的一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,初學(xué)者可以利用它方便地創(chuàng)建、運(yùn)行、測(cè)試和調(diào)試Python程序。初學(xué)者使用IDLE編輯器寫(xiě)代碼,能夠?qū)W⒂赑ython本身,而不是如何使用工具,手動(dòng)運(yùn)行代碼,可以更加直觀地了解程序腳本的解釋執(zhí)行過(guò)程。下面就來(lái)看一下如何下載和安裝Python軟件包并使用其中的IDLE。1.2.1搭建編程環(huán)境打開(kāi)Python官方主頁(yè),可以訪問(wèn)所有相關(guān)資源:/點(diǎn)擊“downloads”,可以看到當(dāng)前最新版本,比如Python3.11.1。單擊“DownloadPython3.11.1”按鈕,直接下載Windows操作系統(tǒng)的Python解釋器。如果要下載其他操作系統(tǒng)的Python解釋器,點(diǎn)擊相應(yīng)的操作系統(tǒng)鏈接,比如Linux/UNIX、macOS。下載和安裝雙擊下載的可執(zhí)行文件“python-3.11.1-amd64.exe”安裝Python解釋器。下載和安裝勾選最下方“AddPython.exetoPATH”,選擇“InstallNow”將Python安裝在默認(rèn)路徑下,選擇“Customizeinstallation”自行指定安裝路徑(如C:\Python311)。安裝完成后,在“程序”里就可以找到Python程序。IDLE是Python集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IntegratedDevelopmentEnvironment),也是最常使用的Python編程環(huán)境,Python3.11是Python命令行,也是常用的Python編程環(huán)境。下載和安裝通過(guò)IDLE方式啟動(dòng):通過(guò)命令行方式啟動(dòng):?jiǎn)?dòng)Python交互式解釋器兩種界面都以三個(gè)大于號(hào)“>>>”作為提示符,可以在提示符后輸入要執(zhí)行的語(yǔ)句,按回車(chē)執(zhí)行。運(yùn)行Python程序有兩種方式:交互式和文件式。本課程中凡是出現(xiàn)提示符“>>>”,表示代碼在交互式下運(yùn)行,不帶該提示符的代碼則表示以文件式的方式運(yùn)行。1.2.2創(chuàng)建并運(yùn)行程序交互式指Python解釋器即時(shí)響應(yīng)用戶輸入的每條代碼,給出輸出結(jié)果。比如,在IDLE中輸入print("HelloWorld")語(yǔ)句,回車(chē)后,可以看到語(yǔ)句的運(yùn)行結(jié)果是在屏幕上輸出“HelloWorld”。交互式一般用于調(diào)試少量代碼。在“>>>”后輸入exit()或者quit()可以退出Python運(yùn)行環(huán)境。交互式文件式是最常用的編程方式,也稱(chēng)為批量式。指用戶將Python程序?qū)懺谝粋€(gè)或多個(gè)文件中,然后啟動(dòng)Python解釋器批量執(zhí)行文件中的代碼。在IDLE中,選擇File→NewFile菜單選項(xiàng)或者按Ctrl+N打開(kāi)一個(gè)新窗口,在其中輸入Python代碼,并保存為Python程序文件(后綴名為py)。文件式在新窗口中輸入print("HelloWorld")語(yǔ)句,選擇File→SaveAs菜單選項(xiàng),將文件保存為“hello.py”,選擇想要保存文件的路徑(如C:\Python311),點(diǎn)擊“保存”按鈕保存。文件式程序文件也被稱(chēng)為模塊(module)。按快捷鍵F5運(yùn)行程序,或者選擇Run→RunModule菜單選項(xiàng),運(yùn)行結(jié)果顯示在Python交互界面中。文件式Python程序文件被保存并關(guān)閉后,可以通過(guò)在IDLE中選擇File→Open菜單選項(xiàng)或者按快捷鍵Ctrl+O重新打開(kāi)它,也可以在文件資源管理器中找到這個(gè)程序文件,點(diǎn)擊右鍵,選擇“EditwithIDLE”重新打開(kāi)它。注意:不要通過(guò)雙擊打開(kāi)一個(gè)Python程序文件,雙擊時(shí)默認(rèn)會(huì)通過(guò)命令行方式執(zhí)行這個(gè)程序。文件式1.3Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介1.3.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言通用語(yǔ)言和專(zhuān)用語(yǔ)言靜態(tài)語(yǔ)言和動(dòng)態(tài)語(yǔ)言1.3.2Python的起源和特性語(yǔ)法特性開(kāi)源語(yǔ)言功能強(qiáng)大程序就是告訴計(jì)算機(jī)做什么的指令序列,我們需要用一種計(jì)算機(jī)能夠理解的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)這些指令。如果我們能用自然語(yǔ)言告訴計(jì)算機(jī)該做什么那是最好不過(guò)了,計(jì)算機(jī)科學(xué)家們也正在朝這個(gè)方向努力(比如蘋(píng)果的Siri),但我們還沒(méi)有辦法讓計(jì)算機(jī)完全理解人類(lèi)的自然語(yǔ)言。同時(shí),人類(lèi)的自然語(yǔ)言并不非常適合描述復(fù)雜的算法,因?yàn)樽匀徽Z(yǔ)言充滿了模糊性和不精確性。為此,計(jì)算機(jī)科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了能夠以精確、清晰的方式表達(dá)計(jì)算的符號(hào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,這些特殊的符號(hào)就被稱(chēng)為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的每一種結(jié)構(gòu)都具有精確的形式(稱(chēng)為句法)和精確的含義(稱(chēng)為語(yǔ)義),程序員們經(jīng)常把他們寫(xiě)出來(lái)的程序稱(chēng)為計(jì)算機(jī)代碼。1.3.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言統(tǒng)稱(chēng)為低級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言使用二進(jìn)制代碼表達(dá)指令,是計(jì)算機(jī)硬件可以直接識(shí)別和執(zhí)行的編程語(yǔ)言,用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序十分繁冗,程序也難以閱讀和修改。匯編語(yǔ)言使用助記符與機(jī)器語(yǔ)言中的指令進(jìn)行一一對(duì)應(yīng),在計(jì)算機(jī)發(fā)展早期能幫助程序員提高編程效率。高級(jí)語(yǔ)言是接近自然語(yǔ)言的編程語(yǔ)言,可以更容易地描述計(jì)算問(wèn)題并利用計(jì)算機(jī)解決計(jì)算問(wèn)題。第一個(gè)廣泛應(yīng)用的高級(jí)語(yǔ)言是誕生于1972年的C語(yǔ)言,之后50年來(lái)先后誕生了幾千種高級(jí)語(yǔ)言,其中大多數(shù)語(yǔ)言由于應(yīng)用領(lǐng)域狹窄而退出了歷史舞臺(tái)。Python作為一種高級(jí)語(yǔ)言,其第一個(gè)公開(kāi)發(fā)行版發(fā)行于1991年。低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言除了Python、C之外,常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言還包括C++、C#、Java、JavaScript、R、PHP、Ruby、Matlab、HTML、Perl、Fortran、SQL,還有谷歌的Go語(yǔ)言和蘋(píng)果的Swift語(yǔ)言,等等。從2014年開(kāi)始,IEEESpectrum雜志每年都會(huì)發(fā)布編程語(yǔ)言排行榜,Python的排名從2016年開(kāi)始持續(xù)上升,2017年躍居榜首,至今已蟬聯(lián)六年冠軍,2022年位于排行榜前五的編程語(yǔ)言分別是:Python、C、C++、C#、Java。根據(jù)TIOBE在2022年12月發(fā)布的最新編程語(yǔ)言指數(shù),Python首次超越C位居榜首,排名前五的編程語(yǔ)言同樣是:Python、C、C++、Java、C#。常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言通用語(yǔ)言是指能夠用于編寫(xiě)多種用途程序的編程語(yǔ)言,語(yǔ)法中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于特定應(yīng)用的程序元素,如Python、C、C++、C#、Java,等等。Python是目前最為靈活、最接近自然語(yǔ)言的通用編程語(yǔ)言,功能強(qiáng)大,適合解決各類(lèi)計(jì)算問(wèn)題,是數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)據(jù)分析、人工智能(artificialintelligence)、區(qū)塊鏈(blockchain)等領(lǐng)域的首選語(yǔ)言。專(zhuān)用語(yǔ)言是指包含針對(duì)特定應(yīng)用的程序元素,或者應(yīng)用領(lǐng)域比較狹窄的編程語(yǔ)言,如HTML(用來(lái)描述網(wǎng)頁(yè)的標(biāo)記語(yǔ)言)、JavaScript(適用于Web客戶端開(kāi)發(fā)的腳本語(yǔ)言)、PHP(適用于Web服務(wù)器端開(kāi)發(fā)的腳本語(yǔ)言)、Matlab(科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言)、SQL(數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)言),等等。通用語(yǔ)言和專(zhuān)用語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言按照計(jì)算機(jī)執(zhí)行方式的不同可以分成兩類(lèi):采用解釋執(zhí)行的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言和采用編譯執(zhí)行的靜態(tài)語(yǔ)言。編譯是將源代碼(高級(jí)語(yǔ)言代碼)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼(機(jī)器語(yǔ)言代碼)的過(guò)程,執(zhí)行編譯的計(jì)算機(jī)程序稱(chēng)為編譯器。解釋是將源代碼逐條轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼同時(shí)逐條運(yùn)行目標(biāo)代碼的過(guò)程,執(zhí)行解釋的計(jì)算機(jī)程序稱(chēng)為解釋器。解釋和編譯的區(qū)別在于:編譯是一次性地翻譯,一旦程序被編譯,就不再需要編譯器或者源代碼;解釋則在每次程序運(yùn)行時(shí)都需要解釋器和源代碼。這兩者的區(qū)別類(lèi)似于外語(yǔ)資料的翻譯和實(shí)時(shí)的同聲傳譯。靜態(tài)語(yǔ)言和動(dòng)態(tài)語(yǔ)言C、C++、Java等語(yǔ)言是采用編譯執(zhí)行的靜態(tài)語(yǔ)言,而JavaScript、PHP等語(yǔ)言則是采用解釋執(zhí)行的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言。Python是采用解釋執(zhí)行方式的現(xiàn)代動(dòng)態(tài)語(yǔ)言,但其解釋器保留了編譯器的部分功能,隨著程序運(yùn)行,解釋器也會(huì)生成一個(gè)完整的目標(biāo)代碼,從而提升了計(jì)算機(jī)性能。靜態(tài)語(yǔ)言和動(dòng)態(tài)語(yǔ)言Python的始創(chuàng)者是荷蘭人吉多(GuidovonRossum)。1982年,吉多從阿姆斯特丹大學(xué)獲得了數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)碩士學(xué)位。1989年圣誕節(jié)期間,他為了打發(fā)圣誕節(jié)的無(wú)趣,決心開(kāi)發(fā)一個(gè)新的腳本解釋程序。Python這一名稱(chēng)來(lái)自英國(guó)肥皂劇《MontyPython》,吉多之所以選中Python作為語(yǔ)言的名字,是因?yàn)樗矚g這部肥皂劇了。但Python經(jīng)常用“巨蟒”(Python的原義)的圖標(biāo)。1.3.2Python的起源和特性Python的第一個(gè)公開(kāi)發(fā)行版發(fā)行于1991年。2000年,Python2.0正式發(fā)布,開(kāi)啟了其廣泛應(yīng)用的新時(shí)代。2008年,Python3.0正式發(fā)布,3.0版本無(wú)法向下兼容2.0版本的既有語(yǔ)法。2010年,Python2.x系列發(fā)布了最后一版,即2.7版,從此終結(jié)了2.x系列版本的發(fā)展。1.3.2Python的起源和特性語(yǔ)法特性簡(jiǎn)潔易學(xué):Python語(yǔ)言關(guān)鍵字少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、語(yǔ)法清晰,實(shí)現(xiàn)相同功能的代碼行數(shù)僅相當(dāng)于其它語(yǔ)言的1/10~1/5,初學(xué)者可以在短時(shí)間內(nèi)輕松上手。強(qiáng)制可讀:Python語(yǔ)言通過(guò)強(qiáng)制縮進(jìn)(類(lèi)似文章段落的首行空格)來(lái)體現(xiàn)語(yǔ)句間的邏輯關(guān)系,顯著提高了程序的可讀性。支持中文:Python3.0解釋器采用UTF-8編碼表達(dá)所有字符,可以表達(dá)英文、中文、韓文、法文等各類(lèi)語(yǔ)言。開(kāi)源語(yǔ)言開(kāi)源指的是開(kāi)放源代碼,即源代碼公開(kāi),任何人都可以訪問(wèn)、學(xué)習(xí)、修改甚至是發(fā)布。Python語(yǔ)言是開(kāi)源項(xiàng)目的優(yōu)秀代表,其解釋器的全部代碼都是開(kāi)放的,任何計(jì)算機(jī)高手都可以為不斷推動(dòng)Python語(yǔ)言的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。Python軟件基金會(huì)作為一個(gè)非營(yíng)利組織,擁有Python2.1版本之后所有版本的版權(quán),該組織致力于更好地推進(jìn)并保護(hù)Python語(yǔ)言的開(kāi)放性。世界各地的程序員通過(guò)開(kāi)源社區(qū)貢獻(xiàn)了十幾萬(wàn)個(gè)第三方函數(shù)庫(kù),幾乎覆蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和第三方庫(kù)眾多,功能強(qiáng)大,既可以用來(lái)開(kāi)發(fā)小工具,也可以用來(lái)開(kāi)發(fā)企業(yè)級(jí)應(yīng)用。Python提供了完整的數(shù)據(jù)分析框架,本課程第二部分(第8-10章)將予以介紹。其中:NumPy是一個(gè)用于多維數(shù)組和矩陣運(yùn)算的數(shù)學(xué)庫(kù);Pandas是一個(gè)基于NumPy的專(zhuān)門(mén)處理分析表格型數(shù)據(jù)的庫(kù);Matplotlib是Python中使用最多的2D圖像繪制工具包,可以非常簡(jiǎn)單地將數(shù)據(jù)可視化;Scikit-Learn是用Python開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù),包括大量的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)集,是一個(gè)簡(jiǎn)單高效的數(shù)據(jù)挖掘工具。功能強(qiáng)大1.4程序的基本要素1.4.1數(shù)據(jù)類(lèi)型1.4.2變量1.4.3運(yùn)算符1.4.4函數(shù)1.4.5語(yǔ)句1.4.6控制結(jié)構(gòu)一種數(shù)據(jù)類(lèi)型(type)是一系列值以及為這些值定義的一系列操作方法的集合。Python的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包括數(shù)字和字符串,還有像列表、元組、字典、集合這樣的組合數(shù)據(jù)類(lèi)型。1.4.1數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型類(lèi)(型)名類(lèi)別示例整型int數(shù)字10浮點(diǎn)型float10.0布爾型boolTrue字符串str序列"HelloWorld"列表list[1,2,3,4,5]元組tuple(1,2,3,4,5)字典dict非序列組合{"principal":100,"futurevalue":110}集合set{1,2,3,4,5}字符串類(lèi)型是Python最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型,字符串就是字符的序列。在Python里,字符串可以用單引號(hào)、雙引號(hào)或三引號(hào)括起,但必須配對(duì),其中三引號(hào)既可以是三個(gè)單引號(hào),也可以是三個(gè)雙引號(hào)。單引號(hào)和雙引號(hào)的作用相同,而用三引號(hào)括起來(lái)的字符串支持換行。比如,"HelloWorld"就是一個(gè)字符串,也可以用'HelloWorld'或'''HelloWorld'''表示。注意:編寫(xiě)程序過(guò)程中所使用的符號(hào)必須是英文符號(hào)??沾纯兆址?,是一個(gè)不包含任何內(nèi)容的字符串,可以表示為''、""、''''''。需要注意的是,空串并不是包含空格的字符串(表示為''、""、''''''),空格也是一個(gè)字符。字符串整型一般以十進(jìn)制(decimal)表示,但Python也支持八進(jìn)制、十六進(jìn)制或二進(jìn)制來(lái)表示整型。八進(jìn)制(octal)整數(shù)以“0o”或“0O”開(kāi)始,十六進(jìn)制(hexadecimal)整數(shù)則以“0x”或“0X”開(kāi)始,二進(jìn)制(binary)整數(shù)以“0b”或“0B”開(kāi)始。整型八進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制int()是整型的轉(zhuǎn)換函數(shù),可以將其他數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換為整型,其最為常見(jiàn)的用法是將包含整數(shù)的字符串轉(zhuǎn)換為整型,比如int('1000'),其結(jié)果為整數(shù)1000。注意:'1000'是包含整數(shù)的字符串,如果想對(duì)它進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算,必須先轉(zhuǎn)換為整型。如果想將整型轉(zhuǎn)換為字符串類(lèi)型,可以使用字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)str(),如str(1000)的結(jié)果為'1000'。整型轉(zhuǎn)換函數(shù)的完整形式為:int(x,base=10)。參數(shù)base表示是幾進(jìn)制,默認(rèn)是十進(jìn)制,即不指定base參數(shù)時(shí),默認(rèn)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制整數(shù)。整型浮點(diǎn)數(shù)也稱(chēng)為小數(shù),可以用直接的十進(jìn)制或科學(xué)計(jì)數(shù)法表示。浮點(diǎn)數(shù)通常都有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)和一個(gè)可選的后綴e(大寫(xiě)或小寫(xiě),表示科學(xué)計(jì)數(shù)法),在e和指數(shù)之間可以用“+”或“-”表示正負(fù),正數(shù)可以省略。float()是浮點(diǎn)型的轉(zhuǎn)換函數(shù),可以將其他數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型,最為常見(jiàn)的用法是將包含小數(shù)的字符串轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型。若要將整型轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型,后面加個(gè)“.0”即可。浮點(diǎn)型十進(jìn)制表示法科學(xué)計(jì)數(shù)法float()0.04.3e25float(10)3.14159.384e-23float(True)-777.4.2E-10float('10.0')-5.5555671196.022E16float(0x10)也可以使用int()函數(shù)將浮點(diǎn)型轉(zhuǎn)換為整型,直接舍去小數(shù)部分截取整數(shù)部分。使用int()或float()將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字類(lèi)型時(shí),該字符串必須包含數(shù)字,否則程序會(huì)報(bào)錯(cuò),錯(cuò)誤類(lèi)型為“ValueError”(值錯(cuò)誤)。注意:浮點(diǎn)數(shù)在運(yùn)算過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)誤差,通常,浮點(diǎn)型的精度為15~17位有效數(shù)字。浮點(diǎn)型布爾型只有兩個(gè)值:True或False。對(duì)于值為零的數(shù)字或空集(空串、空列表、空元組、空字典),在Python中的布爾值都是False,而對(duì)于值不為零的任何數(shù)字或非空集(非空串、非空列表、非空元組、非空字典),其布爾值均為T(mén)rue。bool()是布爾型的轉(zhuǎn)換函數(shù),可以將其他數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換為布爾型。在數(shù)學(xué)運(yùn)算中,True和False分別對(duì)應(yīng)于1和0,float(True)結(jié)果為1.0。布爾型變量(variable)是編程語(yǔ)言中能存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果或能表示值的抽象概念。在使用變量前,需要對(duì)其進(jìn)行賦值,之后可以根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)變量重新賦值。1.4.2變量變量的名字也稱(chēng)為標(biāo)識(shí)符(identifier),與其他大多數(shù)高級(jí)語(yǔ)言一樣,Python中變量命名規(guī)則如下:以字母或下劃線(_)開(kāi)頭;其他的字符可以是數(shù)字、字母或下劃線;不能將Python關(guān)鍵字作為變量名。變量的命名FalseNoneTrueandasassertasyncawaitbreakclasscontinuedefdelelifelseexceptfinallyforfromglobalifimportinislambdanonlocalnotorpassraisereturntrywhilewithyield我們已經(jīng)了解了True和False這兩個(gè)關(guān)鍵字,本章后續(xù)還會(huì)學(xué)習(xí)if、else、for、in等關(guān)鍵字。除以上必須遵守的命名規(guī)則以外,我們還給出如下建議:應(yīng)既簡(jiǎn)短又具有描述性,例如name比n好,student_name比s_n好。慎用小寫(xiě)字母l和大寫(xiě)字母O,因?yàn)榭赡鼙蝗隋e(cuò)看成數(shù)字1和0。避免用下劃線開(kāi)頭,在Python里下劃線開(kāi)頭的變量有特殊含義。在本章案例中,我們使用了如下4個(gè)變量:principal:用來(lái)存儲(chǔ)初始存入賬戶的金額,也就是本金。future_value:用來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算出來(lái)的終值。interest_rate:用來(lái)表示年利率。year:用來(lái)表示年份。變量的命名變量賦值通過(guò)等號(hào)(=)來(lái)執(zhí)行。Python是一種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言,因此不需要預(yù)先聲明變量的類(lèi)型,變量的類(lèi)型和值在賦值那一刻被初始化;同時(shí)變量的類(lèi)型也是可以隨時(shí)變化的,也就是說(shuō),可以先將某個(gè)變量賦值為一個(gè)字符串,然后又將其賦值為一個(gè)數(shù)字。變量的賦值假設(shè)在本章案例中,我們初始存入賬戶的金額為1000元、年利率為2%,那么我們可以給變量principal賦值為1000、給變量interest_rate賦值為0.02。變量的賦值在交互式解釋器中,可以用變量名查看該變量的原始值。注意與print()函數(shù)輸出結(jié)果的不同,直接用變量名查看,字符串帶引號(hào),而用print()函數(shù)輸出時(shí)不帶引號(hào)。運(yùn)算符(operator)也稱(chēng)為操作符,在程序中用于計(jì)算。Python支持單目運(yùn)算符和雙目運(yùn)算符:?jiǎn)文窟\(yùn)算符帶一個(gè)操作數(shù),操作數(shù)在運(yùn)算符的右邊;雙目運(yùn)算符帶兩個(gè)操作數(shù),操作數(shù)在運(yùn)算符的兩邊。操作數(shù)(operand)可以是變量、常量、函數(shù)調(diào)用的返回值等。表達(dá)式(expression)是運(yùn)算符和操作數(shù)的有效組合,通常有一個(gè)計(jì)算結(jié)果。1.4.3運(yùn)算符算數(shù)運(yùn)算符運(yùn)算符功能expr1**expr2求冪+exprexpr的結(jié)果符號(hào)不變-expr對(duì)expr的結(jié)果符號(hào)取負(fù)expr1*expr2乘法expr1/expr2除法expr1//expr2整除expr1%expr2取余expr1+expr2加法expr1-expr2減法用于數(shù)字的算數(shù)運(yùn)算符:整除運(yùn)算符“//”返回比真正的商小的最接近的整數(shù),比如2//3的結(jié)果為0,而-2//3的結(jié)果為-1。本章案例中計(jì)算終值的表達(dá)式需要用到加法(+)、乘法(*)和求冪(**)三種算數(shù)運(yùn)算符:principal*(1+interest_rate)**year。注意求冪的優(yōu)先級(jí)最高,其次是乘法,最后是加法,為了先進(jìn)行加法運(yùn)算,需要加括號(hào)。當(dāng)principal為1000、interest_rate為0.02、year為2時(shí),終值計(jì)算結(jié)果為1040.4。算數(shù)運(yùn)算符格式化運(yùn)算符用于指定字符串的格式,用“%”表示左邊的操作數(shù)是格式化字符串,其中包含格式符,這些格式符為真實(shí)值預(yù)留位置,并說(shuō)明真實(shí)數(shù)值應(yīng)該呈現(xiàn)的格式;右邊的操作數(shù)是一個(gè)元組,將多個(gè)值傳遞給格式化字符串,每個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)格式符。格式化運(yùn)算符格式符格式格式符格式%c單個(gè)字符%s字符串%d或%i十進(jìn)制整型%f或%F浮點(diǎn)型%e或%E浮點(diǎn)型的科學(xué)計(jì)數(shù)法%%輸出一個(gè)單一的%輔助符號(hào)作用m.nm是顯示的最小總寬度,n是小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)(如果有的話)0位數(shù)顯示不夠m時(shí),前面用0填充,而不是默認(rèn)的空格格式化運(yùn)算符本章案例中在計(jì)算出終值后,要將結(jié)果顯示在屏幕上。格式化輸出的字符串包括年份和終值,其中年份用十進(jìn)制整型的格式符“%d”,終值用浮點(diǎn)型的格式符“%f”,同時(shí)對(duì)于終值保留兩位小數(shù),最小總寬度為7(包括小數(shù)點(diǎn)),加入輔助符號(hào)后的格式符為“%7.2f”,表達(dá)式如下:"year%d:%7.2f"%(year,future_value)格式化運(yùn)算符“%”右邊的元組中第一個(gè)元素year對(duì)應(yīng)第一個(gè)格式符“%d”,第二個(gè)元素future_value對(duì)應(yīng)第二個(gè)格式符“%7.2f”。當(dāng)year為2、future_value為1040.4時(shí),格式化字符串為"year2:1040.40"。注意:格式化字符串中除了格式符之外的字符,都原樣輸出。函數(shù)(function)就像小程序一樣,可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能。Python有很多函數(shù),程序員也可以自己定義函數(shù)。調(diào)用函數(shù)時(shí),應(yīng)使用它的名稱(chēng),后跟圓括號(hào)。許多函數(shù)在調(diào)用時(shí)需要值,這些值稱(chēng)為參數(shù),在調(diào)用函數(shù)時(shí)放在括號(hào)內(nèi)。當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用有多個(gè)參數(shù)時(shí),參數(shù)之間用逗號(hào)分隔。內(nèi)置函數(shù)(built-infunction)是Python自帶的函數(shù),可供程序員直接使用,如str()、int()、float()、bool()等類(lèi)型轉(zhuǎn)換函數(shù),下面介紹內(nèi)置的輸入輸出函數(shù)。1.4.4函數(shù)print()函數(shù)可以用來(lái)輸出字符串,比如print(“HelloWorld”);也可以以字符串形式輸出變量的值,如果要輸出多個(gè)變量的值,則用逗號(hào)分隔,比如print(year,future_value)。雖然year和future_value都不是字符串類(lèi)型,但在輸出的時(shí)候,print()函數(shù)會(huì)自動(dòng)將他們轉(zhuǎn)換為字符串輸出,用逗號(hào)分隔的多個(gè)變量,在輸出時(shí)默認(rèn)的分隔符是空格,可以通過(guò)指定sep參數(shù)來(lái)改變。本章案例中我們可以輸出格式化后的字符串,即:print("year%d:%7.2f"%(year,future_value))。print()函數(shù)print()函數(shù)的完整形式為:print(*args,sep='',end='\n',file=None,flush=False)參數(shù)*args表示要輸出的內(nèi)容,可以包括多項(xiàng);參數(shù)sep指定輸出多項(xiàng)內(nèi)容時(shí)如何分隔,默認(rèn)是空格;參數(shù)end指定輸出以什么結(jié)尾,默認(rèn)是換行符;參數(shù)file指定輸出到哪個(gè)文件,默認(rèn)是輸出到系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出(屏幕);參數(shù)flush指定是否刷新輸出流,默認(rèn)是否。print()函數(shù)從用戶那里得到數(shù)據(jù)輸入的最簡(jiǎn)單的方法是用input()函數(shù),它讀取系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸入(鍵盤(pán)輸入),并將讀取到的數(shù)據(jù)賦值給指定的變量。無(wú)論用戶輸入什么內(nèi)容,input()函數(shù)都以字符串類(lèi)型返回結(jié)果。在獲得用戶輸入之前,可以給用戶一些提示性文字,放在字符串內(nèi),作為input()函數(shù)的參數(shù)。input()函數(shù)在本章案例中,初始存入賬戶的金額和年利率都是由用戶輸入,而不是直接由程序員進(jìn)行賦值,這就需要用到input()函數(shù)。以輸入本金為例,我們調(diào)用如下函數(shù):input("Theinitialprincipalis:")如果用戶輸入1000,返回的結(jié)果是字符串'1000'。由于需要對(duì)本金進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算,必須將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字類(lèi)型,假設(shè)本金都是整數(shù),我們可以用int()函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,即:int(input("Theinitialprincipalis:"))input()函數(shù)語(yǔ)句(statement)就是告訴計(jì)算機(jī)做某件事情的一條代碼。如下一行代碼就是一條告訴計(jì)算機(jī)要輸出終值計(jì)算結(jié)果的語(yǔ)句:print("year%d:%7.2f"%(year,future_value))本小節(jié)主要介紹賦值語(yǔ)句和注釋語(yǔ)句。1.4.5語(yǔ)句前面提到,賦值是創(chuàng)建變量的一種方法。Python語(yǔ)言中,“=”表示賦值,即將等號(hào)右側(cè)的結(jié)果賦給左側(cè)變量,包含等號(hào)的語(yǔ)句稱(chēng)為賦值語(yǔ)句。賦值語(yǔ)句的右側(cè)可以是任何復(fù)雜的表達(dá)式,如下語(yǔ)句計(jì)算終值并將結(jié)果賦值給變量future_value:future_value=principal*(1+interest_rate)**year賦值語(yǔ)句與輸出語(yǔ)句不同,輸入語(yǔ)句通過(guò)調(diào)用input()函數(shù)接收用戶輸入,返回的結(jié)果需要賦值給指定的變量,這就需要用到賦值語(yǔ)句。仍然以輸入初始存入賬戶的金額為例,用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)需要賦值給變量principal,即:principal=int(input("Theinitialprincipalis:"))當(dāng)程序調(diào)用input()函數(shù)時(shí)會(huì)停下來(lái),等待用戶輸入,當(dāng)用戶按下Enter鍵時(shí),表示輸入完畢,程序?qū)⒂脩糨斎氲膬?nèi)容作為字符串返回,繼續(xù)執(zhí)行賦值語(yǔ)句。賦值語(yǔ)句此外,還有一種同步賦值語(yǔ)句,可以同時(shí)給多個(gè)變量賦值。如果想交換兩個(gè)變量的值,在其他編程語(yǔ)言里,需要用到一個(gè)中間變量(t)來(lái)保存其中一個(gè)變量的值(t=a),然后將另一個(gè)變量的值賦給這個(gè)變量(a=b),最后再將中間變量的值賦給另一個(gè)變量(b=t),但在Python語(yǔ)言里,同步賦值語(yǔ)句可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需中間變量直接交換兩個(gè)變量的值。同步賦值語(yǔ)句可以使賦值過(guò)程變得更簡(jiǎn)潔,通過(guò)減少變量使用,簡(jiǎn)化語(yǔ)句表達(dá),增加程序的可讀性。賦值語(yǔ)句對(duì)于編寫(xiě)程序來(lái)說(shuō),注釋是一項(xiàng)非常有用的功能,它能夠讓你使用自然語(yǔ)言在程序中添加說(shuō)明,從而提升代碼的可讀性。。Python使用“#”標(biāo)示注釋?zhuān)瑥摹?”開(kāi)始直到此行結(jié)束的內(nèi)容都是注釋?zhuān)?”可以在一行的任何地方開(kāi)始,解釋器會(huì)忽略掉“#”之后的所有內(nèi)容,比如,我們可以為接收本金輸入的語(yǔ)句添加如下注釋?zhuān)ㄖ形恼f(shuō)明):principal=int(input("Theinitialprincipalis:"))#輸入本金注釋語(yǔ)句編寫(xiě)注釋的主要目的是闡述代碼要做什么,以及是如何做的。在程序的編寫(xiě)過(guò)程中,程序員對(duì)每條語(yǔ)句都很清楚,但過(guò)段時(shí)間以后,有些細(xì)節(jié)可能會(huì)遺忘,這時(shí)候注釋就很有用。另外,編寫(xiě)的程序需要被別人閱讀,注釋能夠幫助其他人快速理解你的程序。作為初學(xué)者,最值得養(yǎng)成的習(xí)慣之一就是,在代碼中編寫(xiě)清晰、簡(jiǎn)潔的注釋。此外,在編寫(xiě)和調(diào)試程序的過(guò)程中,有的時(shí)候暫時(shí)不想讓某些語(yǔ)句被執(zhí)行,但又不想把它們從程序中刪除,就可以在這些語(yǔ)句之前加上“#”,讓它們成為注釋語(yǔ)句。在以后又想使用它們的時(shí)候,只要把“#”刪掉即可。比如,我們可以暫時(shí)把計(jì)算終值的語(yǔ)句改為注釋語(yǔ)句,去嘗試更好的計(jì)算并輸出不同年份終值的方法。注釋語(yǔ)句一般情況下,程序中的語(yǔ)句是按順序逐條執(zhí)行的,從第一條一直執(zhí)行到最后一條。僅使用順序結(jié)構(gòu)可以用來(lái)解決一些小問(wèn)題,但不足以解決大多數(shù)有趣的問(wèn)題。我們需要用到其他兩種控制結(jié)構(gòu)——分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。1.4.6控制結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)允許程序包含的語(yǔ)句在程序運(yùn)行時(shí)可能執(zhí)行,也可能不執(zhí)行。程序仍然從頂部開(kāi)始后向底部執(zhí)行,但是可能跳過(guò)程序中的某些語(yǔ)句。和大多數(shù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言一樣,Python使用if關(guān)鍵字來(lái)構(gòu)成分支語(yǔ)句,包括單分支語(yǔ)句、雙分支語(yǔ)句和多分支語(yǔ)句,這里介紹雙分支語(yǔ)句,即if-else語(yǔ)句,其語(yǔ)法形式如下:if<condition>:<statements>else:<statements>分支結(jié)構(gòu)<statements>是一個(gè)語(yǔ)句塊,可以包含一到多條語(yǔ)句。<condition>為條件表達(dá)式,其值為布爾型,即True或False。如果值為T(mén)rue,則執(zhí)行if下的語(yǔ)句塊,跳過(guò)else部分;如果值為False,則跳過(guò)if下的語(yǔ)句塊,執(zhí)行else下的語(yǔ)句塊。
強(qiáng)制縮進(jìn)使得程序邏輯分明,非常容易看出每條語(yǔ)句屬于哪個(gè)語(yǔ)句塊。縮進(jìn)一般為4個(gè)空格,也可以使用Tab鍵。Python初學(xué)者剛開(kāi)始編寫(xiě)程序時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縮進(jìn)錯(cuò)誤(IndentationError),仔細(xì)檢查語(yǔ)句是否縮進(jìn)正確,也可以使用IDLE的自動(dòng)縮進(jìn)來(lái)避免錯(cuò)誤,比如輸入if語(yǔ)句后回車(chē),下一行語(yǔ)句開(kāi)始的位置自動(dòng)縮進(jìn)。分支結(jié)構(gòu)本章案例的年利率也由用戶輸入,但提供了2%的默認(rèn)值,即如果用戶什么也不輸入,年利率默認(rèn)為0.02,如果用戶輸入了值,則采用用戶輸入的值。這就需要使用一個(gè)雙分支結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行處理。判斷條件就是用戶是否輸入了值,如果輸入了,則將其轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型,以便用來(lái)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算;如果什么也沒(méi)輸入,則默認(rèn)為0.02。代碼如下:interest_rate=input("Theannualinterestrateis(defaultis2%):")ifinterest_rate:
interest_rate=float(interest_rate)else:
interest_rate=0.02分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行到input()函數(shù)時(shí),程序停下來(lái)等待用戶輸入。如果用戶直接按下Enter鍵,那么返回的字符串就是一個(gè)空串,空串的布爾值為False,跳過(guò)if下的語(yǔ)句塊,執(zhí)行else下的語(yǔ)句塊,即賦值為默認(rèn)值。
循環(huán)結(jié)構(gòu)允許程序多次重復(fù)執(zhí)行相同的語(yǔ)句。雖然不采用循環(huán)結(jié)構(gòu),通過(guò)多次復(fù)制粘貼相同的語(yǔ)句也可以實(shí)現(xiàn)多次執(zhí)行,但這樣只能執(zhí)行固定次數(shù),且語(yǔ)句一旦有修改,對(duì)每個(gè)副本都要進(jìn)行修改。Python提供了for和while兩種循環(huán)結(jié)構(gòu),都允許程序中只出現(xiàn)一次的語(yǔ)句在程序運(yùn)行時(shí)多次重復(fù)執(zhí)行,這里介紹用來(lái)形成指定循環(huán)次數(shù)的for語(yǔ)句,其語(yǔ)法形式如下:for<var>in<sequence>:<statements>循環(huán)結(jié)構(gòu)<sequence>是序列,可以是字符串、列表或元組,<var>是循環(huán)變量,會(huì)遍歷<sequence>中的所有值,也就是說(shuō),<sequence>中有多少個(gè)值,for下的語(yǔ)句塊(循環(huán)體)就會(huì)循環(huán)多少次。
for語(yǔ)句經(jīng)常與Python的內(nèi)置函數(shù)range()一起使用,用來(lái)指定循環(huán)次數(shù),range()函數(shù)返回一個(gè)可迭代的范圍對(duì)象。比如,range(1,4)返回一個(gè)從1到3的整數(shù)范圍,循環(huán)變量遍歷這個(gè)整數(shù)范圍,即第一次執(zhí)行循環(huán)體時(shí)賦值為1,第二次執(zhí)行時(shí)賦值為2,第三次執(zhí)行時(shí)賦值為3,然后循環(huán)結(jié)束,執(zhí)行for語(yǔ)句之后的語(yǔ)句。range()函數(shù)的完整形式為:range(start,stop[,step])。start指定起始的整數(shù),默認(rèn)是0;stop指定終止的整數(shù)為stop(不含stop);step指定序列增長(zhǎng)的步長(zhǎng),默認(rèn)是1。循環(huán)結(jié)構(gòu)本章案例需要計(jì)算1年、2年和3年后的終值,可以寫(xiě)三條語(yǔ)句分別進(jìn)行計(jì)算,再寫(xiě)三條語(yǔ)句分別輸出結(jié)果。我們來(lái)嘗試一下采用循環(huán)結(jié)構(gòu),將之前已經(jīng)寫(xiě)好的計(jì)算終值的語(yǔ)句和輸出終值計(jì)算結(jié)果的語(yǔ)句放入循環(huán)體內(nèi),year作為循環(huán)變量,如下所示:foryearinrange(1,4):
future_value=principal*(1+interest_rate)**yearprint("year%d:%7.2f"%(year,future_value))至此,本章案例已編寫(xiě)完成,將程序文件保存為ch01.py,運(yùn)行程序,如果有錯(cuò)誤則進(jìn)行修正。輸入本金1000、年利率不輸入,檢查程序運(yùn)行結(jié)果是否正確;輸入本金2000、年利率0.03,再次檢查程序運(yùn)行結(jié)果是否正確。循環(huán)結(jié)構(gòu)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)的好處顯而易見(jiàn),循環(huán)體內(nèi)的兩條語(yǔ)句被重復(fù)執(zhí)行三次。
累加或累乘(accumulator)是一種常見(jiàn)的算法模式,需要使用一個(gè)累加或累乘變量以及一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。首先給累加或累乘變量賦初值,然后在循環(huán)體中不斷更新累加或累乘變量的值,循環(huán)結(jié)束后得到終值。1.5編程實(shí)踐:累加、累乘用戶輸入一個(gè)整數(shù),程序計(jì)算該數(shù)的階乘,并輸出結(jié)果。比如,用戶輸入6,程序計(jì)算6的階乘,輸出結(jié)果720?!纠?-1】求階乘注意:賦值語(yǔ)句fact=fact*i也可以寫(xiě)作fact*=i。
借助于這個(gè)例子,我們來(lái)看一下Python的賦值過(guò)程。在Python中,給變量fact賦值就像是給一個(gè)值貼上黃色的小便箋,上面寫(xiě)著“這就是fact”?!纠?-1】中給fact賦值n次,假設(shè)用戶輸入
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