《Python數(shù)據(jù)分析、挖掘與可視化》教案

課程代碼學(xué)總學(xué)時(shí):64

課程名稱Python數(shù)據(jù)分析、挖掘與可視化

學(xué)分講授：48

時(shí)

課程類別必修課（是）選修課（）實(shí)驗(yàn)：16

授課專業(yè)授課班級分課堂討論：

任課教師職稱習(xí)題課：

配

所選教材線上：20

通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠理解Python的編程模式，熟練運(yùn)用Python

內(nèi)置函數(shù)與運(yùn)算符、列表、元組、字典、集合等基本數(shù)據(jù)類型以及相關(guān)列表推導(dǎo)式、

切片、序列解包等語法夾解決實(shí)際問題，熟練掌握Python分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、函

本課程教學(xué)

數(shù)設(shè)計(jì)以及類的設(shè)計(jì)與使用，掌握numpy數(shù)組運(yùn)算和矩陣運(yùn)算、pandas基本數(shù)據(jù)結(jié)

目的與要求

構(gòu)以及數(shù)據(jù)分析與處理、機(jī)器學(xué)習(xí)基本算法原理以及sklearn實(shí)現(xiàn)、matplotlib數(shù)

據(jù)可視化與科學(xué)計(jì)算可視化。能夠根據(jù)問題性質(zhì)和特點(diǎn)選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能

夠根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇合適的可視化方式。

Python數(shù)據(jù)分析、挖掘與可視化環(huán)境的搭建、相關(guān)擴(kuò)展庫的安裝與配置；Python

本課程教學(xué)

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)快速入門；numpy數(shù)組運(yùn)算與矩陣運(yùn)算；pandas數(shù)據(jù)分析與處理；機(jī)器

重點(diǎn)與難點(diǎn)

學(xué)習(xí)算法原理與sklearn應(yīng)用；matplotlib數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。

教案

1.1Python開發(fā)環(huán)境搭建與使用

本次授課內(nèi)容1.2Python編碼規(guī)范

1.3標(biāo)準(zhǔn)庫、擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用

熟練掌握Python開發(fā)環(huán)境的搭建與使用。

本次課的

了解Python編碼規(guī)范。

教學(xué)目的

理解病熟練掌握標(biāo)準(zhǔn)庫與擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用。

系統(tǒng)環(huán)境變量path的設(shè)置，安裝擴(kuò)展庫。

本次課教學(xué)

縮進(jìn)對業(yè)務(wù)邏輯的影響，變量命名規(guī)則。

重點(diǎn)與難點(diǎn)

導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫與擴(kuò)展庫對象的幾種形式及其區(qū)別。

教學(xué)方法

PPT、邊講邊練、線上線下結(jié)合

教學(xué)手段

教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配（分）

課前線上自學(xué)>60

Anaconda3安裝、擴(kuò)展庫安裝20

課堂教學(xué)

JupyterNotebook與Spyder簡單使用15

時(shí)間分配

Python編碼規(guī)范10

標(biāo)準(zhǔn)庫、擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用25

練習(xí)、答疑20

簡要介紹常用Python開發(fā)環(huán)境。

演示Anaconda3軟件的安裝。

講解和演示擴(kuò)展庫安裝方法與注意事項(xiàng)。

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)簡單演示IDLE、JupyterNotebooksSpyder的使用。

簡單介紹Pylhon編碼規(guī)范，演示代碼縮進(jìn)的重要性。

講解和演示標(biāo)準(zhǔn)庫對象與擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用。

練習(xí)、答疑。

安裝Anaconda3o

實(shí)驗(yàn)安裝或升級擴(kuò)展庫python-docx、openpyx1、nunpy、jieba、pandas>

pypinyin>matplotlib()

描述Python標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫文件所在文件夾結(jié)構(gòu)。

思考題及作業(yè)題

備注

教學(xué)后記

第節(jié)課

課1.1.1IDLE

IDLE是Python安裝包自帶的開發(fā)環(huán)境，沒有集成任何擴(kuò)展庫，也不具備強(qiáng)大的項(xiàng)目管

堂

理功能，如果用來開發(fā)大型系統(tǒng)的話，需要花費(fèi)較多的時(shí)間在環(huán)境配置和項(xiàng)目管理上，對用

重戶綜合能力的要求非常高。

點(diǎn)

艮OneOrive

N)*OneNotefoeWindows10

內(nèi)

P

■Python3.6v

容■Python3.9▼

Python3.10▼

詳■lPython5.11人

匕i(X￡(Python3.1164-b<t)

解.Python3.11(64<bit)

CPython3.11

?3.11ModuleDocs(M-bit)

■Python3.12V

■Python3.13▼

S

Q

?■企

Q企業(yè),信

6

a期

圖1-1安裝Python之后的開始菜單

打開之后看到的界面就是IDLE默認(rèn)的交互式開發(fā)環(huán)境，圖1-2展示了Python3.11IDLE

的交互式開發(fā)環(huán)境界面，其他版本與此基本類似。

HeMbShHDtfaugOptlomWtedowHelp

Python3.11.7(tags/v3.11.7:fa7a6f2,Dec42023,19:24:49)[MSCv.193764bi

t(AM064)]onWin32

Type"help","copyright","credits"or"licenseO-fornoneinformation.

>?print(99999**99)

99901048494318863660880598040280291S4004345369796553866S40094908138S94S759861

62068371798214123026924209118782383921146943538722057054699799977580008475440

74497398071603034467574810862492956315403164145181317850364010376300213453752

43798226551846456832579055955740172527641304556492725832569935313004254820806

49240092160935475461012317475259759993157354372605902542813411030155819338431

91009768771215462495272328209801935290153265929807401919949633636861142033871

459231063562556848951490009899999

?>print((3+4)*5*(l+2))

ies

>>>print(9**0.5)

3.0

>>>importmath

>>>print(math.factorial(9))

362886

>>>print(math.gcd(48,36,96))

12

?>

圖1-2IDLE交互式開發(fā)環(huán)境界面

CellKernelWidgetsHelp

一一____一3單出按tH運(yùn)行代碼

H**WC,Code▼口

ioportnumpyasnp

data=np.random,randint(1.8.(5.8))

print(data)

print('='*20)

print(np,array(sorted(data.key=la?bdarov:(row[(>：?ro>[2])>))

[(27654122]

(53711647]

(66344654]

(67666264]

(76267645]]

圖1-6JupylerNotebook運(yùn)行界面

(2)Spyder

D?bugCornogPvqiecuTookViewHdp

S)

3、運(yùn)行程序0I3/AX

0必“X

*coding:utf-8In(31:runfiIP(>—rs/df%

vdir??c:/U$er$/dfg/

CreatedonSatJul2921:17:512623

catd_proce$5if>g')

(624,泌.114.956,456.410,

^author:11!OD

?72,167,829,389J

1、工程與程序文件(167,624,389,829,372,114,

456.205,956,4101

fromrandomirportchoices,shuffle[11%167,205,372,389.41。，

456.624,829,956]

?{dataschoices<range(999)rk>10)

.!print(data)In[4j:

“shufflc(data)

print(data)

14data.sort()

ISprint(ddtd)4、運(yùn)行結(jié)果

2、程序代碼

I^rtbanCent。1.listory

bM?CTrthon3.13.3>。：8nd，L5T：TythonLine811VTF-8CXLFRV■e2?I/

圖1-7Spyder運(yùn)行界面

1.1.3安裝擴(kuò)展庫

庫或包一般指包含若干模塊的文件夾，模塊指一個(gè)包含若干函數(shù)定義、類定義或常量的

Python源程序文件。標(biāo)準(zhǔn)的Python安裝包只包含了內(nèi)置模塊和標(biāo)準(zhǔn)庫，沒有包含任何擴(kuò)展

庫，開發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際需要再安裝和使用合適的擴(kuò)展庫。Python自帶的pip工具是管理

擴(kuò)展庫的主要方式，支持Python擴(kuò)展庫的安裝、升級和卸載等噪作。常用pip命令的使用

方法如表1-1所示。

表1-1常用pip命令使用方法

pip命令示例說明

pipfreeze列出已安裝模塊及其版本號

pipinstallSomePackage[==version]在線安裝SomePackage模塊，可以使用方括

號內(nèi)的形式指定擴(kuò)展庫版本

pipinstallSomePackagc.whl通過whl文件離線安裝擴(kuò)展庫

pipinstall—upgradeSomePackage升級SomePackage模塊

pipuninstallSomePackage卸載SomePackage模塊

第二節(jié)課

1.2Python編碼規(guī)范

一個(gè)好的Python代碼不僅應(yīng)該是正確的，還應(yīng)該是漂亮的、優(yōu)雅的，讀起來賞心悅目。

代碼布局和排版在很大程度上決定了可讀性的好壞，變量名、函數(shù)名、類名等標(biāo)識符名稱也

會對代碼可讀性帶來一定的影響，而編寫優(yōu)雅代碼則需要長期的練習(xí)才能具有相應(yīng)的功底和

能力。

（1）縮進(jìn)

Python對代碼縮進(jìn)是硬性要求，嚴(yán)格使用縮進(jìn)來體現(xiàn)代碼的邏輯從屬關(guān)系。一般以4

個(gè)空格為一個(gè)縮進(jìn)單位，并且相同級別的代碼塊應(yīng)具有相同的縮進(jìn)量。

（2）空格與空行

在每個(gè)類、函數(shù)定義或一段完整的功能代碼之后增加一個(gè)空行，在運(yùn)算符兩側(cè)各增加一

個(gè)空格，逗號后面增加一個(gè)空格，讓代碼適當(dāng)松散一點(diǎn)，不要過于密集。

（3）標(biāo)識符命名

在Python中定義變量名和函數(shù)名的時(shí)候，應(yīng)該遵守下面的規(guī)范。

?必須以英文字母、漢字或下劃線開頭。

?名字中可以包含漢字、英文字母、數(shù)字和下畫線，不能有空格或任何標(biāo)點(diǎn)符號。

?不能使用關(guān)鍵字，例如yield、lambda、def、else、for、break、if、while、try、return

這樣的變量名都是非法的。

?對英文字母的大小寫敏感，例如student和Student是不同的變量。

?不建議使用系統(tǒng)內(nèi)置的模塊名、類型名或函數(shù)名以及已導(dǎo)人的模塊名及其成員名作

變量名或者自定義函數(shù)名，例如type、max、min、len、list這樣的變量名都是不建

議作為變量名的，也不建議使用math、random>datetimere或其他內(nèi)置模塊和標(biāo)

準(zhǔn)庫的名字作為變量名或者自定義函數(shù)名。

（4）續(xù)行

盡量不要寫過長的語句，應(yīng)盡量保證一行代碼不超過屏幕寬度（并且一般建議一個(gè)函數(shù)

不超過一個(gè)屏幕的高度）。如果語句確實(shí)太長而超過屏幕寬度，最好在行尾使用續(xù)行符“\”

表示下一行代碼仍屬于本條語句，或者使用圓括號把多行代碼括起來表示是一條語句。例如

下面的代碼：

expression1=1+2+3\#使用'作為續(xù)行符

+4+5

expression2=(1+2+3#把多行表達(dá)式放在圓括號中表示是一條語句

+4+5)

(5)注釋

對關(guān)鍵代碼和重要的業(yè)務(wù)邏輯代碼進(jìn)行必要的注釋，方便代碼的閱讀和維護(hù)。在Python

中有兩種常用的注釋形式：#和三引號。井號#用于單行注釋，表示本行中#符號之后的內(nèi)容

不作為代碼運(yùn)行；三引號常月于大段說明性文本的注釋，也可以用于界定包含換行符的長字

符串。

(6)圓括號

圓括號除了用來表示多號代碼為一條語句，還常用來修改表達(dá)式計(jì)算順序或者增加代碼

可讀性避免歧義。

1.3標(biāo)準(zhǔn)庫、擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用

1.3.1import模塊名［as別名］

importmath

importrandom

importposixpathaspath

print(math.sqrt(16))#計(jì)算并輸出16的平方根

print(math.cos(math?pi/4))#計(jì)算余弦值

print(random.choices('abed',k=8))#從字符串‘a(chǎn)bccT隨機(jī)選擇8個(gè)字符

#允許重復(fù)

print(path.isfile(r'C:\Windows\notepad.exe'))#測試指定路徑是否為文件

運(yùn)行結(jié)果為:

4.0

0.7071067811865476

['d\'a','d\'b\'a','a','d\'d']

True

1.3.2from模塊名import對象名[as別名]

frommathimportpiasPI

fromos.pathimportgetsize

fromrandomimportchoice

r=3

print(round(PI*r*rj2))#計(jì)算半徑為3的圓面積

print(getsize(r'C:\Windows\notepad.exe'))#計(jì)算文件大小，單位為字節(jié)

print(choice('Python'))#從字符串中隨機(jī)選擇一個(gè)字

符

運(yùn)行結(jié)果為:

28.27

2457G0

t

1.3.3from模塊名import*

fromitertoolsimport*

characters='1234'

foritemincombinations(characters,3):#從4個(gè)字符中任選3個(gè)的組合

print(item,end='")#end='，表示輸出后不換行

print(,\n'+,='*20)#行號后輸出2。個(gè)等于號

foriteminpermutations(characters,3):#從4個(gè)字符中任選3個(gè)的排列

print(item,end='')

運(yùn)行結(jié)果為：

('1','2','3')('I',*2',*4')('1\'3','4')('2','3','4')

('1','2','3')('1\'2','4')('1','3','2')('1','3','4')('1\

'4','2')('1','4\'3')('2','1','3')('2','1','4')('2','3','1')

('2','3',"4')('2\'4',*1')('2','4','3')('3','1','2')('3','1\

'4')('3','2','1')('3','2','4')('3','4','1')('3','4','2')('4',

'1',*2')('4','1','3')('4\'2','1')('4','2','3')('4',"3','1')

('41'3',2)

教案

2.1常用內(nèi)置數(shù)據(jù)類型

本次授課內(nèi)容

2.2運(yùn)算符與表達(dá)式

了解Python常用內(nèi)置類型

本次課的

理解和熟練使用Python運(yùn)算符

教學(xué)目的

數(shù)字大小沒有限制，實(shí)數(shù)計(jì)算會有誤差，字典的鍵和集合中的元素不允

許重復(fù)并且必須為不可變類型的數(shù)據(jù)，包含一個(gè)元素的元組必須有逗號。

關(guān)系運(yùn)算符可以連用，關(guān)系運(yùn)算符、成員測試運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符具

本次課教學(xué)

重點(diǎn)與難點(diǎn)有惰性求值的特點(diǎn)，列表、元組、字符串比較大小時(shí)逐個(gè)比較其中的元素大

小直至得出確定的結(jié)論，關(guān)系運(yùn)算符作用于集合時(shí)表示集合的包含關(guān)系而不

關(guān)心元素大小。

教學(xué)方法

PPT、邊講邊練、線上線下結(jié)合

教學(xué)手段

教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配（分）

課前線上自學(xué)>60

課堂教學(xué)

Python常用內(nèi)置類型35

時(shí)間分配

Python運(yùn)算符與表達(dá)式35

練習(xí)、答疑20

講解Python常用內(nèi)置類型的概念與簡單實(shí)用。

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)講解Python表達(dá)式概念以及常用運(yùn)算符的功能與用法。

練習(xí)、答疑。

數(shù)值、列表、元組、字典、集合、字符串簡單實(shí)用。

實(shí)驗(yàn)

常用運(yùn)算符功能與使用。

1.列表、元組、字典、集合、字符串在形式上有什么區(qū)別？

2.簡單描述關(guān)系運(yùn)算符與邏輯運(yùn)算符的惰性求值特點(diǎn)。

思考題及作業(yè)題

備注

教學(xué)后記

第一節(jié)課

2.1常用內(nèi)置數(shù)據(jù)類型

常用的內(nèi)置對象如表2-1所示。

表2-1Python內(nèi)置對象

對象類型類型名稱示例簡要說明

int888888888888888888888

課數(shù)字大小沒有限制，且內(nèi)置

數(shù)字float9.8,3.14,6.626e-34

支持復(fù)數(shù)及其運(yùn)算

堂complex5+6j,5j

使用單引號、雙引號、三引

Readabilitycounts."

重號作為定界符，不同定界符

"I'maPythonteacher."

字符串str之間可以互相嵌套；前面加

點(diǎn)"Tomsai,"let'sgo.

字母I■或R表示原始字符串，

「'C:\Windows\noiepad.exe'

任何字符都不進(jìn)行轉(zhuǎn)義

內(nèi)

字節(jié)串bytesb'helloworld'以字母b引導(dǎo)

容

所有元素放在一對方括號

[79,89,99J

列表list中，元素之間使用逗號分隔，

詳Ca;{3},(l,2),['c',2],{65:'A'}]

其中的元素可以是任意類型

解所有元素放在一對圓括號

?1,0,0)中，元素之間使用逗號分隔，

元組tuple

(0,)元組中只有一個(gè)元素時(shí)后面

的逗號不能省略

所有元素放在一對大括號

中，元素之間使用逗號分隔，

('icd':(1,0,0),'grccn,:(0,1,0),元素形式為“鍵:值”，其中

字典diet

blue^OAD}“鍵”不允許重復(fù)并且必須

為不可變類型，“值”可以

是任意類型的數(shù)據(jù)

所有元素放在一對大括號

中，元素之間使用逗號分隔，

集合set{'bread','beer','orange'}

元素不允許重復(fù)且必須為不

可變類型

布爾型boolTrue,False邏輯值，首字母必須大寫

空類型NoneTypeNone空值，首字母必須大寫

NameErro

r

異常Python內(nèi)置異常類

ValueErro

r

TypeError

KeyError

Python內(nèi)置函數(shù)open。使用

f=open('test.txt','w\

文件指定的模式打開文件，返回

encoding='utf8')

文件對象

生成器對象、range對象、zip

其他可迭具有惰性求值的特點(diǎn)，空間

對象、enumerate對象、m叩對

代對象占用小，適合大數(shù)據(jù)處理

象、filter對象等等

2.1.1整數(shù)、實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)

Python內(nèi)置的數(shù)字類型有整數(shù)、實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)。其中，整數(shù)類型除了常見的十進(jìn)制整數(shù),

還有：

?二進(jìn)制。以0b開頭，每一位只能是0或1,例如lOblOOUlOO。

?八進(jìn)制。以0。開頭，每一位只能是0、1、2、3、4、5、6、7這八個(gè)數(shù)字之一，例

如0o777。

?十六進(jìn)制。以O(shè)x開頭，每一位只能是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、

d、e、f之一，其中a表示10,b表示11,以此類推，例如Oxa8b9。

2.1.2列表、元組、字典、集合

列表、元組、字典、集合是Python內(nèi)置的容器對象，其中可以包含多個(gè)元素。這幾個(gè)

類型具有很多相似的操作，但互相之間又有很大的不同。

#創(chuàng)建列表對象

x_list=[1,2,3]

#創(chuàng)建元組對象

x_tuple=(1,2,3)

#創(chuàng)建字典對象，元素形式為“鍵:值”

x_dict={'a':97,'b*:98,"c':99}

#創(chuàng)建集合對象

x_set={1,2,3)

#使用下標(biāo)訪問列表中指定位置的元素，元素下標(biāo)從0開始

print(x_list[l])

#元組也支持使用序號蚱為下標(biāo)，1表示第二個(gè)元素的下標(biāo)

print(x_tuple[l])

#訪問字典中特定“鍵”對應(yīng)的“值”，字典對象的下標(biāo)是“鍵”

print(x_dict['a'])

#查看列表長度，也就是其中元素的個(gè)數(shù)

print(len(x_list))

#查看元素2在元組中首次出現(xiàn)的位置

print(x_tuple.index(2))

#查看字典中哪些“鍵”對應(yīng)的“值”為98

forkey,valueinx_dict.items():

ifvalue==98:

print(key)

#查看集合中元素的最大值

print(max(x_set))

運(yùn)行結(jié)果為：

2

2

97

3

1

B

3

2.1.3字符串

字符串是包含若干字符的容器對象，其中可以包含漢字、英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號等

任意字符。字符串使用單引號、雙引號、三單引號或三雙引號作為定界符，其中三引號里的

字符串可以換行，并且不同的定界符之間可以互相嵌套。在字符串前面加上英文字母r或R

表示原始字符串，其中的每個(gè)字符都表示字面含義，不再進(jìn)行轉(zhuǎn)義。

'Helloworld'

,這個(gè)字符串是數(shù)字”123”和字母"abed”的組合，

'"Tomsaid/'Let'sgo

'一學(xué)習(xí)就怕滿，懶，難，

心里有了滿，懶，難，不看不鉆就不前。

心里去掉滿，懶，難，邊學(xué)邊干，螞蚊也能爬泰山。

r'C:\Windows\notepad.exe'

第二節(jié)課

2.2運(yùn)算符與表達(dá)式

常用的Python運(yùn)算符如表2-2所示。雖然Python運(yùn)算符有一套嚴(yán)格的優(yōu)先級規(guī)則，但

并不建議花費(fèi)太多精力記憶，而是應(yīng)該在編寫復(fù)雜表達(dá)式時(shí)盡量使用圓括號來明確說明其中

的邏輯來提高代碼可讀性。

表2-2Python運(yùn)算符

運(yùn)算符功能說明

+算術(shù)加法，列表、元組、字符串合并與連接，正號

-算術(shù)減法，集合差集，相反數(shù)

*算術(shù)乘法，序列重復(fù)

/真除法

//求整商，向下取整

%求余數(shù)

**事運(yùn)算，指數(shù)可以為小數(shù)，例如0.5表示計(jì)算平方根

＜、v=、＞、＞=、==、!=（值）大小比較，集合的包含關(guān)系比較

and、or>not邏輯與、邏輯或、邏輯非

in成員測試

is測試兩個(gè)對象是否為同一個(gè)對象的引用

1、A、&、＜＜、＞＞、?位或、位異或、位與、左移位、右移位、位求反

&、|、A集合交集、并集、對稱差集

2.2.1算術(shù)運(yùn)算符

（1）+運(yùn)算符除了用于算術(shù)加法以外，還可以用于列表、元組、字符串的連接。

print(3+5)

print(3.4+4.5)

print((3+4j)+(5+6j))

print('abc'+'def')

print([l,2]+[3,4])

print((l,2)+(3,))

運(yùn)行結(jié)果為：

8

7.9

(8+1政)

abcdef

[1>2,3,4]

(1,2,3)

（2）?運(yùn)算符除了用于整數(shù)、實(shí)數(shù)、更數(shù)之間的算術(shù)減法和相反數(shù)之外，還可以計(jì)算集

合的差集。

print(7.9-4.5)#注意，結(jié)果有誤差

print(5-3)

num=3

print(-num)

print(--num)#注意，這里的--是兩個(gè)負(fù)號，負(fù)負(fù)得正

print(-(-num))#與上一行代碼含義相同

print({l,2,3}-{3,4,5})#計(jì)算差集

print((3,4,5}-{1,2,3})

運(yùn)行結(jié)果為:

3.4000000000000004

2

-3

3

3

{1,2}

{4,5}

(3)*運(yùn)算符除了表示整數(shù)、實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)之間的算術(shù)乘法，還可用于列表、元組、字符

串這幾個(gè)類型的對象與整數(shù)的乘法，表示序列元素的重復(fù)，生成新的列表、元組或字符串。

print(33333