Python電子教案1-2程序設(shè)計基本方法

1、第1章 程序設(shè)計基本方法,Python開發(fā)環(huán)境配置,到Python主頁下載并安裝Python基本開發(fā)和運行環(huán)境，網(wǎng)址：/downloads/ 根據(jù)操作系統(tǒng)不同選擇不同版本 下載相應(yīng)的Python 3.0系列版本程序,安裝,安裝,安裝,方法1：啟動Windows命令行工具，輸入python,啟動,方法2：調(diào)用IDLE來啟動Python圖形化運行環(huán)境,啟動,方法3：按照語法格式編寫代碼，編寫可以用任何文本編輯器，保存為文件。,啟動,方法4：打開IDLE，點擊Ctrl+N打開一個新窗口，輸入語句并保存，使用快鍵建F5即可運行該程序,啟動,方法5：將Python集成到Ecl

2、ipse、PyCharm等面向較大規(guī)模項目開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境中,啟動,采用上述某個方法，執(zhí)行：,Hello程序,Hello程序只有一行代碼，實在太小。本節(jié)給出5個5行代碼左右的Python小程序（稱為“微實例”），在IDLE交互式和批量式兩種方式下練習。這5個微實例分別給出了交互式執(zhí)行過程和文件式內(nèi)容（即全部程序內(nèi)容）。 在編輯器中輸入代碼時，#及以后的文字不影響程序執(zhí)行，可以不用輸入。#后面的文字是注釋，僅用來幫助讀者理解程序。,運行Python小程序,微實例1.1：圓面積的計算 交互式執(zhí)行過程如下,運行Python小程序,微實例1.1的文件式內(nèi)容如下,運行Python小程序,微實例1.2：

3、簡單的人名對話,運行Python小程序,斐波那契數(shù)列（Fibonacci sequence），又稱黃金分割數(shù)列，由意大利數(shù)學家Leonardo Fibonacci于1202年提出，并以其名字命名。該數(shù)列F(n)定義如下：F(0)=0， F(1)=1，F(xiàn)(n)=F(n-2)+F(n-1)，其中n=2。簡單說，斐波那契數(shù)列中每個數(shù)是前兩個數(shù)之和。斐波那契數(shù)列中鄰近兩個數(shù)的比值接近于黃金分割數(shù)，即F(n)/F(n-1)接近1.618，這個比例的極限值就是黃金分割數(shù)。,斐波那契數(shù)列,微實例1.3：斐波那契數(shù)列,運行Python小程序,微實例1.4：同切圓的繪制,運行Python小程序,微實例1.5：日

4、期和時間的輸出,運行Python小程序,程序的基本編寫方法,每個計算機程序都用來解決特定計算問題，較大規(guī)模的程序提供豐富功能解決完整計算問題。例如：控制航天飛機運行的程序、操作系統(tǒng)等。小型程序或程序片段可以為其他程序提供特定計算支持，作為解決更大計算問題的組成部分。 無論程序規(guī)模如何，每個程序都有統(tǒng)一的運算模式：輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。這種樸素運算模式形成了程序的基本編寫方法：IPO（Input, Process, Output）方法。,IPO程序編寫方法,輸入數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 輸出數(shù)據(jù),IPO程序編寫方法,輸入數(shù)據(jù) 輸入（Input）是一個程序的開始。程序要處理的數(shù)據(jù)有多種來源，形成了多

5、種輸入方式，包括：文件輸入、網(wǎng)絡(luò)輸入、控制臺輸入、交互界面輸出、隨機數(shù)據(jù)輸入、內(nèi)部參數(shù)輸入等。,IPO程序編寫方法,文件輸入將文件作為程序輸入來源，在獲得文件控制權(quán)后，需要根據(jù)文件格式解析內(nèi)部具體數(shù)據(jù)。例如統(tǒng)計excel文件數(shù)據(jù)的數(shù)量，需要首先獲得excel文件的控制權(quán)，打開文件后根據(jù)excel中數(shù)據(jù)存儲方式獲得所需處理的數(shù)據(jù)，進而開展計算 網(wǎng)絡(luò)輸入將互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)作為輸入來源。使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需要明確網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和使用特定的網(wǎng)絡(luò)接口。例如，捕獲并處理互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，需要使用HTTP協(xié)議并解析HTML格式,IPO程序編寫方法,控制臺輸入將程序使用者輸入的信息作為輸入來源。當程序與用戶間存在交互時，程序

6、需要有明確的用戶提示，輔助用戶正確輸入數(shù)據(jù)。從程序語法上來說，這種提示不是必須的，但良好的提示設(shè)計有助于提高用戶體驗。 交互界面輸入通過提供一個圖形交互界面從用戶處獲得輸入來源。此時，鼠標移動或點擊操作、文本框內(nèi)的鍵盤操作等都為程序提供事件和數(shù)據(jù)輸入。,IPO程序編寫方法,隨機數(shù)據(jù)輸入將隨機數(shù)作為程序輸入，這需要使用特定的隨機數(shù)發(fā)成器程序或調(diào)用相關(guān)函數(shù)。4.5節(jié)將詳細介紹產(chǎn)生隨機數(shù)的方法。 內(nèi)部參數(shù)輸入以程序內(nèi)部定義的初始化變量作為輸入，盡管程序看似沒有從外部獲得輸入，但程序執(zhí)行之前的初始化過程為程序賦予了執(zhí)行所需的數(shù)據(jù)。,IPO程序編寫方法,控制臺輸入將程序使用者輸入的信息作為輸入來源。當程

7、序與用戶間存在交互時，程序需要有明確的用戶提示，輔助用戶正確輸入數(shù)據(jù)。從程序語法上來說，這種提示不是必須的，但良好的提示設(shè)計有助于提高用戶體驗。 交互界面輸入通過提供一個圖形交互界面從用戶處獲得輸入來源。此時，鼠標移動或點擊操作、文本框內(nèi)的鍵盤操作等都為程序提供事件和數(shù)據(jù)輸入。,IPO程序編寫方法,輸出數(shù)據(jù) 輸出（Output）是程序展示運算成果的方式。程序的輸出方式包括：控制臺輸出、圖形輸出、文件輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出、操作系統(tǒng)內(nèi)部變量輸出等。,IPO程序編寫方法,控制臺輸出以計算機屏幕為輸出目標，通過程序運行環(huán)境中的命令行打印輸出結(jié)果。這里“控制臺”可以理解為啟動程序的環(huán)境，例如，Windows中

8、的命令行工具、IDLE工具等。 圖形輸出在計算機中啟動獨立的圖形輸出窗口，根據(jù)指令繪制運算結(jié)果。,IPO程序編寫方法,文件輸出以生成新的文件或修改已有文件方式輸出運行結(jié)果，這是程序常用的輸出方式。7.1節(jié)將具體介紹文件的使用。 網(wǎng)絡(luò)輸出以訪問網(wǎng)絡(luò)接口方式輸出數(shù)據(jù)。第12章將介紹自動向搜索引擎提交關(guān)鍵詞查詢的實例。 操作系統(tǒng)內(nèi)部變量輸出指程序?qū)⑦\行結(jié)果輸出到系統(tǒng)內(nèi)部變量中，這類變量包括管道、線程、信號量等。,IPO程序編寫方法,處理數(shù)據(jù) 處理（Process）是程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進行計算產(chǎn)生輸出結(jié)果的過程。計算問題的處理方法統(tǒng)稱為“算法”，它是程序最重要的組成部分?？梢哉f，算法是一個程序的靈魂。,I

9、PO程序編寫方法,是否存在沒有輸入輸出的程序呢？ 存在，例如，無限循環(huán)，代碼如下。 while(True): a = 1,IPO程序編寫方法,這個無限循環(huán)程序包含兩行語句 其中，while()根據(jù)括號內(nèi)部值的真假決定是否進入循環(huán)，當括號內(nèi)值為真時，進入第2行語句執(zhí)行，否則跳過。由于括號內(nèi)值被設(shè)定為True（即“真”），代碼將一直執(zhí)行下去。 無限循環(huán)程序盡管沒有輸入也沒有輸出，它也有價值。通過不間斷執(zhí)行，該程序快速消耗CPU的計算資源，可以用來輔助測試CPU或系統(tǒng)性能。,IPO程序編寫方法,IPO不僅是程序設(shè)計的基本方法，也是描述計算問題的方式。以微實例1.1圓面積的計算為例，其IPO描述如下：

10、 輸入：圓半徑raduis 處理：計算圓面積area = * radius * radius 輸出：圓面積area,微實例1.1圓面積的計算,可以看到，問題的IPO描述實際上是對一個計算問題輸入、輸出和求解方式的自然語言描述，為了區(qū)別其他描述方式，本書中所有IPO描述都包括“輸入”、“處理”和“輸出”三個引導(dǎo)詞。 IPO描述能夠幫助初學程序設(shè)計的讀者理解程序設(shè)計的開始過程，即了解程序的運算模式，進而建立設(shè)計程序的基本概念。,微實例1.1圓面積的計算,分析問題分析問題的計算部分 劃分邊界劃分問題的功能邊界 設(shè)計算法設(shè)計問題的求解算法 編寫程序，編寫問題的計算程序 調(diào)試測試，調(diào)試和測試程序 升級維

11、護，適應(yīng)問題的升級維護,理解問題的計算部分,人工智能（Artificial Intelligence），簡稱AI，計算機科學的一個分支，區(qū)別于人類智能，人工智能指由機器或軟件所體現(xiàn)的智能 圖靈測試中，機器和人分別通過文本途徑（避免計算機理解語言能力不足的影響）回答一組獨立評判人提出的問題，如果評判人無法從回答中區(qū)分機器和人，則認為機器通過測試，具備與人相當?shù)闹悄堋D靈測試并不評判問題答案的正確性，而是通過評判答案之間的相似性確定機器是否具備智能。,人工智能和圖靈測試,Python語言版本更迭,更高級別的3.0系列不兼容早期2.0系列 2008年至今，版本更迭帶來大量庫函數(shù)的升級替換，Pytho

12、n語言的版本更迭痛苦且漫長 到今天，Python 3.x系列已經(jīng)成為主流,Python語言的版本更迭,兩個版本的語法區(qū)別： 修改編碼：3.x系列默認采用UTF-8編碼，因此處理中文與英文一樣方便。因此，在表達UTF-8編碼字符串時，不需要在前面增加u或者U 修改print語句：用print()函數(shù)替換了print語句，兩者功能一樣，格式不同 修改exec語句：用exec()函數(shù)替換了exec語句，兩者功能一樣，格式不同。,Python語言的版本更迭,去掉符號：用!=表示“不等于”。 修改比較行為：用=, 符號比較兩個元素時，如果元素之間不存在有意義的順序關(guān)系，將拋出TypeError錯誤，不再

13、返回False。因此，這類元素之間的排序也將拋出錯誤。 去掉長整數(shù)類型：3.x系列不再區(qū)分整數(shù)和長整數(shù)類型，只有一個int類型，int類型無取值范圍限制。因此，sys.maxint常量被去掉。,本章小結(jié),修改整數(shù)除法：兩個整數(shù)的一般除法（/）返回一個浮點數(shù)，不再返回一個整數(shù)，如果想返回整數(shù)，用整數(shù)除法（/） 修改八進制整數(shù)格式：使用0o開頭，而不再使用0開頭，例如：0o237，而不是0237。 增加關(guān)鍵字：增加as、with、True、False、None為關(guān)鍵字。 去掉raw_input()函數(shù)：用input()替代raw_input()，input()返回一個字符串。,本章小結(jié),修改range()函數(shù)：range()功能與2.x系列中xrange()類似，不再顯式返回一個列表。如果希望返回列表，需要通過list()函數(shù)轉(zhuǎn)換。 修改返回類型：除range()外，zip()、map()、filter()、字典類型的key()方法、value()方法、item()方法不再返回列表類型。 修改異常處理表