Python應用與實戰

本書系統介紹了Python 語言的主要語法特性，內容設計上註重實戰，針對具體知識點設計了簡單、
易懂的應用案例，同時在每個章節後設計了一個或多個實訓任務，每個實訓任務都會根據開發步驟詳細闡述編程實現過程。
讀者可以結合具體的實訓任務，在編程實戰中快速掌握Python 編程技術。
本書共14 章，其中1～7 章主要介紹Python 的語法特性，包括Python 語言概述、
Python 語言基礎知識、程序控制結構、函數與模塊、組合數據類型、面向對象編程、文件作；
 8～14 章主要介紹Python在各個應用領域的實戰知識，包括網絡編程、網絡爬蟲、
數據庫編程、數據分析、數據可視化、Pygame 遊戲編程、AI 視覺應用——人臉識別。
本書內容組織由淺入深，兼顧了Python 語言的深度和廣度，既能滿足零基礎的初學者，
也能滿足擁有較高編程目標的專業人員，同時適合作為各類高等院校計算機及相關專業學生的Python 教材。

1 章Python 語言概述 1
1.1 初識Python 語言 1
1.1.1 Python 語言的發展歷程 1
1.1.2 Python 語言的特點 2
1.1.3 Python 語言的運行方式 3
1.2 Python 開發環境 4
1.2.1 安裝Python 開發環境 5
1.2.2 了解常用的Python IDE 10
1.2.3 安裝和使用PyCharm 11
1.3 實訓任務—— 個Python程序17
1.3.1 任務描述17
1.3.2 任務分析17
1.3.3 任務實現17
本章總結21
作業與練習22
2 章Python 語言基礎知識23
2.1 Python 程序的書寫規範23
2.1.1 Python 的語句格式23
2.1.2 Python 語句的縮進與代碼塊25
2.1.3 Python 的註釋26
2.2 Python 的數據類型和變量27
2.2.1 簡單數據類型27
2.2.2 組合數據類型31
2.2.3 變量32
2.3 標識符和關鍵字34
2.3.1 標識符34
2.3.2 關鍵字34
2.4 Python 的運算符35
2.4.1 算術運算符35
2.4.2 比較運算符36
2.4.3 邏輯運算符37
2.4.4 賦值運算符38
2.4.5 位運算符39
2.4.6 運算符的優先級40
2.5 實訓任務1——數據交換41
2.5.1 任務描述41
2.5.2 任務分析41
2.5.3 任務實現42
2.6 實訓任務2——時間換算43
2.6.1 任務描述43
2.6.2 任務分析43
2.6.3 任務實現44
2.7 實訓任務3——簡單加密算法44
2.7.1 任務描述44
2.7.2 任務分析45
2.7.3 任務實現45
本章總結46
作業與練習46
3 章程序控制結構48
3.1 基本結構48
3.1.1 程序流程圖48
3.1.2 程序的基本結構49
3.2 分支結構50
3.2.1 單分支結構：if 語句51
3.2.2 雙分支結構：if…else 語句52
3.2.3 多分支結構：if…elif…else 語句54
3.3 循環結構56
3.3.1 遍歷循環：for 語句57
3.3.2 條件循環：while 語句58
3.3.3 循環嵌套60
3.4 程序控制的其他語句61
3.4.1 跳轉語句61
3.4.2 pass 語句62
3.4.3 循環結構中的else 語句63
3.5 程序的異常處理64
3.5.1 異常的概念65
3.5.2 Python 的異常類65
3.5.3 異常處理機制68
3.6 實訓任務1——數學計算器73
3.6.1 任務描述73
3.6.2 任務分析73
3.6.3 任務實現73
3.7 實訓任務2——質數生成器75
3.7.1 任務描述75
3.7.2 任務分析75
3.7.3 任務實現76
3.8 實訓任務3——分解質因數77
3.8.1 任務描述77
3.8.2 任務分析77
3.8.3 任務實現77
3.9 實訓任務4——猜數遊戲78
3.9.1 任務描述78
3.9.2 任務分析78
3.9.3 任務實現79
本章總結80
作業與練習81
4 章函數與模塊83
4.1 函數的定義和調用83
4.1.1 函數的定義84
4.1.2 函數的調用86
4.2 函數的參數和返回值88
4.2.1 函數的參數傳遞88
4.2.2 函數參數標註92
4.2.3 函數的返回值93
4.3 函數的遞歸94
4.4 Python 內置函數95
4.5 Python 模塊100
4.5.1 模塊的概念100
4.5.2 模塊的分類101
4.5.3 模塊的使用102
4.5.4 正則表達式模塊106
4.6 實訓任務1——斐波那契數列109
4.6.1 任務描述109
4.6.2 任務分析110
4.6.3 任務實現110
4.7 實訓任務2——人臉檢測與
識別模塊111
4.7.1 任務描述111
4.7.2 任務分析112
4.7.3 任務實現112
本章總結116
作業與練習117
5 章組合數據類型118
5.1 列表118
5.1.1 列表的基本作119
5.1.2 列表的訪問128
5.1.3 列表的遍歷129
5.2 元組130
5.2.1 元組的基本作131
5.2.2 元組與列表的轉換136
5.3 字典136
5.3.1 字典的基本作137
5.3.2 字典的常用方法141
5.4 集合142
5.4.1 集合的基本作142
5.4.2 集合運算144
5.5 實訓任務1——計算分數序列145
5.5.1 任務描述145
5.5.2 任務分析145
5.5.3 任務實現146
5.6 實訓任務2——投票選舉班長147
5.6.1 任務描述147
5.6.2 任務分析147
5.6.3 任務實現147
本章總結149
作業與練習150
6 章面向對象編程151
6.1 面向對象編程概述151
6.1.1 面向對象編程的基本概念151
6.1.2 面向對象編程的特點153
6.2 創建類和對象154
6.2.1 創建類154
6.2.2 創建對象155
6.3 構造方法和析構方法156
6.3.1 構造方法156
6.3.2 析構方法158
6.3.3 self 參數159
6.3.4 成員變量和類變量160
6.3.5 類的方法160
6.4 類的繼承164
6.4.1 繼承的實現164
6.4.2 方法的重寫165
6.4.3 多繼承167
6.5 類的多態168
6.6 運算符重載169
6.6.1 加法運算符重載169
6.6.2 索引和分片重載170
6.6.3 定制對象的字符串形式171
6.7 實訓任務1——學生信息管理系統172
6.7.1 任務描述172
6.7.2 任務分析173
6.7.3 任務實現173
6.8 實訓任務2——員工薪資計算178
6.8.1 任務描述178
6.8.2 任務分析179
6.8.3 任務實現180
本章總結184
作業與練習185
7 章文件作187
7.1 文件的概念187
7.2 文件的打開與關閉188
7.3 文件的讀/寫作190
7.3.1 讀取文件數據190
7.3.2 向文件寫入數據194
7.3.3 文件的定位讀/寫197
7.3.4 讀/寫二進製文件199
7.4 文件和目錄作200
7.4.1 常用的文件作函數200
7.4.2 文件的複制、重命名及刪除202
7.4.3 文件的目錄作203
7.5 使用CSV 文件格式讀/寫數據205
7.5.1 CSV 文件介紹205
7.5.2 讀/寫CSV 文件206
7.6 使用JSON 文件格式讀/寫數據208
7.6.1 JSON 文件介紹208
7.6.2 讀/寫JSON 文件209
7.7 實訓任務1——文件管理器213
7.7.1 任務描述213
7.7.2 任務分析213
7.7.3 任務實現214
7.8 實訓任務2——圖書管理系統220
7.8.1 任務描述220
7.8.2 任務分析220
7.8.3 任務實現220
本章總結224
作業與練習224
8 章網絡編程226
8.1 網絡編程基礎226
8.1.1 網絡參考模型227
8.1.2 TCP/IP 協議228
8.1.3 IP 地址229
8.1.4 端口號231
8.1.5 Socket 模塊231
8.2 UDP 編程234
8.2.1 UDP 簡介234
8.2.2 UDP 通信234
8.3 TCP 編程236
8.3.1 TCP 簡介236
8.3.2 TCP 通信237
8.3.3 三次握手和四次揮手238
8.4 多線程編程241
8.4.1 進程和線程的概念241
8.4.2 創建線程的兩種方法242
8.5 同步、異步、阻塞和非阻塞245
8.5.1 基本概念245
8.5.2 同步阻塞246
8.5.3 同步非阻塞247
8.5.4 異步非阻塞249
8.6 requests 模塊252
8.6.1 requests 模塊的介紹252
8.6.2 requests 模塊的使用252
8.7 實訓任務——網絡聊天室254
8.7.1 任務描述254
8.7.2 任務分析254
8.7.3 任務實現255
本章總結258
作業與練習259
9 章網絡爬蟲260
9.1 網絡爬蟲概述260
9.1.1 網絡爬蟲的概念260
9.1.2 網絡爬蟲的分類261
9.1.3 網絡爬蟲的安全性與合規性262
9.2 使用Python 獲取網頁數據263
9.3 使用BeautifulSoup 264
9.3.1 BeautifulSoup 的介紹與安裝264
9.3.2 使用BeautifulSoup對網頁進行解析264
9.3.3 使用BeautifulSoup解析標籤數據266
9.4 數據持久化與請求頭271
9.5 實訓任務——圖書信息的收集與保存274
9.5.1 任務描述274
9.5.2 任務分析274
9.5.3 任務實現275
本章總結277
作業與練習278
10 章數據庫編程279
10.1 數據庫簡介279
10.2 安裝MySQL 數據庫280
10.3 作MySQL 數據庫282
10.3.1 常用的SQL 語句282
10.3.2 使用Python 訪問MySQL 284
10.4 實訓任務——將圖書信息保存到MySQL 中290
10.4.1 任務描述290
10.4.2 任務分析290
10.4.3 任務實現291
本章總結293
作業與練習294
11 章數據分析295
11.1 數據分析基礎295
11.1.1 數據分析概述295
11.1.2 數據分析類別296
11.2 NumPy 基礎297
11.2.1 NumPy 安裝與測試297
11.2.2 NumPy 數據類型298
11.2.3 NumPy 數組300
11.2.4 NumPy 中ufunc 通用函數316
11.3 pandas 基礎318
11.3.1 pandas 數據類型318
11.3.2 pandas 數據表作323
11.3.3 pandas 數據統計331
11.4 SciPy 基礎339
11.5 實訓任務——使用pandas 統計畢業招聘信息341
11.5.1 任務描述341
11.5.2 任務分析342
11.5.3 任務實現343
本章總結350
作業與練習350
12 章數據可視化352
12.1 數據可視化簡介352
12.1.1 什麼是數據可視化352
12.1.2 為什麼要數據可視化353
12.2 Matplotlib 基礎354
12.2.1 Matplotlib 庫和Gallery 354
12.2.2 繪製折線圖357
12.2.3 繪製散點圖365
12.2.4 繪製柱狀圖367
12.2.5 設置圖像樣式369
12.3 seaborn 數據可視化進階370
12.3.1 基本可視化371
12.3.2 數據分析與統計可視化373
12.4 實訓任務——連鎖店庫存數據分析374
12.4.1 任務描述374
12.4.2 任務分析374
12.4.3 任務實現375
本章總結378
作業與練習379
13 章Pygame 遊戲編程380
13.1 Pygame 遊戲庫380
13.1.1 Pygame 簡介380
13.1.2 Pygame 安裝381
13.2 Pygame 事件381
13.2.1 事件的概念381
13.2.2 事件的檢索382
13.2.3 常用的事件382
13.2.4 事件案例演示382
13.3 Pygame 繪圖384
13.3.1 常用函數功能384
13.3.2 繪圖案例演示386
13.4 實訓任務——貪吃蛇遊戲實現387
13.4.1 任務描述387
13.4.2 任務分析388
13.4.3 任務實現388
本章總結398
作業與練習399
14 章AI 視覺應用——人臉識別400
14.1 圖像相關知識400
14.1.1 圖像顏色表達400
14.1.2 HOG 特徵401
14.1.3 卷積神經網絡403
14.2 人臉識別原理404
14.2.1 人臉檢測404
14.2.2 分析面部特徵405
14.2.3 人臉識別特徵提取406
14.3 實訓任務——人臉註冊與識別407
14.3.1 任務描述407
14.3.2 任務分析407
14.3.3 任務實現407
本章總結415
作業與練習416