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普通高等教育“十三五”规划教材 Python 程序设计基础 钟雪灵 李 立 主编 高平安 李梅生 唐名华 副主编 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书介绍 Python 程序设计的基础知识，集教材、习题、上机实验于一体，内容涵盖全国计算机等级考试二级 Python 语言程序设计的考试大纲，包括 11 章教学内容和 9 个实验。在教学内容中，第 16 章介绍Python 程序设计的基础知识，第 79 章分别介绍三个用于数据分析的第三方程序包（NumPy、Pandas、Matplotlib）及其应用，第 1011 章主要围绕 Tushare 财经数据库介绍运用 Python 进行数据分析的几个综合案例。9 个实验与教学内容结合紧密，包括验证性、设计性和综合性实验，方便实验教学的组织与开展。本书可作为高等院校计算机专业和非计算机专业零编程基础学生的教材，也可作为全国计算机等级考试的教材，还可以作为相关人员的自学参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 Python 程序设计基础/钟雪灵，李立主编北京：电子工业出版社，2019.12 ISBN 978-7-121-37595-8 I.P II.钟 李 III.软件工具程序设计高等学校教材 IV.TP311.561 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2019）第 219792 号 责任编辑：谭海平 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：7871092 1/16 印张：18.75 字数：480 千字 版 次：2019 年 12 月第 1 版 印 次：2019 年 12 月第 1 次印刷 定 价：59.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254552，。前 言 数字时代已经来临。移动互联网、云计算、大数据、人工智能等先进信息技术层出不穷，不断渗透至社会的各个领域，产生了许多新的应用场景，深刻地改变着人们的社交方式、生活方式和工作方式。一些智者认为构建在现实世界基础之上的数字化虚拟世界已逐渐形成。如今，人们不仅生活在有形的现实世界，而且生活在现实与虚拟相互交织、相互融合的数字时代。在数字时代，具备一定的计算思维，能够理解计算机的工作原理，能够自然地实现人机交互，已成为年轻一代大学生的基本素养。显然，缺乏这些素养的人将难以理解区块链、大数据、人工智能、物联网等不断涌现的先进技术，更无从谈起它们的应用和创新。因此，令人担忧的是，缺乏这些素养的人将游离于数字时代之外，无法理解时代的变化，更无法适应这种变化，最终将面临被时代淘汰的危险。为此，数字时代的高等教育必须加强大学生信息技术能力的培养，新一代大学生无论学习什么专业、未来从事何种职业，都必须掌握一些信息技术，熟练使用一些工具。掌握一门计算机语言是新一代大学生开启信息技术学习大门的钥匙，而掌握数据分析是开启大门后最有价值的探究方向之一。数据分析是指通过信息技术方法和手段从数据中发现知识、预测未来，它是数字时代一门通用的基础技术，应用范围广，作用力强。创业者通过数据分析可以优化产品，营销人员通过数据分析可以改进营销策略，产品经理通过数据分析可以洞察用户真实需求，金融从业者通过数据分析可以规避投资风险因此，大学生学好一门计算机语言，继而结合自身专业学习程序化的数据分析方法，是提高信息技术能力最直接、最有效的一条学习路径。近年来，Python 已迅速成为数据分析和机器学习领域最主流的计算机语言，有着 Excel、SPSS、R 等工具无可比拟的多种优势。Python 是一种跨平台、免费、开源、面向对象的解释型高级程序设计语言，遵循简单、明确、优雅的理念，具有易写、易读、易维护、拓展性强等特点。Python 提供了丰富的标准程序包和第三方程序包，如功能强大的数据分析包 Pandas、NumPy、Matplotlib 等，在程序中导入包后就可使用该包提供的所有功能。广东金融学院是一所具有“央行基因”的财经类院校，为提高学生的信息技术能力，多年前就已开设“Python 程序设计基础”课程，编制了丰富的教学讲义和实验素材。为进一步践行我们的人才培养理念，我们组织经验丰富的教师团队针对财经类专业编写了本书，力图为学生进一步学习数据分析打下扎实的语言基础。本书包括 11 章教学内容和 9 个实验。在教学内容中，第 16 章介绍了 Python 程序设计的基础知识；第 79 章分别介绍三个用于数据分析的第三方程序包（NumPy、Pandas、Matplotlib）及其应用；第 1011 章主要围绕 Tushare 财经数据库介绍运用 Python 进行数据分析的几个综合案例。9 个实验与教学内容结合紧密，包括验证性、设计性和综合性等类型实验，方便实验教学的组织与开展。此外，本书内容涵盖了全国计算机等级考试二级 Python 语言程序设计的考试大纲，可作为二级考试的教材。本书由钟雪灵、李立、高平安、李梅生和唐名华五位老师共同编写。在教材编写过程中，潘Python 程序设计基础 IV 章明、侯昉和陈灵三位老师提供了无私的帮助和支持。在此一并向为本书出版付出辛勤劳动的朋友们表示衷心的感谢！最后，若读者对本书有任何意见或建议，请发送电子邮件至 ，以便在图书再版时完善。对此我们表示由衷的感谢！钟雪灵 2019 年 10 月 1 日于广州 目 录 第 1 章 初识 Python 1 1.1 Python 语言概述 1 1.2 Python 的开发优势 1 1.3 安装 Python 2 1.4 IDLE 开发环境 4 1.4.1 Python IDLE 集成开发环境 4 1.4.2 Python 程序编辑器 4 1.4.3 Python 程序书写规范 5 1.4.4 Python 程序的运行 7 1.5 Anaconda 开发环境 8 1.5.1 Python 软件包管理工具 8 1.5.2 Anaconda 软件包 10 1.5.3 Anaconda Prompt 窗口 12 1.5.4 IPython 开发工具 14 1.5.5 Spyder 集成开发环境 18 1.6 本章小结 19 习题 20 第 2 章 Python 语言基础 21 2.1 基本数据类型 21 2.1.1 数值型 21 2.1.2 逻辑型 21 2.1.3 字符串 22 2.2 变量 26 2.2.1 关键字和标识符 26 2.2.2 变量 27 2.3 运算符与表达式 28 2.3.1 运算符 28 2.3.2 表达式 33 2.3.3 数据类型转换 34 2.4 输入与输出 35 2.4.1 输入函数 input()35 2.4.2 输出函数 print()36 2.5 内置函数 36 2.5.1 数学运算函数 37 Python 程序设计基础 VI 2.5.2 字符串处理函数 37 2.5.3 其他函数 40 2.6 常用模块 41 2.6.1 模块导入 41 2.6.2 math 数学模块 43 2.6.3 random 随机数模块 44 2.6.4 datetime 和 time 模块 45 2.7 本章小结 48 习题 49 第 3 章 Python 容器数据类型 51 3.1 列表 51 3.1.1 创建列表和存取列表元素 51 3.1.2 列表基本操作 52 3.1.3 列表常用函数 53 3.1.4 切片 55 3.1.5 列表生成方式 55 3.2 元组 56 3.2.1 创建元组和存取元组元素 56 3.2.2 元组和列表的差异 58 3.2.3 序列操作函数 58 3.3 字典 59 3.3.1 创建字典和存取键值对 59 3.3.2 字典的常用方法 60 3.4 集合 62 3.4.1 创建集合 62 3.4.2 遍历集合 62 3.4.3 集合操作函数 63 3.4.4 集合运算：并、交、差 64 3.5 可变类型和不可变类型 65 3.6 浅复制和深复制 66 3.7 本章小结 67 习题 67 第 4 章 程序控制结构 69 4.1 顺序结构 69 4.2 选择结构 70 4.2.1 二分支选择结构 70 4.2.2 单分支选择结构 71 4.2.3 多分支选择结构 72 4.2.4 嵌套的选择结构 73 目 录 VII 4.3 循环结构 74 4.3.1 while 循环 75 4.3.2 for 循环 76 4.3.3 break 语句和 continue 语句 78 4.3.4 else 子句 79 4.3.5 循环的嵌套 79 4.4 异常处理结构 81 4.5 本章小结 82 习题 83 第 5 章 函数 84 5.1 函数定义 84 5.2 函数调用与参数 86 5.2.1 函数调用的一般形式 86 5.2.2 不可变对象和可变对象参数 87 5.2.3 默认值参数 87 5.2.4 关键字参数 89 5.2.5 不定长参数 89 5.2.6 实参序列解包 90 5.3 变量的作用域 91 5.4 lambda 表达式 92 5.5 嵌套定义、修饰器和生成器函数 93 5.6 函数递归调用 95 5.7 Python 的第三方库 97 5.7.1 pyinstaller 库 97 5.7.2 jieba 库 98 5.7.3 wordcloud 库 99 5.7.4 turtle 库 100 5.8 本章小结 102 习题 102 第 6 章 文件 103 6.1 文件的基本概念 103 6.2 文件基本操作 104 6.2.1 用内置函数 open 打开文件 104 6.2.2 文件对象的属性和常用方法 105 6.2.3 关闭文件 105 6.2.4 读/写文本文件 106 6.2.5 读/写二进制文件 107 6.2.6 文件定位 108 6.2.7 读/写 docx 文件和 xlsx 文件 109 Python 程序设计基础 VIII 6.3 文件与文件夹操作111 6.3.1 os 模块 111 6.3.2 os.path 模块 113 6.4 编程实例 113 6.5 本章小结 116 习题 116 第 7 章 NumPy 科学计算库 117 7.1 NumPy 基础 117 7.1.1 数组对象特性 117 7.1.2 生成数组 118 7.1.3 NumPy 的数据类型 121 7.2 存取数组元素 122 7.2.1 基本索引和切片操作 122 7.2.2 二维数组的索引操作 123 7.2.3 布尔索引 124 7.3 数组运算和排序 125 7.3.1 数组和单个数据的运算 125 7.3.2 数组和数组的运算 125 7.3.3 数组排序 127 7.4 NumPy 的函数 128 7.4.1 常用函数 128 7.4.2 随机函数 131 7.4.3 集合函数 132 7.4.4 多项式 132 7.5 数组组合和文件存取 133 7.5.1 改变数组的维度 133 7.5.2 数组组合 134 7.5.3 数组分割 135 7.5.4 读写文件 136 7.6 应用实例 138 7.7 本章小结 140 习题 140 第 8 章 Pandas 数据分析库 141 8.1 Pandas 的基本数据结构 141 8.1.1 序列 141 8.1.2 数据框 144 8.2 访问数据 146 8.2.1 loc、iloc访问 147 8.2.2 at、iat、query()访问 149 目 录 IX 8.3 算术运算和对齐 149 8.3.1 nan 缺失值处理 149 8.3.2 对齐处理 152 8