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第一部分 程序设计基础2

第1章 计算机、程序和Python概述2

1.1 引言2

1.2 什么是计算机3

1.2.1 中央处理器4

1.2.2 比特和字节4

1.2.3 内存5

1.2.4 存储设备5

1.2.5 输入和输出设备6

1.2.6 通信设备7

1.3 程序设计语言8

1.3.1 机器语言8

1.3.2 汇编语言8

1.3.3 高级语言8

1.4 操作系统10

1.4.1 控制和管理系统行为10

1.4.2 调度和分配系统资源10

1.4.3 调度操作10

1.5 Python的历史11

1.6 开始学习Python11

1.6.1 启动Python12

1.6.2 创建Python源代码文件13

1.6.3 使用Python完成算术运算14

1.7 程序设计风格和文档15

1.7.1 恰当的注释和注释风格15

1.7.2 恰当的空格15

1.8 程序设计错误16

1.8.1 语法错误16

1.8.2 运行时错误16

1.8.3 逻辑错误16

1.9 开始学习图形化程序设计17

1.9.1 绘制图形并给图形添加颜色17

1.9.2 将笔移到任何位置19

1.9.3 绘制奥林匹克环标志20

关键术语21

本章总结21

测试题22

编程题22

第2章 基本程序设计25

2.1 引言25

2.2 编写一个简单的程序25

2.3 从控制台读取输入27

2.4 标识符29

2.5 变量、赋值语句和赋值表达式29

2.6 同时赋值31

2.7 定名常量32

2.8 数值数据类型和运算符32

2.8.1 运算符、∥和33

2.8.2 运算符％33

2.8.3 科学记数法34

2.9 计算表达式和运算符优先级35

2.10 增强型赋值运算符35

2.11 类型转换和四舍五入36

2.12 实例研究：显示当前时间38

2.13 软件开发流程39

2.14 实例研究：计算距离42

关键术语44

本章总结44

测试题45

编程题45

第3章 数学函数、字符串和对象50

3.1 引言50

3.2 常见的Python函数51

3.3 字符串和字符54

3.3.1 ASCII码54

3.3.2 统一码54

3.3.3 函数ord和chr54

3.3.4 转义序列55

3.3.5 不换行打印56

3.3.6 函数str56

3.3.7 字符串连接操作56

3.3.8 从控制台读取字符串57

3.4 实例研究：最小数量的硬币58

3.5 对象和方法简介59

3.6 格式化数字和字符串61

3.6.1 格式化浮点数62

3.6.2 用科学记数法格式化63

3.6.3 格式化成百分数63

3.6.4 调整格式63

3.6.5 格式化整数63

3.6.6 格式化字符串64

3.7 绘制各种图形65

3.8 绘制带颜色和字体的图形67

关键术语69

本章总结69

测试题69

编程题69

第4章 选择73

4.1 引言73

4.2 布尔类型、数值和表达式73

4.3 产生随机数字75

4.4 if语句76

4.5 实例研究：猜生日77

4.6 双向if-else语句80

4.7 嵌套if和多向if-elif-else语句82

4.8 选择语句中的常见错误85

4.9 实例研究：计算身体质量指数87

4.10 实例研究：计算税款88

4.11 逻辑运算符90

4.12 实例研究：判定闰年92

4.13 实例研究：彩票93

4.14 条件表达式94

4.15 运算符的优先级和结合方向95

4.16 检测一个对象的位置96

关键术语97

本章总结97

测试题98

编程题98

第5章 循环107

5.1 引言107

5.2 while循环108

5.2.1 实例研究：猜数字110

5.2.2 循环设计策略112

5.2.3 实例研究：多道减法题测验112

5.2.4 根据用户确认控制循环113

5.2.5 使用哨兵值控制循环113

5.2.6 输入输出重定向115

5.3 for循环116

5.4 嵌套循环118

5.5 最小化数值错误119

5.6 实例研究120

5.6.1 问题：找出最大公约数120

5.6.2 问题：预测未来学费121

5.6.3 问题：蒙特卡罗模拟122

5.7 关键字break和continue123

5.8 实例研究：显示素数125

5.9 实例研究：随意行走127

关键术语129

本章总结129

测试题129

编程题129

第6章 函数138

6.1 引言138

6.2 定义一个函数139

6.3 调用一个函数140

6.4 带返回值或不带返回值的函数142

6.5 位置参数和关键字参数145

6.6 通过传引用来传递参数146

6.7 模块化代码148

6.8 实例研究：将十进制数转换为十六进制数150

6.9 变量的作用域152

6.10 默认参数154

6.11 返回多个值155

6.12 实例研究：生成随机ASCII码字符155

6.13 函数抽象和逐步求精157

6.13.1 自顶向下设计158

6.13.2 自顶向下和自底向上的实现159

6.13.3 实现细节160

6.13.4 逐步求精的优势163

6.14 实例研究：可重用图形函数163

关键术语165

本章总结165

测试题165

编程题166

第二部分 面向对象程序设计176

第7章 对象和类176

7.1 引言176

7.2 为对象定义类176

7.2.1 定义类177

7.2.2 构造对象178

7.2.3 访问对象成员179

7.2.4 self参数179

7.2.5 举例：使用类180

7.3 UML类图181

7.4 不变对象和可变对象184

7.5 隐藏数据域186

7.6 类的抽象与封装188

7.7 面向对象的思考191

关键术语193

本章总结194

测试题194

编程题194

第8章 更多字符串和特殊方法198

8.1 引言198

8.2 str类198

8.2.1 创建字符串199

8.2.2 处理字符串的函数199

8.2.3 下标运算符［］200

8.2.4 截取运算符［start: end］200

8.2.5 连接运算符＋和复制运算符201

8.2.6 in和not in运算符201

8.2.7 比较字符串202

8.2.8 迭代字符串203

8.2.9 测试字符串203

8.2.10 搜索子串204

8.2.11 转换字符串205

8.2.12 删除字符串中的空格206

8.2.13 格式化字符串207

8.3 实例研究：校验回文串208

8.4 实例研究：将十六进制数转换为十进制数209

8.5 运算符重载和特殊方法211

8.6 实例研究：Rational类212

关键术语216

本章总结217

测试题217

编程题217

第9章 使用Tkinter进行GUI程序设计223

9.1 引言223

9.2 开始使用Tkinter223

9.3 处理事件224

9.4 小构件类226

9.5 画布231

9.6 几何管理器233

9.6.1 网格管理器234

9.6.2 包管理器234

9.6.3 位置管理器235

9.7 实例研究：贷款计算器236

9.8 显示图像238

9.9 菜单239

9.10 弹出菜单241

9.11 鼠标、按键事件和绑定243

9.12 动画245

9.13 滚动条248

9.14 标准对话框249

关键术语250

本章总结251

测试题251

编程题251

第10章 列表258

10.1 引言258

10.2 列表基础259

10.2.1 创建列表259

10.2.2 列表是一种序列类型260

10.2.3 列表使用的函数260

10.2.4 下标运算符［］260

10.2.5 列表截取［start:end］261

10.2.6 ＋、*和innot in运算符262

10.2.7 使用for循环遍历元素262

10.2.8 比较列表263

10.2.9 列表解析263

10.2.10 列表方法264

10.2.11 将字符串分成列表265

10.2.12 输入列表265

10.2.13 对列表移位266

10.2.14 简化代码266

10.3 实例研究：乐透数268

10.4 实例研究：一副扑克牌270

10.5 扑克牌图形用户界面272

10.6 复制列表273

10.7 将列表传递给函数274

10.8 从函数返回一个列表276

10.9 实例研究：统计每个字母的出现次数277

10.10 查找列表279

10.10.1 线性查找法280

10.10.2 二分查找法280

10.11 排序列表282

10.11.1 选择排序282

10.11.2 插入排序284

10.12 实例学习：弹球286

关键术语288

本章总结288

测试题289

编程题289

第11章 多维列表298

11.1 引言298

11.2 处理二维列表299

11.2.1 使用输入值初始化列表299

11.2.2 使用随机数初始化列表299

11.2.3 打印列表299

11.2.4 对所有元素求和300

11.2.5 按列求和300

11.2.6 找出和最大的行300

11.2.7 随意打乱301

11.2.8 排序301

11.3 将二维列表传递给函数302

11.4 问题：给多选题评分303

11.5 问题：找出距离最近的点对304

11.6 图形用户界面：找出距离最近的点对306

11.7 问题：数独307

11.8 实例研究：数独图形用户界面310

11.9 多维列表312

11.9.1 问题：每日温度和湿度313

11.9.2 问题：猜生日314

关键术语315

本章总结315

测试题316

编程题316

第12章 继承和多态330

12.1 引言330

12.2 父类和子类330

12.3 覆盖方法335

12.4 object类336

12.5 多态和动态绑定339

12.6 isinstance函数340

12.7 实例研究：可重用时钟342

12.8 类之间的关系347

12.8.1 关联347

12.8.2 聚合和组合348

12.9 实例研究：设计Course类349

12.10 为栈设计类350

12.11 实例研究：FigureCanvas类352

关键术语355

本章总结355

测试题355

编程题355

第13章 文件和异常处理364

13.1 引言364

13.2 文本输入和输出364

13.2.1 打开一个文件365

13.2.2 写入数据366

13.2.3 测试文件的存在性367

13.2.4 读数据367

13.2.5 从文件读取所有数据370

13.2.6 追加数据371

13.2.7 读写数值数据371

13.3 文件对话框373

13.4 实例研究：统计文件中的字符个数375

13.5 从网站上获取数据376

13.6 异常处理378

13.7 抛出异常381

13.8 使用对象处理异常383

13.9 定义自定制异常类384

13.10 使用Pickling进行二进制IO388

13.10.1 卸载和加载对象388

13.10.2 检测文件末尾389

13.11 实例研究：地址簿390

关键术语393

本章总结393

测试题394

编程题394

第三部分 数据结构和算法398

第14章 元组、集合和字典398

14.1 引言398

14.2 元组399

14.3 集合401

14.3.1 创建集合401

14.3.2 操作和访问集合402

14.3.3 子集和超集402

14.3.4 相等性测试403

14.3.5 集合运算403

14.4 比较集合和列表的性能407

14.5 实例研究：统计关键字408

14.6 字典409

14.6.1 创建一个字典410

14.6.2 添加、修改和获取值410

14.6.3 删除条目410

14.6.4 循环条目411

14.6.5 len函数411

14.6.6 检测一个关键字是否在字典中411

14.6.7 相等性检测411

14.6.8 字典方法412

14.7 实例研究：单词的出现次数413

关键术语415

本章总结415

测试题416

编程题416

第15章 递归419

15.1 引言419

15.2 实例研究：计算阶乘420

15.3 实例研究：计算斐波那契数422

15.4 使用递归解决问题424

15.5 递归辅助函数426

15.5.1 选择排序427

15.5.2 二分查找427

15.6 实例研究：求出目录的大小428

15.7 实例研究：汉诺塔430

15.8 实例研究：分形432

15.9 实例研究：八皇后435

15.10 递归和迭代437

15.11 尾递归438

关键术语439

本章总结439

测试题439

编程题439

附录A Python关键字446

附录B ASCII字符集447

附录C 数制系统448