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Python语言程序设计北京理工大学嵩天第1章程序设计基本方法计算机的概念计算机是根据指令操作数据的设备具备功能性和可编程性两个基本特性功能性指对数据的操作，表现为数据计算、输入输出处理和结果存储等。可编程性指它可以根据一系列指令自动地、可预测地、准确地完成操作者的意图计算机的概念计算机硬件所依赖的集成电路规模按照摩尔定律以指数方式增长计算机运行速度也接近几何级数快速增加计算机所能高效支撑的功能不断丰富发展程序设计语言经历了从机器语言到高级语言的发展过程，朝着更接近自然语言的方向发展。计算机的概念摩尔定律是计算机发展历史上最重要的预测法则摩尔定律指出，单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一倍。由于计算机中几乎所有重要部件都由集成电路实现摩尔定律（Moore’sLaw）第一阶段：1946年到1981年，“计算机系统结构阶段”第二阶段：1982年到2007年，“计算机网络和视窗阶段”第三阶段：2008年至今，“复杂信息系统阶段”。第四阶段：约20年后未来的某个时期开始，“人工智能阶段”计算机技术发展水平的时代性程序设计语言程序设计语言包括编译执行和解释执行两种方式程序设计语言是计算机能够理解和识别用户操作意图的一种交互体系，它按照特定规则组织计算机指令，使计算机能够自动进行各种运算处理。按照程序设计语言规则组织起来的一组计算机指令称为计算机程序。程序设计语言概述机器语言机器语言是一种二进制语言，它直接使用二进制代码表达指令，是计算机硬件可以直接识别和执行的程序设计语言。例如：执行数字2和3的加法，16位计算机上的机器指令为：1101001000111011，不同计算机结构的机器指令不同程序设计语言概述汇编语言使用助记符与机器语言中的指令进行一一对应，在计算机发展早期帮助程序员提高编程效率例如：执行数字2和3的加法，汇编语言指令为：add2,3,result，运算结果写入result。机器语言和汇编语言都直接操作计算机硬件并基于此设计，所以它们统称为低级语言。程序设计语言概述高级语言高级语言区别于低级语言在于，高级语言是接近自然语言的一种计算机程序设计语言，更容易地描述计算问题并利用计算机解决计算问题。例如：执行数字2和3加法的高级语言代码为：result=2+3程序设计语言概述高级语言按照计算机执行方式的不同可分成两类静态语言脚本语言这里所说的执行方式指计算机执行一个程序的过程，静态语言采用编译执行，脚本语言采用解释执行。编译和解释编译是将源代码转换成目标代码的过程，通常，源代码是高级语言代码，目标代码是机器语言代码，执行编译的计算机程序称为编译器编译和解释高级语言源代码编译器机器语言目标代码输入程序执行输出解释是将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行目标代码的过程。执行解释的计算机程序称为解释器。编译和解释高级语言源代码输入解释器输出编译是一次性地翻译，一旦程序被编译，不再需要编译程序或者源代码。对于相同源代码，编译所产生的目标代码执行速度更快。目标代码不需要编译器就可以运行，在同类型操作系统上使用灵活。编译和解释解释则在每次程序运行时都需要解释器和源代码。解释执行需要保留源代码，程序纠错和维护十分方便。只要存在解释器，源代码可以在任何操作系统上运行，可移植性好编译和解释——为什么要学习计算机编程？——因为“编程是件很有趣的事儿”！计算机编程计算机编程计算思维是区别于以数学为代表的逻辑思维和以物理为代表的实证思维的第三种思维模式。编程是一个求解问题的过程首先需要分析问题，抽象内容之间的交互关系设计利用计算机求解问题的确定性方法，进而通过编写和调试代码解决问题这是从抽象问题到解决问题的完整过程。Python语言概述Python语言的诞生GuidovanRossumPython语言创立者2002年，Python2.x2008年，Python3.x使用Python语言编写的Hello程序只有一行代码print(“HelloWorld”)第一行的“”是Python语言运行环境的提示符第二行是Python语句的执行结果编写Hello程序print(HelloWorld)HelloWorld#includestdio.hintmain(void){printf(HelloWorld\n);return0;}一般来说，同样功能的程序，Python语言实现的代码行数仅相当于C语言的1/5至1/10，简洁程度取决于程序的复杂度和规模。C语言的Hello程序脚本语言+语句执行例1：print(“HelloWorld!大家好!)例2：sum=99999*99999print(sum)Python语言的优势例3：months=JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecn=4monthAbbrev=months[(n-1)*3:(n-1)*3+3]print(monthAbbrev)Python语言的优势简洁+强制可读性例4：defmean(numbers):s=0.0fornuminnumbers:s=s+numreturns/len(numbers)nums=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]print(mean(nums))Python语言的优势跨平台+开源目前有93561个开源库，覆盖各类计算问题例5：fromrandomimportrandomrnd=random()*10print(rnd)Python语言的优势Python语言的优势：面向过程+面向对象灵活的介绍程序设计理念Python语言的优势：图形界面Windows窗口玫瑰花Python语言的优势Python语言特点Python语言是通用语言Python语言是脚本语言Python语言是开源语言Python语言是跨平台语言Python语言是多模型语言Python开发环境配置安装到Python主页下载并安装Python基本开发和运行环境，网址：根据操作系统不同选择不同版本下载相应的Python3.0系列版本程序安装安装启动方法1：启动Windows命令行工具，输入python启动方法2：调用IDLE来启动Python图形化运行环境启动方法3：按照语法格式编写代码，编写可以用任何文本编辑器，保存为文件。启动方法4：打开IDLE，点击Ctrl+N打开一个新窗口，输入语句并保存，使用快键建F5即可运行该程序启动方法5：将Python集成到Eclipse、PyCharm等面向较大规模项目开发的集成开发环境中Hello程序采用上述某个方法，执行：程序的基本编写方法输入数据处理数据输出数据IPO程序编写方法输入数据输入（Input）是一个程序的开始。程序要处理的数据有多种来源，形成了多种输入方式，包括：文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输出、随机数据输入、内部参数输入等。IPO程序编写方法处理数据处理（Process）是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程。计算问题的处理方法统称为“算法”，它是程序最重要的组成部分。可以说，算法是一个程序的灵魂。IPO程序编写方法输出数据输出（Output）是程序展示运算成果的方式。程序的输出方式包括：控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等。IPO程序编写方法微实例1.1圆面积的计算输入：圆半径raduis处理：计算圆面积area=π*radius*radius（此处，π取3.1415）输出：圆面积areaIPO程序编写方法分析问题分析问题的计算部分划分边界划分问题的功能边界设计算法设计问题的求解算法编写程序，编写问题的计算程序调试测试，调试和测试程序升级维护，适应问题的升级维护使用计算机解决问题Python语言版本更迭Python语言的版本更迭更高级别的3.0系列不兼容早期2.0系列2008年至今，版本更迭带来大量库函数的升级替换，Python语言的版本更迭痛苦且漫长到今天，Python3.x系列已经成为主流本章小结本章具体讲解了计算机的基本定义、计算机的功能性和可编程性、程序设计语言分类、编译和解释、Python语言的历史和发展、配置Python开发环境等内容，最后给出了Python版本的主要区别供参考。Python实例展示fromPILimportImagefromPILimportImageFilterim=Image.open('np.jpg')e33=im.filter(ImageFilter.CONTOUR)e33.save('E(33).jpg')Python语言程序设计北京理工大学嵩天第2章Python程序实例解析温度转换程序实例温度体系温度刻画存在不同体系，摄氏度以1标准大气压下水的结冰点为0度，沸点为100度，将温度进行等分刻画。华氏度以1标准大气压下水的结冰点为32度，沸点为212度，将温度进行等分刻画。温度转换实例问题：如何利用Python程序进行摄氏度和华氏度之间的转换步骤1：分析问题的计算部分：采用公式转换方式解决计算问题温度转换实例步骤2：确定功能输入：华氏或者摄氏温度值、温度标识处理：温度转化算法输出：华氏或者摄氏温度值、温度标识F表示华氏度，82F表示华氏82度C表示摄氏度，28C表示摄氏28度温度转换实例步骤3：设计算法根据华氏和摄氏温度定义，转换公式如下：C=(F–32)/1.8F=C*1.8+32其中，C表示摄氏温度，F表示华氏温度温度转换实例步骤4：编写程序温度转换实例步骤5：调试、运行程序在系统命令行上运行如下命令执行程序：C:\pythonTempConvert.py或者：使用IDLE打开上述文件，按F5运行（推荐）输入数值，观察输出Python语法元素分析程序的格式框架Python语言采用严格的“缩进”来表明程序的格式框架。缩进指每一行代码开始前的空白区域，用来表示代码之间的包含和层次关系。1个缩进=4个空格用以在Python中标明代码的层次关系缩进是Python语言中表明程序框架的唯一手段程序的格式框架单层缩进多层缩进注释注释：程序员在代码中加入的说明信息，不被计算机执行注释的两种方法：单行注释以#开头#Herearethecomments多行注释以’’’开头和结尾’’’ThisisamultilinecommentusedinPython’’’命名与保留字常量：程序中值不发生改变的元素变量：程序中值发生改变或者可以发生改变的元素Python语言允许采用大写字母、小写字母、数字、下划线(_)和汉字等字符及其组合给变量命名，但名字的首字符不能是数字，中间不能出现空格，长度没有限制注意：标识符对大小写敏感，python和Python是两个不同的名字命名与保留字保留字，也称为关键字，指被编程语言内部定义并保留使用的标识符。程序员编写程序不能定义与保留字相同的标识符。每种程序设计语言都有一套保留字，保留字一般用来构成程序整体框架、表达关键值和具有结构性的复杂语义等。掌握一门编程语言首先要熟记其所对应的保留字。命名与保留字Python3.x保留字列表(33个)andelifimportraiseaselseinreturnassertexceptistrybreakfinallylambdawhileclassfornonlocalwithcontinuefromnotyielddefglobalorTruedelifpassFalseNone字符串Python语言中，字符串是用两个双引号“”或者单引号‘’括起来的一个或多个字符。Python字符串的两种序号体系赋值语句Python语言中，=表示“赋值”，即将等号右侧的值计算后将结果值赋给左侧变量，包含等号（=）的语句称为“赋值语句”同步赋值语句：同时给多个变量赋值变量1,…,变量N=表达式1,…,表达式