【0-课程导学 / 1-Python基本语法元素】嵩天《Python语言程序设计》

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Python语言程序设计_北京理工大学_中国大学MOOC(慕课)

Python123 - 编程更简单

目录

【第0周】课程导学

（一）快速入门（2）

​（二）基础语法（5）

（三）编程思维（2）

【第1周】Python基本语法元素

一、程序设计基本方法

（一）计算机与程序设计

（二）编译和解释（计算机执行源程序的两种方式、编程语言的执行方式）

（三）程序的基本编写方法：IPO

（四）计算机编程

二、Python开发环境配置

​（一）Python语言概述

（二）Python基本开发环境IDLE

（三）Python程序编写与运行

三、实例1：温度转换

（一）问题分析

（二）实例编写

（三）举一反三

四、Python程序语法元素分析

（一）程序的格式框架

（二）命名与保留字

（三） 数据类型

（四） 语句与函数

（五） Python程序的输入输出

（六） “温度转换”代码分析

【第0周】课程导学

三部分（共9章）：

• 快速入门（2）
• 基础语法（5）
• 编程思维（2）

（一）快速入门（2）

第1周 Python基本语法元素

第2周 Python基本图形绘制

（二）基础语法（5）

第3周 基本数据类型

第4周 程序的控制结构

第5周 函数和代码复用

第6周 组合数据类型

第7周 文件和数据格式化

（三）编程思维（2）

第8周 程序设计方法学

第9周 Python计算生态总览

【第1周】Python基本语法元素

 

一、程序设计基本方法

（一）计算机与程序设计

1、计算机是根据指令操作数据的设备

• 功能性：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：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

2、计算机的发展

（1）计算机的发展参照摩尔定律，表现为指数方式

• 计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展
• 计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长
• 计算机高效支撑的各类运算功能不断丰富发展

（2）摩尔定律：计算机发展历史上最重要的预测法则

• 单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番
• CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律

在计算机演进过程中，计算机的性能和功能是交替交织发展的

3、程序设计：计算机可编程性的体现

• 程序设计，亦称编程，深度应用计算机的主要手段

4、程序设计语言：一种用于交互（交流）的人造语言

• 程序设计语言，亦称编程语言，程序设计的具体实现方式，主要用于人类和计算机之间的交互
• 编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确
• 编程语言种类很多，但生命力强劲的却不多（C语言是第一个被广泛使用的编程语言，Python是最流行最好用的编程语言）

（二）编译和解释（计算机执行源程序的两种方式、编程语言的执行方式）

1、源代码 VS 目标代码

• 源代码：采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读。例如：

  result=2+3

• 目标代码：计算机可直接执行，人类不可读，例如：11010010 00111011

2、编译：将源代码一次性转换成目标代码的过程，执行编译过程的程序叫做编译器（compiler）

• 一次性翻译，之后不再需要源代码（类似英文翻译）
• 使用编译执行的编程语言叫静态语言，如C/C++语言、Java语言

3、解释：将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程，执行解释过程的程序叫做解释器（interpreter）

• 每次程序运行时随翻译随执行（类似实时的同声传译）
• 使用解释执行的编程语言叫脚本语言，如Python语言、JavaScript语言、PHP语言

4、静态语言 VS 脚本语言

根据执行方式不同，编程语言分为两类：静态语言和脚本语言。执行方式不同，优势各有不同

• 静态语言：编译器一次性生成目标代码，优化更充分，程序运行速度更快
• 脚本语言：执行程序时需要源代码，维护更灵活，可以跨多个操作系统平台

（三）程序的基本编写方法：IPO

• I：Input   输入，程序的输入
• P：Process   处理，程序的主要逻辑
• O：Output   输出，程序的输出

1、输入

• 程序的输入：文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、内部参数输入等
• 输入是一个程序的开始

2、处理

• 程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程
• 处理方法统称为算法，它是程序最重要的部分

3、输出

• 程序的输出：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
• 输出是程序展示运算结果的方式

4、问题的计算部分（一般都有输入、处理和输出过程）

计算机在一个待解决问题中，只能辅助完成计算部分

5、编程解决问题的步骤

（1）6个完整步骤

• 分析问题：分析问题的计算部分（想清楚）
• 划分边界：划分问题的功能边界（规划IPO）
• 设计算法：设计问题的求解算法（关注算法）
• 编写程序：编写问题的计算程序（编程序）
• 调试测试：调试程序使正确运行（运行调试）
• 升级维护：适应问题的升级维护（更新完善）

（2）3个精简步骤

• 确定IPO：明确计算部分及功能边界
• 编写程序：将计算求解的设计变成现实
• 调试程序：确保程序按照正确逻辑能够正确运行

（四）计算机编程

编程体现了一种抽象交互关系、自动化执行的思维模式

计算思维：区别逻辑思维（数学）和实证思维（物理）的第三种思维模式

编程不单纯是求解计算问题，不仅要思考解决方法，还要思考用户体验、执行效率等

二、Python开发环境配置 （一）Python语言概述

Python 译为 “蟒蛇”

Python语言拥有者是 Python Software Foundation（PSF），PSF是非盈利组织，致力于保护Python 语言开放、开源和发展

2002年，Python 2.x；2008年，Python 3.x

（二）Python基本开发环境IDLE

Python官方提供，适用于小规模程序开发

Python官方环境：Python解释器+IDLE开发环境

• 轻量级：只有几十MB大小，使用灵活
• 功能丰富：编辑器+交互环境+标准库+库安装工具...

（三）Python程序编写与运行

Python的两种编程方式

• 交互式：在IDLE中，通过输入每条语句，即时运行结果，比较适合单条语法的练习
• 文件式：在一个源程序的文件中，批量地编写一组语句，且一次性执行产生相关结果，是编程的主要方式

例1：圆面积的计算（根据半径 r 计算圆面积）

 例2：同切圆绘制（绘制多个同切圆）

 例3：五角星绘制（绘制一个五角星）

三、实例1：温度转换 （一）问题分析

（1）分析问题的计算部分：

温度数值需要标明温度体系，即摄氏度或华氏度，转换后也需要给出温度体系

（2）划分边界：

• 输入：带华氏或摄氏标志的温度值
• 处理：根据温度标志选择适当的温度转换算法
• 输出：带摄氏或华氏标志的温度值

（3）输入输出格式设计：

标识放在温度最后，F表示华氏度，C表示摄氏度，如82F（华氏82度）、28C（摄氏28度）

（4）算法设计：

算法设计 （二）实例编写

#TempConvert.py
TempStr = input("请输入带有符号的温度值：")
if TempStr[-1] in ['F','f']:
    C = (eval(TempStr[0:-1]) -32)/1.8
    print("转换后的温度是{:.2f}C".format(C))
elif TempStr[-1] in ['C','c']:
    F = 1.8 * eval(TempStr[0:-1]) +32
    print("转换后的温度是{:.2f}F".format(F))
else:
    print("输入格式错误")

保存为TempConvert.py文件，IDLE打开文件，按F5运行

运行结果 （三）举一反三

1、输入输出的改变：

温度数值与温度标识之间关系的设计可以改变

• 标识改变，放在温度数值之前：C82、F28
• 标识字符改变为多个字符：82Ce、28Fa

2、计算问题的拓展：

温度转换问题是各类转换问题的代表性问题

• 货币转换、长度转换、重量转换、面积转换...
• 问题不同，但程序代码相似 四、Python程序语法元素分析

• 缩进：用来表达语句之间的层次关系和包含关系
• 注释：辅助性信息，并不被计算机所执行
• 命名：为变量关联标识符的过程
• 变量：表示数据值的占位符
• 保留字：计算机的程序语言中，默认保留下来由程序自身使用的一些信息，在Python语言当中一共有35个保留字（本课程中需要掌握26个保留字） ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• 数据类型：字符串、整数、浮点数、列表 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• 赋值符号及赋值符号组成的赋值语句
• 由保留字 if-elif-else 构成的分支语句
• 函数：input() 输入函数、print() 输出函数及格式化、eval() 评估函数  

（一）程序的格式框架

1、代码高亮：编程的色彩辅助体系，不是语法要求，对运行结果没有影响

2、缩进：一行代码开始前的空白区域，表达程序的格式框架，分为单层缩进和多层缩进（缩进中的缩进）

• 严格明确：缩进是语法的一部分，缩进不正确将导致程序运行错误
• 所属关系：表达代码间包含和层次关系的唯一手段
• 长度一致：程序内一致即可，一般用4个空格或1个TAB

3、注释：用于标记程序功能、提高代码可读性的辅助性文字，不被程序执行

• 单行注释：以 # 开头，其后内容为注释
• 多行注释：以 ''' 开头和结尾

（二）命名与保留字

1、变量：程序中用于保存和表示数据的占位符号

• 变量采用标识符（名字）来表示 如：TempStr 是变量名字，表达温度字符的信息，在程序中即是一个占位符号
• 可以使用等号（=）向变量赋值或修改值，=被称为赋值符号 如：TempStr="82F" 表示向变量 TempStr 赋值 "82F" 的字符串

2、命名：变量采用标识符（名字）来表示，关联标识符的过程叫命名

• 命名规则：大小写字母、数字、下划线和中文等字符及组合 如：TempStr、Python_Great、这是门Python好课
• 注意事项：大小写敏感、首字符不能是数字、不与保留字相同 如：Python 和 python 是不同变量；123Python是不合法的

3、保留字（也叫关键字）：被编程语言内部定义并保留使用的标识符

• Python 语言有35个保留字 如：if、elif、else、in
• 保留字是编程语言的基本单词，大小写敏感 如：if 是保留字，If 可以是用户当做变量来使用
• 注意35个保留字中有3个是大写开头的（True、False、None），小写的 true 是用户定义的变量，并不是保留字

35个保留字，标黑色的（26个）是在Python基础语法体系中出现的，即这门课涉及到的 （三） 数据类型

数据类型是指供计算机程序理解的数据形式

程序设计语言不允许存在语法歧义，需要定义数据的形式。通过一定方式向计算机表达数据的形式，如：10,011,101

• 整数类型：10011101
• 字符串类型："10,011,101"
• 列表类型：[10,011,101]

1、字符串：由0个或多个字符组成的有序字符序列

• 由一对单引号或一对双引号表示 如："请输入带有符号的温度值："         'C'
• 是字符的有序序列，可以对其中的字符进行索引 如："请"     是     "请输入带有符号的温度值："        的第0个字符

（1）字符串的序号：

• 正向递增序号：从0开始
• 反向递减序号：从-1（即最后一个字符）开始

（2）字符串的使用：使用 [ ] 获取字符串中一个或多个字符

• 索引：返回字符串中单个字符              [M] 如："请输入带有符号的温度值："[0]                   TempStr[-1] 表示获得 TempStr 这样一个变量字符串的倒数第一个字符
• 切片：返回字符串中一段字符子串       [M:N] 如："请输入带有符号的温度值："[1:3]       取出其中的第1个、第2个字符，但不到第3个字符        TempStr[0:-1]      从0开始，但不到字符串的最后一个字符的字符子串，相当于把字符串                                      的最后一个字符去掉

2、数字类型：

• 整数：数学中的整数，包括正数和负数 如：32、-89
• 浮点数：数学中的实数，带有小数部分，包括正数和负数 如：1.8、-1.8、-1.0

3、列表类型：由0个或多个数据组成的有序序列

• 列表使用 [ ] 表示，采用逗号（,）分隔各元素 如：['F','f'] 表示两个元素 'F' 和 'f'
• 使用保留字 in 判断一个元素是否在列表中 如：TempStr[-1] in ['C','c']    判断前者是否与列表中某个元素相同（TempStr字符串的最后一个字符是不是大写的C或小写的c，若是其中之一，这段语句将产生一个True真值）

（四） 语句与函数

1、赋值语句：由赋值符号（单一等号，即=）构成的一行代码

• 赋值语句用来给变量赋予新的数据值 如：C=( eval ( TempStr[0:-1] ) - 32 ) / 1.8     将右侧运算的结果赋给变量C
• 赋值语句右侧的数据类型同时作用于变量 如：TempStr = input (" ")     input( )返回一个字符串，那么TempStr也是一个字符串类型

2、分支语句：由判断条件决定程序运行方向的语句

• 使用保留字 if elif else 构成条件判断的分支结构 如：if TempStr[-1] in ['F','f']:      如果中间条件成立，将执行冒号后带有缩进的语句；若条件不成立，那么冒号及冒号后的缩进语句将会被跳过
• 每个保留字所在行最后存在一个冒号（:），为语法的一部分。冒号及后续缩进用来表示后续语句与条件的所属关系

3、函数：根据输入参数产生不同输出的功能过程

input()、print()、eval() 都通过() 对内部信息产生相应的处理过程

• 类似于数学中的函数y=f(x)，根据因变量产生结果 如：print() 函数，在括号中输入我要输出的信息，那么在程序结果中就会打印该信息
• 函数采用 () 方式使用 如：eval ( TempStr[0:-1] ) 中，TempStr[0:-1] 是参数

（五） Python程序的输入输出

1、输入函数 input()：程序获得外部信息的一个过程，从控制台获得用户输入的信息

• input() 函数的使用格式是： = input ()
• 用户输入的信息以字符串类型保存在 中
• 如：TempStr = input ("请输入")          请输入并不作为 TempStr 的一部分，它是提示用户来输入什么样的信息        由用户在控制台输入的信息会以字符串的类型保存在 TempStr 变量中

2、输出函数 print()：以字符形式向控制台输出结果的函数

•  print() 函数的基本使用格式：print()
• 字符串类型的一对引号仅在程序内部使用，输出无引号
• 如：print("输入格式错误")             向控制台输出“输入格式错误”这样的信息，用于提示使用软件的用户你输入的格式错误了
• print() 函数的格式化：

3、评估函数 eval()：去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数

• 简单讲：能够将数字的字符串形式变为数字形式
• 更广泛意义：能将任何字符串形式的信息变成 Python 语句

• eval() 函数的基本使用格式：eval( ) 如：eval("1+2") 输出数字 3        eval(' "1+2" ')  输出字符串 '1+2'        eval ( ' print("hello") ' ) 输出 hello
• eval ( TempStr [0:-1] ) 如果 TempStr[0:-1] 值是一个字符串"12.3"，输出是：数字12.3

（六） “温度转换”代码分析