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本书知识体系完整，按照认知递进的顺序进行了编排，主要包括编程环境、数据类型、变量与计算、流程控制、错误与错误处理、函数、面向对象的程序设计、模块、文件操作、tkinter 图形界面设计及数据库与数据库连接操作等内容。全书共12 章，每章都包含详细的概念及原理阐述，同时配有大量精美的插图、代码范例和课后习题。有别于同类教材，本书将自身的角色设定为陪伴者和对话者，让读者在学习中获得归属感，使学习变成一种快乐。同时，本书从始至终都非常重视思维模式的养成，力求使读者获得利用Python 语言描述问题、分析问题，最终设计并实现软件解决方案的能力。

目
录
第1章  绪论	1
1.1  计算机程序语言层级结构	1
1.2  人机系统结构	4
1.3  Python简介	7
1.4  计算机发展简史	9
1.4.1  计算法与计算辅助工具	9
1.4.2  自动计算机	11
1.5  小结	13
1.6  课后思考与练习	13
第2章  编程环境	14
2.1  理论模型解释	14
2.2  Python编程环境配置	17
2.2.1  安装包的获取	18
2.2.2  安装包的部署	19
2.2.3  编程环境部署状态测试	21
2.3  IDLE编辑器使用简介	22
2.3.1  打开IDLE编辑器	22
2.3.2  IDLE提供的基于交互式命令行的编程界面	24
2.3.3  IDLE提供的基于代码文件的编程界面	24
2.3.4  输入与输出指令	29
2.3.5  代码的注释方法	31
2.4  课后思考与练习	32
第3章  数据类型	33
3.1  数值类型的计算机表示原理及其语法基础	33
3.1.1  整型的内存结构	34
3.1.2  浮点型的内存结构	35
3.1.3  复数型的内存结构	37
3.1.4  数值类型的语法表示规则	37
3.1.5  数值类型之间的转换	38
3.1.6  变量与赋值的简单说明	39
3.2  字符串类型的计算机表示原理及其语法基础	40
3.2.1  字符串类型的理论模型	40
3.2.2  对字符串数据的访问	41
3.2.3  涉及字符串类型的类型转换	42
3.2.4  涉及字符串类型的简单函数	44
3.2.5  转义字符	44
3.2.6  字符串的格式化输出	46
3.3  布尔类型的语法基础	48
3.4  元组型的语法基础	49
3.4.1  元组的定义	49
3.4.2  元组的访问	50
3.4.3  元组的简单操作	51
3.5  列表型的语法基础	52
3.5.1  列表的定义	52
3.5.2  列表的访问	52
3.5.3  列表的简单操作	53
3.5.4  多维列表简介	56
3.6  字典的语法基础	57
3.6.1  字典的定义	57
3.6.2  字典的访问	57
3.6.3  字典的简单操作	58
3.7  集合型的语法基础	59
3.7.1  集合的定义	59
3.7.2  集合的简单操作	60
3.8  课后思考与练习	61
3.8.1  练习第1部分—基础数据类型练习	61
3.8.2  练习第2部分—进阶数据类型练习	63
第4章  变量与计算	64
4.1  变量的含义	64
4.2  变量的动态属性	66
4.3  变量的命名	67
4.4  与变量相关的简单函数	69
4.5  运算符和表达式	70
4.5.1  赋值运算符（=）	70
4.5.2  算术运算符	71
4.5.3  逻辑运算符	73
4.5.4  比较运算符	75
4.5.5  标识运算符（is、is not）	76
4.5.6  成员运算符（in、not in）	77
4.5.7  表达式的构建与运算符优先级	78
4.5.8  其他一些需要注意的情况	79
4.6  课后思考与练习	81
第5章  流程控制	82
5.1  条件分支	84
5.1.1  单分支（if…）	84
5.1.2  双分支（if…else…）	85
5.1.3  多分支（if…elif…else…）	86
5.1.4  分支语句的嵌套	88
5.2  循环	89
5.2.1  while循环	89
5.2.2  for循环	92
5.2.3  range()函数简介	93
5.2.4  循环的嵌套	95
5.2.5  pass占位符	96
5.2.6  continue和break的用法	97
5.2.7  for循环的列表构建方法	99
5.3  课后思考与练习	99
第6章  错误与错误处理	102
6.1  语法错误	102
6.2  异常错误	104
6.3  错误处理	106
6.3.1  try…except语句	107
6.3.2  try…except…else语句	108
6.3.3  try…except…else…finally语句	109
6.3.4  手动抛出异常错误	111
6.4  调试模式	111
6.4.1  调试模式的激活	112
6.4.2  通过调试模式对代码进行调试	113
6.4.3  在代码中设置断点	115
6.5  课后思考与练习	116
第7章  函数	117
7.1  函数的定义与调用	118
7.1.1  函数定义与调用的基本语法	118
7.1.2  返回值的设定	120
7.1.3  函数作为对象的存在	123
7.1.4  带参数函数的定义与调用	124
7.1.5  匿名函数	127
7.2  变量作用域、参数传递与参数类型	128
7.2.1  变量作用域	128
7.2.2  参数传递	132
7.2.3  参数类型	136
7.3  内建函数	139
7.3.1  数学运算函数	139
7.3.2  字符串函数	140
7.3.3  列表函数	143
7.3.4  字典函数	145
7.3.5  集合函数	147
7.3.6  其他内建函数	147
7.4  课后思考与练习	149
第8章  面向对象的程序设计	151
8.1  类的简单定义和实例化	153
8.2  构造函数与析构函数	156
8.3  类的成员	161
8.4  类的继承	164
8.5  多态	171
8.6  运算符重载	173
8.7  小结	175
8.8  课后思考与练习	176
第9章  模块	178
9.1  模块的引用	179
9.2  模块的部署位置及搜索顺序	181
9.3  自定义模块	182
9.4  第三方模块的管理	184
9.5  常用内建模块	189
9.5.1  math模块与cmath模块	189
9.5.2  random模块	191
9.5.3  time模块	193
9.5.4  datetime模块	195
9.6  课后思考与练习	197
第10章  文件操作	199
10.1  文件系统简介	199
10.1.1  内存与外存	199
10.1.2  文件编码形式	200
10.1.3  文件定位方法	202
10.2  文件对象的基本操作	204
10.2.1  打开文件	204
10.2.2  读取文件内容	206
10.2.3  写入文件内容	208
10.2.4  关闭文件	210
10.2.5  文件内读写指针的位置移动	212
10.3  文件夹的基本操作	214
10.4  课后思考与练习	216
第11章  tkinter图形界面设计	219
11.1  窗口的创建	220
11.2  窗口内元素的布局	222
11.3  tkinter常用组件	228
11.4  tkinter.Canvas图形绘制组件	234
11.5  tkinter事件处理	238
11.5.1  事件类型	238
11.5.2  事件处理函数与事件绑定	240
11.6  图形界面设计综合范例	247
11.6.1  登录界面开发	247
11.6.2  在画布上控制图片的移动	250
11.7  课后思考与练习	252
第12章  数据库与数据库连接操作	253
12.1  数据库管理系统、数据库和数据表	254
12.2  在本地部署MySQL数据库管理系统	256
12.3  数据库连接操作	257
12.3.1  pymysql第三方模块配置	257
12.3.2  数据库连接测试	257
12.3.3  创建数据库	260
12.3.4  创建数据表	260
12.3.5  向数据表内插入记录	262
12.3.6  查询记录	263
12.3.7  修改记录	264
12.3.8  删除记录	265
12.4  课后思考与练习	265

前    言
Python是一门计算机程序语言，作为语言，它和人们日常使用的汉语或英语等自然语言并没有本质上的区别，只不过自然语言是讲给人听的，Python则是讲给计算机“听”的。从功能的角度来讲，Python可以帮助人们“指挥”计算机，为人们在社会生活中的各种需求提供对应的解决方案。小到简单的加减乘除四则运算，大到复杂的自动驾驶、国民经济运行情况预测等任务，它都能够胜任。但凡我们能够想到的需要计算机介入的场景，都可以通过编写Python程序提供解决方案。
以编写Python程序为职业的人群通常被称为软件工程师或程序员，这份职业的主要任务就是为各行各业提供信息化解决方案。软件工程师当然是一个很不错的职业选择，Python对其而言不但是谋生的手段，而且是为其他行业创造价值的工具。即使不想成为软件工程师，作为各种软件解决方案的使用者，也需要对程序语言有一个基本的了解，从而更好地理解和使用软件，更清晰、准确地对软件工程师提出设计需求，在必要时，甚至可以参与到软件开发的过程中。
本书正是为有志于学习Python语言的读者提供的一本入门教材。虽然阅读本书需要一点数学和英语方面的预备知识，但是要求并不是很高，具备高中学历（或同等学力）的读者就可以不太费力地阅读本书。换句话说，学习Python并不是一件很难的事情，至少入门并不是很难，请不要被各种所谓的高科技刻板印象吓倒。为了降低读者的阅读难度，本书以认知递进的顺序来安排学习内容。在预设读者没有任何编程知识的前提下，从最基础的概念和原理讲起，循序渐进地引入新内容，并将新旧内容编织成相互关联的知识网络。随着阅读进度的推进，读者习得的这张知识网络也会逐渐扩展成对Python语言的完整认知体系。
本书内容共分为12章，包括绪论、编程环境、数据类型、变量与计算、流程控制、错误与错误处理、函数、面向对象的程序设计、模块、文件操作、tkinter图形界面设计、数据库与数据库连接操作。每章都包含详细的概念及原理阐述，并配有精美的插图帮助理解；在涉及编程语法与技巧问题时，还配有大量的范例演示和说明；为使读者加深理解并掌握相应的编程实践能力，每章都配有丰富的课后练习题，供读者训练使用。
另外，作者认为，兴趣是所有学科入门的最好原动力，因此入门教材的话语模式不应该太过生硬和教条，显得让人“难以亲近”。本书采用日常对话的话语模式组织内容，并没有突出教与学的关系，而是与读者像同伴那样一起学习、一起思考、一起讨论、一起训练。尽量让读者在学习中获得归属感，使学习变成一种快乐，甚至幸福。只有激发这种对学科的原始兴趣，才能支撑起日后较为繁重与严肃的高阶学习过程。
为了让读者在日后的学习过程中少走弯路，作者在此处列举一些常见的学习误区。首先，请不要将语言的学习等同于语法的学习，这一点其实和自然语言（如英语）的学习是一致的。在语言学习中，最重要的事情就是“思维”的学习，语言作为描述世界的工具，其本身就包含了语言创作者对世界的认知模式，只有掌握了这样的认知模式，才能说真正理解并掌握了这门语言。例如，Python语言中的面向对象的程序设计、封装与复用等理念都承载了Python语言对世界的认知。其次，请不要认为只要学完教材就能掌握Python语言，这也和自然语言是类似的，如果不坚持训练和使用的话，学过的东西很快就会忘记。语言的学习归根结底是一种习惯的养成，讲究“熟能生巧”。最后，读者在学习的过程中肯定会遇到各种各样的程序错误，此时最忌讳的就是胡乱地重试和漫无目的地修改，这样会非常辛苦，效率却很低。作者的建议是在遇到问题的时候，一定要先冷静下来，仔细地阅读编程环境反馈的问题描述信息，找到问题发生的位置及可能的触发原因，再有针对性地进行调试，这样往往能够事半功倍。
笛卡儿说“我思故我在”，人之所以被称为“万物之灵”，是因为有着超越其他动物的智慧，而人类智慧则来源于思考。人类为了获得更好的生存条件，利用自身的智慧创造了各种各样的工具，Python语言也是其中之一。因此，对Python语言的学习也是对人类智慧的一种认可与传承。希望读者能够从学习的过程中体会到前辈们对我们共同生活的世界的热爱，同时可以从学习中获得作为人的基本尊严；更希望读者可以因为阅读本书而爱上学习，勤于思考，在创建更加宜居的世界的过程中熠熠生辉。


致    谢
这本书的撰写始于2019年春季，当时我在高校做教师差不多有3年的时间了。学校给教研室拨了一笔用于教学建设的经费，组织大家为自己的课程撰写教材。我负责的部分刚好是Python程序设计的课程，而且我本人也认为此事很有必要，于是便开始着手推进。
现在回想起来，本书能够写成着实不易。起初写了几大段话来诉苦，但隔了一夜又觉得太过阴沉和压抑，于是统统删去，只在此处吟一首辛弃疾的词—《丑奴儿·书博山道中壁》聊以自慰：“少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼，为赋新词强说愁。而今识尽愁滋味，欲说还休。欲说还休，却道天凉好个秋。”
生活中经历的苦楚难以尽表，在最艰难的时刻支撑我挺过来的事物有三样：一是妻子对我的包容和支持，二是两个女儿带给我的对未来生活的希望，三是在课堂上与学生沟通的快乐。此刻我最想说的话就是“我爱我的妻子，我爱我的孩子们，我爱我的学生们！”
虽然在撰写本书的过程中遇到了各种磕磕绊绊，有时也“摔得头破血流”，但我从始至终都未曾有过放弃的想法，通过2018年、2019年、2020年、2021年课堂教学的不断积累，终于在2021年12月形成初稿，随即进入出版流程。在此期间，我对本书前后进行了3次大的增删、7次校对，力求写成一本适合初学者并受读者喜爱的Python语言入门教材。
衷心地感谢各位读者选择本书，希望本书能给各位带来愉快的阅读体验。本书最终得以顺利出版还要感谢北京石油化工学院提供的出版经费资助，以及电子工业出版社在出版过程中的大力支持，特别是王群编辑在排版与内容规范方面给予我的细心指导和帮助。另外，还要感谢一直给予我鼓励的张雨凡医生，以及帮忙整理手稿的学生林玉玲、张瑾、唐雨行、郑广霞、霍思彤、王海青。由于本人能力有限，书中难免存有谬误，还请各位读者多多包涵并不吝赐教。谢谢！

王晓伟     
2022年5月于北京
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