C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

文前.indd12019-8-2921:24:12

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)以Windows為平臺(tái)，融入項(xiàng)目化程序設(shè)計(jì)思想，結(jié)合學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

過(guò)程，展現(xiàn)了Python語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)和基本內(nèi)容，主要內(nèi)容包括Python的安裝和開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，

Python的基礎(chǔ)語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句、字符串基本操作、序列類(lèi)型數(shù)據(jù)的使用、函數(shù)的定義和使用、

數(shù)據(jù)的文件存儲(chǔ)、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)等。每部分項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，都把相關(guān)知識(shí)和技能融入系統(tǒng)開(kāi)

發(fā)過(guò)程中，按照學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的輸入/輸出模塊、流程控制模塊、字符串處理模塊、數(shù)據(jù)存

儲(chǔ)模塊、函數(shù)封裝模塊、文件存儲(chǔ)模塊和系統(tǒng)集成模塊重構(gòu)了整個(gè)課程體系內(nèi)容。

本書(shū)適合作為高職高專(zhuān)院校大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)

計(jì)基礎(chǔ)課程教材，也可作為其他專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)Python編程的入門(mén)教材。

圖書(shū)在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程/向春枝,張濱燕,丁愛(ài)萍主編.—北京:

中國(guó)鐵道出版社有限公司,2019.9

教育部現(xiàn)代學(xué)徒制試點(diǎn)院校系列教材高職高專(zhuān)大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用

“十三五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-26179-5

Ⅰ.①P…Ⅱ.①向…②張…③丁…Ⅲ.①軟件工具-程序設(shè)計(jì)-高等

職業(yè)教育-教材Ⅳ①TP311.561

中國(guó)版本圖書(shū)館CIP數(shù)據(jù)核字(2019)第187591號(hào)

書(shū)名：Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程

作者：向春枝?張濱燕?丁愛(ài)萍

策劃：韓從付編輯部電話(huà)2019

責(zé)任編輯：周海燕徐盼欣

封面設(shè)計(jì)：

責(zé)任校對(duì)：張玉華

責(zé)任印制：郭向偉

出版發(fā)行：中國(guó)鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門(mén)西街8號(hào)）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市航遠(yuǎn)印刷有限公司

版次：2019年9月第1版?2019年9月第1次印刷

開(kāi)本：787mm×1092mm?1/16?印張：19?字?jǐn)?shù)：309千

書(shū)號(hào)：ISBN978-7-113-26179-5

定價(jià)：58.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購(gòu)買(mǎi)鐵道版圖書(shū)，如有印制質(zhì)量問(wèn)題，請(qǐng)與本社教材圖書(shū)營(yíng)銷(xiāo)部聯(lián)系調(diào)換。電話(huà)：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話(huà)：（010）51873659

文前.indd22019-8-3016:14:31

編?委?會(huì)

主?任：

甘?勇?河南省高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)、鄭州工程技術(shù)學(xué)院

副主任：

李學(xué)相?鄭州大學(xué)????

何?欣?河南大學(xué)

向春枝?河南廣播電視大學(xué)

委?員：（按照姓氏筆畫(huà)排序）

丁愛(ài)萍?黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳利軍?河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院

王丁磊?安陽(yáng)師范學(xué)院周?欣?中國(guó)鐵道出版社有限公司

王明斐?河南工學(xué)院鄭麗芬?鄭州西亞斯國(guó)際學(xué)院

鄧淼磊?河南工業(yè)大學(xué)柏杏麗?河南工程學(xué)院

任建吉?河南理工大學(xué)趙偉艇?平頂山學(xué)院

任越美?河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院侯貴法?安陽(yáng)工學(xué)院

劉?征?河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院郭清浦?河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)

劉道華?信陽(yáng)師范學(xué)院高國(guó)紅?河南科技學(xué)院

楊?樺?開(kāi)封大學(xué)席?磊?河南農(nóng)業(yè)大學(xué)

李學(xué)橋?鄭州升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院唐?嫻?商丘學(xué)院

吳懷廣?鄭州輕工業(yè)大學(xué)商信華?信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院

吳慧欣?華北水利水電大學(xué)韓玉民?中原工學(xué)院

張廣軍?中科院計(jì)算技術(shù)研究所謝偉增?河南司法警官職業(yè)學(xué)院

張明慧?鄭州師范學(xué)院靳?峰?南陽(yáng)理工學(xué)院

張濱燕?河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院

文前.indd32019-8-2921:24:12

文前.indd42019-8-2921:24:12

序

FOREWORD

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人類(lèi)在計(jì)算的“算力”“算法”“數(shù)據(jù)”等

方面的能力水平達(dá)到前所未有的高度。由此引發(fā)的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)及

人工智能技術(shù)浪潮將極大地推動(dòng)和加速人類(lèi)社會(huì)各個(gè)方面的深刻變革。世界

各國(guó)清楚地認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)科學(xué)與智能的重要性和前瞻性，相繼制定有關(guān)的發(fā)展

政策、戰(zhàn)略，希望能夠占領(lǐng)高新技術(shù)的前沿高地，把握最新的核心技術(shù)和競(jìng)

爭(zhēng)力。

在大數(shù)據(jù)及人工智能發(fā)展浪潮中，我國(guó)敏銳地把握住時(shí)代的機(jī)遇以求

得到突破性的發(fā)展。十八屆五中全會(huì)首次提出“國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”，發(fā)布了

《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》；2017年，《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—

2020年）》實(shí)施。黨的十九大提出“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)

體經(jīng)濟(jì)深度融合”，習(xí)近平總書(shū)記在政治局集體學(xué)習(xí)中深刻分析了我國(guó)大

數(shù)據(jù)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略提出了更高的要求。

2016年教育部批準(zhǔn)設(shè)立數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)和大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)

用專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)，引導(dǎo)高校加快大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)，以適應(yīng)國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略對(duì)人才

的需求。我國(guó)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2018年3月，

我國(guó)已有近300所高校獲批建設(shè)“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，2019年

9月，設(shè)立這一專(zhuān)業(yè)的高校將增至500所。僅河南省設(shè)立“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)

據(jù)技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的本科高校達(dá)到36所，設(shè)立“大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用”專(zhuān)業(yè)的高

職高專(zhuān)院校達(dá)到38所。然而，當(dāng)前我國(guó)高校的大數(shù)據(jù)教學(xué)尚處于摸索階段，

尤其缺乏成熟的、系統(tǒng)性和規(guī)范性的大數(shù)據(jù)教學(xué)體系和教材。2017年2月，

文前.indd52019-8-2921:24:12

教育部在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)“高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”達(dá)成“復(fù)旦共識(shí)”，隨后從“天

大行動(dòng)”到“北京指南”，掀起新工科建設(shè)的熱潮，各高校積極開(kāi)展新理念、新結(jié)構(gòu)、

新模式、新質(zhì)量和新體系的新工科建設(shè)模式的探索。2018年10月，教育部發(fā)布了《關(guān)

于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》，提出大力發(fā)展“四

個(gè)新”（新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科），推動(dòng)各地各高校加快構(gòu)建大數(shù)據(jù)、智

能制造、機(jī)器人等10個(gè)新興領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)課程體系。為了落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略、加快大數(shù)據(jù)

新工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)、加速人才培養(yǎng)、提供人才支撐，都需要更多地關(guān)注數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)

據(jù)技術(shù)及人工智能相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材的建設(shè)和出版工作。為此河南省高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育

研究會(huì)組織河南省高校與中國(guó)鐵道出版社有限公司、中科院計(jì)算技術(shù)研究所和相關(guān)企

業(yè)聯(lián)合成立了編委會(huì)，將分別面向本科和高職高專(zhuān)編寫(xiě)教材。

本編委會(huì)將秉承虛心求教、博采眾長(zhǎng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，積極組織一線(xiàn)教師、科研人員

和企業(yè)工程師一起面向新工科開(kāi)展大數(shù)據(jù)領(lǐng)域教材的編寫(xiě)工作，以期為蓬勃發(fā)展的數(shù)

據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)貢獻(xiàn)我們的綿薄之力。毋庸諱言，由于編委會(huì)自身水平有限，

編著過(guò)程中難免出現(xiàn)諸多疏漏與不妥之處，還望讀者不吝賜教！

編委會(huì)

2019年6月

文前.indd62019-8-2921:24:12

前??言

PREFACE

Python作為一種面向?qū)ο蟮?、解釋性的高?jí)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、易學(xué)、

開(kāi)發(fā)效率高、調(diào)試運(yùn)行方便等特點(diǎn)，深受廣大編程人員的喜愛(ài)，被譽(yù)為最好

的人工智能語(yǔ)言之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于Web開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)編程、數(shù)據(jù)分析與

可視化、人工智能、大數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算、圖形圖像處理、游戲設(shè)計(jì)與策

劃等各個(gè)領(lǐng)域。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，Python成為人們學(xué)習(xí)編程的首選

語(yǔ)言，各高職院校的計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)特別是大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)等專(zhuān)業(yè)也逐漸把Python作為程序設(shè)計(jì)課程的首選語(yǔ)言。

本書(shū)是在河南省高校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)高等職業(yè)教育大數(shù)據(jù)專(zhuān)委會(huì)的指

導(dǎo)下，作為國(guó)家級(jí)現(xiàn)代學(xué)徒制試點(diǎn)系列教材，從雙元培養(yǎng)人才的需求出發(fā)，

與新華三技術(shù)有限公司合作，吸收企業(yè)項(xiàng)目化開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，高校教師與企業(yè)工

程師共同參與完成的項(xiàng)目化開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)教材。

本書(shū)采用項(xiàng)目化的方式組織教學(xué)，按照行動(dòng)體系重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，采用師

傅帶徒弟的方式開(kāi)展學(xué)習(xí)，把Python的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)融入項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的全

過(guò)程，在徒弟小李同學(xué)完成項(xiàng)目的過(guò)程中循序漸進(jìn)地完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，

教、學(xué)、做同步推進(jìn)，幫助讀者理解并掌握Python的基礎(chǔ)知識(shí)和基本語(yǔ)法，

實(shí)現(xiàn)了學(xué)用結(jié)合、學(xué)以致用的最終目標(biāo)。

本書(shū)結(jié)合學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，主要介紹了Python的

基礎(chǔ)知識(shí)，全書(shū)共分為3部分。第一部分為項(xiàng)目概述，主要介紹了貫穿本書(shū)

文前.indd72019-8-2921:24:13

的項(xiàng)目學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的需求分析、Python的安裝和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建。第二部

分為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，分7個(gè)模塊。模塊一為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)

的輸入/輸出模塊，主要介紹Python的基本語(yǔ)法、變量、基本數(shù)據(jù)類(lèi)型和常用的運(yùn)算符，

完成系統(tǒng)中單個(gè)學(xué)生數(shù)據(jù)的變量命名、數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇，并實(shí)現(xiàn)學(xué)生數(shù)據(jù)的輸入/輸出

功能。模塊二為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的流程控制模塊，主要介紹Python的判斷、循環(huán)語(yǔ)

句和異常處理，包括if語(yǔ)句、while語(yǔ)句、for語(yǔ)句以及相關(guān)子句，try...except語(yǔ)句，完

成用戶(hù)交互判斷和主程序流程設(shè)計(jì)。模塊三為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的字符串處理模塊，

介紹字符串的定義和存儲(chǔ)、常用字符串函數(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的過(guò)濾檢查功能。

模塊四為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，介紹Python序列類(lèi)型如列表、元組、字

典的使用，實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表示和存儲(chǔ)，并選擇字典作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式。模塊五為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的函數(shù)封裝模塊，主要介紹函數(shù)的定義和

使用、常用內(nèi)置函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行函數(shù)定義封裝，并利

用函數(shù)重構(gòu)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的2.0版。模塊六為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的文

件存儲(chǔ)模塊，主要介紹文件的基本操作、Python文件的讀/寫(xiě)操作、數(shù)據(jù)序列化存儲(chǔ)

等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的文件存儲(chǔ)功能。模塊七為學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)集成模塊，介紹面向

對(duì)象編程的基本思想、類(lèi)的定義、對(duì)象的創(chuàng)建，用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)重構(gòu)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)。

第三部分為項(xiàng)目綜合實(shí)現(xiàn)，分析比較面向過(guò)程和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的不同和優(yōu)缺點(diǎn)，

綜合了各模塊的功能，完成學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的全部功能。

本書(shū)由向春枝、張濱燕、丁愛(ài)萍任主編，由李濤、郭紅艷任副主編，參編人員有于鵬、

陳永波、丁肖搖、李全武、呂振雷、張大鵬、王宇、楊麗、吳思宇。編者分別來(lái)自鄭

州信息科技職業(yè)學(xué)院、河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院、黃河水利職業(yè)學(xué)院及新華三技術(shù)有限公司。

本書(shū)適合作為高職高專(zhuān)院校大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等計(jì)算機(jī)相關(guān)

專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教材，也可作為其他專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)Python編程的入門(mén)教材。本書(shū)

提供配套的實(shí)訓(xùn)教材和教學(xué)大綱、教案、PPT、案例源程序等電子資源，讀者可登錄

/51eds/下載或聯(lián)系作者索要。

本書(shū)所有程序在Python3.7版本下調(diào)試通過(guò)。由于編者水平有限，加之編寫(xiě)時(shí)間

倉(cāng)促，書(shū)中疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。本書(shū)作者的電子郵箱為xtz_

book@，歡迎讀者來(lái)信交流。

編者

2019年7月

文前.indd82019-8-2921:24:13

目??錄

CONTENTS

第一部分?項(xiàng)目概述/1

任務(wù)一：項(xiàng)目需求分析/2

任務(wù)二：項(xiàng)目環(huán)境搭建/7

第二部分?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)/15

模塊一?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的輸入/輸出模塊/15

任務(wù)一：Python的基本語(yǔ)法/16

任務(wù)二：Python的變量/24

任務(wù)三：Python的數(shù)據(jù)類(lèi)型/31

任務(wù)四：Python的常用運(yùn)算符/47

模塊二?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的流程控制模塊/57

任務(wù)一：使用條件判斷/59

任務(wù)二：使用循環(huán)/68

任務(wù)三：處理異常情況/81

任務(wù)四：識(shí)別學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)/90

模塊三?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的字符串處理模塊/94

任務(wù)一：字符串的定義與存儲(chǔ)方式/95

任務(wù)二：字符串常用內(nèi)置函數(shù)的使用/103

任務(wù)三：字符過(guò)濾高級(jí)進(jìn)階/109

模塊四?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊/119

任務(wù)一：存入學(xué)生“畫(huà)像”數(shù)據(jù)列表/120

文前.indd92019-8-2921:24:13

任務(wù)二：存入學(xué)生“畫(huà)像”數(shù)據(jù)元組/157

任務(wù)三：存入學(xué)生“畫(huà)像”數(shù)據(jù)字典/162

模塊五?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的函數(shù)封裝模塊/176

任務(wù)一：Python函數(shù)的設(shè)計(jì)與使用/177

任務(wù)二：常用內(nèi)置函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)/193

任務(wù)三：利用函數(shù)重構(gòu)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)/208

模塊六?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的文件存儲(chǔ)模塊/220

任務(wù)一：實(shí)現(xiàn)文件的基本操作/221

任務(wù)二：實(shí)現(xiàn)文件的讀寫(xiě)操作/229

任務(wù)三：實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)序列化存儲(chǔ)/241

任務(wù)四：實(shí)現(xiàn)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/250

模塊七?學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)集成模塊/252

任務(wù)一：套用類(lèi)的妙處/253

任務(wù)二：封裝學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)共用功能/270

任務(wù)三：聯(lián)系學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的內(nèi)在/274

第三部分?項(xiàng)目綜合實(shí)現(xiàn)/277

任務(wù)一：區(qū)分面向過(guò)程和面向?qū)ο?278

任務(wù)二：增刪改查學(xué)生“畫(huà)像”數(shù)據(jù)/289

任務(wù)三：存取學(xué)生“畫(huà)像”數(shù)據(jù)文件/293

文前.indd102019-8-2921:24:13

第一部分?項(xiàng)目概述

模塊導(dǎo)讀

隨著信息化時(shí)代到來(lái)，學(xué)校存在各種各樣的系統(tǒng)，如門(mén)禁系統(tǒng)、圖書(shū)館借閱

系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)等。通過(guò)收集學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、專(zhuān)業(yè)、成績(jī)、消費(fèi)等數(shù)據(jù)，

構(gòu)建校園大數(shù)據(jù)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)，可以分析出學(xué)生的日常行為，并對(duì)個(gè)人發(fā)展

提供理論性的依據(jù)。Python是一門(mén)跨平臺(tái)開(kāi)源的解釋型高級(jí)動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言，同

時(shí)支持偽編譯，即將Python源程序轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼來(lái)優(yōu)化程序和提高運(yùn)行速度。

模塊目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)職業(yè)素養(yǎng)

項(xiàng)目基本背景項(xiàng)目需求分析基礎(chǔ)知識(shí)自主學(xué)習(xí)能力

Python語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)Python程序語(yǔ)言基礎(chǔ)入門(mén)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

項(xiàng)目功能模塊化

項(xiàng)目環(huán)境配置

課前學(xué)習(xí)工作頁(yè)

選擇題

（1）下列表達(dá)式中（??）在Python中是非法的。

A．x=y=z=1B．x=(y=z+1)

C．x,y=y,xD．x+=y

（2）對(duì)下面程序的運(yùn)行結(jié)果解釋正確的是（??）。

print1.2-1.0==0.2

False

A．Python的實(shí)現(xiàn)有錯(cuò)誤B．浮點(diǎn)數(shù)無(wú)法精確表示

C．布爾運(yùn)算不能用于浮點(diǎn)數(shù)比較D．Python將非0數(shù)視為False

.1

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd12019-8-3011:10:00

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程第一部分?項(xiàng)目概述

模塊任務(wù)

任務(wù)一：項(xiàng)目需求分析

任務(wù)二：項(xiàng)目環(huán)境搭建

任務(wù)一：項(xiàng)目需求分析

任務(wù)描述

小李同學(xué)進(jìn)入大學(xué)，第一次接觸項(xiàng)目，第一次聽(tīng)說(shuō)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，感覺(jué)特別

新鮮。同時(shí)，小李同學(xué)不熟悉項(xiàng)目背景、面對(duì)復(fù)雜的符號(hào)時(shí)感覺(jué)有些困惑。本任務(wù)

通過(guò)項(xiàng)目需求分析，簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目背景及編程語(yǔ)言相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

任務(wù)實(shí)施

小李同學(xué)：什么是校園大數(shù)據(jù)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)？

師傅：信息化時(shí)代，學(xué)生在校園里產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，如學(xué)生成績(jī)、學(xué)號(hào)、地

址、通話(huà)記錄等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的分析，我們可以勾畫(huà)出學(xué)生的日常行為以及性格

分析，對(duì)學(xué)生的未來(lái)以及培養(yǎng)方案進(jìn)行個(gè)性化的定制。我們的校園大數(shù)據(jù)“畫(huà)像”

系統(tǒng)，就是通過(guò)學(xué)生的基本數(shù)據(jù)來(lái)呈現(xiàn)學(xué)生的基本“畫(huà)像”。接下來(lái)我為大家展示

一下學(xué)生基本數(shù)據(jù)有哪些。（見(jiàn)表1-1-1）

◎表1-1-1?學(xué)生基本數(shù)據(jù)

snonamepinyinsextelscores

{'math':64，'english':68，

201809121李勇liyong/p>

'python':67}

{'math':59，'english':77，

201809122劉晨liuchen/p>

'python':67}

{'math':85，'english':88，

201809123王敏wangmin/p>

'python':91}

{'math':76.5，'english':68，

201809124張力zhangli/p>

'python':80}

{'math':81，'english':83.5，

201809125李一liyi/p>

'python':87}

{'math':80，'english':59，

201809126張琴琴zhangqinqin/p>

'python':86}

{'math':55，'english':67，

201809127王芳wangfan/p>

'python':52}

2.

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd22019-8-3011:10:00

第一部分?項(xiàng)目概述

續(xù)表

snonamepinyinsextelscores

{'math':64，'english':74，

201809128黃琳琳huanglinin/p>

'python':83}

{'math':88，'english':90，

201709129周浩zhouhao/p>

'python':91}

{'math':0，'english':55，'

201709130孔圣kongsheng/p>

python':59}

現(xiàn)在我們通過(guò)系統(tǒng)，收集到了學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、拼音、性別、手機(jī)號(hào)以及三

門(mén)課的成績(jī)。下面將通過(guò)這些基本數(shù)據(jù)構(gòu)建學(xué)生校園“畫(huà)像”系統(tǒng)，以及Python

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。

小李同學(xué)：Python是什么語(yǔ)言？

師傅：Python是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。你可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)很多種流行的

編程語(yǔ)言，比如非常難學(xué)的C語(yǔ)言、非常流行的Java語(yǔ)言、適合初學(xué)者的BASIC

語(yǔ)言、適合網(wǎng)頁(yè)編程的JavaScript語(yǔ)言等。那么Python是一種什么語(yǔ)言？

首先，我們普及一下編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)。用任何編程語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)程序，都是

為了讓計(jì)算機(jī)工作，比如下載一個(gè)MP3、編寫(xiě)一個(gè)文檔等，而計(jì)算機(jī)工作的CPU

只認(rèn)識(shí)機(jī)器指令，所以，盡管不同的編程語(yǔ)言差異極大，但最后都得“翻譯”成

CPU可以執(zhí)行的機(jī)器指令。而不同的編程語(yǔ)言，做同一個(gè)工作，編寫(xiě)的代碼量差

距也很大。

比如，完成同一個(gè)任務(wù)，C語(yǔ)言要寫(xiě)1

000行代碼，Java只需要寫(xiě)100行代碼，

而Python可能只要20行代碼。所以，Python是一種相當(dāng)高級(jí)的語(yǔ)言。

你也許會(huì)問(wèn)，代碼少還不好？代碼少的代價(jià)是運(yùn)行速度慢，C程序運(yùn)行1

s，

Java程序可能需要2

s，而Python程序可能需要10

s。

那是不是越低級(jí)的程序越難學(xué)，越高級(jí)的程序越簡(jiǎn)單？表面上來(lái)說(shuō)，是的，但

是，在非常高的抽象計(jì)算中，高級(jí)的Python程序設(shè)計(jì)也是非常難學(xué)的，所以，高

級(jí)程序語(yǔ)言不等于簡(jiǎn)單。

但是，對(duì)于初學(xué)者和完成普通任務(wù)而言，Python語(yǔ)言是非常簡(jiǎn)單易用的。用

Python可以做什么？可以做日常任務(wù)，比如自動(dòng)備份MP3；可以做網(wǎng)站，很多著

名的網(wǎng)站就是用Python編寫(xiě)的；可以做網(wǎng)絡(luò)游戲的后臺(tái)，很多在線(xiàn)游戲的后臺(tái)都

是用Python開(kāi)發(fā)的?？傊?，Python能做很多事情。

.3

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd32019-8-3011:10:00

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程第一部分?項(xiàng)目概述

當(dāng)然，也有Python不能做的事情，比如編寫(xiě)操作系統(tǒng)，這個(gè)只能用C語(yǔ)

言；編寫(xiě)手機(jī)應(yīng)用，只能用Swift/Objective-C（針對(duì)iPhone）和Java（針對(duì)

Android）；編寫(xiě)3D游戲，最好用C或C++。

可以通過(guò)查詢(xún)TIOBE排行榜來(lái)了解最新的編程語(yǔ)言流行程度。TIOBE排行榜

是根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上有經(jīng)驗(yàn)的程序員、課程和第三方廠(chǎng)商的數(shù)量，并使用搜索引擎（如

Google、Bing、Yahoo!）以及Wikipedia、Amazon、YouTube統(tǒng)計(jì)出排名數(shù)據(jù)，

用于反映某個(gè)編程語(yǔ)言的熱門(mén)程度。

如圖1-1-1所示，2019年7月，Java以15.058%占比位列榜首，這也凸顯了

Java的受歡迎程度及其在編程界的重要地位。Python作為新生代語(yǔ)言，正處于朝氣

蓬勃的時(shí)期，市場(chǎng)潛力很大。

圖1-1-1?TIOBE編程語(yǔ)言排行榜（2019年7月）

小李同學(xué)：那么學(xué)習(xí)Python后可以有哪些方面的發(fā)展呢？

師傅：作為一種新型語(yǔ)言，Python正被市場(chǎng)慢慢接受。Python可應(yīng)用于以下

領(lǐng)域。

（1）Web開(kāi)發(fā)。Python的Web開(kāi)發(fā)框架是最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。如果用Python

搭建一個(gè)網(wǎng)站只需要幾行代碼，非常簡(jiǎn)潔（見(jiàn)圖1-1-2）。

4.

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd42019-8-3011:10:00

第一部分?項(xiàng)目概述

圖1-1-2?Python輕量級(jí)Web框架

（2）網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)Python的人員中很大一部分是在學(xué)習(xí)爬蟲(chóng)，這也是

Python的一大優(yōu)勢(shì)，具有跨平臺(tái)、速度快、易開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。

（3）服務(wù)器運(yùn)維。最開(kāi)始學(xué)習(xí)Python的人，就是運(yùn)維和測(cè)試的在職人員，因

為Python對(duì)于他們的工作起到很大的作用，使用Python腳本進(jìn)行批量化的文件部

署和運(yùn)行調(diào)整成為L(zhǎng)inux服務(wù)器上很不錯(cuò)的選擇。

（4）數(shù)據(jù)分析。Python所擁有的完整的生態(tài)環(huán)境十分有利于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處

理，比如，大數(shù)據(jù)分析所需要的分布式計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等，都可以

通過(guò)Python中成熟的模塊完成。

（5）人工智能。人工智能是當(dāng)下熱門(mén)的行業(yè)之一，在未來(lái)，必然需要一大批

專(zhuān)業(yè)人才進(jìn)行輔助工作，是最具有發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑弧?/p>

小李同學(xué)：現(xiàn)在是不是可以開(kāi)始用Python編寫(xiě)“畫(huà)像”系統(tǒng)了？

師傅：欲速則不達(dá)。即使語(yǔ)言學(xué)會(huì)了，但是不知道系統(tǒng)的功能也不行，就像沒(méi)

有圓規(guī)，就畫(huà)不了標(biāo)準(zhǔn)的圓形一樣。在一個(gè)項(xiàng)目里，我們要明白自己所需要的基本

功能，然后根據(jù)需求分工合理安排。接下來(lái)，我們將根據(jù)功能分別學(xué)習(xí)Python知識(shí)。

首先，我們要在學(xué)習(xí)項(xiàng)目之前進(jìn)行相關(guān)背景的介紹，包括Python語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)、

發(fā)展?fàn)顩r、就業(yè)前景以及校園大數(shù)據(jù)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)需求分析與模塊劃分。

項(xiàng)目的需求分析需要解決的是用戶(hù)所面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)的是將軟件用戶(hù)對(duì)

于軟件的一系列意圖、想法轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖_(kāi)發(fā)人員所需要的有關(guān)軟件的技術(shù)規(guī)格，并

由此實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和開(kāi)發(fā)人員之間的有效溝通。詳細(xì)的項(xiàng)目分析包括用戶(hù)需求、背景介

紹、資源需求等眾多環(huán)節(jié)。在此部分簡(jiǎn)要介紹校園大數(shù)據(jù)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)。

.5

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd52019-8-3011:10:00

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程第一部分?項(xiàng)目概述

用戶(hù)需求：系統(tǒng)全面采集學(xué)生數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)使用上提供豐富的交互式可視化界

面，輔助教學(xué)部門(mén)對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

系統(tǒng)需求：基于Windows環(huán)境搭建教學(xué)。

數(shù)據(jù)需求：數(shù)據(jù)采集接口為后勤消費(fèi)系統(tǒng)、成績(jī)錄入系統(tǒng)等教務(wù)服務(wù)平臺(tái)，數(shù)

據(jù)格式統(tǒng)一以學(xué)號(hào)作為主鍵。

用戶(hù)輸入：基于Web頁(yè)面的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）交互系統(tǒng)。

軟件需求分析時(shí)，對(duì)問(wèn)題理解得越透徹，問(wèn)題就越容易解決。通過(guò)建立模型理

解問(wèn)題是對(duì)問(wèn)題做的一種符號(hào)抽象。數(shù)據(jù)要建立數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)庫(kù)要建立邏輯結(jié)構(gòu)。

一個(gè)完整的需求分析包括眾多方面，本書(shū)只進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

接下來(lái)我們按照功能需求對(duì)Python的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拆解。

模塊一學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的輸入/輸出模塊。我們需要從鍵盤(pán)中獲取想要的數(shù)據(jù)，

與程序設(shè)計(jì)者進(jìn)行交互。此時(shí)需要輸入/輸出系統(tǒng)。本模塊介紹Python的基本輸

入與基本輸出，以及其他基本語(yǔ)法知識(shí)。

模塊二學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的流程控制模塊。一個(gè)項(xiàng)目或者程序設(shè)計(jì)需要有流

程控制結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言中，經(jīng)典的控制結(jié)構(gòu)是選擇與循環(huán)。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，

為了實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)邏輯和算法，不可避免地要用到大量的選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，

并且經(jīng)常需要將選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套使用。

模塊三學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的字符串處理模塊。字符串是由數(shù)字、字母、下畫(huà)

線(xiàn)組成的一串字符，編程語(yǔ)言中表示文本數(shù)據(jù)類(lèi)型。在程序設(shè)計(jì)中，字符串（string）

為符號(hào)或數(shù)值的一個(gè)連續(xù)序列，如符號(hào)串（一串字符）或二進(jìn)制數(shù)字串（一串二進(jìn)

制數(shù)字），在文本類(lèi)數(shù)據(jù)中占有主要比例。本模塊主要介紹字符串內(nèi)置函數(shù)相關(guān)操

作，對(duì)數(shù)據(jù)采集后的字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分割、提取或大小寫(xiě)變換等操作。

模塊四學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。我們?cè)讷@取到相關(guān)數(shù)據(jù)的時(shí)候，

要進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Python中常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有列表、元組和字典。本模塊

介紹列表、元組和字典等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的用法。

模塊五學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的函數(shù)封裝模塊。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)到一定程度的時(shí)候，會(huì)

發(fā)現(xiàn)有些操作是完全相同或者非常相似的，僅僅是要處理的數(shù)據(jù)不同而已，因此我

們將學(xué)習(xí)函數(shù)的使用?？梢詫⒛切┙?jīng)常使用的功能封裝成一種函數(shù)，并在需要執(zhí)行

該代碼的時(shí)候進(jìn)行調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)代碼的簡(jiǎn)化。

模塊六學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)的文件存儲(chǔ)模塊。為了長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，以便重復(fù)利用、

6.

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd62019-8-3011:10:00

第一部分?項(xiàng)目概述

修改和共享，必須將數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)介質(zhì)。在此模塊中介紹如何

將數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)空間。

模塊七學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)集成模塊。介紹面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷?、?lèi)的定義、

對(duì)象的創(chuàng)建，用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)重構(gòu)學(xué)生“畫(huà)像”系統(tǒng)。

我們對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行封裝，就構(gòu)成了校園大數(shù)據(jù)“畫(huà)像”系統(tǒng)。

任務(wù)二：項(xiàng)目環(huán)境搭建

任務(wù)描述

在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行程序需要軟件的承載，就像游戲需要客戶(hù)端一樣。要在計(jì)算機(jī)

中運(yùn)行Python語(yǔ)言，就需要安裝底層環(huán)境。本任務(wù)中，我們將學(xué)習(xí)在不同系統(tǒng)下

安裝Python的運(yùn)行環(huán)境。

任務(wù)實(shí)施

1．Windows下安裝Python

小李同學(xué)：開(kāi)學(xué)后我買(mǎi)了一臺(tái)安裝Windows系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。我要如何在這臺(tái)

計(jì)算機(jī)上運(yùn)行Python程序？

師傅：現(xiàn)在市場(chǎng)上的大多數(shù)計(jì)算機(jī)都裝的是Windows系統(tǒng)，其性能穩(wěn)定，受

到了眾多企業(yè)的青睞。在眾多企業(yè)的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，Windows系統(tǒng)也是主要的選擇。

下面首先介紹如何在Windows系統(tǒng)中下載及安裝Python。

（1）打開(kāi)Web瀏覽器，訪(fǎng)問(wèn)/downloads/windows/，

打開(kāi)下載頁(yè)面，如圖1-1-3所示。

圖1-1-3?Python下載頁(yè)面

.7

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd72019-8-3011:10:00

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程第一部分?項(xiàng)目概述

（2）在下載列表中選擇Windows平臺(tái)安裝包，包格式為Python-X.Y.Z.msi，

其中X.Y.Z為版本號(hào)。

要在Windows系統(tǒng)中使用安裝程序Python-X.Y.Z.msi，必須和MSIInstaller

搭配使用，其下載頁(yè)面如圖1-1-4所示。只要將安裝文件保存到本地計(jì)算機(jī)，然

后運(yùn)行即可。

圖1-1-4?MSI下載頁(yè)面

（3）下載后，雙擊安裝包，進(jìn)入Python安裝向?qū)А０惭b過(guò)程非常簡(jiǎn)單，只需

要使用默認(rèn)的設(shè)置，一直單擊“下一步”按鈕直到安裝完成即可。

通過(guò)配置系統(tǒng)，讓其能夠在終端會(huì)話(huà)中運(yùn)行Python，可簡(jiǎn)化文本編輯器的配

置工作。打開(kāi)一個(gè)命令窗口，在其中執(zhí)行命令python。如果出現(xiàn)了Python提示符

（>>>），就說(shuō)明Windows找到了剛安裝的Python版本。

C:\>python

Python3.5.0(v3.5.0:374f501f4567,Sep132015,22:15:05)[MSC

v.190032bit(Intel)]onwin32Type"help","copyright","credits"

or"license"formoreinformation.

>>>

2．Linux下安裝Python

師傅：除了Windows系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，企業(yè)里還有Linux系統(tǒng)。一般的Linux系

統(tǒng)上都有默認(rèn)的Python版本，CentOS6.5默認(rèn)的Python版本為2.6.6，現(xiàn)在主流

版本為Python3（通過(guò)python-v命令可以查看版本信息），本書(shū)代碼統(tǒng)一采用

Python3進(jìn)行編寫(xiě)。接下來(lái)進(jìn)行Linux下Python3的安裝。

8.

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd82019-8-3011:10:00

第一部分?項(xiàng)目概述

（1）打開(kāi)Web瀏覽器，訪(fǎng)問(wèn)/downloads/source/，打

開(kāi)Python下載頁(yè)面，如圖1-1-5所示。

圖1-1-5?Python下載頁(yè)面

（2）選擇Linux安裝包，下載Python。

在系統(tǒng)中運(yùn)行應(yīng)用程序Terminal（如果使用的是Ubuntu，可按Ctrl+Alt+T

組合鍵），打開(kāi)一個(gè)終端窗口。為確定是否安裝了Python，可執(zhí)行命令python（其

中的p是小寫(xiě)的）。輸出將類(lèi)似下面這樣，它顯示了安裝的Python版本；其后的

>>>是一個(gè)提示符，提示用戶(hù)輸入Python命令。

$python

Python2.7.6(default,Mar222014,22:59:38)

[GCC4.8.2]onlinux2Type"help","copyright","credits"or

"license"formoreinformation.

>>>

上述輸出表明，當(dāng)前計(jì)算機(jī)默認(rèn)使用的Python版本為Python2.7.6?？吹缴?/p>

述輸出后，如果要退出Python并返回終端窗口，可按Ctrl+D組合鍵或執(zhí)行命令

exit(

)。要檢查系統(tǒng)是否安裝了Python3，可執(zhí)行命令python3：

$python3

Python3.5.0(default,Sep172015,13:05:18)

[GCC4.8.4]onlinuxType"help","copyright","credits"or

"license"formoreinformation.

>>>

.9

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程.indd92019-8-3011:10:00

Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程第一部分?項(xiàng)目概述

（3）Linux下Python安裝文件擴(kuò)展名為.tgz。切換到文件所在目錄后，執(zhí)行

以下步驟安裝Python。

①解壓：tar-zxvfPython-3.7.0.tgz。

②進(jìn)入解壓目錄：cdPython-3.7.0。

③創(chuàng)建安裝目錄：mkdir/usr/local/python3.7.0。

④編譯：./configure--prefix=/usr/local/python3.7.0。

⑤安裝：make&&makeinstall。

⑥備份原有Python：mv/usr/bin/python/usr/bin/python2.7.6。

⑦讓系統(tǒng)使用新版本（建立軟連接指向當(dāng)前系統(tǒng)默認(rèn)的python命令Bin目錄）：

ln-s/usr/local/python3.7.0/bin/python3.7/usr/bin/python。

再次輸入python-v，驗(yàn)證版本號(hào)。

3．Mac平臺(tái)安裝Python

師傅：在某些大數(shù)據(jù)企業(yè)會(huì)采用Mac計(jì)算機(jī)。如果Mac系統(tǒng)只安裝了