任務(wù)1：項(xiàng)目開發(fā)環(huán)境搭建Python程序設(shè)計(jì)1、任務(wù)描述目錄2、技術(shù)準(zhǔn)備Python程序設(shè)計(jì)3、任務(wù)實(shí)施1、任務(wù)描述項(xiàng)目組接到一個(gè)新項(xiàng)目，要為某學(xué)校開發(fā)一個(gè)“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”，經(jīng)過與客戶溝通交流，確定該系統(tǒng)的主要功能如下圖所示。整個(gè)學(xué)生信息管理系統(tǒng)主要包括兩大模塊：基本信息管理和學(xué)生成績(jī)管理，基本信息管理模塊的主要功能有學(xué)生信息的添加、刪除、修改、顯示和學(xué)生數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，學(xué)生成績(jī)管理模塊的主要功能有統(tǒng)計(jì)課程最高分、最低分和平均分。2.1

Python簡(jiǎn)介技術(shù)準(zhǔn)備2.2Python特點(diǎn)Python程序設(shè)計(jì)2.3

Python應(yīng)用2.1

Python簡(jiǎn)介Python是一門跨平臺(tái)、開源免費(fèi)、面向?qū)ο蟮慕忉屝透呒?jí)動(dòng)態(tài)編程語言，由荷蘭人吉多·范羅蘇姆（GuidovanRossum）于1989年開發(fā)。1991年初，Python發(fā)布了第一個(gè)公開發(fā)行版。2000年10月，Python2.0正式發(fā)布。2008年12月，Python3.0正式發(fā)布。Python主流版本主要有Python2.X和Python3.X系列。Python3.X系列相比2.X系列在語法層面和解釋器內(nèi)部都做了很多重大的改進(jìn)，語句輸出、編碼、運(yùn)算和異常等方面也做了一些調(diào)整，因此3.X系列版本的代碼無法向下兼容2.X系列。2018年3月，Python團(tuán)隊(duì)宣布將在2020年停止支持Python2.X系列，只支持Python3.X系列?；诖耍卷?xiàng)目選用目前流行的Python3.X系列版本進(jìn)行開發(fā)。2.2Python特點(diǎn)1.簡(jiǎn)單易學(xué)Python語法簡(jiǎn)潔，其語法主要用來精確表達(dá)問題邏輯，接近自然語言，在實(shí)現(xiàn)相同的程序功能時(shí)，Python語言的代碼行數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他語言。更少的代碼行數(shù)、更簡(jiǎn)潔的表達(dá)方式可減少程序錯(cuò)誤以及縮短開發(fā)周期，易于快速上手學(xué)習(xí)。2.開源免費(fèi)、可移植性強(qiáng)由于Python的開源本質(zhì)，Python可被移植到許多平臺(tái)上，如Linux、Windows、MacOS、Android等。3.可擴(kuò)展性和可嵌入性Python的可擴(kuò)展性和可嵌入性非常強(qiáng)。如果需要一段關(guān)鍵代碼運(yùn)行得更快或者希望某些算法不公開，可以把這部分程序用C或C++編寫，然后在Python程序中調(diào)用它們。還可以將Python程序嵌入到C或C++程序中，從而提供腳本功能。2.2

Python特點(diǎn)4.編程模式多樣Python既支持面向過程的編程也支持面向?qū)ο蟮木幊?，編程模式十分靈活。5.具有豐富的庫(kù)Python自身具有豐富和強(qiáng)大的庫(kù)，同時(shí)還擁有數(shù)量眾多的第三方擴(kuò)展庫(kù)，這使得人們要通過編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能變得非常簡(jiǎn)單，這也是Python得以流行的原因之一。6.代碼規(guī)范Python通過強(qiáng)制縮進(jìn)來體現(xiàn)語句之間的邏輯關(guān)系，使得代碼可讀性強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)了Python程序的可維護(hù)性。2.3

Python應(yīng)用1.Web開發(fā)Python是目前Web開發(fā)的主流語言之一，其類庫(kù)豐富，使用方便，能夠?yàn)橐粋€(gè)需求提供多種方案。常用的Web開發(fā)框架有Django、Flask、Tornado、web2py等，這些框架能夠讓用戶快速方便地構(gòu)建功能完善的高質(zhì)量網(wǎng)站。目前很多大型網(wǎng)站如豆瓣、YouTube等均為Python開發(fā)。2.爬蟲開發(fā)除了Python自身的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)urllib外，還有眾多的第三方擴(kuò)展庫(kù)如Requests、BeautifulSoup等以及一些爬蟲框架如Scrapy，這些大量的庫(kù)使得利用Python進(jìn)行爬蟲開發(fā)更加方便高效。3.人工智能Python生態(tài)圈擁有大量用于機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、自然語言處理等人工智能領(lǐng)域的第三方擴(kuò)展庫(kù)，如Sklearn、Tensorflow、PyTorch、NLTK等。2.3Python應(yīng)用4.自動(dòng)化運(yùn)維Python是一種腳本語言，本身提供了一些能夠調(diào)用系統(tǒng)功能的庫(kù)，可編寫腳本程序來控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)維。目前常用的一些系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)維工具如Ansible、Airflow、Celery、Paramiko等都是用Python開發(fā)的。5.科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析Python生態(tài)圈為科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析提供了大量擴(kuò)展庫(kù)，如SciPy、NumPy、Pandas、Matplotlib等，通過這些庫(kù)可方便地進(jìn)行大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析處理與可視化。6.游戲開發(fā)使用Python可以用更少的代碼描述游戲業(yè)務(wù)邏輯，可以大大縮減大型游戲項(xiàng)目的代碼量，因此很多游戲開發(fā)者先利用Python來編寫游戲邏輯代碼，再使用C++編寫圖形顯示等對(duì)性能要求較高的模塊。Python的Pygame模塊可以制作2D游戲。7.多媒體應(yīng)用Python的PIL、Piddle、ReportLab等模塊可方便地處理圖像、聲音、視頻、動(dòng)畫等，并可動(dòng)態(tài)生成統(tǒng)計(jì)分析圖表，同時(shí)還可處理二維和三維圖像，因此Python也被廣泛應(yīng)用于多媒體處理中。3.1

IDLE的下載與安裝任務(wù)實(shí)施3.2IDLE的使用Python程序設(shè)計(jì)3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入3.1

IDLE的下載與安裝Python的開發(fā)環(huán)境有很多，其中比較常用的有Anaconda、PyCharm、Eclipse+PyDev、IDLE等。Anaconda內(nèi)置了Python解釋器和一些科學(xué)計(jì)算和數(shù)值分析相關(guān)的模塊，在數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘方面具有優(yōu)勢(shì)，是數(shù)據(jù)科學(xué)家和數(shù)據(jù)分析人員的首選開發(fā)環(huán)境。Pycharm和Eclipse+PyDev功能強(qiáng)大，除了具備程序開發(fā)的一些基本功能外，還提供了項(xiàng)目管理、單元測(cè)試、版本控制等功能，比較適合大型項(xiàng)目的開發(fā)。IDLE是Python官網(wǎng)自帶的集成開發(fā)環(huán)境，界面簡(jiǎn)潔，使用簡(jiǎn)單方便，適合小型項(xiàng)目的開發(fā)和初學(xué)者使用。3.1IDLE的下載與安裝1、下載進(jìn)入Python官方網(wǎng)站，單擊頁面導(dǎo)航菜單欄中的“Downloads”菜單,然后在下拉框中選擇“Windows”菜單項(xiàng)，在列出的所有版本中找到要下載的版本，根據(jù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)選擇64位還是32位。如要下載64位的3.9.12版本，可選擇“DownloadWindowsinstaller(64-bit)”，下載下來的安裝包為一個(gè)擴(kuò)展名為“.exe”的可執(zhí)行文件。3.1IDLE的下載與安裝2、IDLE的安裝運(yùn)行下載的python-3.9.12-amd64.exe安裝包，出現(xiàn)如下圖所示界面，提示有兩種不同的安裝方式，如果要采用系統(tǒng)默認(rèn)路徑安裝，就直接單擊“InstallNow”選項(xiàng),如果想指定安裝路徑，就選擇“Customizeinstallation”選項(xiàng)。兩種安裝方式都可以，根據(jù)需要選擇其中一種即可。不論選用哪種安裝方式，確保勾選上“AddPython3.9toPATH”復(fù)選框，這樣安裝完成后就無須再自行設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量了。3.2IDLE的使用1、交互模式IDLE啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)入的是交互式模式，“>>>”為提示符，在交互模式中，每次只能執(zhí)行一條語句，當(dāng)提示符“>>>”再次出現(xiàn)時(shí)方可輸入下一條語句。普通語句輸入完成后直接按“Enter”回車鍵就可執(zhí)行該語句，而一些復(fù)合語句需要按兩次“Enter”回車鍵才能執(zhí)行。3.2IDLE的使用2、編程模式為了代碼能夠重復(fù)使用或執(zhí)行，或是一些比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，需要將程序代碼保存在一個(gè)文件中，此時(shí)可利用菜單“File”→“NewFile”來創(chuàng)建一個(gè)程序文件，將其保存為擴(kuò)展名為“.py”的文件，然后按功能鍵<F5>或選擇菜單“Run”→“RunModule”運(yùn)行程序，結(jié)果會(huì)輸出到交互式窗口中。3.2IDLE的使用命令窗口中運(yùn)行Python程序文件的方法：（需切換到程序文件所在目錄）1、>文件名.py2、>python文件名.py建議采用第2種方法，即>python文件名.py3、常用快捷鍵在IDLE中，除了撤銷（Ctrl+Z）、全選（Ctrl+A）、復(fù)制（Ctrl+C）、粘貼（Ctrl+V）、剪切（Ctrl+X）等常規(guī)快捷鍵之外，其他比較常用的快捷鍵如下表所示。3.2IDLE的使用快捷鍵功能說明Alt+p瀏覽歷史命令（上一條）Alt+n瀏覽歷史命令（下一條）Ctrl+F6重啟Shell，之前定義的對(duì)象和導(dǎo)入的模塊全部失效F1打開Python幫助文檔Alt+/自動(dòng)補(bǔ)全前面曾經(jīng)出現(xiàn)過的單詞，如果之前有多個(gè)單詞具有相同前綴，則在多個(gè)單詞中循環(huán)選擇Ctrl+]縮進(jìn)代碼塊Ctrl+[取消代碼塊縮進(jìn)Alt+3注釋代碼塊Alt+4取消代碼塊注釋。Tab補(bǔ)全單詞3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入1、擴(kuò)展庫(kù)的安裝（1）擴(kuò)展庫(kù)安裝命令pipinstallSomePackage[==version]功能：在線安裝SomePackage模塊的指定版本，如沒有指定相應(yīng)的版本號(hào)，則默認(rèn)安裝最新版本。（2）擴(kuò)展庫(kù)卸載命令pipuninstallSomePackage[==version]功能：卸載SomePackage模塊的指定版本。（3）列出當(dāng)前已安裝的所有模塊piplistpip命令的執(zhí)行是在windows的命令提示符下進(jìn)行的。使用pip命令時(shí)最好是切換到Python安裝目錄下的scripts目錄下，再執(zhí)行相應(yīng)的命令。3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入對(duì)于剛安裝完的IDLE，此時(shí)沒有安裝任何擴(kuò)展庫(kù)，執(zhí)行命令“piplist”，會(huì)發(fā)現(xiàn)除了pip和setuptools外沒有其他任何擴(kuò)展庫(kù)列出，如下所示。3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入如果要在線安裝擴(kuò)展庫(kù)NumPy，可執(zhí)行命令“pipinstallnumpy”，出現(xiàn)“Successfullyinstalled…”后，表明安裝成功，此時(shí)再執(zhí)行命令“piplist”，會(huì)發(fā)現(xiàn)多了一個(gè)剛安裝的NumPy，如下所示。3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入pip工具也支持離線方式安裝擴(kuò)展庫(kù)。采用離線安裝需要先下載相應(yīng)的離線安裝包，離線安裝包通常是一個(gè)wheel文件，其擴(kuò)展名為.whl。離線安裝命令：pipinstall<wheel文件名>說明：其中文件名要包含完整路徑。例如以離線方式安裝擴(kuò)展庫(kù)lxml，設(shè)下載的離線安裝包“l(fā)xml-4.9.3-cp39-cp39-win_amd64.whl”放在“d:\whl”目錄中，則相應(yīng)的安裝命令為：pipinstalld:\whl\lxml-4.9.3-cp39-cp39-win_amd64.whl3.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入2、模塊導(dǎo)入（1）import模塊名[as別名]使用此種方式可導(dǎo)入模塊中的所有對(duì)象，使用時(shí)需要在對(duì)象之前加上模塊名作為前綴，即必須以“模塊名.對(duì)象名”的形式進(jìn)行訪問。如果模塊名比較長(zhǎng)，可以為導(dǎo)入的模塊設(shè)置一個(gè)比較簡(jiǎn)短的別名，然后使用“別名.對(duì)象名”的方式來訪問其中的對(duì)象。>>>importmath#導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)math>>>math.sqrt(16)#求平方根，通過“模塊名.對(duì)象名”形式訪問4.0>>>importrandomasrm#導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)random，并為其設(shè)置一別名>>>rm.randint(1,10)#隨機(jī)生成一個(gè)[1，10]之間的整數(shù)，通過“別名.對(duì)象名”形式訪問83.3擴(kuò)展庫(kù)的安裝與模塊導(dǎo)入（2）from模塊名import對(duì)象名[as別名]使用此方式僅導(dǎo)入模塊中指定的對(duì)象，并且也可以為導(dǎo)入的對(duì)象起一個(gè)別名。使用此種方式導(dǎo)入對(duì)象后，無須在前面再加模塊名作為前綴。>>>from