2026年P(guān)ython編程進(jìn)階挑戰(zhàn)題集一、函數(shù)與模塊設(shè)計(jì)（共4題，每題15分）題目1（15分）某電商公司需要設(shè)計(jì)一個(gè)商品推薦系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)`recommend_products(user_id,category,history)`，其中：1.`user_id`為用戶唯一標(biāo)識(shí)符（字符串類型）2.`category`為商品類別（字符串類型）3.`history`為用戶歷史瀏覽記錄（列表類型，包含商品ID）函數(shù)需要返回一個(gè)包含最多5個(gè)推薦商品ID的列表，推薦邏輯如下：-優(yōu)先推薦用戶歷史瀏覽記錄中出現(xiàn)頻率最高的3個(gè)商品-剩余位置推薦與`category`相關(guān)的熱門商品（假設(shè)有一個(gè)全局變量`popular_products`存儲(chǔ)各類別熱門商品ID）-如果推薦數(shù)量不足5個(gè)，用隨機(jī)商品填充至5個(gè)要求：1.實(shí)現(xiàn)該函數(shù)2.編寫單元測(cè)試用例驗(yàn)證功能題目2（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)模塊`config_manager.py`，實(shí)現(xiàn)以下功能：1.包含一個(gè)類`Config`，用于管理配置項(xiàng)2.類需支持：-初始化時(shí)加載配置文件（JSON格式）-提供方法`get(key)`獲取配置值-提供方法`set(key,value)`設(shè)置配置值并保存到文件3.添加裝飾器`@property`實(shí)現(xiàn)配置項(xiàng)的屬性訪問(wèn)4.實(shí)現(xiàn)配置項(xiàng)類型驗(yàn)證（如`email`必須是郵箱格式）5.編寫一個(gè)使用該模塊的示例腳本題目3（15分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)高階函數(shù)`create_counter()`，該函數(shù)返回一個(gè)計(jì)數(shù)器函數(shù)：1.計(jì)數(shù)器需支持自定義初始值2.每次調(diào)用時(shí)返回當(dāng)前計(jì)數(shù)值并自增13.支持重置計(jì)數(shù)器4.需要考慮線程安全要求：1.實(shí)現(xiàn)該函數(shù)2.編寫多線程環(huán)境下的測(cè)試代碼題目4（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)模塊`data_processor.py`，包含以下工具函數(shù)：1.`normalize(data)`：將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到0-1范圍2.`denormalize(data,min_val,max_val)`：將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)恢復(fù)3.`moving_average(data,window)`：計(jì)算移動(dòng)平均4.提供一個(gè)函數(shù)`register_processor(name,func)`用于動(dòng)態(tài)注冊(cè)新函數(shù)要求：1.實(shí)現(xiàn)該模塊2.編寫一個(gè)使用這些函數(shù)的數(shù)據(jù)處理腳本二、面向?qū)ο缶幊蹋ü?題，每題15分）題目5（15分）某物流公司需要管理運(yùn)輸車輛，設(shè)計(jì)類結(jié)構(gòu)如下：1.基類`Vehicle`：-屬性：`id`（唯一標(biāo)識(shí)）、`type`（類型）、`capacity`（載重）-方法：`__init__`、`get_info`返回基本信息2.子類`Truck`繼承自`Vehicle`：-新屬性：`axles`（車軸數(shù)）-方法：`calculate_fuel_efficiency`根據(jù)載重和車軸數(shù)計(jì)算油耗3.子類`Ship`繼承自`Vehicle`：-新屬性：`length`（長(zhǎng)度）-方法：`calculate_draft`根據(jù)載重和長(zhǎng)度計(jì)算吃水深度要求：1.實(shí)現(xiàn)上述類結(jié)構(gòu)2.編寫一個(gè)測(cè)試腳本創(chuàng)建不同類型的車輛并調(diào)用方法題目6（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)銀行賬戶管理系統(tǒng)：1.基類`Account`：-屬性：`account_number`、`owner`、`balance`-方法：`deposit`、`withdraw`、`get_balance`2.子類`SavingsAccount`繼承自`Account`：-新屬性：`interest_rate`-方法：`calculate_interest`計(jì)算利息并自動(dòng)轉(zhuǎn)入賬戶3.子類`BusinessAccount`繼承自`Account`：-新屬性：`overdraft_limit`-重寫`withdraw`方法，支持透支但不超過(guò)限額要求：1.實(shí)現(xiàn)上述類結(jié)構(gòu)2.編寫一個(gè)交易模擬腳本題目7（15分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)單例模式工廠，管理不同類型的配置讀取器：1.創(chuàng)建一個(gè)`SingletonFactory`類，確保全局只有一個(gè)實(shí)例2.提供方法`get_reader(type)`根據(jù)類型返回對(duì)應(yīng)的讀取器實(shí)例3.支持的讀取器類型：-`json_reader`：讀取JSON配置-`xml_reader`：讀取XML配置-`yaml_reader`：讀取YAML配置4.每個(gè)讀取器類實(shí)現(xiàn)相同的接口`read_config(file_path)`要求：1.實(shí)現(xiàn)單例工廠和讀取器類2.編寫測(cè)試代碼驗(yàn)證單例特性題題8（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)文件管理系統(tǒng)：1.基類`FileSystem`：-屬性：`path`、`size`-方法：`__init__`、`get_info`、`is_directory`2.子類`File`繼承自`FileSystem`：-新屬性：`extension`-方法：`get_extension`、`get_mime_type`3.子類`Directory`繼承自`FileSystem`：-新屬性：`children`（包含的文件/目錄列表）-方法：`add_item`、`remove_item`、`list_items`要求：1.實(shí)現(xiàn)上述類結(jié)構(gòu)2.編寫一個(gè)測(cè)試腳本創(chuàng)建文件和目錄結(jié)構(gòu)三、數(shù)據(jù)處理與算法（共4題，每題15分）題目9（15分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)清洗工具，處理電商平臺(tái)用戶行為數(shù)據(jù)：1.輸入：包含用戶ID、商品ID、行為類型（瀏覽/購(gòu)買）、時(shí)間戳的列表2.處理：-去除重復(fù)記錄-過(guò)濾掉異常時(shí)間戳（早于2020年或晚于當(dāng)前日期）-對(duì)購(gòu)買行為按用戶分組，計(jì)算每用戶購(gòu)買次數(shù)3.輸出：清洗后的數(shù)據(jù)及用戶購(gòu)買統(tǒng)計(jì)要求：1.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗函數(shù)2.編寫測(cè)試用例題目10（15分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)推薦算法，基于協(xié)同過(guò)濾：1.輸入：用戶-商品評(píng)分矩陣（字典形式）2.輸出：給定用戶可能喜歡的商品預(yù)測(cè)評(píng)分3.算法要求：-計(jì)算用戶相似度（使用余弦相似度）-基于相似用戶進(jìn)行評(píng)分預(yù)測(cè)-處理數(shù)據(jù)稀疏性（忽略相似度低的用戶）要求：1.實(shí)現(xiàn)協(xié)同過(guò)濾函數(shù)2.編寫測(cè)試用例題目11（15分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)自然語(yǔ)言處理工具，用于文本分類：1.輸入：文本數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)類別2.處理：-提取TF-IDF特征-使用邏輯回歸進(jìn)行分類3.輸出：分類結(jié)果及準(zhǔn)確率要求：1.實(shí)現(xiàn)文本分類函數(shù)2.使用示例數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試題目12（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)地理信息系統(tǒng)工具：1.輸入：包含經(jīng)緯度坐標(biāo)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)2.功能：-計(jì)算所有點(diǎn)對(duì)之間的距離-找出距離最近的點(diǎn)對(duì)-計(jì)算所有點(diǎn)的凸包（Graham掃描法）3.輸出：距離矩陣、最近點(diǎn)對(duì)、凸包頂點(diǎn)要求：1.實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)函數(shù)2.編寫測(cè)試用例四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與架構(gòu)（共4題，每題15分）題目13（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的工作隊(duì)列系統(tǒng)：1.需求：-支持任務(wù)提交-支持任務(wù)消費(fèi)-支持任務(wù)狀態(tài)跟蹤（待處理/處理中/已完成）2.實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：-使用多線程/協(xié)程處理并發(fā)-設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-實(shí)現(xiàn)隊(duì)列核心邏輯要求：1.實(shí)現(xiàn)工作隊(duì)列類2.編寫測(cè)試腳本題目14（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)緩存系統(tǒng)：1.需求：-支持內(nèi)存緩存-支持緩存過(guò)期-支持淘汰策略（LRU）2.實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：-設(shè)計(jì)緩存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-實(shí)現(xiàn)緩存操作方法-添加監(jiān)控指標(biāo)（命中率、淘汰次數(shù)）要求：1.實(shí)現(xiàn)緩存系統(tǒng)2.編寫壓力測(cè)試腳本題目15（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)API網(wǎng)關(guān)：1.需求：-路由請(qǐng)求到后端服務(wù)-支持負(fù)載均衡-支持請(qǐng)求限流2.實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：-設(shè)計(jì)路由規(guī)則-實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分發(fā)邏輯-添加限流中間件要求：1.實(shí)現(xiàn)API網(wǎng)關(guān)類2.編寫測(cè)試腳本題目16（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)分布式任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)：1.需求：-支持任務(wù)分片-支持結(jié)果聚合-支持失敗重試2.實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：-設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度邏輯-添加監(jiān)控與日志要求：1.實(shí)現(xiàn)分布式任務(wù)系統(tǒng)2.編寫測(cè)試腳本答案與解析答案1pythonfromcollectionsimportCounterimportrandomdefrecommend_products(user_id,category,history):獲取歷史商品頻率history_count=Counter(history)popular_products={'electronics':['p100','p101','p102','p103','p104'],'clothing':['p200','p201','p202','p203','p204'],'home':['p300','p301','p302','p303','p304']}優(yōu)先推薦歷史商品recommended=history_count.most_common(3)history_ids=[item[0]foriteminrecommended]獲取當(dāng)前類別熱門商品category_products=popular_products.get(category,[])過(guò)濾掉歷史中已有的熱門商品new_products=[pforpincategory_productsifpnotinhistory_ids]合并推薦列表recommended.extend(new_products[:2])#再補(bǔ)充2個(gè)熱門商品如果不足5個(gè)，隨機(jī)補(bǔ)充all_products=set(popular_products['electronics']+popular_products['clothing']+popular_products['home'])missing=5-len(recommended)ifmissing>0:available=list(all_products-set(recommended))recommended.extend(random.sample(available,min(missing,len(available))))returnrecommended[:5]單元測(cè)試deftest_recommend_products():測(cè)試用例1：歷史記錄與熱門商品重疊assertrecommend_products('user1','electronics',['p101','p103'])==['p101','p103','p102','p104','p200']測(cè)試用例2：歷史記錄不足3個(gè)assertlen(recommend_products('user2','clothing',['p201']))==5測(cè)試用例3：特定類別無(wú)熱門商品assertrecommend_products('user3','toys',['p400'])==['p400','p200','p201','p202','p203']測(cè)試用例4：全部歷史商品assertrecommend_products('user4','home',['p300','p301','p302'])==['p303','p304','p200','p201','p202']測(cè)試用例5：隨機(jī)性測(cè)試assertlen(set(recommend_products('user5','electronics',[])))==5print("所有測(cè)試用例通過(guò)")解析：該題目考察函數(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理和算法應(yīng)用能力。通過(guò)Counter統(tǒng)計(jì)歷史商品頻率，結(jié)合熱門商品和隨機(jī)補(bǔ)充機(jī)制實(shí)現(xiàn)推薦邏輯。單元測(cè)試覆蓋了各種邊界情況。答案2pythonimportjsonimportosclassConfig:def__init__(self,config_file='config.json'):self.config_file=config_fileself.config={}self._load_config()def_load_config(self):ifos.path.exists(self.config_file):withopen(self.config_file,'r',encoding='utf-8')asf:self.config=json.load(f)else:self.config={}def_save_config(self):withopen(self.config_file,'w',encoding='utf-8')asf:json.dump(self.config,f,indent=4)@propertydefemail(self):returnself.config.get('email')@email.setterdefemail(self,value):if"@"invalueand"."invalue:self.config['email']=valueself._save_config()else:raiseValueError("Invalidemailformat")defget(self,key):returnself.config.get(key)defset(self,key,value):self.config[key]=valueself._save_config()defremove(self,key):ifkeyinself.config:delself.config[key]self._save_config()示例腳本if__name__=="__main__":config=Config()config.email="admin@"config.set("api_key","123456")print(f"郵箱：{config.email}")print(f"APIKey：{config.get('api_key')}")解析：該題目考察模塊設(shè)計(jì)、屬性訪問(wèn)、文件操作和類型驗(yàn)證能力。通過(guò)property裝飾器實(shí)現(xiàn)配置項(xiàng)的屬性訪問(wèn)和類型驗(yàn)證，使用JSON文件持久化配置數(shù)據(jù)。答案3pythonimportthreadingclassThreadSafeCounter:_lock=threading.Lock()_counters={}def__new__(cls,initial=0):withcls._lock:counter_id=threading.get_ident()ifcounter_idnotincls._counters:cls._counters[counter_id]=initialreturncls._counters[counter_id]def__call__(self):withself._lock:current=self._counters[threading.get_ident()]self._counters[threading.get_ident()]+=1returncurrent@classmethoddefreset_all(cls):withcls._lock:cls._counters={k:0forkincls._counters}defreset(self):withself._lock:self._counters[threading.get_ident()]=0測(cè)試代碼defworker(counter):for_inrange(100):print(f"當(dāng)前計(jì)數(shù)：{counter()}")if__name__=="__main__":創(chuàng)建兩個(gè)計(jì)數(shù)器counter1=ThreadSafeCounter(10)counter2=ThreadSafeCounter(20)創(chuàng)建線程測(cè)試threads=[]for_inrange(5):t1=threading.Thread(target=worker,args=(counter1,))t2=threading.Thread(target=worker,args=(counter2,))threads.append(t1)threads.append(t2)t1.start()t2.start()fortinthreads:t.join()解析：該題目考察高階函數(shù)、線程安全和設(shè)計(jì)模式能力。通過(guò)類屬性存儲(chǔ)每個(gè)線程的計(jì)數(shù)狀態(tài)，使用鎖保證線程安全。測(cè)試代碼驗(yàn)證了多線程環(huán)境下的計(jì)數(shù)功能。答案4pythonclassDataProcessor:processors={}@classmethoddefregister_processor(cls,name,func):cessors[name]=func@staticmethoddefnormalize(data):min_val=min(data)max_val=max(data)ifmin_val==max_val:return[0.0for_indata]return[(x-min_val)/(max_val-min_val)forxindata]@staticmethoddefdenormalize(data,min_val,max_val):return[x(max_val-min_val)+m