程序设计基础
🖥️ 程序设计基础
1.1 编程世界初探
本节概述
本节将介绍程序设计的基础知识，解析其在计算机科学中的重要性和功能；还将介绍不同类型的程序设计语言，包括机器语言、汇编语言，强调每种语言的特性和应用范围；探讨它们各自的特点和在程序设计中的应用领域。
- 数据分类：在编程语言中，对数据分类可以使数据更易于组织、检索、分析和处理。将数据按照其特征划分为不同的类别，可以更有效地管理数据，减少冗余和混乱，提高程序的运行效率和准确性。
- Python数据类型：Python支持多种数据类型，包括数值、字符串、列表等常用数据类型。此外，Python还有元组、集合和字典等复杂数据类型，用于存储和组织更复杂的数据结构。
- 数据类型的作用：确保数据的正确性和一致性，帮助程序员更有效地管理和操作数据，实现各种逻辑和功能。在编写Python程序时，选择适当的数据类型至关重要，有助于减少错误并提高程序的效率和可读性。
关键术语与学习建议
| 关键术语 | 学习建议 |
|---|---|
| 程序、机器语言、汇编语言、高级语言（C++、Java、Python、C#、JavaScript） | 通过番茄炒蛋的基本流程来理解程序的概念，并进一步了解程序设计语言 |
体验预备：番茄炒蛋的流程
- 准备材料（步骤7）：准备所有所需的食材和工具，确保烹饪过程的流畅进行。
- 切割番茄（步骤6）：在烹饪之前切割番茄，以确保整个过程的顺利进行。
- 打蛋（步骤4）：打蛋必须在烹饪鸡蛋之前完成，以确保烹饪的连续性。
- 烹饪番茄（步骤3）：先烹饪番茄，以确保在混合炒制时，番茄已经达到最佳状态。
- 烹饪鸡蛋（步骤5）：在番茄烹饪之后加入鸡蛋，以确保鸡蛋能吸收番茄的味道。
- 混合炒制（步骤2）：所有食材准备好后，进行混合炒制以充分融合各个食材的风味。
- 出锅装盘（步骤1）：确保菜肴在最佳状态下供应。
程序设计中的顺序
在程序设计中，指令的执行顺序对整个程序的运行至关重要。程序设计不仅仅是编写代码，更重要的是按照一定的逻辑组织指令，确保它们能够正确、高效地完成既定任务。
知识点播
- 程序：在计算机科学中，“程序”常被认为是一系列执行特定任务或解决问题的指令集合。这些指令集合描述了计算机求解某一问题的工作步骤。
- 程序设计语言：程序设计语言是一种用于编写指令集合的形式化语言，这些指令集合可以被计算机执行以完成特定的任务或解决问题。
程序设计语言的特点
| 编程语言 | 主要特点 | 常见的应用领域 |
|---|---|---|
| C语言 | 面向过程、抽象化、高效性和控制能力强 | 系统编程、嵌入开发 |
| C++ | 面向对象，性能强 | 游戏开发、高性能应用 |
| Python | 跨平台、面向对象、易读性强，库支持丰富 | Web开发、数据科学、自动化 |
| Java | 跨平台、面向对象、强大的生态系统 | 企业级应用、安卓开发 |
| JavaScript | Web开发核心、支持前后端 | 前端开发、部分后端应用 |
| C# | 面向对象、与.NET框架紧密集成 | Windows应用、游戏开发 |
举一反三：洗衣流程
- 准备脏衣服（步骤5）
- 检查衣服口袋（步骤2）
- 分类衣服（颜色、材质）（步骤7）
- 加入洗衣粉或洗衣液（步骤4）
- 启动洗衣机（步骤1）
- 晾干或烘干衣服（步骤6）
- 折叠并收纳衣服（步骤3）
编程语言示例
- 机器语言：直接由计算机处理器执行的最基础的语言，完全由二进制代码（0和1）组成。
- 汇编语言：使用计算机助记符（如MOV, ADD等）来代替二进制代码，需要通过汇编器转换成机器语言。
- 高级语言：采用更接近自然语言的语法和结构，简化了编程过程，易于阅读和维护。
常用开发环境（IDE）
| 代码实例 | 高级语言 | 常用开发环境（IDE） |
|---|---|---|
| Python | PyCharm | |
| Java | Eclipse | |
| C++ | Microsoft Visual Studio |
学习有成
通过本节的学习，学生应掌握程序设计的基础知识，理解不同类型程序设计语言的特点和应用领域，并能够通过生活中的实例理解程序设计的逻辑和顺序。
🐍 Python语言简介
Python的特点
Python是一种高级编程语言，因其简洁语法和动态类型系统而著称。它支持多种编程范式，包括面向对象、过程式和函数式编程。Python广泛应用于软件开发，特别是在数据分析、机器学习和Web开发等领域。
Python的优势：丰富的标准库简化了开发流程，解释型特性加快了代码的测试和调试过程。
Python的应用领域
| 应用领域 | 具体应用 |
|---|---|
| 数据分析 | NumPy、Pandas |
| 数据可视化 | Matplotlib、Seaborn |
| Web开发 | Flask、Django |
| 深度学习 | TensorFlow、PyTorch |
| 网络爬虫 | BeautifulSoup、Scrapy |
| 游戏开发 | Pygame |
Python的发展历史
| 年份 | 事件描述 |
|---|---|
| 1989 | 吉多·范罗苏姆开始创建Python编程语言。 |
| 1991 | Python 0.9.0版本首次发布，包括模块、异常处理和函数等特性。 |
| 1994 | Python 1.0版本发布，引入循环、异常、函数和模块等基本特性。 |
| 2000 | Python 2.0版本发布，引入列表推导、垃圾回收等特性。 |
| 2008 | Python 3.0版本发布，引入了重大改进，包括Unicode支持、新的I/O库等。 |
| 2010 | Python 3.1版本发布，标志着Python 3.x系列的稳定。 |
| 2020 | Python 2.7.18版本为Python 2.x的最后一个版本。 |
| 2010-至今 | Python 3.x系列持续改进和增强，引入了一系列新特性，包括异步编程、类型注解等。Python变得越来越流行，成为数据科学、机器学习和人工智能领域的首选语言。 |
Python的语法简洁性
示例对比
| 语言 | 代码示例 |
|---|---|
| C语言 | int main() { std::cout << "Welcome to C++ World\n"; } |
| Java | package javahelloworld; public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Welcome to Java World"); } } |
| Python | print("Welcome to Python IDE") |
Python的跨平台性
Python是一种跨平台的编程语言，可以在多种操作系统上运行，包括Windows、macOS和Linux。
Python的解释型特性
Python是一种解释型语言，逐行将源代码转化成机器码，这使得代码的测试和调试过程更加快速。
Python的面向对象编程（OOP）
Python支持面向对象编程（OOP），包括类、对象、属性和行为等概念。
示例：面向对象编程
class Human:
def __init__(self, name, age, height, weight, hair_color):
self.name = name
self.age = age
self.height = height
self.weight = weight
self.hair_color = hair_color
def sleep(self):
print(f"{self.name} is sleeping.")
def speak(self):
print(f"{self.name} is speaking.")
def read(self):
print(f"{self.name} is reading.")
def run(self):
print(f"{self.name} is running.")
示例：小明的特征与行为
| 特征 | 行为 |
|---|---|
| 名字、年龄、身高、体重、头发颜色 | 睡觉、说话、读书、跑步 |
Python的应用示例
示例1：新闻和舆情分析
问题：在信息爆炸的时代，新闻和舆情分析对企业和个人都具有重要意义。通过使用Python，开发者可以快速地收集新闻内容并对其进行深入分析，能够帮助企业了解市场动向和公众情绪，进而做出更明智的决策。以上应用场景主要是Python哪一方面的应用？
选项：
A. 数据处理
B. Web开发
C. 游戏开发
D. 网络爬虫
答案：A. 数据处理
示例2：体育测试成绩分析
问题：某学校正在进行体育测试，学生们的跑步成绩需要进行分析。学校希望通过编写Python程序来统计每个学生的成绩，并找出班级平均成绩、最高成绩和最低成绩。以上过程中主要是Python在哪一方面的应用？
选项：
A. 数据处理
B. Web开发
C. 游戏开发
D. 网络爬虫
答案：A. 数据处理
计算思维与Python
Python不仅是一种编程语言，更是一种计算思维的体现，能够帮助我们更好地解决问题。通过学习Python，我们可以培养逻辑思维和问题解决能力，从而在日常生活和工作中更加高效地应对各种挑战。
🖥️ 迈出Python编程的第一步
本节概述
本节将帮助学习者迈出Python编程的第一步，包括Python环境配置与界面介绍，以及掌握程序设计的一般流程。在学习Python编程之前，了解如何配置Python开发环境以及掌握编程的基本流程是非常重要的。
关键概念：Python环境配置、编程流程、数据类型
关键术语与学习建议
| 关键术语 |
|---|
| Python版本、环境配置、界面介绍、编写第一个Python程序、PyCharm版本、界面介绍、工程创建 |
学习建议：通过实际安装掌握Python和PyCharm的程序开发环境。
体验预备
1. 下载Python安装包
打开Python的官方网站，进入Python官方网站后，将鼠标移动到“Downloads”菜单上，单击“Windows”菜单项，进入详细的下载页面。
2. 安装Python程序
以Windows系统64位离线安装包为例，下载成功后，双击开始安装。安装时可以选择默认安装，也可以自定义安装。建议勾选“Add Python.exe to PATH”复选框，这样安装后Python将被自动添加到环境变量中，为后续程序编写带来便捷。
自定义安装步骤：
- 选择自定义安装，单击“Customize installation”，进入设置可选功能界面。
- 保持默认设置，单击“Next”按钮进入设置高级选项的界面，用户可以根据自身需要勾选功能，并设置Python的安装路径。
- 设置好安装路径后，单击“Install”按钮开始安装，直到出现安装成功的界面。
3. 验证安装
打开命令提示符（cmd），输入“python”。如果显示当前Python的信息，则表示安装成功。
编写第一个Python程序
使用IDLE编写“Hello World”
- 启动IDLE：安装Python时，IDLE通常会一同被安装。在Windows上，可以通过开始菜单找到并启动IDLE。
- 创建新文件：在IDLE的交互窗口中，选择File菜单中的New File（或使用快捷键Ctrl+N）。
- 编写代码：在新文件中输入Python代码，例如：
print("Hello World") - 保存文件：选择File菜单中的Save或Save As命令（或使用快捷键Ctrl+S）来保存Python文件，文件以
.py扩展名结尾。 - 运行代码：选择Run菜单中的Run Module命令（或使用快捷键F5）来执行代码。IDLE的交互式解释器（Shell窗口）会显示代码的执行结果。
使用PyCharm编写“Hello World”
- 下载PyCharm：登录官网，推荐下载免费的社区版。
- 安装PyCharm：
- 勾选Create Desktop Shortcut，创建桌面快捷方式。
- 勾选Create Associations，关联
.py文件。 - 勾选update PATH variable (restart needed)，将启动器目录添加到环境变量中。
- 创建Python文件：
- 打开PyCharm，点击New Project创建工程。
- 设置工程文件保存位置，点击Create，创建一个空项目工程。
- 选中项目名称，点击鼠标右键，选择“New”，选择“Python File”选项。
- 输入文件名，选择Python file选项，按下回车，Python文件就创建完成。
- 编写代码：在新创建的Python文件中输入代码：
print("Hello World") - 运行代码：点击运行按钮，查看输出结果。
知识点拨
1. Python版本的选择
选择与操作系统兼容的Python版本是确保软件顺利运行的基本要求。查看操作系统位数：右键单击桌面上“计算机”图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”菜单项，在“系统类型”标签处标示着本机是64位操作系统还是32位操作系统。
2. Python安装及环境变量配置
将Python添加到PATH环境变量是为了方便用户在任何命令行环境下直接调用Python解释器，无需指定完整路径。PATH环境变量定义了系统查找可执行文件的目录。
3. 检查Python版本
在命令行提示符（CMD）中输入python --version来确认Python版本。若要验证环境变量是否配置正确，用户可以输入python，如果能进入Python交互式解释器，则说明配置成功。
4. 文件保存
保存文件时，应确保文件以.py扩展名结尾，这样Python解释器可以识别并运行该文件。此外，文件名应有助于描述文件的用途或内容，以便以后查找。
5. PyCharm专业版与社区版之间的区别
| 特性/功能 | PyCharm 专业版 | PyCharm 社区版 |
|---|---|---|
| 价格 | 付费软件，需购买订阅 | 免费开源 |
| Web开发 | 支持Web开发，包括HTML、CSS、JavaScript等 | 支持Web开发 |
| 数据库支持 | 提供数据库和SQL编辑器支持 | 提供有限的数据库支持 |
| 框架支持 | Django、Flask、PyQT、Angular等 | PyQT |
| 部署 | Docker、Docker Compose、Kubernetes | Docker、Docker Compose |
举一反三
例1：查看Python版本
在命令行中查看当前安装的Python版本，可以使用python --version命令。这些命令会输出当前安装的Python版本号，帮助开发者确认他们正在使用的版本。
🖥️ 单元1：打开编程的大门
📚 单元概况
Python是一门功能强大且应用广泛的编程语言，以其易学性和广泛的应用范围而著称，特别是在网站开发、数据分析和人工智能等领域。
Python语言简介
- 易学性：Python语法简洁，适合初学者快速上手。
- 广泛应用：Python在网站开发、数据分析和人工智能等领域表现优异。
课程期望
- 系统掌握编程基础：本课程旨在引导学习者系统地掌握编程基础。
- 深入了解Python功能：通过本课程，学习者将深入了解Python的各项功能。
学习内容
- 程序的定义：本单元将逐步揭示什么是程序以及学习编程的重要性。
- Python的重要性：掌握Python语言对于进入软件开发、网络安全或数据分析等计算机专业领域至关重要。
🎯 学习目标
程序的定义
- 基本概念：介绍程序的定义，帮助学习者理解程序的基本概念。
常见程序设计语言
- 种类与特征：介绍常见程序设计语言的种类和特征，帮助学习者了解不同语言的特点。
程序设计的基本概念
- 面向对象编程（OOP）：解释面向对象编程的概念，帮助学习者掌握OOP的基本原理。
Python语言及其特征
- 优势与应用场景：介绍Python语言及其特征，帮助学习者了解Python的优势和应用场景。
编程环境与工具
- PyCharm开发工具：学习搭建Python语言的编程环境和使用PyCharm开发工具进行编程，帮助学习者掌握编程工具的使用。
程序设计流程
- 从需求分析到程序实现：掌握程序设计的一般流程，帮助学习者理解从需求分析到程序实现的完整过程。
🏫 单元场景
张同学的故事
- 问题发现：张同学发现老师们在记录学生运动数据时，必须手动填写每个学生的成绩，课后还要花费大量时间进行数据整理和统计。
- 解决方案：通过查阅资料，张同学了解到Python语言在数据处理和自动化任务中表现优异。
- 学习动机：张同学决定系统学习Python，开发一款程序用于实时记录和分析学生的运动数据，并生成图表和个性化的安全提示。
🛤️ 学习路径
01 编程世界初探
- 初识编程：了解编程的基本概念和重要性。
02 初识Python语言
- Python简介：了解Python的发展历史、特点和应用领域。
03 迈出Python编程的第一步
- 配置编程环境：掌握如何配置Python编程环境，并开始编写简单的Python程序。
📖 高等教育出版社
- 学习有成：通过本单元的学习，学习者将掌握Python编程的基础知识，为进一步学习打下坚实的基础。
🖥️ 单元1 打开编程的大门
编程世界初探
程序设计语言
程序设计语言分为低级语言和高级语言。
低级语言
- 机器语言：直接由二进制代码组成，计算机可以直接执行。
- 汇编语言：使用助记符代替二进制代码，需要通过汇编器转换为机器语言。
高级语言
- Python、C语言、C++、JAVA等：更接近人类语言，易于理解和编写。
集成开发环境 (Integrated Development Environment, IDE)
- PyCharm：用于Python开发的IDE。
- Eclipse：主要用于Java开发的IDE。
- Visual Studio：主要用于C++开发的IDE。
初识Python语言
Python的发展历史
- 1989年：Python开始创建。
- 1991年：Python 0.9首次发布。
- 2000年：Python 2.0发布。
- 2008年：Python 3.0发布。
Python的特点
- 语法简洁：代码易读易写。
- 免费开源：任何人都可以免费使用和修改。
- 跨平台性：可以在多种操作系统上运行。
- 强大的库：拥有丰富的标准库和第三方库。
- 解释型语言：无需编译，直接运行。
- 面向对象编程 (OOP)：
- 类 (Class)：定义对象的蓝图。
- 对象 (Object)：类的实例。
- 继承：子类继承父类的属性和方法。
- 封装：隐藏对象的内部细节。
- 多态：不同类的对象对同一消息做出不同的响应。
Python的应用领域
- Web开发：如Django、Flask框架。
- 人工智能：如TensorFlow、PyTorch库。
- 云计算：如OpenStack、AWS SDK。
- 网络爬虫：如Scrapy、BeautifulSoup库。
- 游戏开发：如Pygame库。
迈出Python编程的第一步
Python程序的安装
- 从Python官网下载并安装Python。
PyCharm集成开发环境的安装
- 从JetBrains官网下载并安装PyCharm。
通过本单元的学习，您将初步了解编程世界的基本概念，特别是Python语言的发展历史、特点及其应用领域。接下来，您将迈出Python编程的第一步，安装Python和PyCharm集成开发环境。
浙公网安备 33010602011771号