学习平台：

中国大学MOOC-《Python语言程序设计》

https://www.icourse163.org/course/BIT-268001

视频学习，授课老师：北京理工大学，嵩天（副教授）、黄天羽（副教授）、礼欣（讲师）

python123学习社区：

https://python123.io/

功能性、可编程性；

按照摩尔定律发展。

程序设计语言是一种用于交互的人造语言

简单、严谨、精确

C语言 1972年 第一个广泛应用的编程语言

python 1990年 最流行好用的编程语言之一

采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读。

计算机可直接执行，人类很难读懂。

将源代码一次性转换成目标代码的过程。

graph LR 1(源代码) --> 2((编译器compiler)) 2 --> 3{程序执行} 4(程序输入) --> 3 3 --> 5[结果输出] 

将源代码逐条转换成目标代码，同时逐条运行的过程。

graph LR 1(源代码) --> 2((解释器interpreter)) 3(程序输入) --> 2 2 --> 4(结果输出) 

使用编译执行的编程语言。（编译过后即可不再需要源代码）

代表语言有：c/c++、Java

使用解释执行的编程语言。（一直需要源代码参与）

代表语言有：python、JavaScript、PHP

两者本质上没有太大区别，优势各有不同：

静态语言：编译器一次性生成目标代码，优化更充分。

脚本语言：执行程序时需要源代码，维护更轻松，源代码在维护灵活，跨操作系统。

• I input 输入，程序的输入

• P Process处理，程序的主要逻辑

• O output输出，程序的输出

程序的输入

输入是一个程序的开始

有文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、内部参数输入等

程序的输出

输出是程序展示运算结果的方式

处理

处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程

处理方式统称为算法，它是程序最重要的部分

算法是一个程序的灵魂！

一个待解决问题中，可以使用程序辅助完成的部分

• 计算机只能解决计算问题，即问题的计算部分
• 一个问题可能有多个角度理解，产生不同的计算部分
• 问题的计算部分一般都有输入、处理和输出过程

分析问题的计算部分，想清楚。

划分问题的功能边界，规划IPO。

设计问题的求解算法，关注算法。

编写问题的计算程序，编程序。

调试程序使正确运行，运行调试。

适应问题的升级维护，更新完善。

明确计算部分及功能边界

将计算求解的设计变成现实

确保程序按照正确逻辑正确运行

编程体现一种抽象交互关系，自动化执行思维模式

计算思维：区别于以数学为代表的逻辑思维和以物理为代表的实证思维的第三种思维模式

能够促进人类思考，增进观察力和深化对交互关系的理解

编程不单纯是求解计算问题

不仅要思考解决方法，还要思考用户体验、执行效率等

能够帮助程序员加深用户行为以及社会、文化认识

能够提供展示自身思想和能力的舞台

Q：编程难学吗？

A：掌握方法就很容易

学习方法：

首先，掌握编程语言的语法，熟悉基本概念和逻辑

其次，结合计算问题思考程序结构，会使用编程套路

最后，参照案例多练习多实践，学会举一反三。

百度百科：https://baike.baidu.com/item/Python/407313?fr=aladdin

-Python语言是一个由编程牛人领导设计并开发的编程语言 -Python语言是一 有开放、开源精神的编程语言 -Python语言应用于火星探测、搜索引擎、引力波分析等众多领域

-Python是一种解释型脚本语言，可以应用于以下领域：

• Web 和 Internet开发
• 科学计算和统计
• 人工智能
• 教育
• 桌面界面开发
• 软件开发
• 后端开发

官网：https://www.python.org/

安装教程： https://www.runoob.com/python3/python3-install.html

安装时记得勾选 Add Python 3.6 to PATH。

安装完成在开始菜单找到IDLE：

Python 3.8.0 (tags/v3.8.0:fa919fd, Oct 14 2019, 19:37:50) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)] on win32 Type "help", "copyright", "credits" or "license()" for more information. >>> print("hello world") hello world >>> 

在IDLE中，通过输入每条语句即时运行结果，适合语法练习。

在源文件中，批量执行一组语句并运行结果，编程的主要方式。

交互式

>>> r = 25 #变量r等于25 >>> area = 3.1415 * r * r #变量area >>> print(area) # 打印 1963.4375000000002 >>> print("{:.2f}".format(area)) # 截取小数点后两位，四舍五入 1963.44 >>> # 单行注释 ''' 多行注释 多行注释 '''

文件式

新建test.py文件，输入如下代码，按F5运行代码，画出一个五角星。

from turtle import * color('yellow','red') begin_fill() for i in range(5): fd(200) rt(144) end_fill() done()

摄氏度与华氏度的相互转换

首先了解摄氏度与华氏度的概念：

摄氏度：以1标准大气压下水的结冰点为0度,沸点为100度,将温度进行等分刻画

华氏度：以1标准大气压下水的结冰点为32度,沸点为212度,将温度进行等分刻画

该问题计算部分的理解和确定：

理解1：直接将温度值进行转换

理解2：将温度信息发布的声音或图像形式进行理解和转换 （需要程序识别出语音或图像的温度值再进行转换）

理解3：使用程序来自动监控或爬取网上的温度信息发布渠道，并实时转换（需要网络、爬虫等信息相关）

分析结果：

本案例采用理解1，直接将温度值进行转换。

根据IPO的要求：

输入：带华氏或摄氏标志的温度值

处理：根据温度标志选择适当的温度转换算法

输出：带摄氏或华氏标志的温度值

输入输出格式设计：

标识放在温度后面，F表示华氏度，C表示摄氏度

根据华氏和摄氏温度定义，利用转换公式如下：

C = (F - 32) / 1.8

F = C * 1.8 + 32

其中，C表示摄氏，F表示华氏。

编写并保存TempConvert.py文件

# 摄氏度与华氏度的转换 TempStr = input("请输入带有符号的温度值：") if TempStr[-1] in ['F','f']: C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8 print("转换后的温度是{:.2f}C".format(C)) elif TempStr[-1] in ['C','c']: F = 1.8 * eval(TempStr[0:-1]) + 32 print("转换后的温度是{:.2f}F".format(F)) else: print("输入格式错误")

学习中的举一反三：

试着理解代码，并尝试修改代码

# 摄氏度与华氏度的转换 井号#为注释代码 TempStr = input("请输入带有符号的温度值：") # 定义变量TempStr，变量的值为用户的输入值，input是给用户提供输入 if TempStr[-1] in ['F','f']: # if判断条件: 如果 用户的输入值【截取最后一个字符】 是 'F'或'f' 执行冒号后面的代码块 C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8 # 定义变量C eval是把字符串解析成数字？ [0:-1] 是截取0到-1位，-1表示倒数1位 print("转换后的温度是{:.2f}C".format(C)) # 打印 对C进行格式转换，取小数点后两位，四舍五入 elif TempStr[-1] in ['C','c']:# 如果if的条件不满足进入此elif判断， 如果 用户的输入值【截取最后一个字符】 是 'C'或'c' 执行冒号后面的代码块 F = 1.8 * eval(TempStr[0:-1]) + 32 print("转换后的温度是{:.2f}F".format(F)) # 打印 else: # 如果前面的条件都不满足则执行else内的代码块 print("输入格式错误") # 打印字符串

计算问题的扩展：

根据已学习的温度转换，可以处理其他数据转换的问题，如：货币转换、长度转换、重量转换、面积转换...

代码高亮：编程的色彩辅助系统，每个编辑器的色彩可能会不一样。

缩进：一行代码前的空白区域，表达程序的格式框架。

* **严格明确**：缩进是语法的一部分，**缩进不正确程序运行错误**。 * **所属关系**：表达代码间包含和层次关系的唯一手段。 * **长度一致**：程序内一致即可，一般用4个空格或者1个Tab 

注释：用于提高代码可读性的辅助性文字，不被执行。

• 单行注释：以#井号开头，其后为注释内容。
• 多行注释：以'''三个单引号开头和结尾。

变量：程序中用于保存和表示数据的占位符号。

命名：关联变量标识符的过程叫命名。

• 命名规则：大小写字母、数字、下划线和汉字等字符及组合。
• 注意事项：大小写敏感、首字母不能是数字、不与保留字相同。

被编程语言内部定义并保留使用的标识符。

• python语言有33个保留字（也叫关键字）
• 保留字是编程语言的基本单词，大小写敏感

注意：True、False、None首字母必须大写，否则就是变量。assert、class、is、raise、with、yield、nonlocal 除这7个关键字之外的其他关键字是基础语法中出现的，即本次课程中使用到的。

说明：

• False，True ：布尔值
• None : 表示空值，有自己的数据类型NoneType
• and，or，not：逻辑与、或、非
• as ：给引入的模块取新的名字
• assert ：声明某个表达式必须为真，编程中若该表达式为假就会报错AssertionError
• break，continue，pass：控制语句和占位词
• if，else，elif，for，while：结构语句
• class：用来定义类
• def，return： 用来定义函数，从函数返回
• del：删除列表中不需要的对象，删除定义过的对象
• try，except，finally：try结构
• from，import：从模块中导入函数，调用时可省略模块名
• lambda：匿名函数
• in：判断对象是否在列表中
• is：判断两个变量是否指向同一对象
• global：定义全局变量，即便实在函数体内定义的global变量也全局可用
• nonlocal： 用来在函数或其他作用域中使用外层(非全局)变量
• with： 用来处理异常
• raise： 触发异常后，后面的代码就不会再执行
• yield：生成器用

程序设计语言不允许存在语法歧义，需要定义数据的形式，通过一定方式向计算机表达数据的形式叫数据类型。

如："123"是字符串，123是数字

数据类型：字符串、整数、浮点数、列表（数组？）

单引号或双引号包括的有序字符；有序指有索引值。

• python中字符串的序号有 正向递增序号 和 反向递减序号

''' -5 -4 -3 -2 -1  '我是字符串'  0 1 2 3 4 ''' # 反向递减 即表示倒数第几个，最后一个为倒数第一个，即-1

• 获取单个字符：使用[]方括号获取字符串中单个字符

  # 获取单个字符串的格式：<字符串>[索引] # '我是字符串'[0] 返回'我' # '我是字符串'[-1],返回'串'

• 切片：返回字符串中一段子串

  # 获取子串的格式：<字符串>[M:N] # '我是字符串'[1:3] 返回'是字'，从1到3前，不包括3。 # '我是字符串'[0：-1],返回'我是字符'，从0到倒数第一个前，不包括倒数第一个。

包含整数和浮点数

• 整数：数字中的整数，包含正整数和负整数。
• 浮点数：数学中的实数，带有小数部分，包含正负数。

由0个或多个数据组成的有序序列。

['F','C']

使用关键字 in 判断一个元素是否在列表中

'c' in ['C','c'] # 返回布尔值 True，如果前者不在列表中返回False

由赋值符号‘=’构成的一行代码

由判断条件决定程序运行方向的语句

if Ture: # 注意在条件判断后有冒号 print('打印1') # 注意在条件判断内部代码块有代码缩进 else：# 有冒号 print('打印2')

根据输入参数产生不同输出的功能过程

# 函数格式： <函数名> (<参数>) # 这些都是函数 input() eval() print()

通过input()和print()输入和输出

从控制台获得用户输入内容的函数

#格式：<变量> = input(<提示信息字符串>) TempStr = input('请输入内容：') #使用input函数在控制台提示用户输入内容，并获得用户输入的内容赋值给变量 #注意：输入的内容为字符串格式返回给变量

以字符形式向控制台输出结果的函数

#格式：print(<输出字符串或字符串变量>)

print()函数的格式化：

print("转换后的温度是{:.2f}".format(C)) # 字符串内部的{}表示槽，后续变量填充到槽中 # {:.2f}表示将变量C填充到这个位置时取小数点后2位

去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数，简单叫评估函数。

#格式： eval(<字符串或字符串变量>) >>> eval('1') # 数字字符串去掉引号变成数字 1 >>> eval('1+2') # 去掉引号后是语句1+2 执行它得到3 3 >>> eval('"1+2"') # 去掉引号是字符串"1+2" "1+2" >>> eval('print("Hello")') # 去掉引号后是语句print("Hello")，执行它打印Hello Hello

1946-1981 计算机系统结构时代（35年） 解决计算能力问题

1946年 第一台计算机诞生

科学家们研制不同的计算机和计算机体系结构

1981年 第一台IBM PC机诞生

1981年-2008年 网络和视窗时代（27年） 解决交互问题，人与计算机交互通过视窗操作，计算机与计算机交互通过网络实现

2008年 安卓操作系统诞生，由pc时代向移动时代转换

互联网、windows视窗操作系统

2008年-2016年 复杂信息系统时代（8年） 解决数据问题

云计算、大数据、网络安全、等等

2016年 计算机首次打败了国际围棋世界冠军

2016年开始- 人工智能时代 解决人类问题，用计算机帮助人类解决问题

目前的时代：

在真正度过到人工智能时代之间会有一个短暂的新计算时代，关心计算、关心交互、关心数据、关心人工智能。

Basic，C，C++，C#,CSS,HTML，Java，JavaScript，Lisp，Object C, Perl,PHP,Python,SQL,VBA,VB.Net.......

600多种编程语言，编程语言就是一个江湖。

诞生在计算机系统结构时代，用于写操作系统的语言。

做计算机底层程序的设计和开发。

• 学习内容：指针、内存、数据类型

• 语言本质：理解计算机系统结构

• 解决问题：性能

• 适用对象：计算机类专业

诞生于网络和视窗时代，当时计算机希望与其他计算机交互，Java提出了采用面向对象的方式，通过跨平台的方法来解决跨平台问题。

• 学习内容：对象、跨平台、运行时

• 语言本质：理解主客体关系

• 解决问题：跨平台

• 适用对象：软件类专业

C语言的演进，又拥有面向对象的特点

• 学习内容：对象、多态、继承

• 语言本质：理解主客体关系

• 解决问题：大规模程序（比如操作系统、大规模图形处理程序等）

• 适用对象：计算机类专业

诞生于网络视窗时代，通过写VB程序可以实现小的桌面窗口应用

• 学习内容：对象、按钮、文本框

• 语言本质：理解交互逻辑（人机交互）

• 解决问题：桌面应用

• 适用对象：不确定（目前的应用更需要同时可以在桌面运行，也可以在移动端运行，因此VB的适用对象很少了）

发展于复杂信息系统时代

• 学习内容：编程逻辑。第三方库

• 语言本质：理解问题求解

• 解决问题：各类问题（各类问题的计算部分的实现）

• 适用对象：所有专业

计算机性能不再是解决一般问题的瓶颈

移动互联网的广泛普及

大数据、云计算、物联网、信息安全、人工智能等需求爆发，这些领域的发展带来很多的计算需求。

解决日益增长的计算需求，用什么语言？

python是通用语言

python是脚本语言

python是开源语言

python是跨平台语言

python是多模型语言

...

只需要记住一点：python语言是通用语言。

可以用于普适的计算问题求解的开发，图形运算、文件处理、发现引力波等等问题，并不局限于某一个门类的应用，通用性是最大的特点。

• 语法有强制可读性

• 较少的底层语法元素

• 多种编程方式

• 支持中文字符

语法简洁，完成同样功能代码量不到C代码量的10%。

提高10倍编程产出。

目前已有13万第三方库，而且正在快速增长，平均每年已2万的规模增长

• 快速增长的计算生态

• 避免重复造轮子

• 开放共享

• 跨操作系统平台

结合生态的高产，可以把编程产出再提高10倍。

有句话：人生苦短，我学python。

• C/C++: python归python，C归C。python能做python语言能做的事，但是涉及到计算机系统底层，涉及到计算机内存，涉及到计算机接口方面的工作，还是由C语言来完成。由C语言完成的代码，可以经过封装成python的接口，以第三方库的形式或者以语句的形式来调用C语言编写的代码。

不需要与计算机系统底层打交道的或对效率执行速度没有更高要求的程序，完全可以通过python来完成，进而程序的编写变得非常的快速和高效。

• Java：Java针对特定的开发和岗位需求，比如安卓手机端的原生应用的开发，包括某些网络应用的后台中间件的开发等。

• HTML/CSS/JS: 不可替代的前端技术，全栈能力

• 其他语言：R/GO/Matlab等，特定领域。

python是最高产的程序设计语言以及：

• 掌握抽象并求解计算问题综合能力的语言

• 了解产业界解决复杂计算问题方法的语言

• 享受利用编程将创新变为现实乐趣的语言

工具决定思维：关注工具变革的力量。

• 一种二进制语言，直接使用二进制代码表达指令

• 计算机硬件（CPU）可以直接执行，与具体CPU型号有关

完成2+3功能的机器语言：

11010010 00111011

• 一种将二进制代码直接对应助记符的编程语言

• 汇编语言与CPU型号有关，程序不通用，需要汇编器转换

完成2+3的汇编语言：

add 2,3,result （典型的CPU指令格式）

表示第一个参数2与第二个参数3相加，存到result

可见，机器语言和汇编语言并不适合用于编程，更适合用于计算机底层硬件的设计跟开发。因此就有了高级语言：

• 更接近自然语言，同时更容易描述计算问题。

• 高级语言代码与具体CPU型号无关，便于后执行。

完成2+3功能的高级语言：

result = 2 + 3

总结编程语言的种类：

• 机器语言：代码直接执行，与CPU型号有关

• 汇编语言：有助记符，汇编器，与CPU型号有关

• 高级语言：接近自然语言，编译器，与CPU型号无关

还有一种类型：

• 具有庞大计算生态，可以很容易利用已有代码功能

• 编程思维不再是刀耕火种，而是集成开发

完成2+3功能的超级语言：

result = sum(2, 3)

利用已有的函数模块得到自己想要的结果。

python语言是目前唯一的超级语言，前进的步伐不可阻挡。

用程序绘制一条蟒蛇：

• 貌似很有趣，可以来试试

• 先学会蟒蛇绘制，再绘一朵玫瑰花送给TA。

设计蟒蛇的基本形状：

就像一条贪吃蛇....【无图】

问题1：计算机绘图是什么原理？

一段程序为何能够产生窗体，为何能在窗体上绘制图形？

问题2：python蟒蛇绘制从哪里开始呢？

如何绘制一条线？如何绘制一个弧形？如何绘制一个蟒蛇？

代码如下：

# 画一条蟒蛇 import turtle # 导入绘图模块：海龟 turtle.setup(650, 350, 500, 200) # 设置窗口大小（宽，高，？，？） turtle.penup() # 抬笔 turtle.fd(-250) # 设置落笔位置？ turtle.pendown() # 落笔 turtle.pensize(25) # 笔的大小 turtle.pencolor("red") # 笔的颜色 turtle.seth(-40) # 设置幅度？ for i in range(4): turtle.circle(40, 80) turtle.circle(-40, 80) turtle.circle(40, 80/2) turtle.fd(40) turtle.circle(16, 180) turtle.fd(40 * 2/3) turtle.done() # 完成

turtle（海龟）库是turtle绘图体系的python实现

• turtle绘图体系：1969年诞生，主要用于程序设计入门的一种绘图方式。

• 是python语言的标准库之一。

• 入门级的图形绘制函数库。

python计算生态 = 标准库 + 第三方库

• 标准库：随解释器直接安装到操作系统中的功能模块。

• 第三方库：需要经过安装才能使用的功能模块

• 库Library、包Package、模块Module，统称模块

turtle（海龟）是一种真实的存在

• 有一只海龟，其实在窗体正中心，在画布上游走
• 它走过的轨迹就形成了绘制的图形
• 海龟由程序控制，可以变换颜色、改变宽度等

turtle.setup(winth，height，statrX，startY) # 设置窗口大小和启动位置坐标 # 后两个参数可选（不设置时，窗体在屏幕正中心） # 启动坐标是窗体左上角相对于电脑屏幕左上角的坐标 # 此函数非必须

包含绝对坐标和海龟坐标两种

相对于画布正中心的坐标。

最开始“海龟”(画笔) 在画布（窗体）正中心，坐标是(0, 0)，向右是x轴，向上是y轴。

turtle.goto(x, y) # 让海龟去到该坐标

相对于‘海龟’ 当下位置的坐标，有前进方向、后退方向、左侧方向、右侧方向。

• d 行进距离，单位px

• d 行进距离，单位px

x轴 表示 0 或 360度

-x轴 表示 180 或 -180 度

y轴 表示 90 或 -270度

-y轴 表示 270 或 -90 度

• 不在画布绘制任何信息，只是改变行进方向
• angle 绝对角度

# 海龟画Z import turtle # 导入海龟绘图 # 海龟初始位置于画布正中心，x轴方向为前方 turtle.left(45) # 海龟向左45度 turtle.fd(150) # 前进150像素 turtle.right(135) # 向右135度 turtle.fd(300) turtle.left(135) turtle.fd(150)

• RGB指红、绿、蓝 三个通道的颜色组合
• 覆盖视力所能感知的所有颜色
• 每个通道的取值范围0-255整数 或 0-1 的小数

• 默认采用小数值 可切换为整数值

• mode模式，1表示小数模式，255表示整数模式

扩充python程序功能的方式叫库引用。

使用import关键字来完成库引用，采用<a>.<b>()编码风格

# 语法： import <库名> <库名>.<函数名>(<函数参数>)

使用from和import关键字共同完成

# 语法： from <库名> import <函数名> # 单独导入库中的某个函数 或 from <库名> import * # 导入库中的全部函数 <函数名1>(<函数参数>) <函数名2>(<函数参数>)

可以理解为把库中的函数，导入到当前程序，因此在当前程序可以直接使用库中才有的函数。

# 语法： import <库名> as <库别名> <库别名>.<函数名>(<函数参数>)

给库起个小名。

• 给调用的外部库关联一个更短、更适合自己的名，对编写程序带来便利。

第一种方式：

import <库名> <库名>.<函数名>(<函数参数>)

<库名>.<函数名> 意思是 库（新程序）中的函数，如库是turtle，即turtle中的函数。 使用此方式就不会出现函数重名的问题

第二种方式：

from <库名> import <函数名> 或 from <库名> import * <函数名1>(<函数参数>) <函数名2>(<函数参数>)

使用这种方式有可能导致库中的函数与当前程序自定义的函数重名，那么就会发生冲突

第三种方式：

# 语法： import <库名> as <库别名> <库别名>.<函数名>(<函数参数>)

使用这种方式不用担心函数重名问题，也可以减少代码量。

如果程序很小，只使用一个库，没有自己定义的函数，可以使用第二种方式。否则，为了避免函数重名，又能减少代码量推荐使用第三种方式。

抬起画笔，海龟（画笔）在飞行，此时运行画笔将不形成轨迹。

落下画笔，海龟（画笔）在爬行，此时行进画笔将形成轨迹。

画笔大小（宽度）

画笔颜色，字符串颜色名或rgb值

• 颜色字符串：turtle.pencolor('purple')
• RGB小数值：turtle.pencolor(0.63, 0.13, 0.94)
• RGB元祖值：turtle.pencolor((0.63, 0.13, 0.94))

控制画笔的行进：走直线&走曲线

向前行进，走直线。

d：表示行进距离，单位像素，可以是负数。

根据半径r，绘制extent角度的弧形

r：默认圆心在海龟左侧r距离的位置

extent：绘制角度，默认是360度整圆

turtle.circle(100) # 以左侧距离100像素为圆心，画360整圆 turtle.circle(-100) # 以右侧距离100像素为圆心，画360整圆