本書以問題驅動的方式對Python程序設計進行綜合介紹。全書共分三個部分，首先介紹基本程序設計技術以及數據類型、變量、常量、簡單函數等內容，隨后利用抽象、封裝和多態性來了解面向對象程序設計，最后通過對數據結構和算法的講解，循序漸進，掌握Python程序設計。書中引入實例解釋基本概念，同時提供大量不同難度的編程題，幫助讀者理解和鞏固。
《計算機科學叢書：Python語言程序設計》特色
以“基礎先行”方法介紹基本程序設計概念和方法，幫助學生循序漸進地學習所有必需和重要的基本概念。
以“問題驅動”方法講授程序設計技術，強調問題求解，而非語法。通過廣泛的趣味性實例（涉及數學、自然科學、商業、金融、游戲、動畫和多媒體領域）來激發學生的學習興趣，為求解這些問題，適時地引入相關的語法和庫。
可以靈活介紹GUI相關主題。第1～6章使用內置的Turtle圖形模塊，其余部分使用Tkinter，這兩種工具都是簡單、易學的程序設計教學工具。每章的開始都有GUI實例，每章末尾還有專門的GUI練習。
本書假設你是一位先前沒有任何程序設計經驗的程序員新手。那么，什么是程序設計呢？程序設計是指使用程序設計語言編寫程序以解決問題。不論你使用的是哪種程序設計語言，解決問題和程序設計的根本都是一致的。你可以使用任何一種像Python、Java、C++或C#這樣的高級程序設計語言來學習程序設計。一旦知道如何使用其中一門語言編寫程序，那么如何使用其他語言編寫程序就很容易，因為編寫程序的基本技能都是一樣的。
那么，使用Python學習程序設計的優勢在哪里呢？Python易于學習，且編程有趣。Python代碼簡單、短小，易讀、直觀，而且功能強大，這樣對初學者而言，用它來介紹計算和解決問題是非常有效的。
鼓勵初學者通過創建圖形學習程序設計。使用Python學習程序設計的一個很大原因在于可以從一開始就使用圖形來學習程序設計。我們在第1~6章使用Python內嵌的Turtle圖形模塊，它是一個介紹程序設計基本概念和技術的很好的教學工具。我們在第9章介紹Python內嵌的Tkinter，它是開發復雜圖形用戶界面以及學習面向對象程序設計的一個重要工具。Turtle和Tkinter都相當簡單且易于使用。更重要的是，它們都是教授程序設計和面向對象程序設計基礎的非常有價值的教學工具。
為了方便教師更靈活地使用本書，我們在第1~6章的末尾會講到Turtle，所以，可以將它們作為選講內容跳過去。
本書以問題驅動的方式講授如何解決問題，這種方式的重點放在問題的解決而不是語法上。我們使用一些涉及范圍很廣的有趣例子來激發學生學習程序設計的興趣。鑒于本書的主線是解決問題，這里會介紹解決問題中用到的Python語法和庫。為了支持問題驅動方式的程序設計教學，本書提供了大量難易程度各異的問題來激發學生的興趣。為適用于各個專業的學生，這些問題涉及很多應用領域，例如數學、科學、商業、金融管理、游戲、動畫和多媒體等。
Python中的所有數據都是對象。我們從第3章開始介紹和使用對象，但是如何定義類將從第7章開始。本書首先將重點放在基礎上：在編寫自定制類之前介紹像選擇、循環和函數這樣的基本程序設計概念和技術。
教授程序設計的最佳方式是通過實例，而學習程序設計的唯一方法就是通過實踐。本書用實例解釋基本概念，同時提供了大量不同難度的習題供學生練習。我們的目標是使用大量有趣的例子和習題來教授學生如何解決問題以及如何進行程序設計。
教學特色本書使用了下面的模塊：
學習目標 列出學生應該學會的內容，這樣在學完這章之后，學生能夠判斷自己是否達到這個目標。
引言 提出一個代表性問題，以便學生對該章內容有一個概括了解。
關鍵點 強調每節中的重要概念。
檢查點 提供復習題幫助學生復習相關內容并評估掌握的程度。
問題 通過精心挑選，以一種容易掌握的形式教授問題求解和程序設計的概念。本書使用許多短小的、簡單的以及令人興奮的例子來演示重要的想法。
關鍵術語 提供對本章重要術語的快速參考。
本章總結 回顧學生應該理解和記住的重要主題，幫助他們加強對該章所學關鍵概念的理解。
測試題 測試題是在線的，用于學生自我測試對程序設計概念和技術的掌握程度。
編程題 為學生提供應用新技巧的機會。題目的難度等級分為容易（無星號）、適度（*）、困難（**）或具有挑戰性（***）。學習程序設計的秘訣就在于練習，練習，再練習。為了達到這個目標，本書提供了大量的練習題。
注意、提示和警告 穿插在整本書中，提供了有價值的建議以及程序開發要點。
注意：提供關于主題的附加信息并強化重要概念。
提示：教授好的程序設計風格和實踐。
警告：幫助學生避免程序設計錯誤。
靈活的章節順序圖形是學習程序設計的一個非常有價值的教學工具。本書在第1～6章使用Turtle圖形，而在書中其他部分使用Tkinter。但是，教師可以根據需要跳過關于圖形的章節或者以后再討論。下圖給出章節之間的相互關系。
注意：第16～23章是配套網站提供的附加章節。
第10章可以在第6章之后講解。第14章可以在第10章之后講解。
本書的組織結構全書共分三部分，循序漸進地介紹用Python語言進行程序設計的基本知識。前面的章節提供理解程序設計概念的基礎知識，并通過簡單實例和習題對學生進行指導，隨后的章節逐步詳細介紹Python程序設計，一直到開發復雜的應用程序。
第一部分：程序設計基礎（第1～6章）第一部分是起點，為你學習程序設計做準備。你可以初步了解Python（第1章），并學習基本程序設計技術，包括數據類型、變量、常量、賦值、表達式、運算符、對象以及簡單的函數和字符串操作（第2～3章），選擇語句（第4章），循環（第5章），函數（第6章）。
第二部分：面向對象程序設計（第7～13章）這一部分介紹面向對象程序設計。Python是一種面向對象程序設計語言，它具有抽象、封裝、繼承和多態等特性，適合編寫靈活、模塊化和可重用的軟件。你將學習面向對象程序設計（第7～8章），使用Tkinter進行GUI程序設計（第9章），列表（第10章），多維列表（第11章），繼承、多態和類設計（第12章），以及文件和異常處理（第13章）。
第三部分：數據結構和算法（第14～15章和附加章節第16～23章）本部分介紹典型數據結構課程的主要主題。第14章介紹Python內嵌的數據結構：元組、集合和字典。第15章介紹用遞歸來編寫函數以解決內在遞歸問題。第16～23章是配套網站的附加章節。第16章介紹算法效率以及開發高效算法的常用技術。第17章討論經典的排序算法。第18章介紹如何實現鏈表、隊列以及優先隊列。第19章介紹二分查找樹。第20章介紹AVL樹。第21章介紹哈希技術。第22和23章涵蓋圖算法及其應用。
出版者的話
譯者序
前言
第一部分 程序設計基礎
第1章 計算機、程序和Python概述
1.1 引言
1.2 什么是計算機
1.2.1 中央處理器
1.2.2 比特和字節
1.2.3 內存
1.2.4 存儲設備
1.2.5 輸入和輸出設備
1.2.6 通信設備
1.3 程序設計語言
1.3.1 機器語言
1.3.2 匯編語言
1.3.3 高級語言
1.4 操作系統
1.4.1 控制和管理系統行為
1.4.2 調度和分配系統資源
1.4.3 調度操作
1.5 Python的歷史
1.6 開始學習Python
1.6.1 啟動Python
1.6.2 創建Python源代碼文件
1.6.3 使用Python完成算術運算
1.7 程序設計風格和文檔
1.7.1 恰當的注釋和注釋風格
1.7.2 恰當的空格
1.8 程序設計錯誤
1.8.1 語法錯誤
1.8.2 運行時錯誤
1.8.3 邏輯錯誤
1.9 開始學習圖形化程序設計
1.9.1 繪制圖形并給圖形添加顏色
1.9.2 將筆移到任何位置
1.9.3 繪制奧林匹克環標志
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第2章 基本程序設計
2.1 引言
2.2 編寫一個簡單的程序
2.3 從控制臺讀取輸入
2.4 標識符
2.5 變量、賦值語句和賦值表達式
2.6 同時賦值
2.7 定名常量
2.8 數值數據類型和運算符
2.8.1 運算符/、//和**
2.8.2 運算符%
2.8.3 科學記數法
2.9 計算表達式和運算符優先級
2.10 增強型賦值運算符
2.11 類型轉換和四舍五入
2.12 實例研究：顯示當前時間
2.13 軟件開發流程
2.14 實例研究：計算距離
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第3章 數學函數、字符串和對象
3.1 引言
3.2 常見的Python函數
3.3 字符串和字符
3.3.1 ASCII碼
3.3.2 統一碼
3.3.3 函數ord和chr
3.3.4 轉義序列
3.3.5 不換行打印
3.3.6 函數str
3.3.7 字符串連接操作
3.3.8 從控制臺讀取字符串
3.4 實例研究：最小數量的硬幣
3.5 對象和方法簡介
3.6 格式化數字和字符串
3.6.1 格式化浮點數
3.6.2 用科學記數法格式化
3.6.3 格式化成百分數
3.6.4 調整格式
3.6.5 格式化整數
3.6.6 格式化字符串
3.7 繪制各種圖形
3.8 繪制帶顏色和字體的圖形
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第4章 選擇
4.1 引言
4.2 布爾類型、數值和表達式
4.3 產生隨機數字
4.4 if語句
4.5 實例研究：猜生日
4.6 雙向if-else語句
4.7 嵌套if和多向if-elif-else語句
4.8 選擇語句中的常見錯誤
4.9 實例研究：計算身體質量指數
4.10 實例研究：計算稅款
4.11 邏輯運算符
4.12 實例研究：判定閏年
4.13 實例研究：彩票
4.14 條件表達式
4.15 運算符的優先級和結合方向
4.16 檢測一個對象的位置
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第5章 循環
5.1 引言
5.2 while循環
5.2.1 實例研究：猜數字
5.2.2 循環設計策略
5.2.3 實例研究：多道減法題測驗
5.2.4 根據用戶確認控制循環
5.2.5 使用哨兵值控制循環
5.2.6 輸入輸出重定向
5.3 for循環
5.4 嵌套循環
5.5 最小化數值錯誤
5.6 實例研究
5.6.1 問題：找出最大公約數
5.6.2 問題：預測未來學費
5.6.3 問題：蒙特卡羅模擬
5.7 關鍵字break和continue
5.8 實例研究：顯示素數
5.9 實例研究：隨意行走
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第6章 函數
6.1 引言
6.2 定義一個函數
6.3 調用一個函數
6.4 帶返回值或不帶返回值的函數
6.5 位置參數和關鍵字參數
6.6 通過傳引用來傳遞參數
6.7 模塊化代碼
6.8 實例研究：將十進制數轉換為十六進制數
6.9 變量的作用域
6.10 默認參數
6.11 返回多個值
6.12 實例研究：生成隨機ASCII碼字符
6.13 函數抽象和逐步求精
6.13.1 自頂向下設計
6.13.2 自頂向下和自底向上的實現
6.13.3 實現細節
6.13.4 逐步求精的優勢
6.14 實例研究：可重用圖形函數
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第二部分 面向對象程序設計
第7章 對象和類
7.1 引言
7.2 為對象定義類
7.2.1 定義類
7.2.2 構造對象
7.2.3 訪問對象成員
7.2.4 self參數
7.2.5 舉例：使用類
7.3 UML類圖
7.4 不變對象和可變對象
7.5 隱藏數據域
7.6 類的抽象與封裝
7.7 面向對象的思考
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第8章 更多字符串和特殊方法
8.1 引言
8.2 str類
8.2.1 創建字符串
8.2.2 處理字符串的函數
8.2.3 下標運算符[]
8.2.4 截取運算符[start：end]
8.2.5 連接運算符+和復制運算符*
8.2.6 in和not in運算符
8.2.7 比較字符串
8.2.8 迭代字符串
8.2.9 測試字符串
8.2.10 搜索子串
8.2.11 轉換字符串
8.2.12 刪除字符串中的空格
8.2.13 格式化字符串
8.3 實例研究：校驗回文串
8.4 實例研究：將十六進制數轉換為十進制數
8.5 運算符重載和特殊方法
8.6 實例研究：Rational類
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第9章 使用Tkinter進行GUI程序設計
9.1 引言
9.2 開始使用Tkinter
9.3 處理事件
9.4 小構件類
9.5 畫布
9.6 幾何管理器
9.6.1 網格管理器
9.6.2 包管理器
9.6.3 位置管理器
9.7 實例研究：貸款計算器
9.8 顯示圖像
9.9 菜單
9.10 彈出菜單
9.11 鼠標、按鍵事件和綁定
9.12 動畫
9.13 滾動條
9.14 標準對話框
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第10章 列表
10.1 引言
10.2 列表基礎
10.2.1 創建列表
10.2.2 列表是一種序列類型
10.2.3 列表使用的函數
10.2.4 下標運算符[]
10.2.5 列表截取 [start:end]
10.2.6 +、*和in/not in運算符
10.2.7 使用for循環遍歷元素
10.2.8 比較列表
10.2.9 列表解析
10.2.10 列表方法
10.2.11 將字符串分成列表
10.2.12 輸入列表
10.2.13 對列表移位
10.2.14 簡化代碼
10.3 實例研究：樂透數
10.4 實例研究：一副撲克牌
10.5 撲克牌圖形用戶界面
10.6 復制列表
10.7 將列表傳遞給函數
10.8 從函數返回一個列表
10.9 實例研究：統計每個字母的出現次數
10.10 查找列表
10.10.1 線性查找法
10.10.2 二分查找法
10.11 排序列表
10.11.1 選擇排序
10.11.2 插入排序
10.12 實例學習：彈球
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第11章 多維列表
11.1 引言
11.2 處理二維列表
11.2.1 使用輸入值初始化列表
11.2.2 使用隨機數初始化列表
11.2.3 打印列表
11.2.4 對所有元素求和
11.2.5 按列求和
11.2.6 找出和最大的行
11.2.7 隨意打亂
11.2.8 排序
11.3 將二維列表傳遞給函數
11.4 問題：給多選題評分
11.5 問題：找出距離最近的點對
11.6 圖形用戶界面：找出距離最近的點對
11.7 問題：數獨
11.8 實例研究：數獨圖形用戶界面
11.9 多維列表
11.9.1 問題：每日溫度和濕度
11.9.2 問題：猜生日
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第12章 繼承和多態
12.1 引言
12.2 父類和子類
12.3 覆蓋方法
12.4 object類
12.5 多態和動態綁定
12.6 isinstance函數
12.7 實例研究：可重用時鐘
12.8 類之間的關系
12.8.1 關聯
12.8.2 聚合和組合
12.9 實例研究：設計Course類
12.10 為棧設計類
12.11 實例研究：FigureCanvas類
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第13章 文件和異常處理
13.1 引言
13.2 文本輸入和輸出
13.2.1 打開一個文件
13.2.2 寫入數據
13.2.3 測試文件的存在性
13.2.4 讀數據
13.2.5 從文件讀取所有數據
13.2.6 追加數據
13.2.7 讀寫數值數據
13.3 文件對話框
13.4 實例研究：統計文件中的字符個數
13.5 從網站上獲取數據
13.6 異常處理
13.7 拋出異常
13.8 使用對象處理異常
13.9 定義自定制異常類
13.10 使用Pickling進行二進制IO
13.10.1 卸載和加載對象
13.10.2 檢測文件末尾
13.11 實例研究：地址簿
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第三部分 數據結構和算法
第14章 元組、集合和字典
14.1 引言
14.2 元組
14.3 集合
14.3.1 創建集合
14.3.2 操作和訪問集合
14.3.3 子集和超集
14.3.4 相等性測試
14.3.5 集合運算
14.4 比較集合和列表的性能
14.5 實例研究：統計關鍵字
14.6 字典
14.6.1 創建一個字典
14.6.2 添加、修改和獲取值
14.6.3 刪除條目
14.6.4 循環條目
14.6.5 len函數
14.6.6 檢測一個關鍵字是否在字典中
14.6.7 相等性檢測
14.6.8 字典方法
14.7 實例研究：單詞的出現次數
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
第15章 遞歸
15.1 引言
15.2 實例研究：計算階乘
15.3 實例研究：計算斐波那契數
15.4 使用遞歸解決問題
15.5 遞歸輔助函數
15.5.1 選擇排序
15.5.2 二分查找
15.6 實例研究：求出目錄的大小
15.7 實例研究：漢諾塔
15.8 實例研究：分形
15.9 實例研究：八皇后
15.10 遞歸和迭代
15.11 尾遞歸
關鍵術語
本章總結
測試題
編程題
附錄A Python關鍵字
附錄B ASCII字符集
附錄C 數制系統
*第16章 開發高效算法
*第17章 排序
*第18章 鏈表、棧、隊列及優先隊列
*第19章 二分查找樹
*第20章 AVL樹
*第21章 哈希：實現字典與集合
*第22章 圖及其應用
*第23章 加權圖及其應用
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