本书为普通高等院校新形态一体化系列教材之一，系统讲解Python核心编程知识，内容涵盖条件判断、循环语句、组合数据类型（字符串、列表、元组、字典、集合）、函数、面向对象编程、文件及异常处理操作以及实战应用。
本书以“从基础到应用，从理论到实践”为编写理念，通过生活场景示例（如成绩判断、垃圾分类、旅行计划管理）解析语法规则，配合“实例代码+习题”巩固知识。从基础语法到实战任务，层层递进，帮助读者掌握数据处理、逻辑控制和模块化编程技能，培养其解决实际问题的能力。

前 言
党的二十大报告指出：“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。”当今社会，大数据、人工智能、云计算、物联网等新一代信息技术融合到各个领域，这些新技术和应用的核心就是程序。选择一门高级程序设计语言作为教学内容，介绍程序设计的基本思想和方法，能够培养学生分析问题、利用计算机求解问题的思维方式和初步应用能力，满足信息社会各领域对人才的需求。Python语言以“简单易学、免费开源、功能强大”等特点成为学习编程的入门语言，丰富的第三方库形成了Python的“计算生态”，进一步推动了Python的普及和发展，使其成为当前热门的程序设计语言之一，所以越来越多的高校开设了Python程序设计相关课程。
在数字时代，Python已成为跨越行业的“通用工具”——从日常办公自动化到人工智能研发，从数据分析到系统开发，其简洁语法与强大功能让复杂问题变得可控。掌握Python，不仅是掌握一门编程语言，更是获得一种高效解决问题的思维方式。
本书专为零基础学习者打造，以“从基础到应用，从理论到实战”为编写理念，系统覆盖Python编程的核心与延伸知识。全书结构清晰，层层递进。
基础篇（第1~6章）筑牢根基，从变量、数据类型、运算符等基础语法，到条件判断、循环语句等流程控制，再到函数与模块化编程，每章节均以生活场景为例，降低理解门槛。
进阶篇（第7、8章）聚焦核心能力，深入讲解面向对象编程（类、继承、多态），通过宠物诊所管理系统等案例，介绍Python在工作和生活中的具体应用；详解文件操作，结合个人旅行计划管理系统演示数据持久化存储的实用技巧。
实战篇（第9~12章）强化应用能力，包含算法实例、Excel自动化处理、电商客户数据分析，以及人工智能实践，全方位覆盖Python在不同领域的应用。
本书特色显著：
（1）场景化教学，所有案例源于实际场景，如用函数计算课程成绩、用面向对象编程设计宠物诊所系统，让抽象知识具象化。
（2）实战导向，每章都配有实战内容，从“看懂代码”到“独立开发”无缝衔接。
（3）思政融合，案例中融入红色经典阅读、劳动教育等元素，引导技术学习与价值观培养结合。
（4）梯度提升，从语法学习到项目开发，由易到难，循序渐进。
编程学习的核心是培养“用代码解决问题”的思维。本书通过代码调试提示、常见错误解析、实战任务拓展帮助读者规避学习误区，建立编程自信。无论是学生、职场人，还是编程爱好者，都能通过本书掌握Python编程的精髓，为进阶学习人工智能、数据分析等领域奠定坚实基础。希望本书能成为读者探索编程世界的良师益友，让读者收获解决问题的能力与改变世界的勇气。
本书由闫敬、谌志鹏、郑铮、商艳红任主编，毕红净、邓先瑞、郭亚军、李华峰、卢立蕾、孟一真、吴淑坤、张学红任副主编。
本书各节均录制了微课视频，学生可扫描相应二维码进行学习，课件、微课、案例素材及源码文件，可登录中国铁道出版社教育资源数字化平台（https://www.tdpress.com/51eds）下载。
本书的完成离不开众多一线教师和行业专家的支持。他们结合多年教学经验，提出了大量宝贵建议。在此，向所有为本书付出努力的同仁表示诚挚感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请读者批评指正。
编 者
2025年9月

目 录
第 1 章  Python 与开发环境介绍............................................1
1.1 为什么学 Python ............................................2
1.2 Python 开发工具 ............................................3
1.2.1 IDLE .......................................................3
1.2.2 使用 PyCharm ........................................4
1.3 IPO ..................................................................5
1.3.1 print() 函数 ............................................5
1.3.2 input() 函数 ............................................8
1.4 实战任务：创建一个用户交互程序 ............9
小结................................................................10
思考与练习 .....................................................10

第 2 章  Python 语言基础............................................12
2.1 缩进和注释 ..................................................13
2.1.1 缩进规则 ..............................................13
2.1.2 注释 ......................................................14
2.2 使用变量 ......................................................15
2.2.1 标识符和关键字 ..................................15
2.2.2 变量 ......................................................17
2.2.3 数字类型 ..............................................17
2.3 运算符和表达式 ..........................................21
2.3.1 算术运算符和表达式 ..........................21
2.3.2 关系运算符和表达式 ..........................22
2.3.3 赋值运算符和表达式 ..........................24
2.3.4 位运算符和表达式 ..............................26
2.3.5 逻辑运算符和表达式 ..........................27
2.3.6 成员运算符和表达式 ..........................28
2.3.7 运算符的优先级 ..................................29
2.4 实战任务：家庭预算计算器 ......................30
小结................................................................32
思考与练习 .....................................................32

第 3 章  条件判断............................................35
3.1 Python 语句介绍 ..........................................36
3.2 分支结构 ......................................................37
3.2.1 单分支结构：if 语句 ..........................37
3.2.2 双分支结构：if...else 语句 .................38
3.2.3 多分支结构：if...elif...else 语句 .........39
3.2.4 if 语句的嵌套 ......................................40
3.3 实战任务 ......................................................41
3.3.1 志愿者激励系统 ..................................41
3.3.2 环保出行积分系统 ..............................42
小结................................................................43
思考与练习 .....................................................43

第 4 章  循环语句............................................45
4. 1 for 循环 .......................................................46
4.1.1 基本的 for 循环语句 ...........................46
4.1.2 通过序列索引迭代 ..............................47
4.1.3 使用 for...else 循环语句 ......................49
4.1.4 嵌套 for 循环语句 ...............................50
4.2 while 循环 ....................................................51
4.2.1 基本的 while 循环语句 .......................51
4.2.2 使用 while...else 循环语句 ..................54
4.2.3 死循环问题 ..........................................55
4.2.4 使用 while 循环嵌套语句 ...................56
4.3 循环控制语句 ..............................................57
4.3.1 break 语句 ............................................57
4.3.2 continue 语句 .......................................60
4.3.3 pass 语句 ..............................................61
4.4 实战任务：二十四节气学习系统 ..............62
小结................................................................64
思考与练习 .....................................................64

第 5 章  组合数据类型............................................67
5.1 字符串 ..........................................................68
5.1.1 字符串介绍 ..........................................68
5.1.2 访问字符串中的值 ..............................69
5.1.3 更新字符串 ..........................................70
5.1.4 字符串的其他操作 ..............................70
5.1.5 转义字符 ..............................................71
5.1.6 格式化字符串 ......................................72
5.1.7 字符串处理函数 ..................................73
5.2 使用列表 ......................................................76
5.2.1 列表的基本用法 ..................................76
5.2.2 更新列表元素 ......................................77
5.2.3 插入新的元素 ......................................77
5.2.4 在列表中删除元素 ..............................78
5.2.5 列表排列处理 ......................................79
5.2.6 列表的高级操作 ..................................80
5.3 使用元组 ......................................................82
5.3.1 创建并访问元组 ..................................82
5.3.2 修改元组 ..............................................83
5.3.3 删除元组 ..............................................83
5.3.4 使用内置方法操作元组 ......................83
5.3.5 将序列分解为单独的变量 ..................84
5.4 使用字典 ......................................................85
5.4.1 创建并访问字典 ..................................85
5.4.2 向字典中添加数据 ..............................87
5.4.3 修改字典 ..............................................87
5.4.4 删除字典中的元素 ..............................88
5.4.5 和字典有关的内置函数 ......................88
5.4.6 遍历字典 ..............................................89
5.5 使用集合 ......................................................90
5.5.1 Python 中的集合 .................................90
5.5.2 集合的基本操作 ..................................91
5.6 实战任务：用 Python 记录红色精神传承 ..............................................................92
小结................................................................95
思考与练习 .....................................................95

第 6 章  函数............................................97
6.1 创建与调用函数 ..........................................98
6.1.1 创建函数 ..............................................98
6.1.2 调用函数 ..............................................99
6.2 函数的参数 ................................................100
6.2.1 形参和实参 ........................................100
6.2.2 必需参数 ............................................101
6.2.3 关键字参数 ........................................102
6.2.4 默认参数 ............................................103
6.2.5 不定长参数 ........................................104
6.2.6 按值传递参数和按引用传递参数 ....106
6.3 变量的作用域 ............................................108
6.3.1 Python 中的三种作用域 ...................108
6.3.2 关键字 global .....................................108
6.4 函数和模块开发 ........................................109
6.4.1 导入整个模块文件 ............................109
6.4.2 只导入指定的函数 ............................110
6.4.3 使用 as 指定函数别名 ......................111
6.5 实战任务 ....................................................112
6.5.1 传统节日问候 ....................................112
6.5.2 餐厅订单管理系统 ............................113
小结..............................................................116
思考与练习 ...................................................116

第 7 章  Python 的面向对象............................................119
7.1 面向对象概述 ............................................120
7.2 类和对象 ....................................................121
7.2.1 类和对象的概念 ................................121
7.2.2 定义一个类 ........................................122
7.2.3 创建对象 ............................................122
7.3 方法 ............................................................123
7.3.1 定义并使用类方法 ............................123
7.3.2 构造方法 ............................................124
7.3.3 方法调用 ............................................125
7.3.4 创建多个实例 ....................................126
7.3.5 私有方法 ............................................127
7.3.6 析构方法 ............................................128
7.3.7 静态方法和类方法 ............................129
7.4 属性 ............................................................130
7.4.1 初步认识属性 ....................................130
7.4.2 类属性和实例属性 ............................131
7.4.3 属性的默认值 ....................................132
7.4.4 修改属性的值 ....................................133
7.4.5 私有属性 ............................................135
7.5 继承 ............................................................135
7.5.1 定义子类 ............................................135
7.5.2 在子类中定义方法和属性 ................137
7.5.3 子类继续派生新类 ............................138
7.5.4 私有属性和私有方法 ........................139
7.5.5 多重继承 ............................................139
7.6 重写和重载 ................................................140
7.6.1 重写 ....................................................140
7.6.2 重载 ....................................................143
7.7 实战任务：宠物诊所管理系统 ................144
小结..............................................................149
思考与练习 ...................................................149

第 8 章  文件及异常处理............................................153
8.1 文件概述 ....................................................154
8.1.1 文件的概念与类型 ............................154
8.1.2 文件的路径 ........................................155
8.2 文件的打开与关闭 ....................................156
8.2.1 使用 open() 方法打开文件 ...............156
8.2.2 使用 close() 方法关闭文件 ...............157
8.3 文件的读与写 ............................................158
8.3.1 文件的读取操作 ................................158
8.3.2 文件的写入操作 ................................161
8.4 文件定位 ....................................................163
8.4.1 使用 tell() 方法获取文件指针位置 ...163
8.4.2 使用 seek() 方法移动文件指针 ........164
8.4.3 文件定位的常见应用场景 ................166
8.5 异常处理 ....................................................167
8.5.1 Python 的异常处理机制 ...................167
8.5.2 使用 try...except 语句处理异常 ........169
8.5.3 使用 try...except...else 语句处理 异常 ....................................................171
8.5.4 使用 try...except...finally 语句处理 异常 ....................................................171
8.5.5 使用 assert 语句处理异常 .................172
8.5.6 自定义异常 ........................................173
8.6 实战任务 ....................................................174
8.6.1 联系人管理系统 ................................174
8.6.2 个人旅行计划管理系统 ....................176
小结..............................................................181
思考与练习 ...................................................181

第 9 章  算法实例：迷宫求解............................................185
9.1 问题描述 ....................................................186
9.1.1 问题陈述 ............................................186
9.1.2 问题难点 ............................................187
9.2 算法介绍 ....................................................187
9.2.1 深度优先搜索（DFS） ....................187
9.2.2 递归回溯算法 ....................................188
9.2.3 广度优先搜索（BFS） .....................188
9.2.4 A* 算法 ..............................................189
9.2.5 Dijkstra 算法 ......................................190
9.3 算法实现 ....................................................191
9.3.1 迷宫类（Maze） ...............................192
9.3.2 图形界面类（MazeApp） ................195
9.3.3 主程序 ................................................198
小结..............................................................198

第 10 章  自动化实践：Excel 操作............................................199
10.1 问题描述 ..................................................200
10.2 基本操作 ..................................................201
10.2.1 创建 Excel 文件 ...............................201
10.2.2 Excel 数据的可视化 ........................204
10.2.3 可视化报表 ......................................209
小结..............................................................214

第 11 章  可视化实践：电商客户的数据分析和可视化 ............................................215
11.1 问题描述 ..................................................216
11.2 电商行业发展介绍 ..................................216
11.2.1 国内电商市场现状分析 ..................216
11.2.2 电商行业发展趋势介绍 ..................217
11.2.3 电商市场未来发展前景和投资 机会分析 .........................................217
11.3 需求分析 ..................................................217
11.3.1 电商的商业模式 ..............................218
11.3.2 核心指标需求分析 ..........................218
11.3.3 指标体系需求分析 ..........................219
11.3.4 数据分析方法 ..................................220
11.4 准备数据 ..................................................220
11.5 数据分析 ..................................................221
11.5.1 数据清洗 ..........................................221
11.5.2 数据分析 ..........................................225
11.5.3 数据建模 ..........................................229
小结..............................................................233

第 12 章  人工智能实践：签到打卡系统............................................234
12.1 问题描述 ..................................................235
12.2 模块架构 ..................................................236
12.3 使用 Qt Designer 实现主窗口界面 .........236
12.3.1 设计系统 UI 主界面 .......................236
12.3.2 将 Qt Designer 文件转换为 Python 文件 .....................................237
12.4 签到打卡、用户操作和用户组操作 ......241
12.4.1 使用百度 AI 之前的准备工作 .......242
12.4.2 设计 UI 界面 ...................................244
12.4.3 创建摄像头类 ..................................246
12.4.4 UI 界面的操作处理 ........................247
12.4.5 多线程操作和人脸识别 ..................256
12.4.6 导出打卡签到信息 ..........................259
12.5 调试运行 ..................................................261
小结..............................................................263
参考文献 ............................................264

闫敬，唐山师范学院计算机科学技术系副教授，研究方向为计算机应用、数字图像处理，讲授程序设计类、图形学等专业课程，主持多项省级校级教改、产学合作协同育人项目，发表高水平学术论文20余篇，指导学生在国家级竞赛中获奖，主编两部教材。

谌志鹏，唐山师范学院计算机科学技术系副教授，工学博士，毕业于北京交通大学信号与信息处理专业。唐山市凤凰青年英才，唐山市师德标兵。2015年和2017年在意大利锡耶纳大学访问学习。中国图形图像学会交通视频专委会委员、中国人工智能学会智慧医疗专委会委员、河北省计算机学会理事、河北省计算机学会网络安全等级保护专委会委员等。在IEEETIFS、Neurocomputing等期刊发表学术论文20余篇，主持河北省科技厅、教育厅科研项目2项，参与973、国家自然科学基金等项目10余项，省级一流课程负责人。

郑铮，唐山师范学院计算机科学技术系副教授，主要从事计算机应用等领域研究。主讲《C程序设计》《Python编程》《数字图像处理技术》等课程，主持或参与多项省级校级教改项目，并指导学生在国家级竞赛中获奖，同时出版多部教材《PhotoshopCC中文版平面设计教程(微课版)》《PhotoshopCC实战培训教程》《Vue.js前端开发入门与实践》等。

商艳红，唐山师范学院计算机科学技术系副教授，研究方向为信息安全、计算机应用。常年讲授程序设计语言、信息安全等本科生的相关课程。发表高水平论文两篇、省级以上论文多篇。多次参加各类教育教学大赛，荣获唐山市教学三等奖。出版《KaliLinux2网络渗透测试实践指南》《Python数据分析快速上手》教材两部。主持并结项河北省教育厅项目一项，作为项目参与人结项河北省自然科学基金一项，取得软件著作权两项。

以“从基础到应用，从理论到实战”为编写理念，采用场景化教学，系统覆盖Python编程的核心与延伸知识。