Python語言程序設(shè)計劉衛(wèi)國全套教案課件

Python語言程序設(shè)計第1章Python語言基礎(chǔ)Python語言的發(fā)展與特點(diǎn)Python程序的運(yùn)行環(huán)境Python數(shù)據(jù)類型各種形式Python數(shù)據(jù)的表示方法Python的基本運(yùn)算1.1.1Python語言的發(fā)展歷史Python由荷蘭的GuidovanRossum設(shè)計。Python第一個版本于1991年初公開發(fā)行。。Python2.0于2000年10月發(fā)布，增加了許多新的語言特性。Python3.0于2008年12月發(fā)布，此版本不完全兼容Python2.0，導(dǎo)致Python

2.0與Python3.0不兼容。1.1Python語言概述1.1.2Python語言的特點(diǎn)1．Python語言的優(yōu)勢（1）簡單易學(xué)。Python語言語法結(jié)構(gòu)簡單，組成一個Python程序也沒有太多的語法細(xì)節(jié)和規(guī)則要求，“信手拈來”就可以組成一個程序。（2）程序可讀性好。通過強(qiáng)制程序縮進(jìn)，Python語言確實(shí)使得程序具有很好的可讀性，同時Python的縮進(jìn)規(guī)則是也有利于程序員養(yǎng)成良好的程序設(shè)計習(xí)慣。（3）豐富的數(shù)據(jù)類型。除了基本的數(shù)值類型外，Python語言還提供了字符串、列表、元組、字典和集合等豐富的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。（4）開源的語言。各種社區(qū)提供了成千上萬不同功能的開源函數(shù)模塊，而且還在不斷地發(fā)展，這為基于Python語言的快速開發(fā)提供了強(qiáng)大支持。（5）解釋型的語言。用Python語言編寫的程序不需要編譯成二進(jìn)制代碼，而可以直接運(yùn)行源代碼。。（6）面向?qū)ο蟮恼Z言。Python語言既可以面向過程，也可以面向?qū)ο?，支持靈活的程序設(shè)計方式。2．Python語言的局限性Python程序的運(yùn)行速度比較慢。Python用代碼縮進(jìn)來區(qū)分語法邏輯的方式可能給初學(xué)者帶來困惑，最常見的情況是Tab和空格的混用會導(dǎo)致錯誤，而這是用肉眼無法分別的。1.1.3Python語言的應(yīng)用領(lǐng)域1．Windows系統(tǒng)編程

在Windows系統(tǒng)下，通過使用pywin32模塊提供的WindowsAPI函數(shù)接口，就可以編寫與Windows系統(tǒng)底層功能相關(guān)的Python程序。利用py2exe模塊可以將Python程序轉(zhuǎn)換為.exe可執(zhí)行程序，使得Python程序可以脫離Python系統(tǒng)環(huán)境來運(yùn)行。2．科學(xué)計算與數(shù)據(jù)可視化

Python中用于科學(xué)計算與數(shù)據(jù)可視化的模塊有很多，例如NumPy、SciPy、SymPy、Matplotlib、Traits、TraitsUI、Chaco、TVTK、Mayavi、VPython、OpenCV等，涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括數(shù)值計算、符號計算、二維圖表、三維數(shù)據(jù)可視化、三維動畫演示、圖像處理以及界面設(shè)計等。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)用

Python數(shù)據(jù)庫模塊有很多，例如，可以通過內(nèi)置的sqlite3模塊訪問SQLite數(shù)據(jù)庫，使用pywin32模塊訪問Access數(shù)據(jù)庫，使用pymysql模塊訪問MySQL數(shù)據(jù)庫，使用pywin32和pymssql模塊來訪問SQLSever數(shù)據(jù)庫。4．多媒體應(yīng)用

PyMedia模塊是一個用于多媒體操作的Python模塊，可以對包括WAV、MP3、AVI等多媒體格式文件進(jìn)行編碼、解碼和播放；PyOpenGL模塊封裝了OpenGL應(yīng)用程序編程接口，通過該模塊可在Python程序中集成二維或三維圖形；PIL（PythonImagingLibrary，Python圖形庫）為Python提供了強(qiáng)大的圖像處理功能，并提供廣泛的圖像文件格式支持。5．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

Python語言提供了socket模塊，對Socket接口進(jìn)行了二次封裝，支持Socket接口的訪問；還提供了urllib、cookielib、httplib、scrapy等大量模塊，用于對網(wǎng)頁內(nèi)容進(jìn)行讀取和處理，并結(jié)合多線程編程以及其他有關(guān)模塊可以快速開發(fā)網(wǎng)頁爬蟲之類的應(yīng)用程序；可以使用Python語言編寫CGI程序，也可以把Python程序嵌入到網(wǎng)頁中運(yùn)行；Python語言還支持Web網(wǎng)站開發(fā)，比較流行的開發(fā)框架有web2py、django等。6．電子游戲應(yīng)用

Pygame就是用來開發(fā)電子游戲軟件的Python模塊，在SDL庫的基礎(chǔ)上開發(fā)，可以支持多個操作系統(tǒng)。使用Pygame模塊，可以在Python程序中創(chuàng)建功能豐富的游戲和多媒體程序。1.2.1Python系統(tǒng)的下載與安裝

從Python官網(wǎng)下載Python系統(tǒng)文件，下載地址為/downloads/。選擇基于Windows操作系統(tǒng)的當(dāng)時最新版本Python3.5.1進(jìn)行下載。

下載完成后，運(yùn)行系統(tǒng)文件python-3.5.1.exe，進(jìn)入Python系統(tǒng)安裝界面。1.2Python語言的開發(fā)環(huán)境

選中“AddPython3.5toPATH”復(fù)選框，并使用默認(rèn)的安裝路徑，單擊“InstallNow”選項，這時進(jìn)入系統(tǒng)安裝過程，安裝完成后單擊close按鈕即可。如果要設(shè)置安裝路徑和其他特性，可以選擇“Customizeinstallation”選項。1.2.2系統(tǒng)環(huán)境變量的設(shè)置

如果在安裝時選中了“AddPython3.5toPATH”復(fù)選框，則會自動將安裝路徑添加到環(huán)境變量Path，否則可以在安裝完成后添加。

添加路徑的方法為：在Windows桌面右擊“計算機(jī)”圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令，然后在打開的對話框中選擇“高級系統(tǒng)設(shè)置”選項，在打開的“系統(tǒng)屬性”對話框中選擇“高級”選項卡，單擊“環(huán)境變量”按鈕，打開“環(huán)境變量”對話框，在“系統(tǒng)變量”區(qū)域選擇“Path”選項，單擊“編輯”按鈕，將安裝路徑添加到Path中，最后單擊“確定”按鈕逐級返回。1.2.3Python程序的運(yùn)行1．命令行形式的Python解釋器（1）在Windows系統(tǒng)的桌面，選擇“開始”→“所有程序”→“Python3.5”→“Python3.5（32-bit）”命令。（2）在Windows桌面單擊“開始”按鈕，選擇“運(yùn)行”選項，在彈出的“運(yùn)行”對話框中選擇Python啟動文件的路徑和文件名python.exe，單擊“確定”按鈕。（3）可以到Python的安裝文件夾下，通過雙擊運(yùn)行python.exe文件來啟動命令行的Python解釋器，或在Python圖標(biāo)上單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“創(chuàng)建快捷方式”命令，之后把建立的快捷方式圖標(biāo)復(fù)制到桌面上，之后通過快捷方式來啟動命令行的Python解釋器。

啟動命令行形式的Python解釋器后出現(xiàn)相應(yīng)的程序窗口，如圖所示。其中“>>>”是Python解釋器的提示符，在提示符后面輸入語句，Python解釋器將解釋執(zhí)行。還可以在Windows命令提示符（即DOS操作界面）下直接運(yùn)行python.exe文件，來啟動命令行的Python解釋器，程序窗口如圖所示。按Ctrl+Z及Enter鍵，或輸入quit()命令，或單擊Python命令行窗口的關(guān)閉按鈕，均可退出Python解釋器。2．圖形用戶界面形式的Python解釋器在Windows系統(tǒng)的桌面，選擇“開始”→“所有程序”→“Python3.5”→“IDLE（Python3.532-bit”來啟動圖形用戶界面形式的Python解釋器，其窗口如圖所示。

在Python解釋器圖形用戶界面窗口，選擇“File”→“Exit”命令，或按Ctrl+Q鍵，或輸入quit()命令，或單擊Python圖形用戶界面窗口的關(guān)閉按鈕，均可退出Python解釋器圖形用戶界面窗口。3．Python的命令執(zhí)行方式

啟動Python解釋器后，可以直接在其提示符（>>>）后輸入語句。例如，先在提示符>>>后輸入一個輸出語句，下一行將接著輸出結(jié)果。>>>print("Hello,World!")Hello,World!>>>print(1+3/4)1.754．Python的程序方式（1）在Python解釋器的程序編輯窗口執(zhí)行Python程序。在Python解釋器圖形用戶界面窗口，選擇“File”→“NewFile”命令，或按Ctrl+N鍵，打開程序編輯窗口，如圖所示。

在程序編輯窗口輸入程序的全部語句，例如輸入語句：print("Hello,World!")

語句輸入完成后，在Python程序編輯窗口選擇“File”→“Save”命令，確定保存文件位置和文件名，例如e:\mypython\hello.py。

在Python程序的編輯窗口選擇“Run”→“RunModule”命令，或按F5鍵，運(yùn)行程序并在Python解釋器圖形用戶界面窗口中輸出運(yùn)行結(jié)果。（2）在Python解釋器提示符下運(yùn)行Python程序在Python解釋器（命令行或圖形用戶界面）的提示符下執(zhí)行import語句來導(dǎo)入程序文件。import語句的作用是將Python程序文件從磁盤加載到內(nèi)存，在加載的同時執(zhí)行程序。例如，運(yùn)行hello.py，可以使用下面的語句。>>>importhello注意，模塊文件名不加擴(kuò)展名“.py”。（3）Windows命令提示符下運(yùn)行Python程序在Windows命令提示符下切換到Python程序文件所在文件夾，因為程序文件位于e:\mypython文件夾下，所以可以先選擇e:盤并設(shè)置其當(dāng)前文件夾為e:\mypython。然后，在Windows命令提示符下輸入python，后跟要執(zhí)行的程序文件名即可，如圖所示。1．常量

在程序運(yùn)行過程中，其值不能改變的數(shù)據(jù)對象稱為常量（constant）。常量按其值的表示形式區(qū)分它的類型。例如，0、435、-78是整型常量，-5.8、3.14159、1.0是實(shí)型常量（也稱作浮點(diǎn)型常量），'410083'、'Python'是字符串常量。1.3常量與變量2．變量的一般概念

在高級語言中，變量（variable）可以看作是一個特定的內(nèi)存存儲區(qū)，該存儲區(qū)由一定個數(shù)字節(jié)的內(nèi)存單元組成，并可以通過變量的名字來訪問。

高級語言中的變量具有變量名、變量值和變量地址三個屬性。

變量在它存在期間，在內(nèi)存中占據(jù)一定的存儲單元，以存放變量的值。3．Python變量（1）變量的數(shù)據(jù)類型

Python語言是一種動態(tài)類型語言，變量的數(shù)據(jù)類型是在給變量賦值時確定，對變量的每一次賦值，都可能改變變量的類型。例如：可以使用Python內(nèi)置函數(shù)type()來查詢變量的類型。例如：（2）變量與地址的關(guān)系

Python語言采用基于值的內(nèi)存管理方式，不同的值分配不同的內(nèi)存空間。這可理解為，Python變量并不是某一個固定內(nèi)存單元的標(biāo)識，而是對內(nèi)存中存儲的某個數(shù)據(jù)的引用（reference），這個引用是可以動態(tài)改變的。4．Python標(biāo)識符

在Python中，標(biāo)識符由字母、數(shù)字和下劃線（_）組成，但不能以數(shù)字開頭，標(biāo)識符中的字母是區(qū)分大小寫的。例如，abc、a_b_c、Student_ID都是合法的標(biāo)識符，sum、Sum、SUM代表不同的標(biāo)識符。單獨(dú)的下劃線（_）是一個特殊變量，用于表示上一次運(yùn)算的結(jié)果。

5．Python關(guān)鍵字

所謂關(guān)鍵字（keyword），就是Python語言中事先定義的、具有特定含義的標(biāo)識符，有時又稱保留字。關(guān)鍵字不允許另作它用，否則執(zhí)行時會出現(xiàn)語法錯誤?？梢栽谑褂胕mport語句導(dǎo)入keyword模塊后使用print(keyword.kwlist)語句查看所有Python關(guān)鍵字。語句如下。>>>importkeyword>>>print(keyword.kwlist)1.4.1數(shù)值類型1．整型數(shù)據(jù)

整型數(shù)據(jù)即整數(shù)，不帶小數(shù)點(diǎn)，但可以有正號或負(fù)號。在Python中，整型數(shù)據(jù)的值在計算機(jī)內(nèi)的表示不是固定長度的，只要內(nèi)存許可，整數(shù)可以擴(kuò)展到任意長度，整數(shù)的取值范圍幾乎包括了全部整數(shù)（無限大），這給大數(shù)據(jù)的計算帶來便利。

1.4Python數(shù)據(jù)類型Python的整型常量有4種表示形式：（1）十進(jìn)制整數(shù)。（2）二進(jìn)制整數(shù)。它以0b或0B(數(shù)字0加字母b或B)開頭，后接數(shù)字0,1的整數(shù)。（3）八進(jìn)制整數(shù)。它是以0o或0O（數(shù)字0加小寫字母o或大寫字母O）開頭，后接數(shù)字0～7的整數(shù)。（4）十六進(jìn)制整數(shù)。它是以0x或0X開頭，后接0～9和A～F（或用小寫字母）字符的整數(shù)。2．浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)表示一個實(shí)數(shù)，有兩種表示形式：（1）十進(jìn)制小數(shù)形式。它由數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)組成，如3.23、34.0、0.0等。浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)允許小數(shù)點(diǎn)后面沒有任何數(shù)字，表示小數(shù)部分為0，如34.表示34.0。（2）指數(shù)形式。指數(shù)形式即用科學(xué)計數(shù)法表示的浮點(diǎn)數(shù)。例如，45e-5、45e-6、9.34e2是合法的浮點(diǎn)型常量，分別代表45×10-5、45×10-6、9.34×102。

3．復(fù)數(shù)型數(shù)據(jù)

復(fù)數(shù)類型數(shù)據(jù)的形式為：a+bJ

其中a是復(fù)數(shù)的實(shí)部，b是復(fù)數(shù)的虛部，J表示-1的平方根（虛數(shù)單位）。J也可以寫成小寫j，注意不是數(shù)學(xué)上的i。

可以通過x.real和x.imag來分別獲取復(fù)數(shù)x的實(shí)部和虛部，結(jié)果都是浮點(diǎn)型。1.4.2字符串類型1．Python標(biāo)準(zhǔn)字符串

在Python中定義一個標(biāo)準(zhǔn)字符串可以使用單引號、雙引號和三引號（三個單引號或三個雙引號），這使得Python輸入文本更方便。例如，當(dāng)字符串的內(nèi)容中包含雙引號時，就可以用單引號定義，反之亦然。

用單引號或雙引號括起來的字符串必須在一行內(nèi)表示，這是最常見的表示字符串的方法。而用三引號括起來的字符串可以是多行的。2．轉(zhuǎn)義字符

轉(zhuǎn)義字符以反斜杠“\”開頭，后跟一個或幾個字符。轉(zhuǎn)義字符具有特定的含義，不同于字符原有的意義，故稱轉(zhuǎn)義字符，主要用來表示那些用一般字符不便于表示的控制代碼。例如，“\n”表示以后的輸出從下一行開始；“\r”表示對當(dāng)前行作重疊輸出（只回車，不換行）；字符“\t”是制表符，其作用是使當(dāng)前輸出位置橫向跳至一個輸出區(qū)的第一列。3．基本的字符串函數(shù)（1）eval()函數(shù)

與字符串有關(guān)的一個重要函數(shù)是eval，其調(diào)用格式為：

eval(字符串)

eval()函數(shù)的作用是把字符串的內(nèi)容作為對應(yīng)的Python語句來執(zhí)行。（2）len()函數(shù)

len()函數(shù)返回字符串的長度，即字符串中所包含的字符個數(shù)，其調(diào)用格式為：

len(字符串)1.4.3布爾類型

在Python中，布爾型數(shù)據(jù)有True和False，分別代表邏輯真和邏輯假。

值為真或假的表達(dá)式稱為布爾表達(dá)式，Python的布爾表達(dá)式包括關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式和邏輯運(yùn)算表達(dá)式，它們通常用來在程序中表示條件，條件滿足時結(jié)果為True，不滿足時結(jié)果為False。

在Python中，邏輯值True和False實(shí)際上是分別用整型值1和0參與運(yùn)算。例如：>>>x=False>>>x+(5>4)11.4.4復(fù)合數(shù)據(jù)類型

列表、元組、字典和集合類型的數(shù)據(jù)包含多個相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素，所以稱它們?yōu)閺?fù)合數(shù)據(jù)類型。字符串其實(shí)也是一種復(fù)合數(shù)據(jù)，其元素是單個字符。

列表、元組和字符串是有順序的數(shù)據(jù)元素的集合體，稱作序列（sequence）。序列可以通過各數(shù)據(jù)元素在序列中的位置編號（索引）來訪問數(shù)據(jù)元素。字典和集合屬于無順序的數(shù)據(jù)集合體，不能通過位置編號來訪問數(shù)據(jù)元素。1．列表

列表（list）是寫在中括號之間、用逗號分隔的元素序列，元素的類型可以不相同，可以是數(shù)字、單個字符、字符串甚至可以包含列表（所謂嵌套）。例如：>>>mlist=['brenden',45.3,911,'john',32]與Python字符串不同的是，列表中的元素是可以改變的。例如：>>>a=[1,2,3,4,5,6]>>>a[0]=9>>>a[9,2,3,4,5,6]2．元組

元組（tuple）是寫在小括號之間、用逗號隔開的元素序列。元組中的元素類型也可以不相同。元組與列表類似，不同之處在于元組的元素不能修改，相當(dāng)于只讀列表。例如：>>>mtuple=('brenden',45.3,911,'john',32)要注意一些特殊元組的表示方法?？盏膱A括號表示空元組。當(dāng)元組只有一個元素時，必須以逗號結(jié)尾。任何一組以逗號分隔的對象，當(dāng)省略標(biāo)識序列的括號時，默認(rèn)為元組。例如：>>>2,3,4(2,3,4)元組與字符串類似，元素不能二次賦值。其實(shí)，可以把字符串看作一種特殊的元組。元組和列表有幾點(diǎn)重要的區(qū)別。列表元素用中括號[]括起來，且元素的個數(shù)及元素的值可以改變。元組元素用小括號()括起來，且不可以更改。元組可以看成是只讀的列表。3．字典字典（dictionary）是寫在大括號之間、用逗號分隔的元素集合，其元素由關(guān)鍵字（key，也稱作鍵）和關(guān)鍵字對應(yīng)的值（value）組成，通過關(guān)鍵字來存取的字典中的元素。列表和元組是有序的對象結(jié)合，字典是無序的對象集合。字典是一種映射類型（mappingtype），它是一個無序的“關(guān)鍵字:值”對集合。關(guān)鍵字必須使用不可變類型，也就是說列表和包含可變類型的元組不能做索引關(guān)鍵字。在同一個字典中，關(guān)鍵字還必須互不相同。例如：>>>dict={'name':'brenden','code':410012,'dept':'sales'}4．集合集合（set）是一個無序且包含不重復(fù)元素的數(shù)據(jù)類型?；竟δ苁沁M(jìn)行成員關(guān)系測試和消除重復(fù)元素?？梢允褂么罄ㄌ柣蛘遱et()函數(shù)創(chuàng)建集合類型，注意：創(chuàng)建一個空集合必須用set()而不是{}，因為{}是用來創(chuàng)建一個空字典。>>>student={'Tom','Jim','Mary','Tom','Jack','Rose'}

Python的標(biāo)準(zhǔn)庫包含很多模塊，每個模塊中定義了很多有用的函數(shù)，這些函數(shù)稱為系統(tǒng)函數(shù)。例如，數(shù)學(xué)庫模塊（math）提供了很多數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，復(fù)數(shù)模塊（cmath）提供了用于復(fù)數(shù)運(yùn)算的函數(shù)，隨機(jī)數(shù)模塊（random）提供了用來生成隨機(jī)數(shù)的函數(shù)，時間（time）和日歷（calendar）模塊提供了能處理日期和時間的函數(shù)。1.5常用系統(tǒng)函數(shù)在調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)之前，先要使用import語句導(dǎo)入相應(yīng)的模塊，格式如下：import模塊名還有一種導(dǎo)入模塊的方法，格式如下：from模塊名import函數(shù)名如果希望導(dǎo)入模塊中的所有函數(shù)定義，則函數(shù)名用“*”。格式如下：from模塊名import*1.5.1常用模塊函數(shù)1．math模塊函數(shù)

math模塊主要處理數(shù)學(xué)相關(guān)的運(yùn)算。2．cmath模塊函數(shù)

cmath模塊函數(shù)跟math模塊函數(shù)基本一致，包括圓周率、自然對數(shù)的底，還有復(fù)數(shù)的冪指數(shù)、對數(shù)函數(shù)、平方根函數(shù)、三角函數(shù)等。cmath模塊函數(shù)名和math模塊函數(shù)名一樣，只是math模塊對實(shí)數(shù)運(yùn)算進(jìn)行支持，cmath模塊對復(fù)數(shù)運(yùn)算進(jìn)行支持。3．random模塊函數(shù)（1）隨機(jī)數(shù)種子（2）隨機(jī)挑選和排序（3）生成隨機(jī)數(shù)4．time模塊函數(shù)

例如，time()函數(shù)返回當(dāng)前時間的時間戳。5．calendar模塊函數(shù)

日歷（calendar）模塊提供與日歷相關(guān)的功能。在默認(rèn)情況下，日歷把星期一作為一周的第一天，星期日為最后一天。要改變這種設(shè)置，可以調(diào)用setfirstweekday()函數(shù)。1.5.2常用內(nèi)置函數(shù)

Python內(nèi)置函數(shù)包含在模塊builtins中，該模塊在啟動Python解釋器時自動裝入內(nèi)存，而其他的模塊函數(shù)都要等使用import語句導(dǎo)入時才會裝入內(nèi)存。內(nèi)置函數(shù)隨著Python解釋器的運(yùn)行而創(chuàng)建，在程序中可以隨時調(diào)用這些函數(shù)。前面用到的print()函數(shù)、type()、id()函數(shù)都是常見的內(nèi)置函數(shù)。1．range()函數(shù)range()函數(shù)的調(diào)用格式是：

range([start,]end[,step])

range()函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)字序列從start開始，默認(rèn)是從0開始；序列到end結(jié)束，但不包含end；如果指定了可選的步長step，則序列按步長增加，默認(rèn)為1。例如：>>>range(2)#產(chǎn)生可迭代對象range(0,2)2．?dāng)?shù)值運(yùn)算函數(shù)Python有些內(nèi)置函數(shù)用于數(shù)值運(yùn)算。abs(x)：返回x的絕對值，結(jié)果保持x的類型。x為復(fù)數(shù)時返回復(fù)數(shù)的模。pow(x,y[,z])：省略z時，返回x的y次冪，結(jié)果保持x或y的類型。如果使用了參數(shù)z，其結(jié)果是x的y次方再對z求余數(shù)。round(x[,n])：用于對浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行四舍五入運(yùn)算，返回值為浮點(diǎn)數(shù)。它有一個可選的小數(shù)位數(shù)參數(shù)。divmod(x,y)：把除法和取余運(yùn)算結(jié)合起來,返回一個包含商和余數(shù)的元組。3．Python系統(tǒng)的幫助信息查看Python幫助信息可以使用內(nèi)置函數(shù)dir()和help()。dir()函數(shù)的調(diào)用方法很簡單，只需把想要查詢的對象加到括號中就可以了，它返回一個列表，其中包含要查詢對象的所有屬性和方法。查看某個對象的幫助信息可以用help()函數(shù)。1.6.1算術(shù)運(yùn)算1．算術(shù)運(yùn)算符與算術(shù)表達(dá)式Python的算術(shù)運(yùn)算符有：+（加）、-（減）、*（乘）、/（除）、//（整除）、%（求余）、**（乘方）1.6基本運(yùn)算

/、//和%運(yùn)算符都是做除法運(yùn)算，其中“/”運(yùn)算符做一般意義上的除法，其運(yùn)算結(jié)果是一個浮點(diǎn)數(shù)，即使被除數(shù)和除數(shù)都是整型，也返回一個浮點(diǎn)數(shù)；“//”運(yùn)算符做除法運(yùn)算后返回商的整數(shù)部分。如果分子或者分母是浮點(diǎn)型，它返回的值將會是浮點(diǎn)類型；“%”運(yùn)算符做除法運(yùn)算后返回余數(shù)。

“**”運(yùn)算符實(shí)現(xiàn)乘方運(yùn)算，其優(yōu)先級高于乘除運(yùn)算，乘除運(yùn)算優(yōu)先級高于加減運(yùn)算。Python表達(dá)式書寫練習(xí)：2．浮點(diǎn)數(shù)的計算誤差

Python中能表示浮點(diǎn)數(shù)的有效數(shù)字是有限的，而在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)的有效位數(shù)并無限制，這種矛盾，勢必帶來計算時的微小誤差。

對浮點(diǎn)數(shù)判斷是否相等要慎用“==”運(yùn)算符，恰當(dāng)?shù)霓k法是判斷它們是否“約等于”，只要在允許的誤差范圍內(nèi)，這種判斷仍是有意義的。所謂“約等于”是指兩個浮點(diǎn)數(shù)非常接近，即它們的差足夠?。ň唧w誤差可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整）。3．?dāng)?shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換

常用的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)如下。int(x)將x轉(zhuǎn)換為整型。float(x)將x為轉(zhuǎn)換浮點(diǎn)型。complex(x)將x轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)，其中復(fù)數(shù)的實(shí)部為x和虛部為0。complex(x,y)將x和y轉(zhuǎn)換成一個復(fù)數(shù)，其中實(shí)部為x和虛部y。1.6.2位運(yùn)算1．按位與運(yùn)算

按位與運(yùn)算符是&，其運(yùn)算規(guī)則為：

0&0=0，0&1=0，1&0=0，1&1=12．按位或運(yùn)算

按位或運(yùn)算符是|，其運(yùn)算規(guī)則為：

0|0=0，0|1=1，1|0=1，1|1=13．按位異或運(yùn)算

按位異或運(yùn)算符是^，其運(yùn)算規(guī)則為：

0^0=0，0^1=1，1^0=1，1^1=04．按位取反運(yùn)算

按位取反運(yùn)算符是~，其運(yùn)算規(guī)則為：

~0=1，~1=0第2章

順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的基本步驟算法的概念Python程序的書寫規(guī)則賦值語句輸入輸出語句順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法2.1.1程序設(shè)計的基本步驟分析問題，確定數(shù)學(xué)模型或方法設(shè)計算法，畫出流程圖選擇編程工具，按算法編寫程序調(diào)試程序，分析輸出結(jié)果2.1程序設(shè)計概述2.1.2算法及其描述1.算法的概念計算機(jī)解決問題的方法和步驟，就是計算機(jī)解題的算法。例2-1

求例2-2

輸入20個數(shù)，要求找出其中最大的數(shù)。2.算法的描述

（1）用傳統(tǒng)流程圖描述算法例2-3

用傳統(tǒng)流程圖來描述例2-1和例2-2的算法。用傳統(tǒng)流程圖描述的算法分別如圖2-1和圖2-2所示。用傳統(tǒng)流程圖描述例2-1的算法

用傳統(tǒng)流程圖描述例2-2的算法（2）用結(jié)構(gòu)化流程圖描述算法①程序的三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。

順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)

（a）當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)（b）直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)

三種基本程序結(jié)構(gòu)具有如下共同特點(diǎn)：只有一個入口。只有一個出口。結(jié)構(gòu)中無死語句，即結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一部分都有機(jī)會被執(zhí)行。結(jié)構(gòu)中無死循環(huán)，即循環(huán)在滿足一定條件后能正常結(jié)束。②結(jié)構(gòu)化流程圖（N-S圖）：以三種基本結(jié)構(gòu)作為構(gòu)成算法的基本元素，每一種基本結(jié)構(gòu)用一個矩形框來表示，而且取消了流程線，各基本結(jié)構(gòu)之間保持順序執(zhí)行關(guān)系。

順序結(jié)構(gòu)的N-S圖

選擇結(jié)構(gòu)的N-S圖

（a）當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)

（b）直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)例

用N-S圖描述例2-1和例2-2的算法。

用N-S圖描述例2-1的算法用N-S圖描述例2-2的算法2.2.1初識Python程序例

輸入三個變量的值，然后按小到大順序輸出。程序如下：x=int(input('inputx:'))#輸入x的值y=int(input('inputy:'))#輸入y的值z=int(input('inputz:'))#輸入z的值ifx>y:#如果x>y，則x和y的值互換x,y=y,xifx>z:#如果x>z，則x和z的值互換x,z=z,xify>z:#如果y>z，則y和z的值互換y,z=z,yprint(x,y,z)2.2Python程序的書寫規(guī)則例

已知f(x,y)=x2+y2，輸入x，y的值，求出對應(yīng)的函數(shù)值。程序如下：deff(x,y):returnx**2+y**2print("f(3,4)=",f(3,4))第一個語句定義了一個函數(shù)，然后調(diào)用該函數(shù)。前面的f(x,y)函數(shù)可以定義成lambda函數(shù)的形式。f=lambdax,y:x**2+y**2print("f(3,4)=",f(3,4))例

輸出Fibonacci數(shù)列前50項之和。程序如下：a,b=0,1s=0foriinrange(50):#i從0變化到49

s+=ba,b=b,a+bprint("s=",s)程序段一：foriinrange(0,50):s+=b

a,b=b,a+b2.2.2

Python語句縮進(jìn)規(guī)則Python通過語句縮進(jìn)對齊反映語句之間的邏輯關(guān)系，從而區(qū)分不同的語句塊。就一個語句塊來講，需要保持一致的縮進(jìn)量。程序段二：foriinrange(0,50):

s+=ba,b=b,a+b兩種縮進(jìn)方式可用流程圖直觀表示。（a）（b）兩種縮進(jìn)方式的比較2.2.3Python語句行與注釋1．語句行在Python中，語句行從解釋器提示符后的第一列開始，前面不能有任何空格，否則會產(chǎn)生語法錯誤。每個語句行以回車符結(jié)束?？梢栽谕恍兄惺褂枚鄺l語句，語句之間使用分號分隔。如果語句行太長，可以使用反斜杠將一行語句分為多行顯示。如果在語句中包含小括號、中括號或大括號，則不需要使用多行續(xù)行符。2．注釋注釋對程序的執(zhí)行沒有任何影響，目的是對程序作解釋說明，以增強(qiáng)程序的可讀性。程序中的單行注釋采用#開頭，注釋可以從任意位置開始，可以在語句行末尾，也可以獨(dú)立成行。對于多行注釋，一般推薦使用多個#開頭的多行注釋，也可采用三引號（實(shí)際上是用三引號括起來的一個多行字符串，起到注釋的作用）。注意，注釋行是不能使用反斜杠續(xù)行的。2.3賦值語句Python的賦值和一般的高級語言的賦值有很大的不同，它是數(shù)據(jù)對象的一個引用。2.3.1賦值語句的一般格式一個變量通過賦值可以指向不同類型的對象。賦值語句的一般格式為：變量=表達(dá)式賦值號左邊必須是變量，右邊則是表達(dá)式。賦值的意義是先計算表達(dá)式的值，然后使該變量指向該數(shù)據(jù)對象，該變量可以理解為該數(shù)據(jù)對象的別名。Python是動態(tài)類型語言，也就是說不需要預(yù)先定義變量類型，變量的類型和值在賦值那一刻被初始化。例如：>>>x=67.2>>>x="ABCD"Python中的賦值并不是直接將一個值賦給一個變量，而是通過引用傳遞的。在賦值時，不管這個對象是新創(chuàng)建的還是一個已經(jīng)存在的，都是建立變量對該數(shù)據(jù)對象的引用（并不是值）。2.3.2復(fù)合賦值語句Python還提供了12種復(fù)合賦值運(yùn)算符：+=、-=、*=、/=、//=、%=、**=、<<=、>>=、&=、|=、^=其中，前7種是常用的算術(shù)運(yùn)算，后5種是關(guān)于位運(yùn)算的復(fù)合賦值運(yùn)算符。例如：x+=5.0x*=u+v分別等價于“x=x+5.0”和“x=x*(u+v)”。2.3.3多變量賦值1．鏈?zhǔn)劫x值鏈?zhǔn)劫x值語句的一般形式為：變量1=變量2=……=變量n=表達(dá)式例如：>>>a=b=10賦值語句執(zhí)行時，創(chuàng)建一個值為10的整型對象，將對象的同一個引用賦值給a和b，即a和b均指向數(shù)據(jù)對象10。2．同步賦值同步賦值的一般形式為：變量1,變量2,……,變量n=表達(dá)式1,表達(dá)式2,……,表達(dá)式n其中賦值號左邊變量的個數(shù)與右邊表達(dá)式的個數(shù)要一致。同步賦值首先計算右邊n個表達(dá)式的值，然后同時將表達(dá)式的值賦值給左邊的n個變量，這并非等同于簡單地將多個單一賦值語句進(jìn)行組合。例如：>>>a,b,c=10,20,302.4.1標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出1．標(biāo)準(zhǔn)輸入Python用內(nèi)置函數(shù)input()實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)輸入，其調(diào)用格式為：input([提示字符串])其中，中括號中的“提示字符串”是可選項。如果有“提示字符串”，則原樣顯示，提示用戶輸入數(shù)據(jù)。input()函數(shù)從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤）讀取一行數(shù)據(jù)，并返回一個字符串（去掉結(jié)尾的換行符）。例如：>>>

name=input("Pleaseinputyourname:")Pleaseinputyourname:jasmine↙2.4

數(shù)據(jù)輸入輸出2．標(biāo)準(zhǔn)輸出Python語言直接使用表達(dá)式可以輸出該表達(dá)式的值。常用的輸出方法是用print()函數(shù)，其調(diào)用格式為：print([輸出項1,輸出項2,……,輸出項n][,sep=分隔符][,end=結(jié)束符])其中sep表示輸出時各輸出項之間的分隔符（默認(rèn)以空格分隔），end表示結(jié)束符（默認(rèn)以回車換行結(jié)束）。例如：print(10,20,sep=',',end='*')print(30)輸出結(jié)果為：10,20*302.4.2格式化輸出Python格式化輸出的基本做法是，將輸出項格式化，然后利用print()函數(shù)輸出。具體實(shí)現(xiàn)方法有三種：利用字符串格式化運(yùn)算符%。利用format()內(nèi)置函數(shù)。利用字符串的format()方法。1．字符串格式化運(yùn)算符%在Python中，格式化輸出時,用運(yùn)算符%分隔格式字符串與輸出項，一般格式為；格式字符串%(輸出項1,輸出項2,……,輸出項n)其中，格式字符串由普通字符和格式說明符組成。普通字符原樣輸出，格式說明符決定所對應(yīng)輸出項的輸出格式。格式說明符以百分號%開頭，后接格式標(biāo)志符。例如：>>>print("%+3d,%0.2f"%(25,123.567))+25,123.572．format()內(nèi)置函數(shù)format()內(nèi)置函數(shù)可以將一個輸出項單獨(dú)進(jìn)行格式化，一般格式為：format(輸出項[,格式字符串])其中，格式字符串是可選項。當(dāng)省略格式字符串時，該函數(shù)等價于函數(shù)“str(輸出項)”的功能。format()內(nèi)置函數(shù)把輸出項按格式字符串中的格式說明符進(jìn)行格式化。>>>print(format(15,'X'),format(65,'c'),format(3.145,'f'))FA3.1450003．字符串的format()方法在Python中，字符串都有一個format()方法，這個方法會把格式字符串當(dāng)作一個模版，通過傳入的參數(shù)對輸出項進(jìn)行格式化。字符串format()方法的調(diào)用格式為：格式字符串.format(輸出項1,輸出項2,……,輸出項n)格式說明符使用大括號擴(kuò)起來，一般形式如下：{[序號或鍵]:格式說明符}例如：>>>'{0:.2f},{1}'.format(3.145,500)'3.15,500'2.5順序結(jié)構(gòu)程序舉例例已知x，y，求z的值。分析：這是一個求表達(dá)式值的問題，程序分為以下三步。求x，y的值。求z的值。輸出z的值。例

從鍵盤輸入一個三位整數(shù)n，輸出其逆序數(shù)m。例如，輸入n=127，則m=721。分析：程序分為以下三步。輸入一個3位整數(shù)n。求逆序數(shù)m。輸出m。例

求一元二次方程ax2

+

bx

+

c

=

0的根。分析：由于Python能進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，所以不需要判斷方程的判別式，而直接根據(jù)求根公式求根。調(diào)用復(fù)數(shù)運(yùn)算函數(shù)需要導(dǎo)入cmath模塊。例有一線段AB，A的坐標(biāo)為(1，1)，B的坐標(biāo)為(4.5，4.5)，如圖2-13所示。求AB的長度，以及黃金分隔點(diǎn)C的坐標(biāo)。黃金分割點(diǎn)在線段的0.618處。分析：A，B的坐標(biāo)可用復(fù)數(shù)表示：即A為(1+1j)，B為(4.5+4.5j)。AB的長度就是(A-B)的模，可用abs函數(shù)直接求出復(fù)數(shù)的模。黃金分隔點(diǎn)C的坐標(biāo)為A+0.618×(B-A)。第3章

選擇結(jié)構(gòu)Python中表示條件的方法if語句選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法。3.1.1關(guān)系運(yùn)算Python的關(guān)系運(yùn)算符有：<（小于）、<=（小于等于）、>（大于）、>=（大于等于）、==（等于）、!=（不等于）關(guān)系運(yùn)算符用于兩個量的比較判斷。由關(guān)系運(yùn)算符將兩個表達(dá)式連接起來的式子就稱為關(guān)系表達(dá)式，它用來表示條件，其一般格式為：表達(dá)式1關(guān)系運(yùn)算符表達(dá)式2例如，i+j==k，a<b+c。3.1條件的描述3.1.2邏輯運(yùn)算1．邏輯運(yùn)算符Python的邏輯運(yùn)算符有：and(邏輯與)、or(邏輯或)、not(邏輯非)其中and和or運(yùn)算符要求有兩個運(yùn)算量，用于連接兩個條件，構(gòu)成更復(fù)雜的條件。not運(yùn)算符只作用于后面的一個邏輯量。2．邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式是用邏輯運(yùn)算符將邏輯量連接起來的式子。除not以外，and和or構(gòu)成的邏輯表達(dá)式一般形式為：P邏輯運(yùn)算符Q其中P，Q是兩個邏輯量。例

寫出下列條件。（1）判斷年份year是否為閏年。（2）判斷ch是否為小寫字母。（3）判斷m能否被n整除。（4）判斷ch既不是字母也不是數(shù)字字符。條件1：(year%4==0andyear%100!=0)oryear%400==0條件2：ch>='a'andch<='z'條件3：m%n==0或m-m/n*n==0條件4：not((ch>='A'andch<='Z')or(ch>='a'andch<='z')or(ch>='0'andch<='9'))3．邏輯運(yùn)算的重要規(guī)則邏輯與（and）和邏輯或（or）運(yùn)算分別有如下性質(zhì)：（1）aandb：當(dāng)a為False時，不管b為何值，結(jié)果為False。（2）aorb：當(dāng)a為True時，不管b為何值，結(jié)果為True。對于aandb，當(dāng)a的可解釋為False，則表達(dá)式值為False，否則表達(dá)式的值為b；對于aorb，如果a為False，則表達(dá)式的值為b，否則表達(dá)式值為True。3.1.3測試運(yùn)算1．成員測試in運(yùn)算符用于在指定的序列中查找某個值是否存在，存在返回True，否則返回False。該運(yùn)算符的使用格式是xiny，如果x在y序列中則返回True，否則返回False。例如：>>>3in(20,15,3,14,5)True“notin”的含義是，如果在指定的序列中沒有找到值，則返回True，否則返回False。對于xnotiny，如果x不在y序列中返回True，否則返回False。例如：>>>3notin(20,15,3,14,5)False2．身份測試身份運(yùn)算符用于測試兩個變量是否指向同一個對象。例如：>>>a=20>>>b=20>>>aisbTrue>>>aisnotbFalse3.2.1單分支選擇結(jié)構(gòu)可以用if語句實(shí)現(xiàn)單分支選擇結(jié)構(gòu)，其一般格式為：if表達(dá)式:

語句塊3.2選擇結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)單分支if語句的執(zhí)行過程注意：（1）在if語句的表達(dá)式后面必須加冒號。（2）因為Python把非0當(dāng)作真，0當(dāng)作假，所以表示條件的表達(dá)式不一定必須是結(jié)果為True或False的關(guān)系表達(dá)式或邏輯表達(dá)式，可以是任意表達(dá)式。（3）if語句中的語句塊必須向右縮進(jìn)，語句塊可以是單個語句，也可以是多個語句。當(dāng)包含兩個或兩個以上的語句時，語句必須縮進(jìn)一致，即語句塊中的語句必須上下對齊。（4）如果語句塊中只有一條語句，if語句也可以寫在同一行上。例如：例3-2輸入兩個整數(shù)a和b，先輸出較大數(shù)，再輸出較小數(shù)。分析：輸入a，b，如果a<b，則交換a和b，否則不交換，最后輸出a，b。程序如下：a,b=eval(input("輸入a,b:"))ifa<b:#若a<b，交換a和b，否則不交換a,b=b,aprint("{0},{1}".format(a,b))3.2.2雙分支選擇結(jié)構(gòu)可以用if語句實(shí)現(xiàn)雙分支選擇結(jié)構(gòu)，其一般格式為：if表達(dá)式:

語句塊1else:

語句塊2雙分支if語句的執(zhí)行過程例

輸入三角形的三個邊長，求三角形的面積。分析：設(shè)a，b，c表示三角形的三個邊長，則構(gòu)成三角形的充分必要條件是任意兩邊之和大于第三邊，即a+b>c，b+c>a，c+a>b。如果該條件滿足，則可按照海倫公式計算三角形的面積：其中p=(a+b+c)/2。程序如下：frommathimport*a,b,c=eval(input("a，b，c="))ifa+b>canda+c>bandb+c>a:p=(a+b+c)/2s=sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c))print("a={0},b={1},c={2}".format(a,b,c))print("area={}".format(s))else:print("a={0},b={1},c={2}".format(a,b,c))print("inputdataerror")例

輸入x，求對應(yīng)的函數(shù)值y。分析：這是一個具有兩個分支的分段函數(shù)，為了求函數(shù)值，可以采用雙分支結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。程序如下：frommathimport*x=eval(input("x="))ifx<0:y=log(-5*x)+fabs(x)else:y=sin(x)+sqrt(x+exp(2))/(2*pi)print("x={},y={}".format(x,y))還可以采用兩個單分支結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，程序如下：frommathimport*x=eval(input("x="))ifx<0:y=log(-5*x)+fabs(x)ifx>=0:y=sin(x)+sqrt(x+exp(2))/(2*pi)print("x={},y={}".format(x,y))

思考：第一個if語句能否不寫，并分析原因。第二個if語句能否不用，并分析原因。3.2.3多分支選擇結(jié)構(gòu)多分支if語句的一般格式為：if表達(dá)式1:語句塊1elif表達(dá)式2:

語句塊2elif表達(dá)式3:

語句塊3……elif表達(dá)式m:

語句塊m[else:

語句塊n]多分支if選擇結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程例

輸入學(xué)生的成績，根據(jù)成績進(jìn)行分類，85以上為優(yōu)秀，70~84為良好，60~69為及格，60以下為不及格。分析：將學(xué)生成績分為四個分?jǐn)?shù)段，然后根據(jù)各分?jǐn)?shù)段的成績，輸出不同的等級。程序分為四個分支，可以用四個單分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，也可以用多分支if語句實(shí)現(xiàn)。程序如下：g=float(input("請輸入學(xué)生成績:"))ifg<60:print("不及格")elifg<70:print("及格")elifg<85:print("良好")else:print("優(yōu)秀")語句二：if表達(dá)式1:if表達(dá)式2:

語句塊1else:

語句塊23.2.4選擇結(jié)構(gòu)的嵌套if語句中可以再嵌套if語句，例如，有以下不同形式的嵌套結(jié)構(gòu)。語句一：if表達(dá)式1:if表達(dá)式2:

語句塊1else:

語句塊2Python的條件運(yùn)算有三個運(yùn)算量，其一般格式為：表達(dá)式1if表達(dá)式else表達(dá)式2條件運(yùn)算的運(yùn)算規(guī)則是，先求if后面表達(dá)式的值，如果其值為True，則求表達(dá)式1，并以表達(dá)式1的值為條件運(yùn)算的結(jié)果。如果if后面表達(dá)式的值為False，則求表達(dá)式2，并以表達(dá)式2的值為條件運(yùn)算的結(jié)果。例如，z=xifx>yelsey。3.3條件運(yùn)算例

生成3個兩位隨機(jī)整數(shù)，輸出其中最大的數(shù)。這里用條件運(yùn)算表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)，程序如下：importrandomx=random.randint(10,99)y=random.randint(10,99)z=random.randint(10,99)max=xifx>yelseymax=maxifmax>zelsezprint("x={0},y={1},z={2}".format(x,y,z))print("max=",max)例

輸入一個整數(shù)，判斷它是否為水仙花數(shù)。所謂水仙花數(shù)，是指這樣的一些三位整數(shù)：各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身，例如153=13+53+33，因此153是水仙花數(shù)。分析：關(guān)鍵的一步是先分別求三位整數(shù)個位、十位、百位數(shù)字，再根據(jù)條件判斷該數(shù)是否為水仙花數(shù)。3.4選擇結(jié)構(gòu)程序舉例例

輸入一個時間（小時:分鐘:秒），輸出該時間經(jīng)過5分30秒后的時間。

hour=int(input('請輸入小時:'))minute=int(input('請輸入分鐘:'))second=int(input('請輸入秒:'))second+=30ifsecond>=60:second=second-60minute+=1minute+=5ifminute>=60:minute=minute-60hour+=1ifhour==24:hour=0print('{0:d}:{1:d}:{2:d}'.format(hour,minute,second))例

硅谷公司員工的工資計算方法如下：（1）工作時數(shù)超過120小時者，超過部分加發(fā)15%。（2）工作時數(shù)低于60小時者，扣發(fā)700元。（3）其余按每小時84元計發(fā)。輸入員工的工號和該員工的工作時數(shù)，計算應(yīng)發(fā)工資。分析：為了計算應(yīng)發(fā)工資，首先分兩種情況，即工時數(shù)小于等于120小時和大于120小時。工時數(shù)超過120小時時，實(shí)發(fā)工資有規(guī)定的計算方法。而工時數(shù)小于等于120小時時，又分為大于60和小于等于60兩種情況，分別有不同的計算方法。所以程序分為3個分支，即工時數(shù)>120、60<工時數(shù)≤120和工時數(shù)≤60，可以用多分支if結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，也可以用if的嵌套實(shí)現(xiàn)。例

輸入年月，求該月的天數(shù)。分析：用year、month分別表示年和月，day表示每月的天數(shù)?？紤]到以下兩點(diǎn)。（1）每年的1、3、5、7、8、10、12月，每月有31天；4、6、9、11月，每月有30天；閏年2月有29天，平年2月有28天。（2）年份能被4整除，但不能被100整除，或者能被400整除的年均是閏年。第4章

循環(huán)結(jié)構(gòu)while語句for語句循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法。4.1.1while語句1．while語句的一般格式while語句的一般格式為：while表達(dá)式:

語句塊while語句中的表達(dá)式表示循環(huán)條件，可以是結(jié)果能解釋為True或False的任何表達(dá)式，常用的是關(guān)系表達(dá)式和邏輯表達(dá)式。表達(dá)式后面必須加冒號。語句塊是重復(fù)執(zhí)行的部分，稱作循環(huán)體。4.1while循環(huán)結(jié)構(gòu)while語法的執(zhí)行過程注意：（1）當(dāng)循環(huán)體由多個語句構(gòu)成時，必須用縮進(jìn)對齊的方式組成一個語句塊，否則會產(chǎn)生錯誤。（2）與if語句的語法類似，如果while循環(huán)體中只有一條語句，可以將該語句與while寫在同一行中。（3）如果表達(dá)式永遠(yuǎn)為True，循環(huán)將會無限地執(zhí)行下去（俗稱“死”循環(huán)）。在循環(huán)體內(nèi)必須有修改表達(dá)式值的語句，使其值趨向False，讓循環(huán)趨于結(jié)束，避免無限循環(huán)。2．在while語句中使用else子句在Python中，可以在循環(huán)語句中使用else子句，else中的語句會在循環(huán)正常執(zhí)行完的情況下執(zhí)行（不管是否執(zhí)行循環(huán)體）。例如：count=int(input())whilecount<5:print(count,"islesshan5")count=count+1else:print(count,"isnotlessthan5")程序的一次運(yùn)行結(jié)果如下：8↙8isnotlessthan54.1.2while循環(huán)的應(yīng)用例

計算1+2+3+……+100的值。分析：累加問題可用遞推式來描述：si=si-1+ni（s0=0,n1=1），從循環(huán)的角度看即本次循環(huán)的累加和s等于上次循環(huán)的累加和加上本次的累加項n，可用賦值語句“s+=n”來實(shí)現(xiàn)。此例的累加項n的遞推式為：ni=ni-1+1（n1=1），可用賦值語句“n+=1”來實(shí)現(xiàn)（n=1，2，3，……，100）。循環(huán)體要實(shí)現(xiàn)兩種操作：s+=n和n+=1，并置s的初值為0，n的初值為1。例

求sinx近似值，直到最后一項的絕對值小于10-6時停止計算。其中x為弧度，但從鍵盤輸入時以角度為單位。分析：這是一個累加求和問題。關(guān)鍵是如何求累加項，較好的辦法是利用前一項來求后一項，即用遞推的辦法來求累加項。第i項與第i-1項之間的遞推關(guān)系為：

a1=x求sinx值的算法例輸入一個整數(shù)，輸出其位數(shù)。分析：輸入的整數(shù)存入變量n中，用變量k來統(tǒng)計n的位數(shù)，基本思路是每循環(huán)一次就去掉n的最低位數(shù)字（用Python的整除運(yùn)算符實(shí)現(xiàn)），直到n為0。4.2.1for語句1．for語句的一般格式for語句的一般格式為：for目標(biāo)變量in序列對象:

語句塊for語句的首行定義了目標(biāo)變量和遍歷的序列對象，后面是需要重復(fù)執(zhí)行的語句塊。語句塊中的語句要向右縮進(jìn)，且縮進(jìn)量要一致。4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)for語句執(zhí)行過程注意：（1）for語句是通過遍歷任意序列的元素進(jìn)行來建立循環(huán)的，針對序列的每一個元素執(zhí)行一次循環(huán)體。列表、字符串、元組都是序列，可以利用它們來建立循環(huán)。（2）for語句也支持一個可選的else塊，它的功能就像在while循環(huán)中一樣，如果循環(huán)離開時沒有碰到break語句，就會執(zhí)行else塊。也就是序列所有元素都被訪問過了之后，執(zhí)行else塊。2．rang對象在for循環(huán)中的應(yīng)用在Python3.x中，range()函數(shù)返回的是可迭代對象。Python專門為for語句設(shè)計了迭代器的處理方法。例如：foriinrange(5):print(i,end='')程序輸出結(jié)果如下：01234首先Python對關(guān)鍵字in后的對象調(diào)用iter()函數(shù)獲得迭代器，然后調(diào)用next()函數(shù)獲得迭代器的元素，直到拋出StopIteration異常。4.2.2for循環(huán)的應(yīng)用例

輸入20個數(shù)，求出其中的最大數(shù)與最小數(shù)。分析：先假設(shè)第一個數(shù)就是最大數(shù)或最小數(shù)，再將剩下的19個數(shù)與到目前為止的最大數(shù)、最小數(shù)進(jìn)行比較，比完19次后即可找出20個數(shù)中的最大數(shù)與最小數(shù)。例

求Fibonacci數(shù)列的前30項。分析：設(shè)待求項（即fn）為f，待求項前面的第一項（即fn-1）為f1，待求項前面的第二項（即fn-2）為f2。首先根據(jù)f1和f2推出f，再將f1作為f2，f作為f1，為求下一項作準(zhǔn)備。如此一直遞推下去。

1 1 2 3 5第一次：f2+ f1→ f

↓ ↓第二次：f2+ f1→ f

↓ ↓第三次： f2+ f1→ f例4-6輸入一個整數(shù)m，判斷是否為素數(shù)。分析：素數(shù)是大于1，且除了1和它本身以外，不能被其他任何整數(shù)所整除的整數(shù)。為了判斷整數(shù)M是否為素數(shù)，一個最簡單的辦法用2、3、4、5、……、M-1這些數(shù)逐個去除M，看能否整除，如果全都不能整除，則M是素數(shù)，否則，只要其中一個數(shù)能整除，則M不是素數(shù)。當(dāng)M較大時，用這種方法，除的次數(shù)太多，可以有許多改進(jìn)辦法，以減少除的次數(shù)，提高運(yùn)行效率?？梢栽O(shè)一個變量來作為是否素數(shù)的標(biāo)志，用for語句實(shí)現(xiàn)程序。4.3.1break語句break語句用在循環(huán)體內(nèi)，迫使所在循環(huán)立即終止，即跳出所在循環(huán)體，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)結(jié)構(gòu)后面的語句。4.3循環(huán)控制語句例

求兩個整數(shù)a與b的最大公約數(shù)。分析：找出a與b中較小的一個，則最大公約數(shù)必在1與較小整數(shù)的范圍內(nèi)。使用for語句，循環(huán)變量i從較小整數(shù)變化到1。一旦循環(huán)控制變量i同時整除a與b，則i就是最大公約數(shù)，然后使用break語句強(qiáng)制退出循環(huán)。4.3.2continue語句當(dāng)在循環(huán)結(jié)構(gòu)中執(zhí)行continue語句時，立即結(jié)束本次循環(huán)，重新開始下一輪循環(huán)。例

求1～100之間的全部奇數(shù)之和。程序如下：x=y=0whileTrue:x+=1ifnot(x%2):continue#x為偶數(shù)直接進(jìn)行下一次循環(huán)elifx>100:break #x>100時退出循環(huán)else:y+=x #實(shí)現(xiàn)累加print("y=",y)4.3.3pass語句pass語句是一個空語句，它不做任何操作，代表一個空操作?？聪旅娴难h(huán)語句。forxinrange(10):pass該語句的確會循環(huán)10次，但是除了循環(huán)本身之外，它什么也沒做。4.4循環(huán)的嵌套如果一個循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體又包括一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，就稱為循環(huán)的嵌套，或稱為多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。例

輸入n，求表達(dá)式的值。分析：這是求n項之和的問題。先求累加項a，再用語句“s=s+a”實(shí)現(xiàn)累加，共有n項，所以共循環(huán)n次。求累加項a時，分母又是求和問題，也可以用一個循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。因此整個程序構(gòu)成一個二重循環(huán)結(jié)構(gòu)。例4輸出[100,1000]以內(nèi)的全部素數(shù)。分析：可分為以下兩步。（1）判斷一個數(shù)是否為素數(shù)。（2）將判斷一個數(shù)是否為素數(shù)的程序段，對指定范圍內(nèi)的每一個數(shù)都執(zhí)行一遍，即可求出某個范圍內(nèi)的全部素數(shù)。這種方法稱為窮舉法，也叫枚舉法4.5循環(huán)結(jié)構(gòu)程序舉例例4已知y，求：（1）y<3時的最大n值。（2）與（1）的n值對應(yīng)的y值。分析：這是一個累加求和問題，循環(huán)條件是累加和y≥3，用N-S圖表示算法如圖所示。當(dāng)退出循環(huán)時，y的值已超過3，因此要減去最后一項，n的值相應(yīng)也要減去1。又由于最后一項累加到y(tǒng)后，n又增加了1，故n還要減去1，即累加的項數(shù)是n-2。求y值的算法思考：（1）求y≥3時的最小n，如何修改程序?（2）求y的值，直到累加項小于10-6為止，如何修改程序?（3）n取100，求y的值，如何修改程序?例

用牛頓迭代法求方程f(x)=2x3-4x2+3x-7=0在x=2.5附近的實(shí)根，直到滿足|xn-xn-1|≤10-6為止。分析：迭代法的關(guān)鍵是確定迭代公式、迭代的初始值和精度要求。牛頓切線法是一種高效的迭代法，它的實(shí)質(zhì)是以切線與x軸的交點(diǎn)作為曲線與x軸交點(diǎn)的近似值以逐步逼近解，如圖所示。牛頓迭代法牛頓迭代公式為：例4-13

求f(x)在[a,b]上的定積分分析：為了求得圖形面積，先將區(qū)間[a,b]分成n等分，每個區(qū)間的寬度為h=(b-a)/n，對應(yīng)地將圖形分成n等分，每個小部分近似一個小曲邊梯形。近似求出每個小曲邊梯形面積，然后將n個小曲邊梯形的面積相加，就得到總面積，即定積分的近似值。n越大，近似程度越高。這就是函數(shù)的數(shù)值積分方法。近似求每個小曲邊梯形的面積，常用的方法有：（1）用小矩形代替小曲邊梯形，求出各個小矩形面積，然后累加。此種方法稱為矩形法。（2）用小梯形代替小曲邊梯形，此種方法稱為梯形法。（3）用拋物線代替該區(qū)間的f(x)，然后求出拋物線與x=a+(i-1)h，x=a+ih，y=0圍成的小曲邊梯形面積，此種方法稱為辛普生法。以梯形法為例，求解方法如圖所示。梯形法求定積分第一個小梯形的面積為：第二個小梯形的面積為：……第n個小梯形的面積為：例

驗證哥德巴赫猜想：任何大于2的偶數(shù)，都可表示為兩個素數(shù)之和。分析：哥德巴赫猜想是一個古老而著名的數(shù)學(xué)難題，迄今未得出最后的理論證明。這里只是對有限范圍內(nèi)的數(shù)，用計算機(jī)加以驗證，不算嚴(yán)格的證明。讀入偶數(shù)n，將它分成p和q，使n=p+q。p從2開始（每次加1），q=n-p。若p、q均為素數(shù)，則輸出結(jié)果，否則將p+1再試。例

將1元錢換成1分、2分、5分的硬幣有多少種方法。分析：設(shè)x為1分硬幣數(shù)，y為2分硬幣數(shù)，z為5分硬幣數(shù)，則有如下方程：x+2y+5z=100可以看出，這是一個不定方程，沒有唯一的解。這類問題無法使用解析法求解，只能將所有可能的x，y，z值一個一個地去試，看是否滿足上面的方程，如滿足則求得一組解。和前面介紹過的求素數(shù)問題一樣，程序也是采用窮舉法。第5章

字符串與正則表達(dá)式字符串編碼字符串的各種操作正則表達(dá)式的應(yīng)用1．Unicode碼Unicode編碼標(biāo)準(zhǔn)為表達(dá)全世界所有語言的任意字符而設(shè)計，它使用4字節(jié)的數(shù)字編碼來表達(dá)每個字母、符號或文字。每個數(shù)字編碼代表唯一的至少在某種語言中使用的符號，被幾種語言共用的字符通常使用相同的數(shù)字來編碼，每個字符對應(yīng)一個數(shù)字編碼，每個數(shù)字編碼對應(yīng)一個字符，即不存在二義性。5.1字符串編碼2．UTF-8碼UTF-8是一種為Unicode字符設(shè)計的變長編碼系統(tǒng)，即不同的字符可使用不同數(shù)量的字節(jié)編碼。對于ASCII字符，UTF-8僅使用1個字節(jié)來編碼。UTF-8支持中英文編碼，英文系統(tǒng)也可以顯示中文。Python支持UTF-8編碼，中文字符、希臘字母均可以作為標(biāo)識符使用。例如：>>>π=3.14159>>>國家='中國'3．Unicode碼與UTF-8碼的轉(zhuǎn)換在Python中，可以通過字符串的encode()方法從Unicode編碼為指定編碼方式。decode()方法從指定編碼方式解碼為Unicode方式。例如：>>>s='漢字ABC'>>>k=s.encode('utf-8')>>>kb'\xe6\xb1\x89\xe5\xad\x97ABC'>>>k.decode('utf-8')'漢字ABC'5.2.1字符串的索引為了實(shí)現(xiàn)索引，需要對字符串中的字符進(jìn)行編號，最左邊字符編號為0，最右邊字符的編號比字符串的長度小1。Python還支持在字符串中使用負(fù)數(shù)從右向左進(jìn)行編號，最右邊的字符（即倒數(shù)第1個字符）的編號為-1。字符串變量名后接用中括號括起來的編號即可實(shí)現(xiàn)字符串的索引。5.2字符串的索引與分片例如：>>>s="Hello"字符串s中各個字符的索引編號如圖所示。字符串中字符的索引編號例5-1將一個字符串中的字符按逆序打印出來。分析：先輸出字符串的最后一個字符，且不換行，然后輸出倒數(shù)第2個字符，同樣不換行，一直到第1個字符。利用for循環(huán)控制字符索引編號，循環(huán)賦值目標(biāo)變量從0變化到字符串的長度。取字符串的長度可以利用len()函數(shù)。程序如下：s1=input("Pleaseenterastring:")foriinrange(0,len(s1)):print(s1[len(s1)-1-i],end='')5.2.2字符串的分片字符串的分片就是從給定的字符串中分離出部分字符，這時可以使用以下形式的字符串索引編號。i:j:k其中i是索引起始位置，j是索引結(jié)束位置但不包括j位置上的字符，索引編號每次增加的步長為k。例如：>>>s="HelloWorld!">>>print(s[0:5:2])Hlo>>>s='abcdefg'>>>s[5:1:-1]'fedc'>>>s[-len(s):-1]'abcdef'例5-2利用字符串分片方法將一