第一章：Python语言程序设计

关于课程：

• 课程作者为北京理工大学教授嵩天
• 课程视频连接地址为中国大学Mooc平台
• 课程辅助平台为Python123
• 学习账号是微信账号登陆：昵称为coke

1-1节：程序设计的基本方法

• 计算机与程序设计
• 编译和解释
• 程序的基本编写方法
• 计算机编程
• 1-1单元小结

计算机与程序设计

计算机的概念：计算机是根据指令操作数据的设备，具有功能性和可编程性。功能性：是指对计算机的操作，表现为数据的计算，输入输出的处理和结果存储等。可编程性：根据一系列指令自动地、可预测性、准确的完成操作者的意图。
计算机的发展：参照摩尔定律发展，按照指数形式发展。计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展。计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长。计算机所能高效支撑的各类运算功能不断丰富发展。由此可见计算机的功能和性能是交替和交织发展的。
摩尔定律：Moore's Law是计算机发展历史上最重要的预测法则，由Intel公司的创始人之一戈登摩尔1965年提出：单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番。CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律。
程序设计：程序设计是计算机可编程的体现，亦成为编程，深度应用计算机的主要手段。程序设计已经成为当前社会需求量最大的职业技能之一。很多岗位即将被计算机程序接管，程序设计将是生存技能。
程序设计语言：是一种用于交互（交流）的人造语言，又称为编程语言，程序设计的具体实现方式，程序语言比自然语言更简单、严谨、精确。主要用于人类与计算机之间的交互。同样的代码计算机必须只有一种理解，这是程序设计语言必须要达到的效果。此外编程语言要告诉计算机其中数据的特性及特点，使得计算机的操作更加精确。

编译和解释

在了解编译和解释之前，我们需要率先查看程序是如何执行在计算机之上的。
编程语言的执行方式：
1、源代码，采用某编程语言编写，人类可读，如：result = 2 + 3，将运算结果赋值给变量result
2、目标代码，计算机可直接执行，人类不可读（专家除外），例如：11101010 01010010

下面这段执行的过程叫做编译，执行编译过程的程序称为编译器：编译可以理解为一次性翻译，之后不需要源代码（类似英文翻译）

编译.JPG

下面这段执行的过程叫做解释，执行解释过程的程序称为解释器：解释可以理解为每次程序运行时随翻译随执行（类似实时的同声传译）

解释.JPG

静态语言和脚本语言：静态语言是指使用编译执行的编程语言，C/C++语言、Java语言（一次性生成目标代码，优化更充分，程序运行速度更快）。脚本语言是指使用解释执行的编程语言，Python语言、PHP语言、JavaScript语言（执行程序时需要源代码，维护更加灵活，跨多个操作系统平台）。

程序的基本编写方法

IPO编程规范

I：input输入，程序的输入；P：press处理，程序的主要逻辑；O：output输出，程序的输出；
首先，需要理解IPO，输入是什么？输出是什么？如何从输入达到输出。
程序的输入：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。输入是一个程序的开始
程序的输出：经过处理后，程序将结果通过控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等。输出是程序展示预算结果的方式
程序的处理：处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程；处理方法统称为算法，它是程序最重要的部分，算法是一个程序的灵魂。

编程问题的解决步骤（计算为主，IPO编写方法为辅）：

IPO与解决示例问题的关联.JPG

关于算法的需求分析（计算为主，IPO编写方法为辅）：

关于算法的需求分析.JPG

完成上述步骤之后，才真正的设计到编写程序：

编写程序的后半部分步骤.JPG

最终呢，嵩天老师将编程的步骤凝练缩减为简单的三步骤：

程序编写的3个精简步骤.JPG

计算机编程

编程能够训练思维，编程体现了一种抽象交互关系，自动化执行的思维模式，编程能够，编程不是单纯的求解问题，还要思考用户体验，执行效率，编程能够帮助程序员加深用户行为及社会和文化认识，编程能够，编程能够提供展示自身思想和能力的舞台，让世界增加新的颜色、让自己变得更酷、提升心里满足。在信息空间里思考创新、将创新变位现实。编程能够，能够更好的利用计算机解决问题，显著的提高工作、生活和学习效率，也是为理想的实现提供一种借助计算机的高效手段。编程带来程序员是信息时代最重要的岗位之一，国内外对程序员岗位的缺口在百万以上规模，计算机已经渗透于各个行业，就业前景非常广阔。

计算机思维：区别逻辑思维（数学为代表）和实证思维（物理为代表）之外的第三种思维模式。

学习计算机编程的误区：

编程的误区.JPG

1-1单元小结

单元小结，通过这部分内容让大家建立计算机、程序设计以及程序设计价值这样一些基础的认识，为我们进一步学习做好铺垫：

总结.JPG

1-2节：Python开发环境配置（略）

1-3节：示例1：温度转换

• 温度的两种体系
• 温度转换的需求分析
• 问题分析
• 设计算法
• 输入输出
• 举一反三

温度的两种体系

1、摄氏度，中国等大多数国家使用，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。
2、华氏度，美、英国等国家使用，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。

温度转换的需求分析

1、将摄氏度转换为华氏度
2、将华氏度转换为摄氏度

问题分析

针对问题的计算部分进行分析并理解，最终确定：
1、理解一：直接将温度进行转换
2、理解二：将温度信息发布的声音或图像形式进行理解和转换（例如将电视或者其他音频媒介获取到温度的值，利用程序处理该场景的温度转换）
3、理解三：监控温度信息发布渠道，实时获取并转换温度值（该理解需要与网络的通信、爬虫及很多的信息处理相结合）
这里我们采用理解1：直接将温度值进行转换；

• 温度数值需要标明温度体系，及摄氏度或华氏度
• 转换后也需要给出另外的温度体系标明

在分析问题的基础上，这里我们进行IPO的，按照编程规范重构该问题。

• 输入：携带摄氏或华氏的温度值
• 处理：根据温度标志选择适当的温度转换算法
• 输出：携带摄氏或华氏的温度值
  这样我们就完成了IPO的边界划分，针对输入输出的格式这里需要设计并声明一下，标示放在温度最后，F标示华氏度，C标示摄氏度，例如：82F表示华氏82度，28C表示摄氏28度

设计算法

根据华氏和摄氏的定义，利用转换公式如下：

C=(F-32)/1.8
F=C*1.8+32+32

#TempConvert.py
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")

举一反三：

• 输入输出的改变
  温度数值与温度标示之间的关系设计可以改变：
  1、标示改变放在数值之前：C82，F28
  2、标示字符改变为多个字符：82Ce、28F
• 计算问题的扩展
  温度转换问题是各类转换问题的代表性问题：
  1、货币转换、长度转换、重量转换、面积转换...
  2、问题不同，但是程序代码是相似的

1-4Python元素语法分析

• 输入输出
• 数据类型
• 语句与函数
• 代码分析
• 1-4单元小结

输入输出

• input()从控制台获得用户的输入
  1、input()函数的基本使用格式
  <变量> = input(<提示信息字符串>)
  2、输入信息的格式
  用户输入的信息以字符串类型保存在<变量>中，如：TempStr = input("请输入")#TempStr保存用户输入的信息

• print()以字符形式向控制台输出结果的函数
  1、print()函数的基本使用格式
  print(<拟输出字符串或字符串变量>)
  2、字符串类型的一对引号仅在程序内部使用，输出无引号
  如：print("输入格式错误")#向控制台输出 输入格式错误
  3、print()格式化的操作方法
  如：print("转换后的温度是{:.2f}C".format(C))#{:.2f}大括号标示槽，后续变量填充到槽中

  
  
  

  输出函数格式化.JPG

• 除输入输出函数外，这里还有一个eval()评估函数

1、这个函数很有趣，功能为：去掉函数最外侧引号并执行余下语句的函数
2、

评估函数.JPG

根据该10行代码对Python语法元素进行理解，清楚理解这10行代码将能够快速入门Python语言，接下来让我们参考框架、逐行分析、逐词理解：

1、下列代码中的颜色，是编程的色彩辅助体系，不是语法要求；
2、缩进是一行代码开始前的空白区域，表达程序的格式框架；
3、 “#注释”用于提高代码可读性的辅助文字，不被执行；
4、命名与保留字，TempStr、C、F，这些字符成为变量，程序中用于保存和表示数据的占位符号，可以使用等号（=）向变量赋值或修改值，=被成为赋值符号 。比如TempStr=“82F”#向变量TempStr赋值“82F”。

关于命名需要注意以下问题：

• 为变量关联标识符的过程叫做命名，命名规则：大小写字母、数字、下划线和汉字等字符及组合，如：TempStr，Python_Great，这是门Python好课
• 注意事项：大小写敏感、首字符不能是数字、不与保留字相同，Python与python是不同变量，123python是不合法的变量命名。

• 保留字，被编程语言内部定义并保留使用的标识符，Python一共33个保留字，比如：if，else，elif，in如果是大写的IF可以作为变量使用，但是if不可以当做变量使用，我们学习一门语言，至少需要了解涉及哪些单词，下列的保留字就是python语言中的33个单词：

  
  
  

  Python的33个保留字.JPG

数据类型

关于数据类型，比如10,111,101：

• 首先如果不去定义该数字，可以标示为二进制也可以表示为十进制，甚至是一段字符，计算机语言是一门精确的表达语言，因此我们需要用不同的方式指定想要表达的数据类型
• 如果想要表达为字符串类型：“10111101”或者‘10111101’
• 如果想要表达为整数类型：10111101
• 如果想要表达为列表类型：[10,111，101]

字符串的序号有两种表示方式，正向递增序号和反向递减序号（用于字符串的索引和切片操作）

• 索引：返回字符串中单个字符 <字符串或者字符串变量的后面>[M]，其中M书写为数值，不同数值代表不同含义
  例如：或者 TempStr[-1]，其中[0]代表获取数值，[-1]代表获取温度的标示符号
• 切片：返回字符串中一段字符子串 <字符串或者字符串变量的后面>[M:N]
  例如：或者TempStr[0:-1]，[1:3]表示取出字符串中的第1、2个字符，但是不到第3个字符。[0:-1]表示从0开始但是不到字符串的最后一位，也就是剔除了字符串的最后一位，代码中利用TempStr[0:-1]来截取用户输入的82F中的数值：82

字符串的表示方法.JPG

代码中的数字例如32、1.8，32为整数类型（整数包含正整数和负整数，如32、-32），1.8则是浮点数类型（浮点数是数学中的实数，带有小数部分，如1.8、-1.8、 -1.0）：

Python的数据类型.JPG

列表类型.JPG

语句与函数

• 赋值语句
• 分支语句
• 函数

赋值语句

首先我们先观察这段代码，其中有三行代码都有赋值符号的产生，由赋值符号构成的代码，我们称为赋值语句，用来给变量赋予新的数据值：
比如这行代码:C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8#将右侧的运算结果赋值给变量C

语句与函数

分支语句

由判断条件决定程序运行方向的语句称之为分支语句

分支语句.JPG

• 代码中if TempStr[-1] in ['f','F']:#这行代码结尾处以冒号结尾，代表如果条件判断为True则执行冒号后的语句
• 每个保留字所在行最后存在一个冒号(:)，冒号属于语法的一部分，不能省略
• 冒号及后续缩进用来表示后续语句与条件的所属关系

何为函数

根据输入参数产生不同输出的功能过程

• Python使用的函数类似数学的函数，y=f(x)
  print("输入格式错误")#打印函数输出”输入格式错误“
• Python函数采用<函数名>(<参数>)方式使用
  (eval(TempStr[0:-1])#这里TempStr[0:-1]是函数的参数

代码分析

#这是单行注释
···
这是多行注释
这是多行注释
···
#TempConvert.py，这是一行注释
#使用input函数从控制台获取一个信息，以字符串形式赋值给变量TempStr
TempStr = input("请输入带有符号的温度值")
#保留字表达分支语句，用保留字in判断最后一个字符是否在列表中
if TempStr[-1] in ['f','F']:
#将TempStr字符串去除最后一位符号并使用eval评估运算后转换为数字类型，从而参与公式运算并将结果赋值给变量C
    C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8
#将变量C的结果格式化为保留小数点后两位后输出
    print("转换后的温度是{:.2f}C".format(C))
#关键字elif是分支语句，用保留字in判断用户输入的信息是否在列表内
elif TempStr[-1] in ['c','C']:  
#将TempStr字符串去除最后一位符号并使用eval评估运算后转换为数字类型，从而参与公式运算并将结果赋值给变量F
    F = 1.8*eval(TempStr[0:-1]) + 32
    print("转换后的温度是{:.2f}F".format(F))
#根据以上两个分支语句判断，如不符合以上分支的初始华条件，说明无法正常获取温度范围，则给予错误提示
else:
    print("输入格式错误")

1-4单元小结

1-4单元小结.JPG