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Python

2024-09-11 14:39:19   0  举报

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AI智能生成

Python语言程序设计

交互设计

作者其他创作

大纲/内容

第1章Python基本语法元素

1.1程序设计基本方法

方法论

基本的程序编写方法——IPO（Input, Process, Output）方法。

计算机与程序设计

计算机的概念

功能性：对数据的操作，表现为数据计算、输入、输出和处理结果等等。

可编程性：根据一系列的指令自动地、可预测的、准确的完成操作者的意图。

程序设计

程序设计语言是一种用于交互(交流)的人造语言

程序实现方式

源代码：采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读

目标代码：计算机可直接执行，人类不可读(专家除外)

编译

解释

程序的基本编写方法（IPO）

输入

程序的开始，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

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

输出

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，
输出是程序展示运算结果的方式

计算机编程

编程解决问题的步骤

分析问题:分析问题的计算部分

划分边界:划分问题的功能边界,规划IPO

设计算法:设计问题的求解算法,关注算法

编写程序:编写问题的计算程序,编程序

调试测试:调试程序使正确运行,运行调试

升级维护:适应问题的升级维护,更新完善

求解计算问题的精简步骤

确定IPO:明确计算部分及功能边界

编写程序:将计算求解的设计变成现实

调试程序:确保程序按照正确逻辑能够正确运行

1.2实例1:温度转换

需求分析

两种温度体系的转换

华氏度转摄氏度

摄氏度转华氏度

问题分析

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理解

3、监控温度信息发布渠道,实时获取并转换温度值

划分边界

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

设计算法

编程

举一反三

改变程序输入、输出

延申至不同的实例

货币转换

重量转换

长度转换

面积转换

1.3 Python程序语法元素分析

程序的格式框架

代码高亮：编程的色彩辅助体系

缩进：代表程序的格式框架

严格明确:缩进是语法的一部分,缩进不正确程序运行错误

表达代码间包含和层次关系的唯一手段

在单一程序内，缩进长度需一致，可以是一个tab键，或者若干个空格

注释

单行注释：以#号开头

多行注释：'''开头
结尾'''

命名与保留字

变量

用来保存和表示数据的占位符号

变量采用标识符(名字)来表示,关联标识符的过程叫命名

Tempstr是变量名字

可以使用等号(=)向变量赋值或修改值,=被称为赋值符号

TempStr="82F" #向变量TempStr赋值"82F"

命名

关联标识符的过程

命名规则

命名规则:大小写字母、数字、下划线和中文等字符及组合
如: Tempstr, Python_Great,这是门Python好课

注意事项

大小写敏感，🈲数字开头

保留字

编程语言内部定义并保留使用的标识符（既不能将其用作变量名）

-Python语言有35个保留字(也叫关键字)
if, elif, else, in

-保留字是编程语言的基本单词,大小写敏感
if是保留字, If 是变量

黑色：Python基础语法体系中会涉及到的保留字

红色：Python高级语法体系中会涉及到的保留字

数据类型

字符串类型

由0个或多个字符组成的有序字符序列

字符串由一对单引号或一对双引号表示
“请输入”或'C'

字符串是字符的有序序列,可以对其中的字符进行索引
"请"是“请输入带有符号的温度值:"的第0个字符

索引与切片

实例

"请输入带有符号的温度值"

[0:3]

既从第0个字符起不到第三个字符：请输入

[3:]

既从第三个字符起到最后一个字符：带有符号的温度值

数字类型

整数类型

数学中的整数
1或2

浮点数类型

数学中的实数，带有小数部分
1.3或1.4

列表类型

由0个或多个数据组成的有序序列

列表使用[]表示,采用逗号(,)分隔各元素
['F','f']表示两个元素'F'和'f'

使用保留字in判断一个元素是否在列表中
TempStr[-1] in ['C','c']判断前者是否与列表中某个元素相同

语句与函数

语句

赋值语句

由赋值符号构成的一行代码。

赋值语句用来给变量赋予新的数据值

C=(eval(TempStr[e:-1])-32)/1.8
#右侧运算结果赋给变量c

赋值语句右侧的数据类型同时作用于变量

TempStr=input(")
#input()返回一个字符串, TempStr也是字符串

分支语句

由判断条件决定程序运行方向的语句

使用保留字if elif else构成条件判断的分支结构

if TempStr[-1] in ['F','f]:
#如果条件为True则执行冒号后语句

每个保留字所在行最后存在一个冒号(:),语法的一部分
冒号及后续缩进用来表示后续语句与条件的所属关系

函数

根据输入参数产生不同输出功能的函数。

类似数学中的函数, y= f(x)

print("输入格式错误") #打印输出“输入格式错误”

函数采用<函数名>(<参数>)方式

使用eval(TempStr[0:-1]) # TempStr[0: -1]是参数

Python程序的输入输出

输入函数

输出函数

评估函数

练习总结

换行符

将文字垂直方向打印

print("\n".join("你好"))
#输出：你
好

切片的应用

TempStr[1:]
#可以获取除去第0个字符之后的所有字符

"F{:.2f}".format(F)

输出的F位于数值前面。

end=""

print()中增加end=""参数表示输出后不增加换行，多个print()可以连续输出。

第2章Python基本图形绘制

2.1 Python语言

计算机技术的演进

2017至今人工智能时代

人类的问题

2008-2016（8年）复杂信息系统时代

数据问题

1981-2008 （27年）网络和视窗时代

交互问题

1946-1981 （35年）计算机系统结构时代

计算能力问题

编程语言的多样初心

Python语言的特点

创立者

Guido van Rossum

特点

“超级语言”的诞生

编程语言种类的发展

超级语言

粘性整合已有程序,具备庞大计算生态

高级语言

接近自然语言,编译器,与CPU型号无关

汇编语言

有助记符,汇编器,与CPU型号有关

机器语言

代码直接执行,与CPU型号有关

2.2 实例2：python蟒蛇绘制

问题分析

设计需要绘制的蟒蛇形状

问题1：计算机绘图原理是什么？
#一个程序为何能够产生窗体？为何能够在窗体上绘制图形？

问题2：Python蟒蛇绘制从哪里开始？
#如何绘制一条线？如何绘制一个弧形？如何绘制一条蟒蛇？

编程

子主题

举一反三

Python蟒蛇的颜色:黑色、白色、七彩色

Python蟒蛇的长度:1节、3节、10节

Python蟒蛇的方向:向左走、斜着走.

2.3 turtle库的使用

turtle库基本介绍

turtle绘图体系，诞生于1969年，主要用于程序设计入门

Python的标准库之一

入门级的图形绘制函数

Python计算生态

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绘图窗体布局

概念

turtle的一个画布空间，最小的单位是像素

其中width、height，表示绘图窗体的长和高即大小
startx、starty，表示绘图窗体相对于显示屏左上角的坐标

turtle空间坐标体系

绝对坐标

即以绘图窗体中心为原点的坐标系

turtle.goto(x,y)

海龟坐标

即以海龟的当前位置为坐标原点的坐标系

turtle.fd(d) 前进方向
turtle.bk(d) 后退方向
turtle.circle(+r,angle) 左侧方向
turtle.circle(-r,angle) 右侧方向

对turtle.circle(r,angle)解释：
r为正的时候，圆心在海龟左侧，负的时候在海龟的右侧
angle为正的时候，海龟正着行进，负的时候海龟倒着行进

turtle角度坐标体系

绝对角度

即以绘图窗体中心为原点，x轴为0°或360°的角度坐标体系

turtle.seth(angle)

海龟角度

即以海龟为中心的角度坐标体系

turtle.left(angle) 以海龟前进方向向左转angle度
turtle.right(angle) 以海龟前进方向向右转angle度

RGB色彩体系

即有红绿蓝三种颜色构成的万物色

默认采用小数值，可切换为整数值

1.0 RGB的小数值模式
0-255 RGB的整数值模式

turtle.colormode(mode)

2.4 turtle程序语法元素

库引用与import

常规用法

import <库名>
<库名>.<函数名>(<函数参数>)

使用import保留字完成,采用<a>.<b>()编码风格

库引用是扩充python程序功能的方式

多种用法

用法1

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

使用import和from保留字共同完成

用法2

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

使用import和as保留字共同完成

给调用的外部库关联一个更短、更适合自己的名字

两种方法比较

turtle画笔控制函数

特点

画笔操作后一直有效，一般成对出现

画笔设置后一直有效，直至下次重新设置

函数

画笔起落

turtle.penup() 别名：turtle.pu()
抬起画笔,海龟在飞行，既不在画布上形成图案

turtle.pendown() 别名：turtle.pd()
落下画笔,海龟在爬行

画笔宽度

turtle.pensize(width) 别名：turtle.width(width)
画笔宽度,海龟的腰围

画笔颜色

turtle.pencolor(color)

color为颜色字符串或rgb值画笔颜色,有三种形式：
turtle.pencolor("purple")
RGB的小数值: turtle.pencolor(0.63, 0.13, 0.94)
RGB的元组值: turtle.pencolor((0.63,0.13,0.94)).

turtle运动控制函数

走直线fd()

turtle.forward(d) 别名turtle.fd(d)

向前行进,海龟走直线，d:行进距离,可以为负数

走曲线circle()

turtle.circle(r, extent=None)

当r为正值，则圆心在海龟左侧

当r为负值，则圆心在海龟右侧

#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方向控制函数

绝对角度seth()

turtle.setheading(angle) 别名turtle.seth(angle)

改变行进方向,海龟走角度；angle:行进方向的绝对角度

海龟角度

turtle.left(angle) 海龟向左转
turtle.right(angle) 海龟向右转

angle:在海龟当前行进方向上旋转的角度

基本循环语句

range()函数

for 和 in 保留字

for <变量> in range(<次数>):
<被循环执行的语句>

<变量>表示每次循环的计数,0到<次数>-1

range(N)产生0到N-1的整数序列,共N个
range(5) 0, 1, 2, 3, 4

range(M, N)产生M到N-1的整数序列,共N-M个
range(2, 5) 2, 3, 4

Python蟒蛇绘制"代码分析

准备画笔

设置绘图窗体

设置画笔位置

设置画笔尺寸、颜色

⚠注意：是turtle.pensize(),pencolor();
别漏掉pen,因为是画笔的尺寸

设置画笔方向

循环画4次蟒蛇关节

for i in range(4):
<被循环执行的语句>

脖子

头部

程序结束后窗口不关闭：turtle.done()

第3章基本数据类型

3.1数字类型及操作

整数类型

解释

与数学中的概念一致,整数无限制。

可正可负,没有取值范围限制
pow(x,y)函数:计算xy,想算多大算多大

>>>pow(2,100) #计算2的100次方
1267650600228229401496703205376

>>pow(2, pow(2, 15)) #计算2的2的15次方
1415461031044954789001553.....

四种进制表现形式

十进制: 1010, 99, -217

二进制,以0b或OB开头: 0b010, -0B101

八进制,以0o或0O开头: 0o123, -0O456

十六进制,以0x或0X开头: Ox9a,-0X89

浮点数类型

解释

与数学中实数的概念一致

带有小数点及小数的数字
浮点数取值范围和小数精度都存在限制,但常规计算可忽略
取值范围数量级约至,精度数量级

不确定尾数

浮点数间运算存在不确定尾数,不是bug

>>> 0.1 + 0.30
0.4

>>>0.1 + 0.2
0.30000000000000004
不确定尾数

二进制表示小数,可以无限接近,但不完全相同

0.1 53位二进制表示小数部分,约
0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011010 (二进制表示)
0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625 (十进制表示)

round()函数

round(x, d):对x四舍五入, d是小数截取位数

浮点数间运算与比较用round()函数辅助

不确定尾数一般发生在10-16左右, round()十分有效

浮点数间运算存在不确定尾数

>>> 0.1 + 0.20==0.3
False
>>>round (0.1+0.2, 1)==0.3
True

科学计数法

浮点数可以采用科学计数法表示

使用字母e或E作为幕的符号,以10为基数,格式如下:
<a>e<b> 表示

例如:
4.3e-3 值为0.0043
9.6E5 值为960000.0

复数类型

解释

与数学中复数的概念一致
如果=-1,那么x的值是什么?
定义j= ，以此为基础，构建数学体系
a+bj被称为复数,其中, a是实部,b是虚部