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第1章 计算机科学导论1

1.1计算机科学1

1.1.1计算机专业人员的工作1

1.1.2模型、算法和程序2

1.1.3必备的工具3

1.1.4什么是计算机科学3

1.2计算机系统3

1.2.1计算机硬件3

1.2.2操作系统4

1.2.3网络和网络协议5

1.2.4程序开发语言5

1.2.5软件库6

1.3 Python程序设计语言6

1.3.1 Python简史6

1.3.2构建Python开发环境7

1.4计算思维7

1.4.1一个示例问题8

1.4.2抽象和建模8

1.4.3算法9

1.4.4数据类型9

1.4.5赋值语句和执行控制结构10

1.4.6本章小结11

第2章Python数据类型12

2.1表达式、变量和赋值语句12

2.1.1代数表达式和函数12

2.1.2布尔表达式和运算符14

2.1.3变量和赋值语句16

2.1.4变量名称18

2.2字符串18

2.2.1字符串运算符19

2.2.2索引运算符21

2.3列表和元组22

2.3.1列表运算符22

2.3.2列表是可变类型，字符串是不可变类型24

2.3.3元组24

2.3.4元组和列表的方法26

2.4对象和类28

2.4.1对象类型28

2.4.2数值类型的有效值29

2.4.3数值类型的运算符30

2.4.4创建对象32

2.4.5隐式类型转换32

2.4.6显式类型转换33

2.4.7类方法和面向对象的程序设计34

2.5 Python标准库35

2.5.1 math模块35

2.5.2 fractions模块36

2.6电子教程案例研究：海龟图形37

2.7本章小结37

2.8练习题答案37

2.9习题39

第3章 命令式编程43

3.1 Python程序43

3.1.1我们的第一个Python程序43

3.1.2 Python模块45

3.1.3内置函数print（）45

3.1.4使用input（）函数实现交互式输入46

3.1.5 eval （）函数47

3.2执行控制结构47

3.2.1单分支结构48

3.2.2双分支结构51

3.2.3循环结构52

3.2.4嵌套的控制流结构55

3.2.5 range（）函数55

3.3用户自定义函数57

3.3.1我们自定义的第一个函数57

3.3.2函数输入参数58

3.3.3 print（）与return的比较59

3.3.4函数定义实际上是“赋值”语句60

3.3.5注释61

3.3.6文档字符串61

3.4 Python变量和赋值语句63

3.4.1可变类型和不可变类型63

3.4.2赋值语句和可变性65

3.4.3交换66

3.5参数传递67

3.5.1不可变类型参数传递67

3.5.2可变类型参数传递69

3.6电子教程案例研究：自动化海龟图形70

3.7本章小结70

3.8练习题答案70

3.9习题73

3.10思考题74

第4章 文本数据、文件和异常77

4.1深入研究字符串77

4.1.1字符串表示77

4.1.2深入研究索引运算符79

4.1.3字符串方法80

4.2格式化输出83

4.2.1函数print （）83

4.2.2字符串方法format（）84

4.2.3按列对齐排列数据86

4.2.4获取与格式化日期和时间89

4.3文件91

4.3.1文件系统91

4.3.2打开和关闭文件92

4.3.3读取文本文件的模式96

4.3.4写入文本文件98

4.4错误和异常99

4.4.1语法错误100

4.4.2内置异常100

4.5电子教程案例研究：图像文件102

4.6本章小结102

4.7练习题答案103

4.8习题104

4.9思考题106

第5章 执行控制结构108

5.1选择控制和if语句108

5.1.1三路以及多路分支108

5.1.2条件的排列顺序110

5.2 for循环和迭代模式111

5.2.1循环模式：迭代循环111

5.2.2循环模式：计数器循环112

5.2.3循环模式：累加器循环114

5.2.4其他类型的累加115

5.2.5循环模式：嵌套循环117

5.3深入研究列表：二维列表119

5.3.1二维列表119

5.3.2二维列表和嵌套循环模式120

5.4 while循环122

5.5更多循环模式124

5.5.1循环模式：序列循环124

5.5.2循环模式：无限循环125

5.5.3循环模式：循环和折半126

5.6其他迭代控制语句127

5.6.1 break语句127

5.6.2 continue语句128

5.6.3 pass语句129

5.7电子教程案例研究：图像处理129

5.8本章小结130

5.9练习题答案130

5.10习题133

5.11思考题134

第6章 容器和随机性140

6.1字典140

6.1.1用户自定义索引作为字典的动机140

6.1.2字典类属性141

6.1.3字典运算符143

6.1.4字典方法144

6.1.5字典作为多路分支if语句的替代方法146

6.1.6字典作为计数器集合147

6.1.7元组对象可以作为字典的键149

6.2集合150

6.2.1使用set构造函数移除重复项151

6.2.2 set运算符152

6.2.3 set方法153

6.3字符编码和字符串154

6.3.1字符编码154

6.3.2 ASCII154

6.3.3 Unicode156

6.3.4 Unicode字符的UTF-8编码158

6.4 random模块158

6.4.1选择一个随机整数159

6.4.2选择一个随机“实数”160

6.4.3随机混排、挑选和抽样161

6.5电子教程案例研究：机会游戏161

6.6本章小结162

6.7练习题答案162

6.8习题165

6.9思考题166

第7章 名称空间171

7.1函数封装171

7.1.1代码重用172

7.1.2模块化172

7.1.3封装172

7.1.4局部变量172

7.1.5与函数调用相关的名称空间173

7.1.6名称空间与程序栈174

7.2全局名称空间和局部名称空间177

7.2.1全局变量178

7.2.2局部作用范围的变量178

7.2.3全局作用范围的变量179

7.2.4在函数中改变全局变量180

7.3异常控制流181

7.3.1异常和异常控制流182

7.3.2捕获和处理异常183

7.3.3默认异常处理程序184

7.3.4捕获给定类型的异常184

7.3.5多重异常处理程序185

7.3.6控制异常流186

7.4模块作为名称空间189

7.4.1模块属性189

7.4.2导入模块时发生了什么190

7.4.3模块搜索路径190

7.4.4顶层模块192

7.4.5导入模块属性的不同方法193

7.5 类作为名称空间195

7.5.1一个类是一个名称空间195

7.5.2类方法是在类名称空间中定义的函数196

7.6电子教程案例研究：使用调试器进行调试197

7.7本章小结197

7.8练习题答案197

7.9习题199

7.10思考题200

第8章 面向对象的程序设计202

8.1定义新的Python类202

8.1.1类Point的方法202

8.1.2类和名称空间203

8.1.3每个对象都有一个关联的名称空间204

8.1.4类Point的实现204

8.1.5实例变量206

8.1.6实例继承类属性206

8.1.7类定义的一般格式207

8.1.8编写类的文档208

8.1.9类Animal208

8.2用户自定义类示例210

8.2.1构造函数重载210

8.2.2默认构造函数211

8.2.3扑克牌类212

8.3设计新的容器类213

8.3.1设计一个表示一副扑克牌的类213

8.3.2实现Deck类214

8.3.3容器类Queue215

8.3.4实现Queue类216

8.4运算符重载217

8.4.1运算符是类方法218

8.4.2使Point类对用户友好220

8.4.3构造函数和repr（）运算符之间的约定221

8.4.4使Queue类对用户友好223

8.5继承225

8.5.1继承类的属性225

8.5.2类定义的一般格式227

8.5.3重写父类方法227

8.5.4扩展父类方法229

8.5.5通过继承list实现一个Queue类231

8.6用户自定义异常232

8.6.1抛出一个异常232

8.6.2用户自定义异常类233

8.6.3改进类Queue的封装234

8.7电子教程案例研究：索引和迭代器234

8.8本章小结235

8.9练习题答案235

8.10习题237

8.11思考题239

第9章 图形用户界面246

9.1 tkinter图形用户界面开发基本知识246

9.1.1组件Tk： GUI窗口246

9.1.2组件Label：显示文本247

9.1.3显示图像248

9.1.4布局组件249

9.1.5将组件布局为表格251

9.2基于事件的tkinter组件253

9.2.1 Button组件及事件处理程序253

9.2.2事件、事件处理程序和mainloop（）255

9.2.3 Entry组件256

9.2.4 Text组件和绑定事件258

9.2.5事件模式和tkinter类Event259

9.3设计图形用户界面261

9.3.1组件Canvas261

9.3.2作为组织容器的组件Frame264

9.4面向对象的图形用户界面265

9.4.1 GUI面向对象程序设计基本知识266

9.4.2把共享组件赋值给实例变量268

9.4.3把共享数据赋值给实例变量269

9.5电子教程案例研究：开发一个计算器271

9.6本章小结271

9.7练习题答案271

9.8 习题275

9.9思考题275

第10章 递归278

10.1递归简介278

10.1.1调用自身的函数278

10.1.2停止条件279

10.1.3递归函数的特性280

10.1.4递归思想281

10.1.5递归函数调用和程序栈282

10.2递归示例284

10.2.1递归数列模式284

10.2.2分形图形286

10.2.3病毒扫描289

10.2.4线性递归292

10.3运行时间分析294

10.3.1指数函数294

10.3.2运算次数295

10.3.3斐波那契数列296

10.3.4运行时间的实验分析298

10.4查找300

10.4.1线性查找300

10.4.2二分查找301

10.4.3线性查找和二分查找比较303

10.4.4唯一性测试304

10.4.5选择第k个最大（或最小）项305

10.4.6计算出现频率最多的项305

10.5电子教程案例研究：汉诺塔306

10.6本章小结306

10.7练习题答案306

10.8习题308

10.9思考题309

第11章Web和搜索315

11.1万维网315

11.1.1 Web服务器和Web客户端315

11.1.2 WWW的“管道”316

11.1.3命名方案：统一资源定位器316

11.1.4协议：超文本传输协议317

11.1.5超文本标记语言318

11.1.6 HTML元素318

11.1.7 HTM L文档的树结构320

11.1.8锚点HTML元素和绝对链接320

11.1.9相对链接321

11.2 Python WWW API321

11.2.1模块urllib.request322

11.2.2模块html.parser324

11.2.3重载HTMLParser处理程序325

11.2.4模块urllib.parse327

11.2.5收集HTTP超链接的解析器327

11.3字符串模式匹配329

11.3.1正则表达式329

11.3.2 Python标准库模块re332

11.4电子教程案例研究：Web爬虫333

11.5本章小结333

11.6练习题答案334

11.7习题335

11.8思考题336

第12章 数据库和数据处理339

12.1数据库和SQl339

12.1.1数据库表339

12.1.2结构化查询语言341

12.1.3 SELECT语句341

12.1.4 WHERE子句343

12.1.5内置SQL函数345

12.1.6 GROUP BY子句345

12.1.7多表SQL查询346

12.1.8 CREATE TABLE语句347

12.1.9INSERT和UPDATE语句348

12.2 Python中的数据库编程349

12.2.1数据库引擎和SQLite349

12.2.2使用sqlite3创建一个数据库349

12.2.3提交数据库更改和关闭数据库351

12.2.4使用sqlite3查询数据库351

12.3函数语言方法353

12.3.1列表解析354

12.3.2 MapReduce 问题求解框架355

12.3.3 MapReduce的抽象概念358

12.3.4倒排索引359

12.4并行计算361

12.4.1并行计算简介362

12.4.2 multiprocessing模块中的Pool类362

12.4.3并行加速比364

12.4.4并行MapReduce366

12.4.5并行和顺序MapReduce366

12.5电子教程案例研究：数据交换369

12.6本章小结369

12.7练习题答案369

12.8习题372

12.9思考题373