Python程序設計項目教程——從入門到實踐

本教材由國家級職業教育教師教學創新團隊與企業資深工程師共同編著；秉承“學生易學”原則，依據“項目引導、任務驅動”的思路，共設計了 13 個模塊（項目），每個模塊（項目）細分為 2 ～ 4 個任務； 由實踐到理論，再從理論回到實踐，體現了職業教育和應用型本科教育的特點，符合初學者認知和學習編 程的規律。教材內容由淺入深，除 Python 基礎語法、流程控制、函數、字符串的處理、組合數據類型、文件與異常、面向對象等 Python 基礎編程內容外，還包括 Python 爬蟲、數據分析、數據可視化及 AI 應用等實踐性模塊。 在配套資源方面，本教材踐行“教師易教”原則，提供了微課視頻、教學課件、教案、課程標準、教學日歷、習題答案、程序源代碼、實訓指導書、軟件資源包、拓展案例、考試試捲等豐富資源。此外，本教材還提供課程答疑服務群，為選用本教材的教師提供答疑、資源分享、課程思政等服務。 本教材既可以作為職業院校、應用型本科院校程序設計相關課程的教材，又可以作為 Python 愛好者的參考用書。

模塊 1 初識 Python——搭建環境，編寫第一個程序......................................3
情景導入 ............................................................................................................................................3
項目分解 ............................................................................................................................................3
學習目標 ............................................................................................................................................3
任務 1.1 認識 Python 語言 .............................................................................................................4
任務分析 .................................................................................................................................................... 4
知識儲備 .................................................................................................................................................... 4
1.1.1 Python 的發展歷程 .............................................................................................................. 4
1.1.2 Python 的特點 ...................................................................................................................... 5
1.1.3 Python 的廣泛應用 .............................................................................................................. 6
任務實施 .................................................................................................................................................... 6
任務 1.2 編寫第一個 Python 程序 .................................................................................................7
任務分析 .................................................................................................................................................... 7
知識儲備 .................................................................................................................................................... 7
1.2.1 安裝 Python 基礎環境 ......................................................................................................... 7
1.2.2 熟悉 Python 自帶的開發工具 IDLE ................................................................................. 10
1.2.3 體驗功能強大的 PyCharm ................................................................................................ 11
任務實施 .................................................................................................................................................. 15
項目總結 ..........................................................................................................................................15
能力檢驗 ..........................................................................................................................................16
思辨與拓展 ......................................................................................................................................16
模塊 2 語法基礎——樹立規則，計算並打印期末成績....................................18
情景導入 ..........................................................................................................................................18
項目分解 ..........................................................................................................................................18
學習目標 ..........................................................................................................................................19
任務 2.1 打印成績單 ....................................................................................................................19
任務分析 .................................................................................................................................................. 19
知識儲備 .................................................................................................................................................. 20
2.1.1 標識符與關鍵字 ................................................................................................................ 20
2.1.2 變量 .................................................................................................................................... 21
2.1.3 註釋 .................................................................................................................................... 22
2.1.4 打印輸出 ............................................................................................................................ 23
任務實施 .................................................................................................................................................. 24
任務 2.2 通過鍵盤輸入成績並打印 ............................................................................................24
任務分析 .................................................................................................................................................. 24
知識儲備 .................................................................................................................................................. 25
2.2.1 數據類型 ............................................................................................................................ 25
2.2.2 數據類型的判斷 ................................................................................................................ 27
2.2.3 數據類型的轉換 ................................................................................................................ 27
2.2.4 數據的輸入 ........................................................................................................................ 28
任務實施 .................................................................................................................................................. 29
任務 2.3 計算總成績及平均分 ....................................................................................................30
任務分析 .................................................................................................................................................. 30
知識儲備 .................................................................................................................................................. 31
2.3.1 算術運算符 ........................................................................................................................ 31
2.3.2 關系運算符 ........................................................................................................................ 31
2.3.3 邏輯運算符 ........................................................................................................................ 32
2.3.4 成員運算符 ........................................................................................................................ 33
2.3.5 賦值運算符 ........................................................................................................................ 33
2.3.6 運算符優先級 .................................................................................................................... 34
任務實施 .................................................................................................................................................. 34
項目小結 ..........................................................................................................................................35
能力檢驗 ..........................................................................................................................................36
思辨與拓展 ......................................................................................................................................37
模塊 3 流程控制——邏輯嚴謹，使用分支與循環評定獎學金...........................38
情景導入 ..........................................................................................................................................38
項目分解 ..........................................................................................................................................38
學習目標 ..........................................................................................................................................39
任務 3.1 使用 if 語句評定單個學生的獎學金 ............................................................................39
任務分析 .................................................................................................................................................. 39
知識儲備 .................................................................................................................................................. 40
3.1.1 if 單分支語句 ..................................................................................................................... 40
3.1.2 避免縮進錯誤 .................................................................................................................... 41
3.1.3 多個判斷條件 .................................................................................................................... 43
3.1.4 if-else 雙分支語句 ............................................................................................................. 44
3.1.5 if-elif-else 多分支語句....................................................................................................... 45
3.1.6 if 語句嵌套 ......................................................................................................................... 46
任務實施 .................................................................................................................................................. 47
任務 3.2 使用 while/for 循環評定多個學生的獎學金 ...............................................................48
任務分析 .................................................................................................................................................. 48
知識儲備 .................................................................................................................................................. 48
3.2.1 while 循環語句 .................................................................................................................. 48
3.2.2 for 循環語句....................................................................................................................... 50
3.2.3 循環的嵌套 ........................................................................................................................ 52
任務實施 .................................................................................................................................................. 53
任務 3.3 循環的控制 break/continue ...........................................................................................55
任務分析 .................................................................................................................................................. 55
知識儲備 .................................................................................................................................................. 55
3.3.1 break 語句 .......................................................................................................................... 56
3.3.2 continue 語句 ..................................................................................................................... 57
任務實施 .................................................................................................................................................. 57
項目總結 ..........................................................................................................................................58
能力檢驗 ..........................................................................................................................................59
思辨與拓展 ......................................................................................................................................60
模塊 4 函數與模塊——愛國護稅，編制個人所得稅計算器..............................62
情景導入 ..........................................................................................................................................62
項目分解 ..........................................................................................................................................62
學習目標 ..........................................................................................................................................63
任務 4.1 利用簡單函數判斷是否需繳個稅 ................................................................................63
任務分析 .................................................................................................................................................. 63
知識儲備 .................................................................................................................................................. 63
4.1.1 認識函數 ............................................................................................................................ 63
4.1.2 定義並調用簡單函數 ........................................................................................................ 64
任務實施 .................................................................................................................................................. 65
任務 4.2 利用函數計算個稅金額 ................................................................................................66
任務分析 .................................................................................................................................................. 66
知識儲備 .................................................................................................................................................. 67
4.2.1 普通函數形式 .................................................................................................................... 67
4.2.2 參數的類型 ........................................................................................................................ 68
4.2.3 再議 print() 函數 ................................................................................................................ 70
4.2.4 變量的作用域 .................................................................................................................... 71
4.2.5 遞歸函數 ............................................................................................................................ 73
任務實施 .................................................................................................................................................. 73
任務 4.3 模塊化思想改造程序 ....................................................................................................74
任務分析 .................................................................................................................................................. 74
知識儲備 .................................................................................................................................................. 75
4.3.1 內置模塊 ............................................................................................................................ 75
4.3.2 第三方模塊 ........................................................................................................................ 76
4.3.3 自定義模塊的創建與使用 ................................................................................................ 77
4.3.4 包的創建與導入 ................................................................................................................ 77
任務實施 .................................................................................................................................................. 79
項目總結 ..........................................................................................................................................80
能力檢驗 ..........................................................................................................................................81
思辨與拓展 ......................................................................................................................................82
模塊 5 字符串的處理——璀璨文明，字符間領略古詩恢宏篇章.........................84
情景導入 ..........................................................................................................................................84
項目分解 ..........................................................................................................................................84
學習目標 ..........................................................................................................................................85
任務 5.1 字符串的基本操作 ........................................................................................................85
任務分析 .................................................................................................................................................. 85
知識儲備 .................................................................................................................................................. 85
5.1.1 字符串的標識方式 ............................................................................................................ 85
5.1.2 字符串的索引 .................................................................................................................... 87
5.1.3 字符串的切片 .................................................................................................................... 88
5.1.4 字符串的拼接與復寫 ........................................................................................................ 89
5.1.5 in 與 not in 運算 ................................................................................................................. 90
任務實施 .................................................................................................................................................. 90
任務 5.2 字符串格式化輸出 ........................................................................................................91
任務分析 .................................................................................................................................................. 91
知識儲備 .................................................................................................................................................. 92
5.2.1 使用 % 格式符格式化字符串 ........................................................................................... 92
5.2.2 使用 format() 函數格式化字符串 ..................................................................................... 93
5.2.3 使用 f-string 格式化字符串 .............................................................................................. 93
任務實施 .................................................................................................................................................. 93
任務 5.3 字符串的常用方法 ........................................................................................................94
任務分析 .................................................................................................................................................. 94
知識儲備 .................................................................................................................................................. 95
5.3.1 統計字符串中某子串出現的次數 .................................................................................... 95
5.3.2 字符串的查找與替換 ........................................................................................................ 96
5.3.3 刪除字符串的指定字符 .................................................................................................... 97
5.3.4 字符串的切分 .................................................................................................................... 97
5.3.5 字符串是否滿足特定條件 ................................................................................................ 98
任務實施 .................................................................................................................................................. 99
項目總結 ........................................................................................................................................100
能力檢驗 ........................................................................................................................................100
思辨與拓展 ....................................................................................................................................101
模塊 6 列表與元組——公平公正，處理校園歌手大賽評分............................ 105
情景導入 ........................................................................................................................................105
項目分解 ........................................................................................................................................105
學習目標 ........................................................................................................................................106
任務 6.1 利用列表 list 處理選手名單 .......................................................................................106
任務分析 ................................................................................................................................................ 106
知識儲備 ................................................................................................................................................ 107
6.1.1 初識列表 list .................................................................................................................... 107
6.1.2 訪問列表元素 .................................................................................................................. 107
6.1.3 修改列表元素 .................................................................................................................. 108
6.1.4 添加新元素 ...................................................................................................................... 108
6.1.5 刪除列表元素 .................................................................................................................. 109
任務實施 .................................................................................................................................................111
任務 6.2 計算參賽選手最終得分 ..............................................................................................112
任務分析 ................................................................................................................................................ 112
知識儲備 ................................................................................................................................................ 112
6.2.1 查找元素位置 .................................................................................................................. 112
6.2.2 列表切片操作 .................................................................................................................. 113
6.2.3 sort() 排序......................................................................................................................... 113
6.2.4 reverse() 反轉方法 ........................................................................................................... 113
6.2.5 遍歷列表元素 .................................................................................................................. 114
6.2.6 列表推導式 ...................................................................................................................... 114
6.2.7 其他常見列表操作 .......................................................................................................... 115
任務實施 ................................................................................................................................................ 116
任務 6.3 結合元組 Tuple 確定選手排名 ...................................................................................117
任務分析 ................................................................................................................................................ 117
知識儲備 ................................................................................................................................................ 117
6.3.1 創建並訪問元組 .............................................................................................................. 117
6.3.2 元組與小括號 .................................................................................................................. 118
6.3.3 列表、元組的嵌套 .......................................................................................................... 119
6.3.4 關於序列的內置函數 ...................................................................................................... 120
任務實施 ................................................................................................................................................ 122
項目總結 ........................................................................................................................................123
能力檢驗 ........................................................................................................................................123
思辨與拓展 ....................................................................................................................................124
模塊 7 字典與集合——學以致用，編寫“自動售貨機”程序......................... 125
情景導入 ........................................................................................................................................125
項目分解 ........................................................................................................................................125
學習目標 ........................................................................................................................................126
任務 7.1 借助 dict 實現前臺結算 ..............................................................................................126
任務分析 ................................................................................................................................................ 126
知識儲備 ................................................................................................................................................ 127
7.1.1 創建字典 .......................................................................................................................... 127
7.1.2 訪問字典 .......................................................................................................................... 128
7.1.3 字典元素的增加與修改 .................................................................................................. 128
7.1.4 字典元素的刪除 .............................................................................................................. 129
7.1.5 遍歷字典 .......................................................................................................................... 130
任務實施 ................................................................................................................................................ 131
任務 7.2 結合 set 完成商品管理 ................................................................................................132
任務分析 ................................................................................................................................................ 132
知識儲備 ................................................................................................................................................ 133
7.2.1 創建集合 .......................................................................................................................... 133
7.2.2 訪問集合元素 .................................................................................................................. 134
7.2.3 添加集合元素 .................................................................................................................. 134
7.2.4 刪除集合元素 .................................................................................................................. 135
7.2.5 集合的其他操作 .............................................................................................................. 136
任務實施 ................................................................................................................................................ 136
任務 7.3 高階函數處理商品售價 ..............................................................................................138
任務分析 ................................................................................................................................................ 138
知識儲備 ................................................................................................................................................ 138
7.3.1 可變參數與關鍵字參數 .................................................................................................. 139
7.3.2 匿名函數 .......................................................................................................................... 140
7.3.3 map() 函數 ........................................................................................................................ 140
7.3.4 filter() 函數 ....................................................................................................................... 142
7.3.5 sorted() 函數 ..................................................................................................................... 142
任務實施 ................................................................................................................................................ 143
項目小結 ........................................................................................................................................144
能力檢驗 ........................................................................................................................................144
思辨與拓展 ....................................................................................................................................145
模塊 8 文件的操作——精益求精，不斷完善“菜鳥記單詞”程序.................... 146
情景導入 ........................................................................................................................................146
項目分解 ........................................................................................................................................146
學習目標 ........................................................................................................................................147
任務 8.1 讀寫文件，編寫“菜鳥記單詞 V1.0” .....................................................................147
任務分析 ................................................................................................................................................ 147
知識儲備 ................................................................................................................................................ 148
8.1.1 打開文件 .......................................................................................................................... 148
8.1.2 文件對象的常用方法 ...................................................................................................... 149
8.1.3 使用 read() 方法讀取文件 ............................................................................................... 150
8.1.4 使用 readline() 方法讀取文件 ......................................................................................... 151
8.1.5 使用 readlines() 方法讀取文件 ....................................................................................... 151
8.1.6 關閉文件 .......................................................................................................................... 152
8.1.7 使用 write() 方法寫入文件 ............................................................................................. 152
8.1.8 使用 writelines() 方法寫入文件 ...................................................................................... 154
任務實施 ................................................................................................................................................ 154
任務 8.2 加入異常處理，優化“菜鳥記單詞 V2.0” .............................................................156
任務分析 ................................................................................................................................................ 156
知識儲備 ................................................................................................................................................ 157
8.2.1 錯誤與異常 ...................................................................................................................... 157
8.2.2 try-except 語句 ................................................................................................................. 158
8.2.3 常見的異常 ...................................................................................................................... 159
8.2.4 捕獲多種異常 .................................................................................................................. 160
8.2.5 else 子句 ........................................................................................................................... 161
8.2.6 finally 子句 ....................................................................................................................... 162
任務實施 ................................................................................................................................................ 162
任務 8.3 借助 pickle 模塊，完成“菜鳥記單詞 V3.0” .........................................................164
任務分析 ................................................................................................................................................ 164
知識儲備 ................................................................................................................................................ 165
8.3.1 認識 pickle 模塊 .............................................................................................................. 165
8.3.2 dumps() 與 loads() 函數 ................................................................................................... 165
8.3.3 dump() 與 load() 函數 ...................................................................................................... 165
任務實施 ................................................................................................................................................ 166
項目總結 ........................................................................................................................................169
能力檢驗 ........................................................................................................................................170
思辨與拓展 ....................................................................................................................................171
模塊 9 面向對象編程——協同合作，新思路實現校園通訊錄......................... 172
情景導入 ........................................................................................................................................172
項目分解 ........................................................................................................................................172
學習目標 ........................................................................................................................................173
任務 9.1 體驗面向對象編程 ......................................................................................................173
任務分析 ................................................................................................................................................ 173
知識儲備 ................................................................................................................................................ 173
9.1.1 面向對象與面向過程的編程 .......................................................................................... 173
9.1.2 進一步理解面向對象編程思路 ...................................................................................... 174
9.1.3 面向對象的優勢 .............................................................................................................. 175
任務實施 ................................................................................................................................................ 175
任務 9.2 類的創建與使用 ..........................................................................................................176
任務分析 ................................................................................................................................................ 176
知識儲備 ................................................................................................................................................ 176
9.2.1 類的定義 .......................................................................................................................... 177
9.2.2 生成對象 .......................................................................................................................... 178
9.2.3 為屬性指定默認值 .......................................................................................................... 178
9.2.4 修改屬性的值 .................................................................................................................. 179
9.2.5 私有保護 .......................................................................................................................... 179
任務實施 ................................................................................................................................................ 181
任務 9.3 使用繼承機制 ..............................................................................................................182
任務分析 ................................................................................................................................................ 182
知識儲備 ................................................................................................................................................ 183
9.3.1 子類的定義 ...................................................................................................................... 183
9.3.2 子類可以擁有獨特的方法與屬性 .................................................................................. 183
9.3.3 子類重寫父類的方法 ...................................................................................................... 184
任務實施 ................................................................................................................................................ 185
任務 9.4 實現校園通訊錄 ..........................................................................................................187
任務分析 ................................................................................................................................................ 187
知識儲備 ................................................................................................................................................ 188
9.4.1 找出通訊錄系統中的類 .................................................................................................. 188
9.4.2 通訊錄系統的總體設計 .................................................................................................. 188
9.4.3 通訊錄系統的詳細設計 .................................................................................................. 188
任務實施 ................................................................................................................................................ 190
項目總結 ........................................................................................................................................195
能力檢驗 ........................................................................................................................................195
思辨與拓展 ....................................................................................................................................196
模塊 10 網絡爬蟲——光輝歷程，獲取熱劇《覺醒年代》信息........................ 201
情景導入 ........................................................................................................................................201
項目分解 ........................................................................................................................................201
學習目標 ........................................................................................................................................202
任務 10.1 爬取《覺醒年代》主題網頁代碼 ............................................................................202
任務分析 ................................................................................................................................................ 202
知識儲備 ................................................................................................................................................ 203
10.1.1 網絡爬蟲及其合法性 .................................................................................................... 203
10.1.2 爬取網頁前的準備工作 ................................................................................................ 203
10.1.3 初步體驗 Requests 庫 .................................................................................................... 204
任務實施 ................................................................................................................................................ 206
任務 10.2 提取《覺醒年代》主題網頁信息 ............................................................................207
任務分析 ................................................................................................................................................ 207
知識儲備 ................................................................................................................................................ 208
10.2.1 BeautifulSoup 庫 ............................................................................................................ 208
10.2.2 在網頁中查找所需的信息 ............................................................................................ 209
任務實施 ................................................................................................................................................ 210
任務 10.3 爬取多個頁面的信息 ................................................................................................213
任務分析 ................................................................................................................................................ 213
知識儲備 ................................................................................................................................................ 213
10.3.1 使用 cookie 模擬登錄.................................................................................................... 213
10.3.2 爬取一個頁面上的多部電視劇信息 ............................................................................ 215
10.3.3 模擬“翻頁”功能 ........................................................................................................ 215
任務實施 ................................................................................................................................................ 216
任務 10.4 利用 openpyxl 保存爬取的信息 ...............................................................................218
任務分析 ................................................................................................................................................ 218
知識儲備 ................................................................................................................................................ 219
10.4.1 創建工作簿與工作表 .................................................................................................... 219
10.4.2 保存 Excel 數據 ............................................................................................................. 220
任務實施 ................................................................................................................................................ 221
項目總結 ........................................................................................................................................221
能力檢驗 ........................................................................................................................................222
思辨與拓展 ....................................................................................................................................223
模塊 11 Pandas 數據分析——綠色低碳，統計分析“碳排放”數據...............224
情景導入 ........................................................................................................................................224
項目分解 ........................................................................................................................................225
學習目標 ........................................................................................................................................225
任務 11.1 讀取數據源生成 DataFrame .....................................................................................225
任務分析 ................................................................................................................................................ 225
知識儲備 ................................................................................................................................................ 226
11.1.1 Pandas 與 Jupyter Notebook 的安裝 ............................................................................. 226
11.1.2 Pandas 的一維數據結構——Series .............................................................................. 227
11.1.3 Pandas 的二維數據結構——DataFrame ...................................................................... 229
任務實施 ................................................................................................................................................ 231
任務 11.2 數據預處理和簡單查詢 ............................................................................................232
任務分析 ................................................................................................................................................ 232
知識儲備 ................................................................................................................................................ 232
11.2.1 查看 DataFrame 的常用屬性 ......................................................................................... 232
11.2.2 數據中重復值、缺失值的處理 .................................................................................... 233
11.2.3 訪問 DataFrame 的數據 ................................................................................................. 234
11.2.4 篩選符合條件的數據 .................................................................................................... 236
任務實施 ................................................................................................................................................ 236
任務 11.3 數據的進一步統計分析 ............................................................................................237
任務分析 ................................................................................................................................................ 237
知識儲備 ................................................................................................................................................ 238
11.3.1 排序操作 ........................................................................................................................ 238
11.3.2 基本描述性統計 ............................................................................................................ 239
11.3.3 靈活的 apply() 方法 ....................................................................................................... 239
11.3.4 分析結果的保存 ............................................................................................................ 240
任務實施 ................................................................................................................................................ 240
項目總結 ........................................................................................................................................242
能力檢驗 ........................................................................................................................................242
思辨與拓展 ....................................................................................................................................243
模塊 12 數據可視化——民族驕傲，絢麗圖表再現冬奧盛典...........................245
情景導入 ........................................................................................................................................245
項目分解 ........................................................................................................................................246
學習目標 ........................................................................................................................................246
任務 12.1 繪制第一個 Pyecharts 圖表 ......................................................................................246
任務分析 ................................................................................................................................................ 246
知識儲備 ................................................................................................................................................ 247
12.1.1 數據可視化庫 ................................................................................................................ 247
12.1.2 Pyecharts 的安裝 ............................................................................................................ 247
任務實施 ................................................................................................................................................ 248
任務 12.2 根據北京冬奧會數據繪制柱狀圖、餅圖 ................................................................250
任務分析 ................................................................................................................................................ 250
知識儲備 ................................................................................................................................................ 251
12.2.1 為柱狀圖設置效果 ........................................................................................................ 251
12.2.2 繪制餅圖 ........................................................................................................................ 254
12.2.3 鏈式調用 ........................................................................................................................ 254
任務實施 ................................................................................................................................................ 255
任務 12.3 根據歷屆冬奧會數據繪制折線圖、分佈地圖 ........................................................256
任務分析 ................................................................................................................................................ 256
知識儲備 ................................................................................................................................................ 257
12.3.1 繪制折線圖 .................................................................................................................... 257
12.3.2 繪制分佈地圖 ................................................................................................................ 258
任務實施 ................................................................................................................................................ 258
項目總結 ........................................................................................................................................260
能力檢驗 ........................................................................................................................................260
思辨與拓展 ....................................................................................................................................261
模塊 13 Python 與 AI——科技創新，帶你認識奇妙的野生動物....................262
情景導入 ........................................................................................................................................262
項目分解 ........................................................................................................................................262
學習目標 ........................................................................................................................................263
任務 13.1 體驗百度 AI 與開發者註冊 ......................................................................................263
任務分析 ................................................................................................................................................ 263
知識儲備 ................................................................................................................................................ 263
13.1.1 Python 與人工智能 ........................................................................................................ 263
13.1.2 體驗百度 AI 開放平臺 .................................................................................................. 263
任務實施 ................................................................................................................................................ 265
任務 13.2 調用百度接口識別動物 ............................................................................................267
任務分析 ................................................................................................................................................ 267
知識儲備 ................................................................................................................................................ 268
13.2.1 SDK 方式調用百度 AI .................................................................................................. 268
13.2.2 API 方式調用百度 AI.................................................................................................... 269
任務實施 ................................................................................................................................................ 270
任務 13.3 開發具有圖形界面的動物識別程序 ........................................................................271
任務分析 ................................................................................................................................................ 271
知識儲備 ................................................................................................................................................ 272
13.3.1 Tkinter 簡介 ................................................................................................................... 272
13.3.2 生成主窗口 .................................................................................................................... 273
13.3.3 Label 標簽 ...................................................................................................................... 273
13.3.4 Button 按鈕 .................................................................................................................... 274
任務實施 ................................................................................................................................................ 275
項目總結 ........................................................................................................................................277
能力檢驗 ........................................................................................................................................278
思辨與拓展 ....................................................................................................................................279