Python編程基礎與數據分析

目錄

第一部分Python編程基礎

第1章計算機程序

1.1計算機組成

1.1.1計算機硬件組成

1.1.2計算機軟件組成

1.2計算機編程

1.3程序運行過程

1.4Python語言

1.5Python環境搭建

1.5.1運行環境

1.5.2開發環境

1.5.3安裝和使用Anaconda

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第2章Python基礎知識

2.1常量

2.1.1數字

2.1.2字符串

2.2變量

2.2.1變量名稱

2.2.2變量賦值

2.2.3數據類型

2.3運算

2.3.1內置數值運算符

2.3.2內置的標識運算符

2.3.3內置的數值運算函數

2.3.4內置的數值轉換函數

2.3.5Python中的庫分類

2.3.6math庫

2.4註釋

2.5Python程序內部運行過程

2.6編程風格

2.7應用案例

2.7.1貨幣匯率轉換

2.7.2企業利潤率和增長率

2.7.3放射性同位素衰減

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第3章編程邏輯

3.1程序流程圖

3.2順序結構

3.3分支結構

3.3.1if分支結構

3.3.2模式匹配

3.4循環結構

3.4.1for循環

3.4.2while循環

3.4.3break語句

3.4.4continue語句

3.4.5海象操作符

3.5應用案例

3.5.1斐波那契數列

3.5.2計算圓周率

3.5.3廣播模型、擴散模型和傳染模型

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第4章函數

4.1函數的引入

4.2函數定義

4.3函數調用

4.4變量作用域

4.5函數參數

4.5.1參數默認值

4.5.2關鍵字參數

4.5.3可變數量參數

4.6函數返回值

4.7Lambda表達式

4.8文檔字符串

4.9字符串處理

4.10回調函數*

4.11函數遞歸算法*

4.12應用案例

4.12.1等額本息還款

4.12.2股票期望回報率與風險

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第5章數據結構

5.1數據結構的簡介

5.1.1數據的重要性

5.1.2數據結構的定義

5.1.3數據結構的分類

5.2Python內置數據結構

5.3列表

5.3.1基本概念

5.3.2創建列表

5.3.3刪除列表

5.3.4增加列表元素

5.3.5刪除列表元素

5.3.6訪問和修改列表元素

5.3.7判斷列表元素是否存在

5.3.8切片

5.3.9列表排序與逆序

5.3.10列表推導式

5.3.11Python內置函數

5.3.12列表的內存管理

5.4元組

5.4.1基本概念

5.4.2創建元組

5.4.3訪問元組

5.4.4修改元組

5.4.5刪除元組

5.4.6序列解包

5.4.7多序列操作

5.4.8生成器表達式

5.4.9疊代器

5.4.10生成器

5.4.11元組的內存管理

5.5字典

5.5.1基本概念

5.5.2創建字典

5.5.3刪除字典元素

5.5.4添加和修改字典元素

5.5.5查詢字典

5.5.6字典推導式

5.5.7字典的內存管理

5.6集合

5.6.1基本概念

5.6.2創建集合

5.6.3增加集合元素

5.6.4刪除集合元素

5.6.5集合推導式

5.6.6集合運算

5.6.7集合的內存管理

5.6.8列表、元組、字典和集合的操作對比總結

5.7應用案例

5.7.1等額本金還款

5.7.2投資組合優化模型

5.7.3有向圖管理

5.7.4學生課程管理系統

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第6章文件

6.1文件的操作流程

6.2打開和關閉文件

6.3操作文本文件內容

6.3.1讀文件

6.3.2寫文件

6.4操作二進制文件內容

6.5文件的內存管理

6.6序列化與反序列化

6.7文件的操作

6.8目錄的操作

6.9應用案例

6.9.1表格數據文件的讀寫

6.9.2JSON數據文件處理

6.9.3使用MD5對文件進行加密

6.9.4使用yield from處理多個日誌文件

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第7章模塊與包

7.1模塊

7.1.1模塊的基本概念

7.1.2導入和使用模塊

7.1.3模塊循環引用問題

7.1.4模塊的__name__

7.1.5編寫模塊

7.1.6模塊導入的工作原理

7.2包

7.2.1創建包

7.2.2使用包

7.3應用案例*

7.3.1經典的包分層結構

7.3.2機器學習包的分層結構

7.3.3網上商城的包分層結構

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第8章異常處理

8.1異常的基本概念

8.2異常處理結構

8.3主動拋出異常

8.4斷言

8.5上下文管理

8.6應用案例

8.6.1文件讀寫與用戶輸入異常處理

8.6.2銀行賬戶操作中的異常

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第9章程序調試

9.1調試的基本概念

9.2常見的錯誤類型

9.3使用print語句進行基礎調試

9.4理解Python的錯誤消息

9.4.1解讀Python錯誤消息

9.4.2常見錯誤類型和解決方法

9.5斷點與單步執行

9.5.1斷點和單步執行

9.5.2斷點的使用

9.5.3單步執行代碼

9.5.4觀察變量和程序狀態

9.6Python調試器pdb

9.7利用日誌記錄進行調試*

9.8單元測試與調試*

9.9調試高級技巧*

9.10應用案例

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第10章面向對象編程

10.1面向對象的基本概念

10.1.1面向對象的引入

10.1.2面向對象的基本概念

10.2self參數

10.3字段

10.3.1類變量和對象變量

10.3.2成員的訪問權限

10.3.3Python內置類屬性

10.4方法

10.5類的繼承

10.5.1類繼承的基本概念

10.5.2創建父類

10.5.3創建子類

10.6面向對象的內存管理*

10.7運算符重載*

10.7.1常見魔法方法

10.7.2運算符重載示例

10.8類的多態*

10.9Python中一切皆為對象*

10.9.1Python的對象概念

10.9.2Python對象的特性

10.9.3Python對象回收機制

10.9.4class、object和type的關系

10.10元類*

10.10.1使用元類創建類

10.10.2元類的高級應用

10.11閉包*

10.12修飾器*

10.12.1修飾器的基本原理

10.12.2使用@語法簡化修飾器

10.12.3處理帶參數的內嵌函數

10.12.4帶參數的修飾器

10.12.5類的修飾器

10.12.6內置修飾器

10.13屬性*

10.13.1類的屬性設置

10.13.2動態計算屬性

10.13.3兩種屬性的區別： Attribute與Property

10.14從namedtuple到類*

10.15類型註解*

10.15.1基礎類型註解

10.15.2高級類型註解

10.16應用案例

10.16.1金融投資類體系

10.16.2支付系統模擬

10.16.3單例設計模式

10.16.4金融風控

10.16.5電梯調度系統

10.16.6修飾器的高級應用*

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第二部分科學計算與數據處理

第11章NumPy數值計算

11.1NumPy概述

11.2NumPy基礎

11.2.1NumPy的安裝與配置

11.2.2ndarray對象

11.2.3ndarray的屬性和方法

11.2.4數組的索引和切片

11.3數組運算

11.3.1基本數學運算

11.3.2統計函數

11.3.3線性代數運算

11.4NumPy高級功能*

11.4.1通用函數

11.4.2邏輯運算與條件篩選

11.4.3排序、搜索與計數

11.5NumPy的向量化

11.6NumPy的內存管理

11.7應用案例

11.7.1馬爾可夫鏈蒙特卡洛模擬

11.7.2線性回歸分析

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第12章Pandas數據處理與分析

12.1Pandas概述

12.1.1Pandas簡介

12.1.2安裝與配置Pandas

12.2Pandas數據結構

12.2.1Series數據結構

12.2.2DataFrame數據結構

12.3數據導入與導出

12.3.1讀取數據文件

12.3.2寫入數據文件

12.4數據清洗

12.4.1缺失數據處理

12.4.2數據過濾與選擇

12.4.3數據轉換

12.5數據分析

12.5.1數據排序與索引

12.5.2數據分組與聚合

12.5.3數據合並

12.5.4數據重塑

12.6Pandas高級功能*

12.6.1時間序列分析

12.6.2函數應用與映射

12.6.3多層索引與分層數據

12.7應用案例

12.7.1數據清洗與整理

12.7.2時間序列數據分析

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第13章Matplotlib數據可視化

13.1Matplotlib概述

13.2Matplotlib的繪圖基礎

13.2.1Matplotlib的工作流程

13.2.2Figure和Axes的概念

13.3基本繪圖

13.3.1折線圖

13.3.2散點圖

13.3.3條形圖

13.3.4直方圖

13.3.5餅圖

13.4子圖與布局定制*

13.4.1創建多個子圖

13.4.2自定義子圖布局

13.4.3子圖間的共享軸

13.5極坐標圖*

13.5.1繪制基本極坐標圖

13.5.2極坐標圖的應用

13.6熱圖*

13.6.1繪制熱圖

13.6.2熱圖的應用

13.7三維繪圖*

13.7.1創建三維坐標軸

13.7.2三維曲線圖

13.7.3三維表面圖

13.8圖形美化與輸出*

13.8.1自定義圖形樣式

13.8.2自定義主題樣式

13.8.3保存和復用自定義樣式

13.9圖例與註釋

13.9.1添加與自定義圖例

13.9.2圖形註釋*

13.10圖形的保存與導出*

13.10.1保存圖形的基本用法

13.10.2保存透明背景圖形

13.10.3自定義保存選項

13.11Pandas的可視化

13.12應用案例

13.12.1分布分析

13.12.2分類數據的可視化

13.12.3相關性分析*

13.12.4動態圖*

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第三部分項目開發實踐

第14章Python項目開發實踐*

14.1Python項目開發基礎

14.1.1Python項目的基本概念

14.1.2虛擬環境與依賴管理

14.1.3項目結構的最佳實踐

14.1.4版本控制與協作開發

14.1.5編碼規範與文檔

14.1.6測試驅動開發

14.2信用卡異常交易檢測項目

14.2.1信用卡異常交易檢測

14.2.2信用卡異常交易檢測項目概述

14.3項目環境與項目文件結構

14.3.1Python環境配置與庫安裝

14.3.2項目文件結構

14.4數據生成與理解

14.4.1交易數據生成類的初始化

14.4.2生成交易數據

14.4.3標記異常交易

14.4.4計算金額和時間的風險分數

14.4.5數據的可視化

14.5數據預處理

14.5.1數據清洗的基本原則

14.5.2實現數據預處理

14.5.3數據標準化與編碼

14.6特征工程

14.6.1特征工程的概念

14.6.2特征提取與構造

14.6.3常見的特征選擇方法

14.7模型選擇與訓練

14.7.1監督學習與無監督學習模型

14.7.2模型選擇

14.7.3模型訓練

14.8模型評估

14.8.1混淆矩陣

14.8.2評估模型性能的指標

14.8.3實現模型評估

14.8.4模型評估的可視化

14.9圖形用戶界面

14.9.1圖像用戶界面的設計理念

14.9.2圖形用戶界面的實現

14.10主程序

14.10.1主程序結構

14.10.2主程序的模塊化實現

14.11單元測試

14.11.1單元測試概述

14.11.2實現單元測試

14.12項目的打包與發布

14.12.1打包項目： 將代碼部署為可執行應用程序

14.12.2在PyCharm中打包項目

14.12.3生成可執行文件

14.12.4發布與分享項目

14.13項目總結與擴展思考

14.13.1項目改進方向

14.13.2項目的擴展性思考

本章小結

參考文獻