书名：15天快速上手Python
ISBN：978-7-115-59085-5
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著 [日] 中岛省吾
译 李 晗
责任编辑 秦 健
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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ITSUKAKAN DE MANABU PYTHON KISO PROGRAMMING HEN/ SCRAPING HEN/ AI PROGRAMMING HEN written by Shogo Nakajima
Copyright © 2018 by Shogo Nakajima. All rights reserved.
Originally published in Japan by Nikkei Business Publications, Inc.
Simplified Chinese translation rights arranged with Nikkei Business Publications, Inc. through Copyright Agency of China.
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Python作为一门功能强大且利于理解和使用的编程语言，非常适合编程初学者入门。本书详细阐述了Python编程的基础知识，同时介绍了Python在网络爬虫和AI编程方面的应用。本书还通过丰富的实用案例介绍了掌握Python编程的必备知识，并针对学习过程中的重点和难点进行了深入剖析。本书采用师生互答的形式讲解，共有三篇，每一篇5天学完，每一天均有详细的学习说明，以帮助读者快速掌握Python基础知识，并用其解决工作中遇到的问题。
本书内容丰富，语言风趣幽默，适合对Python编程感兴趣的初学者参考。
随着人工智能大浪潮的到来，机器学习、深度学习变得越来越火！Python作为机器学习的重要编程语言，已经蝉联TIOBE编程语言排行榜冠军。
未来是人工智能的时代，我们有理由相信Python将发挥更大的作用。
2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出面向2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施。
2017年10月，教育部决定自2018年3月起，在计算机二级考试中加入“Python语言程序设计”科目。
2018年1月，教育部召开新闻发布会，在“新课标”改革中正式将人工智能、物联网、大数据处理划入新课标，这也意味着新入学的高中生将要开始学习Python。
Python一路逆袭，作为人工智能时代的编程语言，Python无疑正受到越来越多的人追捧。
本书共有三篇，包括Python基础篇、Python网络爬虫篇和Python AI编程篇。本书不同于一般的Python图书，本书的篇幅虽然较短，但却在有限的篇幅中囊括了掌握Python的必备知识。本书采用师生互答的形式讲解，每一篇5天学完，每一天均有详细的学习说明，以帮助读者快速掌握Python基础知识，并用其解决工作中遇到的问题。
如果您是小白用户，满足以下条件：
● 会使用计算机，但从来没写过程序；
● 还记得在初中数学课上学的方程式和一点点代数知识；
● 想从编程小白变成专业的软件架构师；
● 每天能抽出一定的时间来学习。
不要再犹豫了，这本书就是为您准备的！
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第1天 初识Python
第2天 控制语句和函数
第3天 Python数据类型
第4天 类和模块
第5天 网络通信
这是一个关于在房地产公司认真工作的山本慎吾（25岁）和来自偶像组合“鱼篮坂256”（Gyoranzaka 256）的田中千里（年龄不详）在进入编程教室后所发生的故事。他们两人计划在接下来的5天里学习Python编程的基础知识。我们来看看将会发生什么吧！
讲师 大家好，欢迎来到编程教室学习Python入门课程，我是中岛老师。
慎吾 我听说即使是初学者，也可以在5天内学会基本的Python编程？
讲师 是的。通过5天的学习，您将能开发出发送电子邮件或从网站收集信息的程序。
慎吾 真的吗？
讲师 真的，山本慎吾先生。您正在从事房地产销售工作，我可以友好地称您为慎吾君吗？
慎吾 可以。
千里 嘻嘻，糟了呢。
讲师 嗯，旁边那位是田中千里小姐吧？
千里 是的，请叫我千里吧。
讲师 叫全名的话果然还是有点别扭，我还是叫您千里酱吧。哇！千里酱原来属于偶像团体啊。
千里 嘿嘿，是“鱼篮坂256”呢。因为在团里算是个小透明，所以每次总是落选。如果我会写程序，大概会吸引一些理科男粉丝吧，我想成为偶像里的极客。
慎吾 啊！是女子偶像啊！
千里 请多多指教！
讲师 今天我们将学习的编程语言是Python。Python在字面上是蟒蛇的意思，没有更特别的意义。Python这一名称来自英国喜剧节目Monty Python’s Flying Circus，它是Python的发明人Guido van Rossum（荷兰人）非常喜爱的节目。
千里 我听说过Python。当Python程序员可以致富，是吧？
讲师 至于这个问题，好像一项调查结果表明，Python程序员年收入高于使用其他编程语言的程序员。
慎吾 我的目标不是成为一名程序员，我真的很喜欢目前的销售工作。但是，我觉得如果我可以开发出对工作有用的应用程序，那么将能够扩大我的工作范围。
讲师 明白了，目的性很重要。现在我们打开随身携带的笔记本电脑。慎吾的是Windows系统，而千里的是macOS系统。启动后，我们使用浏览器访问Python官方网站（见图1）。
图1 Python官方网站
慎吾 突然间出现很多英文和符号。
讲师 左侧是Python程序代码。
千里 这就是Python啊！
讲师 我们将一组计算机命令和指令称为程序，Python指令由此处显示的语句构成，这种语句称为“程序代码”或简称“代码”。现在，将鼠标光标悬停在屏幕上的Downloads按钮上。
千里 窗口滑动出来了！慎酱的计算机屏幕和我的计算机屏幕不太一样呢。
慎吾 啊？慎酱？是在叫我吗？
千里 是的～慎～酱～。
讲师 即使访问同一网站，服务器也会识别操作系统的差异并切换显示界面。我们先下载Python 3.6.0版本吧。首先，单击Downloads按钮，在打开的页面中一直往下拉，找到Python 3.6.0文件的下载链接。[1]
[1] 由于在翻译本书时Python 3已经更新到3.10.1且官网推荐下载Python 3，因此下载界面会有所变化。——译者注
慎吾 下面的Python 2.7.13是什么？
讲师 Python分为Python 3.x和Python 2.x系列，其中，Python 3.x系列采用了新的语言规范。但是，由于仍然有很多使用Python 2.x的程序，因此这两个系列都可以下载。顺便说一句，如果使用的是macOS系统，则系统中已经安装了适用于2.x系列的Python，因此可以立即启动Python。
千里 搞定了。
慎吾 啥？
讲师 但是，这次我们将研究Python 3.x系列，因此你们两个都应该下载Python 3.6.0版本（见图2）。
慎吾 python-3.6.exe文件下载好了。
千里 我下载的是python-3.6.0-macosx10.6.pkg文件。
图2 下载Python 3.6.0
讲师 这两个文件都需要双击才能启动安装程序。在Windows系统中安装Python 3.6.0的大致过程见图3。在macOS系统中，如果单击“许可协议”界面上的“继续”按钮，则会出现“您必须同意软件许可协议的条款才能继续安装此软件”的对话框，单击“继续”按钮以继续安装。如果出现询问是否允许安装的对话框，请输入密码，然后单击“安装软件”按钮。当显示安装完成的对话框时，单击“关闭”按钮即可完成安装（见图4）。
图3 在Windows系统中安装Python 3.6.0
图4 在macOS系统中安装Python 3.6.0
千里 这是进行Python编程的应用程序吗？
讲师 是的，这是用于开发“程序”的程序。
慎吾 这样的话，应该有一个用于开发这个程序的程序，以及一个用于开发这个程序的程序的程序……
讲师 最后，您将回到人类直接编写程序的时代。实际上，人们曾经直接打开和关闭计算机来输入命令，或者在纸带上打孔以进行编程。
慎吾 想起来了，我在以前的动画片里看到过一台纸带计算机。
讲师 过去，人们通过在纸带上打孔来给计算机发送命令和指示。因此，即使到现在，修改现有程序也被称为“打补丁”。换句话说，用补丁将孔补好并修复。
千里 这样啊。但是，当应用程序出问题时，为什么我们将其称为bug（漏洞）呢？
讲师 那是因为在过去，计算机是通过组合大量称为“继电器”的电气开关制成的。继电器在正常打开时被进入的“虫子”（bug）卡住，导致计算机出现故障，只有清除卡住的虫子后，计算机才能正常运行。根据这个故事，人们将修正程序的不合适之处称为“修复bug”。
慎吾 呃，被开关夹死的蟑螂。
千里 哎呀，算了吧。
讲师 扯远了。我们休息一下吧。
讲师 现在，我们启动安装好的Python。在Windows系统中，单击“开始”按钮，然后在“开始”菜单中选择“命令提示符”。命令提示符启动后，在其中输入“python”并按回车键（见图1）。
图1 在Windows系统中启动Python解释器
慎吾 好的，顺利搞定。
讲师 在macOS系统中，单击Finder菜单，选择“应用程序”命令，选择“实用程序”命令，启动终端，输入“python3”并按回车键。请注意，如果使用与Windows系统中相同的python命令，就会启动已安装的Python 2.x版本（见图2）。
图2 在macOS系统中启动Python 解释器
千里 好期待啊。
讲师 你们两个人的计算机都显示已经安装Python 3.6.0。此处启动的程序称为“Python解释器”，也可称为“交互式shell”。在Python解释器中，输入Python命令后，按回车键即开始执行这条命令。在输入处，用于接收输入的符号“>>>”称为“提示符”。
慎吾 在提示符后输入Python命令。原来如此，那我输入命令“请编写程序。”并按回车键试一下。不行！被拒绝了（见图3）。
图3 源代码
讲师 很遗憾，Python不懂您输入的是什么。由于Python解释器只能理解特定的语法，因此必须按照该语法输入代码。如果违反了该语法，就会显示SyntaxError。
千里 慎吾，你太着急了。
慎吾 嗯嗯嗯。
讲师 首先，对Python下达“Hello Python!”的指示吧。为了显示文字，我们需要使用名为print的函数。
慎吾 函数？是数学函数吗？
讲师 和数学中的函数有点不一样。在编程世界中，将“接收参数并返回处理结果”的功能称为“函数”。试着像图4所示的这样输入，即使是相同的字母和符号，也请注意半角文字和全角文字是不同的。在Python中，除显示在屏幕上的字符串以外，所有的输入都是半角形式的。这一次，我们要显示的文字也用半角形式输入（见图4）。
图4 源代码
千里 怎么说呢，看着很朴素。
慎吾 确实。
讲师 嗯，一开始是这样的，不要失望。print函数又称为“内置函数”，内置函数是不需要额外安装任何库就可以直接使用的函数。传递给函数的数据称为“参数”，“Hello Python!”部分就是参数。
千里 只会出现文字啊。
讲师 明白了。现在我们使用Python进行数值计算。请参照图5输入内容并执行。
图5 源代码
慎吾 有点像计算机了。
讲师 想必大家已经知道了Python可以做加法，当然它也可以做减法和乘法（见图6）。
图6 源代码
慎吾 乘法符号是“*”？
讲师 这是“星号”。像这样运算时使用的符号称为“算术运算符”，参见表1。
表1 算术运算符
| 运算符 |
含义 |
示例 |
| + |
加法 |
3 + 4 |
| − |
减法 |
6 − 2 |
| * |
乘法 |
2 * 4 |
| / |
除法 |
8 / 2 |
| // |
舍弃除法 |
8 // 2 |
| % |
求余 |
5 % 2 |
| ** |
求幂 |
2 ** 3 |
千里 计算机中的乘法和除法的运算符与算术中的是不一样的。“星号”的输入方法是一边按Shift键，一边按键盘上的数字键8，“斜线”是使用“/”键输入的。另外，还有计算“幂”的运算符呢。
慎吾 有两种除法啊。
讲师 使用“//”运算符执行除法运算时，运算结果中小数点以后的内容会被舍弃（见图7）。
图7 源代码
讲师 算术运算本身并不难，但在进行带小数点的计算时，有一点必须注意。例如，0.1+0.1+0.1是多少？
慎吾 0.3，对吧？
讲师 试试看吧（见图8）。
图8 进行带小数点的计算
千里 哇，好像零头有问题。
慎吾 Python不对啊。
讲师 像这种带小数点的计算，在大部分编程语言中都会有相同的结果，原因在于计算机中的数值都是以“二进制”形式来表示的。
千里 我知道二进制的故事，计算机是0和1的世界。
讲师 是的。因为计算机是电子设备，所以电流只能处于“流动”或“不流动”状态。流动状态为1，不流动状态为0，将二者组合起来就能表示出命令和数据等内容。
千里 但是，为什么在二进制中带小数点的计算会变得如此奇怪呢？
讲师 计算机将指令和数据存储在“存储器”中并加以利用。这种存储器中排列着可以存储电的小水桶，小水桶中有电的话就记为1，没有电的话就记为0。
慎吾 计算机的内存中有一个水桶。
讲师 其实，说到底这只是一种比喻。如果将8个这样的小水桶排列在一起，就可以表示00000000～11111111的值。这8个小水桶称为“1字节”，计算机的存储器就是以“字节”（B）为单位来存储数据的。另外，1KB是1024B，1MB是1024KB，1GB是1024MB。
千里 我的手机是64GB的。
讲师 也就是说，计算机的内存中只能存储0和1，因而无法表示负数和带小数点的数值。为此，我们制定了一些规则，目的是让人们只使用0和1就能表示负数和带小数点的数值。此类规则有很多，Python中的小数使用的是“IEEE 754浮点数”规则。
慎吾 不过，这条规则是有缺陷的。
讲师 与其说是缺陷，不如说是“规格”。
千里 懂了！程序员常用的十大术语。
讲师 嗯。那么，为什么二进制数得不到正确的结果呢？我们实际计算后再分析一下。试着将十进制数0.25转换成二进制数，转换方法是：将小数点的前后部分分开计算。因为0.5只有小数点以后的内容，所以在将其乘以2的过程中，如果结果大于等于1，则取出1，否则取出0，然后将结果排列在二进制数的小数点以后（见图9）。
图9 进行带小数点的计算
千里 十进制数0.25等于二进制数0.01。
讲师 现在试着将十进制数0.3转换成二进制数（见图10）。
图10 源代码
慎吾 这样的话，计算还没结束呢。
讲师 这种小数称为“循环小数”。也就是说，十进制数0.3在二进制中是循环小数。这里请回忆一下计算机内存的故事。计算机以1B、2B、4B的分段形式保存数据。但是，循环小数是永远持续的，所以无法全部存储，必须在某个地方进行舍弃。这种计算中的值和内存中的值之间的误差称为“舍入误差”。
千里 也就是说，会显示误差部分。
慎吾 但是，如果小数点以后内容的计算有误差，就有麻烦了吧？
讲师 当然，Python具有返回正确计算结果的功能。例如，可以使用decimal模块中的对象尝试进行计算（见图11）。
图11 源代码
讲师 这是一个使用decimal模块中的Decimal对象以“无舍入误差”方式计算小数点以后内容的例子。
千里 Decimal对象？它不是函数吗？
讲师 Python采用了“面向对象”的思想，一切都是由“对象”构成的。输入的数值、字符串、函数等，它们真正的原型都是“对象”。
慎吾 全部都是对象？您在说什么啊？
讲师 关于“面向对象”，我将在第4天详细说明，现在请将其想象成“集合了各种功能的程序”。
千里 虽然不知道为什么，但Python中的一切都是“对象”。
讲师 是的，这里还出现了“模块”，这个术语也将在第4天详细说明。根据功能的不同，我们需要使用import语句导入适当的模块。
慎吾 感觉就像期权一样。
讲师 是啊。小数点以后内容的计算就到此为止吧。
讲师 接下来，我们同时显示算式和计算结果。首先，请在界面上显示“3+4=”。
千里 哇，问题突然被提出来了。
慎吾 输入“3+4=”自然就可以了（见图1）。
图1 源代码
慎吾 啊，又是SyntaxError！
千里 慎吾，我来试试。
讲师 要在界面上显示文字，请使用print函数。
千里 是啊，这样输入怎么样（见图2）？
图2 源代码
千里 糟了，结果和慎吾的一样。
讲师 在使用print函数显示字符串时，需要将参数字符串使用“'”（单引号）或“"”（双引号）括起来（见图3）。
图3 源代码
慎吾 字符串？但这是3+4啊。
讲师 如果不加单引号或双引号，表示的就是“表达式”（见图4）。
图4 源代码
千里 做好了！
讲师 那么，请在“3+4=”的后面显示计算结果。
慎吾 总觉得很麻烦，这样做怎么样？哦，SyntaxError又出现了（见图5）！
图5 源代码
千里 很好。
讲师 真可惜。我知道您想做什么，是想显示3+4=7吧。为此，必须使用str函数将表达式的结果转换成字符串（见图6）。
图6 源代码
慎吾 狡猾，str函数什么的我们不知道啊。
讲师 对不起，print函数的参数必须是“字符串”或“可以转换成字符串的值”。由于3+4的结果7是数值，因此即使和字符串连接，数值也不会变成字符串。
千里 我不太清楚字符串和数值的区别啊。
讲师 你们在计算机屏幕上看到的文字是文字的图像，文字的图像被分配了号码，这种号码称为“字符编码”。“字符串”是“字符编码的列表”。
千里 我经常听人说字符编码，它是错了就会显示乱码的家伙吧。
讲师 不同字符编码分配给“文字的图像”的“号码”也不同。因此，即使是相同的号码，如果字符编码不同，也会显示不同的图像，形成“乱码”（见表1）。
表1 常见的字符编码
| 字符编码 |
释义 |
| ASCII |
计算机中使用最多的主要用于显示现代英语的字符编码 |
| ISO-2022-JP |
简称“JIS码”，其中汇集了JIS X 0211、JIS X 0201拉丁字母、ISO 646国际标准版图形文字、JIS X 0208等多种字符编码 |
| EUC-JP |
在UNIX操作系统中处理日文字符时使用的字符编码 |
| Shift_JIS |
一种允许多字节字符和单字节字符混合在一起的字符编码，目前还增加了使用场景比较多的、可处理字符的Windows-31J和CP932等“亚种” |
| Unicode |
一种几乎囊括所有字符的由多字节构成的字符编码，目前Windows、macOS、Linux等操作系统都支持 |
慎吾 也就是说，看起来相同的3，也有分配给“文字3的号码”和“数值3的号码”两种含义吗？
讲师 是的。因此，Python解释器为了区分是字符串还是数值，会将字符串用单引号或双引号括起来。
千里 没有用单引号括起来的3+4不是字符串，因而需要用str函数将计算结果转换成字符串。
讲师 是的。像这样经过函数处理后返回的结果值称为“返回值”。也就是说，str函数在将一个数值作为参数传递后，会将这个数值的字符串作为返回值返回。最后，可以使用字符串连接运算符将字符串“3+4=”和返回值“7”连接起来。
千里 啊，字符串是用运算符进行连接的。
讲师 就这样，界面上显示的是3+4=7。
千里 哈哈，我明白了。
慎吾 哦，感觉总算是理解了。
讲师 没关系。只要习惯了，就不会在意计算机的结构。我们休息一下吧。
讲师 使用print函数可以显示文字，下面我们试着用键盘输入文字吧。
慎吾 哦，看起来很开心啊。
千里 好期待啊。
讲师 为了用键盘输入文字，我们需要使用input函数。请参照图1输入代码。
图1 源代码
慎吾 input函数的参数显示在屏幕上，我应该输入什么内容呢？
千里 输入“a”并按回车键，字母a就显示出来了。
讲师 显示的文字是input函数从提示符那里接收的。这样的话，由于没有其他用处，因此未将接收的文字存储在“变量”中，而是直接显示出来。
千里 变量？
慎吾 这和数学中的“变量”有什么不同吗？
讲师 在数学中，我们会为了将未知的值代入公式而使用变量；而在编程中，变量是存储值的存储器区域，经常被比喻成存放值的“箱子”。总之，试试在名为my_name的变量中输入自己的名字（见图2）。
图2 源代码
慎吾 这里显示“请输入名字并按回车键”，那我输入自己的名字“山本慎吾”并按回车键试试。噢，什么都没发生。
讲师 这段代码使用“=”运算符将input函数的返回值赋值给变量my_name。
千里 在变量中加入值叫作“赋值”，总觉得有点夸张。
讲师 那么，试试输入my_name并按回车键吧（见图3）。
图3 源代码
慎吾 哦，输入的名字显示出来了。
千里 变量my_name中有名字。
讲师 像这样将一个值赋值给变量之后，就可以使用这个值了。但是，在考虑变量的名称时，请遵循以下规则。
● 变量名中可使用的字符包括半角形式的字母以及下画线和数字。
● 区分大小写。
● 变量名的开头文字不能使用数字。
● 不能使用保留字。
慎吾 保留字是什么？
讲师 在Python中，保留字是指具有语法意义的单词。保留字也称为“关键字”，如下所示。
| False |
class |
finally |
is |
| return |
none |
continue |
for |
| lambda |
try |
True |
def |
| from |
nonlocal |
while |
and |
| del |
global |
not |
with |
| as |
elif |
if |
or |
| yield |
assert |
else |
import |
| pass |
break |
except |
in |
| raise |
千里 和保留字相同的变量名不能用，我试试是不是真的（见图4）。果真如此，class是保留字，所以不能用。
图4 源代码
慎吾 这么说来，只有False和True的首字母是大写形式的。
讲师 这两个都是“常数”，就像“值是不能改变的固定变量”一样。True和False是用来判断条件的，所以你们要记住。接下来将计算结果赋值给变量ans（见图5）。
图5 源代码
慎吾 原来如此，把3+4的计算结果赋值给变量ans，然后显示出来。
讲师 变量之间也可以进行运算（见图6）。
图6 源代码
千里 将3赋值给x，将4赋值给y，将x与y的和赋值给ans，所以ans的值为7。
讲师 怎么样？变量没有那么难吧。那么，请从键盘输入两个值，编写程序来显示这两个值的和。
千里 骗人的吧？又是突袭问题。嗯，先输入的是input函数，将其返回值存入变量x中，再将通过input函数输入的值存入变量y中，要计算这两个值的和，输入x+y并按回车键不就行了吗（见图7） ？
图7 源代码
千里 啊，为什么会变成34呢？难道是因为字符串？
讲师 够聪明，input函数以字符串形式接收输入。因此，变量x和y是字符串。
慎吾 啊，我明白了。将一个字符串和另一个字符串使用“+”运算符进行“相加”，相当于连接字符串。
讲师 太棒了。因此，这里要用到将字符串转换为数值的int函数，请按照图8所示的形式输入命令。
图8 源代码
千里 老师，您又作弊了。这种事，您要先说出来啊，好气人啊。
慎吾 对Python有点了解了。
讲师 那太好了，我们今天就到这里吧。当结束Python解释器时，需要使用quit函数（见图9）。
图9 源代码
慎吾 结束啦！
讲师 明天，我们将继续深入学习Python语法的核心，敬请期待。
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