Python语言程序设计 嵩天程序设计基本方法Python开发环境配置实例1 温度转换Python程序语法元素分析

程序设计基本方法

计算机与程序设计

计算机的概念

计算机是根据指令操作数据的设备。
-功能性
对数据的操作，表现为数据计算、输入输出处理和结果存储等。
-可编程性
根据一系列指令自动地、可预测地、准确地完成操作者的意图

摩尔定律Moore’s Law

计算机发展历史上最重要的预测法则
-Intel公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出
-单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番
-CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律

计算机的发展

计算机的发展参照摩尔定律，表现为指数方式
-计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展
-计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长
-计算机所能高效支撑的各类运算功能不断丰富发展
-当今世界，唯一长达50年有效且按照指数发展的技术领域
-计算机深刻改变人类社会，甚至可能改变人类本身
-可预见的未来30年，摩尔定律还将持续有效

程序设计

程序设计是计算机可编程性的体现
-程序设计，亦称编程，深度应用计算机的主要手段
-程序设计已经成为当今社会需求量最大的职业技能之一
-很多岗位都将被计算机程序接管，程序设计将是生存技能

程序设计语言

程序设计语言是一种用于交互(交流)的人造语言
-程序设计语言，亦称编程语言，程序设计的具体实现方式
-编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确
-编程语言主要用于人类和计算机之间的交互
-编程语言种类很多，但生命力强劲的却不多
-编程语言有超过600种，绝大部分都不再被使用
-C语言诞生于1972年，他是第一个被广泛使用的编程语言
-Python语言诞生于1990年，它是最流行最好用的编程语言

编译和解释

编程语言的执行方式

-源代码 采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读
例如：result = 2 + 3
-目标代码 计算机可直接执行，人类不可读（专家除外）
例如：11010010 001110011（机器代码，只能拿计算机手册来看）

编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程

执行编译过程的程序叫做编译器（compiler）
-编译：一次性翻译，之后不再需要源代码（类似英文翻译）

解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程

执行解释过程的程序叫做解释器（interpreter）
-解释：每次程序运行时随翻译随执行（类似实时的同声传译）

静态语言和脚本语言

根据执行方式不同，编程语言分为两类，优势各有不同
-静态语言 使用编译执行的编程语言
C/C++语言、Java语言
编译器一次性生成目标代码，优化更充分，程序运行速度更快
-脚本语言 使用解释执行的编程语言
Python语言、JaveScript语言、PHP语言
执行程序时需要源代码，维护更灵活，程序功能可以跨多个操作系统平台运行

程序的基本编写方法

IPO

程序的基本编写方法
-I Input（输入）
程序的输入，输入是一个程序的开始
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
-P Process（处理）
程序的主要逻辑
-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，它是程序最重要的部分
-算法是一个程序的灵魂
-O Output（输出）
程序的输出，输出是程序展示运算结果的方式
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

问题的计算部分

一个待解决问题中，可以用程序辅助完成的部分
-计算机只能解决计算问题，即问题的计算部分
-一个问题可能有多种角度理解，产生不同的计算部分
-问题的计算部分一般都有输入、处理和输出过程

编程解决问题的步骤

6个步骤
-分析问题：分析问题的计算部分，想清楚
-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

计算机编程

学习编程的好处

编程能够训练思维
-编程体现了一种抽象交互关系、自动化执行的思维模式
-计算思维：区别逻辑思维和实证思维的第三种思维模式
-能够促进人类思考，增进观察力和深化对交互关系的理解
编程能够增进认识
-编程不单纯是求解计算问题
-不仅要思考解决方法，还要思考用户体验，执行效率等
-能够帮助程序员加深用户行为以及社会和文化认识
编程能够带来乐趣
-编程能够提供展示自身思想和能力的舞台
-让世界增加新的颜色、让自己变得更酷、提升心理满足
-在信息空间里思考创新、将创新变为现实
编程能够提高效率
-能够更好地利用计算机解决问题
-显著提高工作、生活和学习效率
-为理想的实现提供一种借助计算机的高效手段
编程带来就业机会
-程序员是信息时代最重要的工作岗位之一
-国内外对程序员岗位的缺口都在百万以上规模
-计算机已经渗透于各个行业，就业前景非常广阔

学习编程的误区

编程很难？掌握方法就很容易！
-首先，掌握编程语言的语法，熟悉基本概念和逻辑
-其次，结合计算问题思考程序结构，会使用编程套路
-最后，参照案例多练习多实践，学会举一反三

Python开发环境配置

Python语言概述

Python，译为“蟒蛇”，语言拥有者是Python Software Foundation（PSF）
PSF是非营利组织，致力于保证Python语言的开放、开源和发展。
开发者：Guido Van Rossum

Python的两种编程方式

交互式和文件式
-交互式 对每个输入语句及时运行结果，适合语法练习
-文件式 批量执行一组语句并运行结果，编程的主要方式

实例1 温度转换

温度刻画的两种不同体系
-摄氏度 中国等世界大多数国家使用
以标准大气压下水的结冰点为0度，沸点为100度，将温度进行等分刻画
-华氏度 美国、英国等国家使用
以标准大气压下水的结冰点为32度，沸点为212度，将温度进行等分刻画

问题分析

该问题中计算部分的理解和确定
-理解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值
输入输出格式设计
标识放在温度最后，F表示华氏度，C表示摄氏度
设计算法
根据华氏和摄氏温度定义，利用转换公式如下：
$$C=(F-32)/1.8$$
$$F=C\ast 1.8+32$$
其中，C表示摄氏温度，F表示华氏温度

实例编写

#TempConvert.py
TempStr = input("请输入带有符号的温度值：")
if TempStr[-1] in ['F', 'f']:
    C = (eval(TempStr[0: -1]) - 32)/1.8
    print("转换后的温度是{: .2f}C". format(C))
elif TempStr[-1] in ['C', 'c']:
    F = 1.8*eval(TempStr[0: -1]) + 32
     print("转换后的温度是{: .2f}F". format(F))
else:
     print("输入格式错误")

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，不是语法要求
-缩进 一行代码开始前的空白区域，表达程序的格式框架
-注释 用于提高代码可读性的辅助性文字，不被执行

缩进

缩进表达程序的格式框架
-严格明确 缩进是语法的一部分，缩进不正确程序运行错误
-所属关系 表达代码间包含和层次关系的唯一手段
-长度一致 程序内一致即可，一般用4个空格或1个TAB

注释

不被程序执行的辅助性说明信息
-单行注释 以#开头，其后内容为注释
#这里是单行注释
-多行注释 以’‘‘开头和结尾
‘’’ 这里是多行注释第一行
这里是多行注释第二行 ‘’’

命名与保留字

-变量 程序中用于保存和表示数据的占位符号

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：大小写字母、数字、下划线和汉字等字符及组合
如：TempStr, Python_Great, 这是门Python好课
-注意事项：大小写敏感、首字符不能是数字、不与保留字相同
Python和python是不同变量，123Python是不合法的

保留字

被编程语言内部定义并保留使用的标识符
-Python语言中有33个保留字（也叫关键字）
如：if, elif, else, in
-保留字是编程语言的基本单词，大小写敏感
如：if是保留字；If不是，可以是变量

数据类型

-数据类型 字符串、整数、浮点数、列表
供计算机程序理解的数据形式
-程序设计语言不允许存在语法歧义，需要定义数据的形式
-程序设计语言通过一定方式向计算机表达数据的形式

字符串

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
如：“温度”，‘温度’
-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
字符串的序号
正向递增序号和反向递减序号

字符串的使用
使用[]获取字符串中一个或多个字符
-索引：返回字符串中单个字符 <字符串>[M]
“请输入带有符号的温度值：”[0] 或者 TempStr[-1]
-切片：返回字符串中一段字符子串 <字符串>[M：N]
“请输入带有符号的温度值：”[1：3] 或者 TempStr[0：-1]（不包括3和-1代表的字符）

数字类型

整数和浮点数
-整数 数学中的整数
如：32 或者 -89
-浮点数 数学中的实数，带有小数部分
如：1.8 或者 -1.8 或者 -1.0

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

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[0: -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 [‘C’, ‘c’]: #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过程
-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

input

从控制台获得用户输入的函数
-input()函数的使用格式：
<变量> = input(<提示信息字符串>)
-用户输入的信息以字符串类型保存在<变量>中
TempStr = input(“请输入”) #TempStr保存用户输入的信息

print

以字符形式向控制台输出结果的函数
-print()函数的基本使用格式：
print(<拟输出字符串或字符串变量>)
-字符串类型的一对引号仅在程序内部使用，输出无引号
-print()函数的格式化：
print(“转换后的温度是{: .2f}C”.format©)
{}表示槽，后续变量填充到槽中
{: .2f}表示将变量C填充到这个位置时取小数点后2位

评估函数 eval()

去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数
-eval()函数的基本使用格式：
eval(<字符串或字符串变量>)
>>>eval(“1”) 1
>>>eval(“1+2”) 3
>>>eval(’ “1+2” ') “1+2”
>>>eval('print(“Hello”) ') Hello

最后

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