前言
Python由Guido van Rossum于1989年底開(kāi)始設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，第一個(gè)公開(kāi)發(fā)行版本發(fā)行于1991年。Python推出不久就迅速得到了各行業(yè)人士的青睞，經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，Python已經(jīng)滲透到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、統(tǒng)計(jì)分析、移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)、科學(xué)計(jì)算可視化、逆向工程與軟件分析、圖形編程與圖像處理、人工智能、游戲設(shè)計(jì)與策劃、網(wǎng)站開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)處理、密碼學(xué)、系統(tǒng)運(yùn)維、音樂(lè)編程、計(jì)算機(jī)輔助教育、醫(yī)藥輔助設(shè)計(jì)、天文信息處理、化學(xué)、生物等幾乎所有專業(yè)和領(lǐng)域。著名搜索引擎Google的核心代碼使用Python實(shí)現(xiàn)，迪士尼公司的動(dòng)畫(huà)制作與生成采用Python實(shí)現(xiàn)，大部分UNIX和Linux都內(nèi)建了Python環(huán)境支持，豆瓣網(wǎng)使用Python作為主體開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行網(wǎng)站架構(gòu)和有關(guān)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，網(wǎng)易大量網(wǎng)絡(luò)游戲的服務(wù)器端代碼超過(guò)70%采用Python進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，易度的PaaA企業(yè)應(yīng)用云端開(kāi)發(fā)平臺(tái)和百度云計(jì)算平臺(tái)BAE也都大量采用了Python語(yǔ)言，美國(guó)宇航局使用Python實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/PDM庫(kù)及模型管理系統(tǒng)，雅虎公司使用Python建立全球范圍的站點(diǎn)群，微軟公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual Studio 2015開(kāi)始默認(rèn)支持Python語(yǔ)言，開(kāi)源ERP系統(tǒng)Odoo完全采用Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，引力波數(shù)據(jù)是用Python進(jìn)行處理和分析的，類似的案例數(shù)不勝數(shù)。
早在多年前Python就已經(jīng)成為卡內(nèi)基�裁仿〈髮W(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校、哈佛大學(xué)等國(guó)外很多大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)或非計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)入門(mén)教學(xué)語(yǔ)言，目前國(guó)內(nèi)也有不少學(xué)校的多個(gè)專業(yè)陸續(xù)開(kāi)設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)課程。2011年1月Python語(yǔ)言被TIOBE網(wǎng)站評(píng)為2010年度語(yǔ)言；2014年12月IEEE Spectrum推出的編程語(yǔ)言排行榜中，Python取得了第5位的好名次；2017年和2018年連續(xù)兩年IEEE Spectrum把Python排在第一位；2019年7月TIOBE編程語(yǔ)言排行榜上Python躍居第3位，僅次于Java、C，已經(jīng)成為腳本語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)。
Python是一門(mén)免費(fèi)、開(kāi)源的跨平臺(tái)高級(jí)動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言，支持命令式編程、函數(shù)式編程，完全支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，擁有大量功能強(qiáng)大的內(nèi)置對(duì)象、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和擴(kuò)展庫(kù)以及眾多狂熱的支持者，使得各領(lǐng)域的科研人員、策劃人員甚至管理人員能夠快速實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證自己的思路與創(chuàng)意。在有些編程語(yǔ)言中需要編寫(xiě)大量代碼才能實(shí)現(xiàn)的功能，在Python中直接調(diào)用內(nèi)置函數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)方法即可實(shí)現(xiàn)。Python用戶只需要把主要精力放在業(yè)務(wù)邏輯的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上，在開(kāi)發(fā)效率和運(yùn)行效率之間達(dá)到了完美的平衡，其精妙之處令人贊嘆。
Python是一門(mén)快樂(lè)、優(yōu)雅的語(yǔ)言。與C語(yǔ)言系列和Java等語(yǔ)言相比，Python大幅度降低了學(xué)習(xí)與使用的難度。Python易學(xué)易用，語(yǔ)法簡(jiǎn)潔清晰，代碼可讀性強(qiáng)，編程模式非常符合人類思維方式和習(xí)慣。經(jīng)常瀏覽Python社區(qū)的優(yōu)秀代碼、Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和擴(kuò)展庫(kù)文檔甚至源代碼，適當(dāng)了解其內(nèi)部工作原理，可以幫助讀者編寫(xiě)出更加優(yōu)雅的Python程序。
如果讀者有其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基礎(chǔ)，那么在學(xué)習(xí)和使用Python的過(guò)程中，一定不要把用其他語(yǔ)言編程的習(xí)慣和風(fēng)格帶到Python中來(lái)，那樣不僅會(huì)使得代碼變得非常冗長(zhǎng)、煩瑣，還可能會(huì)嚴(yán)重影響代碼的效率。應(yīng)該盡量嘗試從最自然、最簡(jiǎn)潔的角度出發(fā)去思考和解決問(wèn)題，這樣才能寫(xiě)出更加優(yōu)雅、更加Pythonic的代碼。
本書(shū)內(nèi)容組織
對(duì)于Python程序員來(lái)說(shuō)，熟練運(yùn)用優(yōu)秀、成熟的擴(kuò)展庫(kù)可以快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和創(chuàng)意，而Python語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的熟練掌握則是理解和運(yùn)用其他擴(kuò)展庫(kù)的必備條件，并且在實(shí)際開(kāi)發(fā)中建議優(yōu)先使用Python內(nèi)置對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)對(duì)象實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。本書(shū)前8章使用大量篇幅介紹Python編程基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)大量案例演示Python語(yǔ)言的精妙與強(qiáng)大。從第9章開(kāi)始介紹大量標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和擴(kuò)展庫(kù)在GUI編程、網(wǎng)絡(luò)編程、移動(dòng)終端編程、Windows系統(tǒng)編程、多線程與多進(jìn)程編程、數(shù)據(jù)庫(kù)編程、圖形圖像編程、逆向工程與軟件分析、科學(xué)計(jì)算可視化、密碼學(xué)編程等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。全書(shū)共18章，主要內(nèi)容組織如下。
第1章基礎(chǔ)知識(shí)。介紹如何選擇Python版本，Python對(duì)象模型，數(shù)字、字符串等基本數(shù)據(jù)類型，運(yùn)算符與表達(dá)式，內(nèi)置函數(shù)，基本輸入輸出，Python程序文件名，Python代碼編寫(xiě)規(guī)范等。
第2章Python序列。講解序列常用的方法和基本操作，成員測(cè)試運(yùn)算符，切片操作，列表基本操作與常用方法，列表推導(dǎo)式，元組與生成器推導(dǎo)式，序列解包，字典、集合基本操作與常用方法，字典推導(dǎo)式與集合推導(dǎo)式，以及如何使用列表實(shí)現(xiàn)棧、隊(duì)列、二叉樹(shù)、有向圖等復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
第3章選擇與循環(huán)。講解Python選擇結(jié)構(gòu)、for循環(huán)與while循環(huán)，帶else子句的循環(huán)結(jié)構(gòu)，break和continue語(yǔ)句，選擇結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)的綜合運(yùn)用。
第4章字符串與正則表達(dá)式。講解字符串編碼格式，字符串格式化、替換、分隔、連接、查找、排版等基本操作，正則表達(dá)式語(yǔ)法、正則表達(dá)式對(duì)象、子模式與Match對(duì)象，以及Python正則表達(dá)式模塊re的應(yīng)用。
第5章函數(shù)設(shè)計(jì)與使用。講解函數(shù)的定義與使用，關(guān)鍵參數(shù)、默認(rèn)值參數(shù)、長(zhǎng)度可變參數(shù)等不同參數(shù)類型，全局變量與局部變量，參數(shù)傳遞時(shí)的序列解包，return語(yǔ)句，lambda表達(dá)式，以及函數(shù)式編程、生成器與可調(diào)用對(duì)象等若干高級(jí)話題。
第6章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。講解類的定義與使用，self與cls參數(shù)，類成員與實(shí)例成員，私有成員與公有成員，繼承與派生，特殊方法與運(yùn)算符重載等內(nèi)容。
第7章文件操作。講解文件操作基本知識(shí)，Python文件對(duì)象，文本文件讀寫(xiě)操作，二進(jìn)制文件讀寫(xiě)與對(duì)象序列化，文件復(fù)制、移動(dòng)、重命名、文件類型檢測(cè)、文件完整性檢查、壓縮與解壓縮、文件夾大小統(tǒng)計(jì)、文件夾增量備份、刪除指定類型的文件和Office文件操作等內(nèi)容。
第8章異常處理結(jié)構(gòu)與程序調(diào)試、測(cè)試。講解Python異常類層次結(jié)構(gòu)與自定義異常類，多種不同形式的異常處理結(jié)構(gòu)，使用IDLE和pdb模塊調(diào)試Python程序，Python單元測(cè)試相關(guān)知識(shí)。
第9章GUI編程。講解如何使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)tkinter進(jìn)行GUI編程，通過(guò)大量實(shí)際案例演示基本組件的用法。
第10章網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)。講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，TCP、UDP編程，網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容讀取與網(wǎng)頁(yè)爬蟲(chóng)。
第11章安卓平臺(tái)的Python編程。介紹QPython和QPython3開(kāi)發(fā)環(huán)境的應(yīng)用，講解安卓平臺(tái)的Python程序設(shè)計(jì)。
第12章Windows系統(tǒng)編程。講解注冊(cè)表編程、GUI編程、系統(tǒng)版本判斷，將Python程序打包為exe可執(zhí)行文件，在Python中調(diào)用外部程序，以及Python在系統(tǒng)運(yùn)維中的應(yīng)用。
第13章多線程與多進(jìn)程編程。講解Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)threading和multiprocessing在多線程編程與多進(jìn)程編程中的應(yīng)用，以及多線程與多進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)共享與同步控制。
第14章數(shù)據(jù)庫(kù)編程。介紹SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)及其相關(guān)概念，Connection對(duì)象、Cursor對(duì)象、Row對(duì)象，以及使用Python擴(kuò)展庫(kù)操作Access、MS SQL Server、MySQL等數(shù)據(jù)庫(kù)。
第15章多媒體編程。講解擴(kuò)展庫(kù)PyOpenGL在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)編程中的應(yīng)用，擴(kuò)展庫(kù)pillow在圖像編程中的應(yīng)用，pygame、SciPy在音樂(lè)編程中的應(yīng)用，opencv在視頻處理中的應(yīng)用以及speech在語(yǔ)音識(shí)別中的應(yīng)用。
第16章逆向工程與軟件分析。介紹逆向工程與軟件分析的原理和相關(guān)插件，IDAPython與Immunity Debugger在軟件分析中的應(yīng)用，以及Windows平臺(tái)軟件調(diào)試原理。
第17章數(shù)據(jù)分析、科學(xué)計(jì)算與可視化。講解擴(kuò)展庫(kù)NumPy、SciPy、Matplotlib在科學(xué)計(jì)算與可視化領(lǐng)域的應(yīng)用，以及擴(kuò)展庫(kù)pandas與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)statistics在數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析中的應(yīng)用。
第18章密碼學(xué)編程。以pycryptodome、rsa、hashlib等模塊為主講解安全哈希算法、對(duì)稱密鑰密碼算法DES與AES，以及非對(duì)稱密鑰密碼算法RSA與DSA的應(yīng)用。
本書(shū)信息量大，知識(shí)點(diǎn)緊湊，案例豐富，實(shí)用性強(qiáng)。全書(shū)100多個(gè)涉及不同行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用案例，沒(méi)有多余的文字、程序輸出結(jié)果或軟件安裝截圖，充分利用寶貴的篇幅來(lái)講解盡可能多的知識(shí)。本書(shū)作者具有20年程序設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，講授過(guò)匯編語(yǔ)言、C/C++/C#、Java、PHP、Python等多門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)過(guò)大量的應(yīng)用程序。本書(shū)內(nèi)容結(jié)合作者多年教學(xué)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的許多經(jīng)驗(yàn)和案例，并巧妙地糅進(jìn)了相應(yīng)的章節(jié)。
本書(shū)對(duì)Python內(nèi)部工作原理進(jìn)行了一定深度的剖析，95%以上的案例均使用Python 3.5、3.6和3.7實(shí)現(xiàn)，代碼同樣適用于Python 3.8以及更高版本實(shí)現(xiàn)。書(shū)中適當(dāng)介紹了Python代碼優(yōu)化和安全編程的有關(guān)知識(shí)，可以滿足不同層次讀者的需要。
本書(shū)適用讀者
本書(shū)可以作為（但不限于）：
(1) 計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生Python程序設(shè)計(jì)教材或研究生必讀書(shū)目。本科生建議72學(xué)時(shí)以上，講授本書(shū)全部章節(jié)。
(2) 數(shù)字媒體技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、通信工程、電子、自動(dòng)化及其他工科專業(yè)本科生或研究生Python程序設(shè)計(jì)教材。建議64學(xué)時(shí)，講授前9章，再根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)與需要在其他章節(jié)中選講3~5章。
(3) 會(huì)計(jì)、經(jīng)濟(jì)、金融、管理、心理學(xué)、統(tǒng)計(jì)以及其他非工科專業(yè)研究生或本科生Python程序設(shè)計(jì)教材。建議64學(xué)時(shí)，講授前8章中不帶星號(hào)的內(nèi)容，第9章的案例選講3～4個(gè)，再根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)與需要在其他章節(jié)中選講2~3章，其余章節(jié)由學(xué)生根據(jù)興趣自學(xué)。
(4) 非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)本科生公共基礎(chǔ)課Python程序設(shè)計(jì)教材。建議48學(xué)時(shí)并邊講邊練，講授前8章中不帶星號(hào)的章節(jié)，再根據(jù)需要在其他章節(jié)中選講2~3章，其余章節(jié)可由學(xué)生根據(jù)興趣自學(xué)。
(5) 專科院�；蚵殬I(yè)技術(shù)學(xué)院Python程序設(shè)計(jì)教材。建議96學(xué)時(shí)，講授前9章中不帶星號(hào)的內(nèi)容以及第10、13、14、17章。
(6) Python培訓(xùn)用書(shū)。建議時(shí)間為一周，講授前8章，再根據(jù)需要選講3~5章。
(7) 具有一定Python基礎(chǔ)的讀者進(jìn)階首選學(xué)習(xí)資料。
(8) 涉及Python開(kāi)發(fā)的程序員、策劃人員、科研人員和管理人員閱讀書(shū)目。
(9) 打算利用業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)一門(mén)快樂(lè)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言并編寫(xiě)幾個(gè)小程序來(lái)娛樂(lè)的讀者首選學(xué)習(xí)資料。
(10) 少數(shù)對(duì)編程具有濃厚興趣和天賦的中學(xué)生課外閱讀資料。
教學(xué)資源
本書(shū)提供全套教學(xué)課件、源代碼、課后習(xí)題答案與分析、考試題庫(kù)以及教學(xué)大綱，配套資源可以登錄清華大學(xué)出版社官方網(wǎng)站（www.tup.com.cn）下載或與作者聯(lián)系索取，作者電子郵箱地址為dongfuguo2005@126.com，微信公眾號(hào)為“Python小屋”。
由于時(shí)間倉(cāng)促，作者水平有限，書(shū)中難免存在紕漏，不足之處還請(qǐng)同行指正并通過(guò)作者聯(lián)系方式進(jìn)行反饋與交流。作者將不定期在公眾號(hào)和微信發(fā)布和更新勘誤表，并通過(guò)QQ和微信答復(fù)讀者的疑問(wèn)。
感謝
首先感謝父母的養(yǎng)育之恩，在當(dāng)年那么艱苦的條件下還堅(jiān)決支持我讀書(shū)，沒(méi)有讓我像其他同齡的孩子一樣輟學(xué)。感謝姐姐、姐夫多年來(lái)對(duì)我的愛(ài)護(hù)以及在老家對(duì)父母的照顧，感謝善良的弟弟、弟媳在老家對(duì)父母的照顧，正是有了你們，我才能在遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)的城市安心工作。感謝我的妻子在生活中對(duì)我的大力支持，也感謝懂事的女兒在我工作的時(shí)候能夠在旁邊安靜地讀書(shū)而盡量不打擾我，在定稿前和媽媽一起幫我閱讀全書(shū)并檢查出了幾個(gè)錯(cuò)別字。
感謝每一位讀者，感謝您在茫茫書(shū)海中選擇了本書(shū)，衷心祝愿您能夠從本書(shū)中受益，學(xué)到您需要的知識(shí)！同時(shí)也期待每一位讀者的熱心反饋，隨時(shí)歡迎您指出書(shū)中的不足！
本書(shū)在編寫(xiě)出版過(guò)程中得到清華大學(xué)出版社的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。

董付國(guó)定稿于山東煙臺(tái)
2020年4月