前言
Python由Guido van Rossum于1989年底開始設(shè)計(jì)與開發(fā)，第一個公開發(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、移動終端開發(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)，迪士尼公司的動畫制作與生成采用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作為主體開發(fā)語言進(jìn)行網(wǎng)站架構(gòu)和有關(guān)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開發(fā)，網(wǎng)易大量網(wǎng)絡(luò)游戲的服務(wù)器端代碼超過70%采用Python進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，易度的PaaA企業(yè)應(yīng)用云端開發(fā)平臺和百度云計(jì)算平臺BAE也都大量采用了Python語言，美國宇航局使用Python實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/PDM庫及模型管理系統(tǒng)，雅虎公司使用Python建立全球范圍的站點(diǎn)群，微軟公司的集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2015開始默認(rèn)支持Python語言，開源ERP系統(tǒng)Odoo完全采用Python語言開發(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)入門教學(xué)語言，目前國內(nèi)也有不少學(xué)校的多個專業(yè)陸續(xù)開設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)課程。2011年1月Python語言被TIOBE網(wǎng)站評為2010年度語言；2014年12月IEEE Spectrum推出的編程語言排行榜中，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編程語言排行榜上Python躍居第3位，僅次于Java、C，已經(jīng)成為腳本語言的標(biāo)準(zhǔn)。
Python是一門免費(fèi)、開源的跨平臺高級動態(tài)編程語言，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)置對象、標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫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。在有些編程語言中需要編寫大量代碼才能實(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是一門快樂、優(yōu)雅的語言。與C語言系列和Java等語言相比，Python大幅度降低了學(xué)習(xí)與使用的難度。Python易學(xué)易用，語法簡潔清晰，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)庫和擴(kuò)展庫文檔甚至源代碼，適當(dāng)了解其內(nèi)部工作原理，可以幫助讀者編寫出更加優(yōu)雅的Python程序。
如果讀者有其他程序設(shè)計(jì)語言的基礎(chǔ)，那么在學(xué)習(xí)和使用Python的過程中，一定不要把用其他語言編程的習(xí)慣和風(fēng)格帶到Python中來，那樣不僅會使得代碼變得非常冗長、煩瑣，還可能會嚴(yán)重影響代碼的效率。應(yīng)該盡量嘗試從最自然、最簡潔的角度出發(fā)去思考和解決問題，這樣才能寫出更加優(yōu)雅、更加Pythonic的代碼。
本書內(nèi)容組織
對于Python程序員來說，熟練運(yùn)用優(yōu)秀、成熟的擴(kuò)展庫可以快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和創(chuàng)意，而Python語言基礎(chǔ)知識和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的熟練掌握則是理解和運(yùn)用其他擴(kuò)展庫的必備條件，并且在實(shí)際開發(fā)中建議優(yōu)先使用Python內(nèi)置對象和標(biāo)準(zhǔn)庫對象實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。本書前8章使用大量篇幅介紹Python編程基礎(chǔ)知識，通過大量案例演示Python語言的精妙與強(qiáng)大。從第9章開始介紹大量標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫在GUI編程、網(wǎng)絡(luò)編程、移動終端編程、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)編程等多個領(lǐng)域的應(yīng)用。全書共18章，主要內(nèi)容組織如下。
第1章基礎(chǔ)知識。介紹如何選擇Python版本，Python對象模型，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、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)式語法、正則表達(dá)式對象、子模式與Match對象，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)傳遞時的序列解包，return語句，lambda表達(dá)式，以及函數(shù)式編程、生成器與可調(diào)用對象等若干高級話題。
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，Python文件對象，文本文件讀寫操作，二進(jìn)制文件讀寫與對象序列化，文件復(fù)制、移動、重命名、文件類型檢測、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單元測試相關(guān)知識。
第9章GUI編程。講解如何使用標(biāo)準(zhǔn)庫tkinter進(jìn)行GUI編程，通過大量實(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，TCP、UDP編程，網(wǎng)頁內(nèi)容讀取與網(wǎng)頁爬蟲。
第11章安卓平臺的Python編程。介紹QPython和QPython3開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用，講解安卓平臺的Python程序設(shè)計(jì)。
第12章Windows系統(tǒng)編程。講解注冊表編程、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)庫編程。介紹SQLite數(shù)據(jù)庫及其相關(guān)概念，Connection對象、Cursor對象、Row對象，以及使用Python擴(kuò)展庫操作Access、MS SQL Server、MySQL等數(shù)據(jù)庫。
第15章多媒體編程。講解擴(kuò)展庫PyOpenGL在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)編程中的應(yīng)用，擴(kuò)展庫pillow在圖像編程中的應(yīng)用，pygame、SciPy在音樂編程中的應(yīng)用，opencv在視頻處理中的應(yīng)用以及speech在語音識別中的應(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pandas與標(biāo)準(zhǔn)庫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、對稱密鑰密碼算法DES與AES，以及非對稱密鑰密碼算法RSA與DSA的應(yīng)用。
本書信息量大，知識點(diǎn)緊湊，案例豐富，實(shí)用性強(qiáng)。全書100多個涉及不同行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用案例，沒有多余的文字、程序輸出結(jié)果或軟件安裝截圖，充分利用寶貴的篇幅來講解盡可能多的知識。本書作者具有20年程序設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，講授過匯編語言、C/C++/C#、Java、PHP、Python等多門程序設(shè)計(jì)語言，編寫過大量的應(yīng)用程序。本書內(nèi)容結(jié)合作者多年教學(xué)與開發(fā)過程中積累的許多經(jīng)驗(yàn)和案例，并巧妙地糅進(jìn)了相應(yīng)的章節(jié)。
本書對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)。書中適當(dāng)介紹了Python代碼優(yōu)化和安全編程的有關(guān)知識，可以滿足不同層次讀者的需要。
本書適用讀者
本書可以作為（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目。本科生建議72學(xué)時以上，講授本書全部章節(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，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，講授前8章中不帶星號的內(nèi)容，第9章的案例選講3～4個，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)時并邊講邊練，講授前8章中不帶星號的章節(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) �？圃盒；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，講授前9章中不帶星號的內(nèi)容以及第10、13、14、17章。
(6) Python培訓(xùn)用書。建議時間為一周，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開發(fā)的程序員、策劃人員、科研人員和管理人員閱讀書目。
(9) 打算利用業(yè)余時間學(xué)習(xí)一門快樂的程序設(shè)計(jì)語言并編寫幾個小程序來娛樂的讀者首選學(xué)習(xí)資料。
(10) 少數(shù)對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，微信公眾號為“Python小屋”。
由于時間倉促，作者水平有限，書中難免存在紕漏，不足之處還請同行指正并通過作者聯(lián)系方式進(jìn)行反饋與交流。作者將不定期在公眾號和微信發(fā)布和更新勘誤表，并通過QQ和微信答復(fù)讀者的疑問。
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，沒有讓我像其他同齡的孩子一樣輟學(xué)。感謝姐姐、姐夫多年來對我的愛護(hù)以及在老家對父母的照顧，感謝善良的弟弟、弟媳在老家對父母的照顧，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我的大力支持，也感謝懂事的女兒在我工作的時候能夠在旁邊安靜地讀書而盡量不打擾我，在定稿前和媽媽一起幫我閱讀全書并檢查出了幾個錯別字。
感謝每一位讀者，感謝您在茫茫書海中選擇了本書，衷心祝愿您能夠從本書中受益，學(xué)到您需要的知識！同時也期待每一位讀者的熱心反饋，隨時歡迎您指出書中的不足！
本書在編寫出版過程中得到清華大學(xué)出版社的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。

董付國定稿于山東煙臺
2020年4月