第一章 程序设计基本方法

1 程序设计语言

1.1 程序设计语言

程序设计语言是计算机能够理解和识别用户操作意图的一种交互体系，它按照特定规则组织计算机指令，使计算机能够自动进行各种运算处理。

按照程序设计语言规则组织起来的一组计算机指令称为计算程序。

1.2 编译和解释

编译是将源代码转换成目标代码的过程。通常源代码是高级语言代码，目标代码是机器语言代码，执行编译的计算机程序称为编译器。

编译是一次性地翻译，一旦程序被编译，不再需要编译程序或者源代码。

1. 对于相同源代码，编译所产生的目标代码执行速度更快。
2. 目标代码不需要编译器就可以运行，在同类型操作系统上使用灵活。

解释是将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行目标代码的过程。执行解释的计算机程序称为解释器。

解释则在每次程序运行时都需要解释器和源代码。

1. 解释执行需要保留原代码，程序纠错和维护十分方便。
2. 只要存在解释器，源代码可以在任何系统上运行，可移植性好。

高级编程语言根据执行机制不同可分为两类：静态语言和脚本语言。

采用编译执行的编程语言是静态语言，如C语言、Java语言。

采用解释执行的变成语言是脚本语言，如Javascript语言、PHP语言、Python语言。

1.3 计算机编程

1、为什么学习编程？

1. 编程能够训练思维
2. 编程能够增进认识
3. 编程能够带来乐趣
4. 编程能够提高效率
5. 编程带来就业机会

2、编程

编程体现了一种抽象交互关系、形式化执行的思维模式，称为“计算机思维”。计算机思维是区别于以数学为代表的逻辑思维和物理为代表的实证思维的第三种思维模式。

编程是一个求解问题的过程，即抽象问题到解决问题的完整过程：

1. 首先需要分析问题，抽象内容之间的交互关系。
2. 设计利用计算机求解问题的确定性方法。
3. 通过编写和调试代码解决问题。

2 Python语言概述

2.1 Python语言的发展

Python语言由Guido van Rossum设计并领导开发的，最早的版本诞生于1991年。

2000年10月，Python 2.0版本发布。标志着Python完成了自身涅槃，开启了Python广泛应用的新时代。

2010年，Python 2.x系列发布了最后一个版本，主版本号为2.7，用于终结2.x系列版本的发展，并且不再进行重大改进。

2008年12月，Python 3.0版本发布。3.x系列版本代码无法向下兼容2.x系列的既有语法。

2.2 Python最小程序

print("Hello word!")
Hello word!

3 Python开发环境配置

3.1 Python开发环境安装

1、打开官网下载

Python下载地址：https://www.python.org/downloads

2、运行安装包

3.2 Pycharm安装

1、打开官网下载

Pycharm下载地址：https://www.jetbrains.com/pycharm/download/#section=windows

2、运行安装包

3.3 Python程序的编辑方式

快捷键	作用
Ctrl+N	在IDLE交互界面下，用来启动IDLE编辑器
Ctrl+Q	退出IDLE Shell或IDLE编辑器
Alt+3	在IDLE编辑器内，注释选定区域文本
Alt+4	在IDLE编辑器内，解除注释选定区域文本
Alt+Q	在IDLE编辑器内，将Python代码进行格式化布局
F5	在IDLE编辑器内，执行Python程序

3.4 Python程序的运行方式

1、Python程序的允许方式分类

Python程序有两种允许方式：交互式和文件式。

交互式利用Python解释器及时响应用户输入的代码并输出结果。一般用于调试少量代码。

文件式将Python程序写在一个或多个文件中，启动Python解释器批量执行文件中的代码。最常用的编程方式。

2、交互式运行

启动IDLE所显示的环境是Python交互式运行环境，在>>>提示符后输入代码即可运行，输入exit()或者quit()可以退出，没有>>>的行表示运行结果。

3、文件式运行

在IDLE的编辑窗口中编写，可以使用快捷键“F5”或在菜单中选择“Run - Run Module”选项运行Python代码

4 程序的基本编写方法

4.1 IPO程序编写方法

基本编写方法：IPO（input、process、output）方法。

input：输入是一个程序的开始。

output：输出是程序展示运算结果的方式。

process：处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程。

5 Python程序的特点

1. Python语法简洁
2. Python生态丰富
3. Python多语言集成
4. 平台无关
5. 强制可读
6. 支持中文

6 实例解析——Python小程序

1、斐波那契数列的计算

# CalFibonacci
a, b = 0, 1
while a < 1000:
    print(f"{a}", end=",")
    a, b = b, a + b

2、根据圆的半径计算圆的面积

# CalCircleArea
r = 25
area = 3.14 * r * r
print(f"{area:.2f}")

3、绘制五角红星图形

# DrawStar
from turtle import *

color("red", "red")
begin_fill()
for i in range(5):
    fd(200)
    rt(144)
end_fill()
done()

4、程序运行计时

# CalRunTime
import time

limit = 10 * 1000 * 1000
start = time.perf_counter()
while True:
    limit = limit - 1
    if limit <= 0:
        break
delta = time.perf_counter() - start
print(f"程序运行时间是：{delta}秒")

5、绘制七彩圆圈

# DrawSevenColorfulCircles
import turtle

colors = ["red", "orange", "yellow", "green", "indigo", "blue", "purple"]
for i in range(7):
    c = colors[i]
    turtle.color(c, c)
    turtle.begin_fill()
    turtle.rt(360 / 7)
    turtle.circle(50)
    turtle.end_fill()
turtle.done()

习题1

一、选择题

1. Python是一种（ ）类型的编程语言。

   A 机器语言 B 解释 C 编译 D 汇编语言

   正确答案：B

2. Python语句print(“世界，你好”)的输出是（ ）。

   A （“世界，你好”） B “世界，你好” C 世界，你好 D 运行结果出差

   正确答案：C

3. Python解释器在语法上不支持（ ）编程方式。

   A 面向过程 B 面向对象 C 语句 D 自然语言

   正确答案：D

4. 关于Python版本，以下说法正确的是（ ）。

   A Python 3.x是Python 2.x的扩充，语法层无明显改进

   B Python 3.x代码无法向下兼容Python 2.x的既有语法

   C Python 2.x和Python 3.x一样，依旧不断发展和完善

   D 以上说法都正确。

   正确答案：B

5. Python的输入来源包括（ ）。

   A 文件输入 B 控制台输入 C 网络输入 D 以上都是

   正确答案：D

6. 以下不是IPO模式的是（ ）。

   A input B program C process D output

   正确答案：B

7. 以下不属于Python语言的特点是（ ）。

   A 语法简洁 B 依赖平台 C 支持中文 D 类库丰富

   正确答案：B

8. Python语言通过（ ）来体现语句之间的逻辑关系。

   A {} B () C 缩进 D 自动识别逻辑

   正确答案：C

9. 采用IDLE进行交互式编程，其中“>>>”符号是（ ）。

   A 运算操作符 B 程序控制符 C 命令提示符 D 文件输入符

   正确答案：C

10. 关于Python语言，以下说法错误的是（ ）。

    A Python语言由Guido van Rossum设计并领导开发

    B Python语言由PSF组织所有，这是一个商业组织

    C Python语言提倡开放开源理念

    D Python语言的使用不需要付费，不存在商业风险

    正确答案：B

二、编程题

1. 根据用户输入内容输出相应的结果。

   name = input("请输入对方的用户名：")
   content = input("请输入悄悄话：")
   print(f"{name},听我说句悄悄话：{content}")
   

2. 九九乘法表输出。工整打印输出常用的九九乘法表。

   for i in range(1,10):
       for j in range(1,i+1):
           print(f"{j} x {i} = {i*j}\t",end="")
       print("")
   

3. 同切圆绘制。绘制一组半径不同的同切圆。

   import turtle
   
   turtle.pensize(3)
   turtle.circle(20)   # 直径20像素
   turtle.circle(40)
   turtle.circle(80)
   turtle.circle(160)
   

4. 系统循环提示输入用户三个小爱好并一起输出。

   user_hobbies = []
   for i in range(3):
       hobby = input("请输入您的小爱好：")
       user_hobbies.append(hobby)
   print("您的三个小爱好为：" + "，".join(user_hobbies))
   

5. 系统提示输入用户名字，并随机生成一个幸运数字，输出结果。

   import random
   
   name = input("请输入你的名字：")
   guard = ord(name[0]) % 100
   rand = random.choice(range(guard))
   print(f"你的幸运数字是：{rand}")