本书主要介绍Python应用开发技术，包括Python编程基础、Python编程进阶、Python嵌入式应用开发、Python通信应用开发、Python机器视觉应用开发和Python综合应用开发。本书先深入浅出地介绍相关的理论知识，再进行案例的开发实践，将理论知识的学习和案例开发的实践紧密地结合起来，有助于读者快速掌握相关技术。本书给出了完整的案例开发代码，读者可以在开发代码的基础上快速地进行二次开发。

前 言 近年来，人工智能、物联网、移动互联网、大数据和云计算的迅猛发展，改变了社会的生产方式，大大提高了生产效率和社会生产力。为加强人工智能领域标准化顶层设计，推动人工智能产业技术研发和标准制定，促进产业健康可持续发展，国家标准化管理委员会、中央网信办、国家发展改革委、科技部、工业和信息化部于2021年联合印发了《国家新一代人工智能标准体系建设指南》。该指南指出了国家新一代人工智能标准体系建设目标：在2021年，明确人工智能标准化顶层设计，研究标准体系建设和标准研制的总体规则，明确标准之间的关系，指导人工智能标准化工作的有序开展，完成关键通用技术、关键领域技术、伦理等重点标准的预研工作；在2023年，初步建立人工智能标准体系，重点研制数据、算法、系统、服务等急需标准，并率先在制造、交通、金融、安防、家居、养老、环保、教育、医疗健康、司法等重点行业和领域推进。该指南为人工智能技术和相关产业的发展指出了一条鲜明的道路。 本书采用案例式和任务式驱动的方法，详细介绍Python应用开发技术，旨在大力推动人工智能领域的人才培养。本书主要内容包括Python编程基础、Python编程进阶、Python嵌入式应用开发、Python通信应用开发、Python机器视觉应用开发和Python综合应用开发。本书利用贴近社会和生活的案例，由浅入深地介绍各种Python应用开发技术。每个案例均有完整的开发代码，读者可在开发代码的基础上快速地进行二次开发，能方便地将这些案例转化为各种比赛和创业项目。本书给出的案例不仅为高等院校相关专业师生提供了教学实践，也可方便工程技术开发人员和科研工作人员参考。 本书具体内容安排如下： 第1章为Python编程基础。本章引导读者初步了解Python的发展历史、特点和应用场景，首先介绍Python环境的安装，接着讲解Python基础语法、Python程序的特点、Python程序运行的方式，使读者能完成简单的编程。 第2章为Python编程进阶。本章主要介绍文件的基本操作、文件的高级用法、面向对象程序设计、模块的设计和使用，以及Python网络开发等。 第3章为Python嵌入式应用开发。本章主要介绍Python嵌入式应用开发，首先介绍MicroPython的基础知识，然后结合MicroPython分别进行空气质量传感器和LED的应用开发、九轴传感器与语音合成芯片的应用开发、OLED与点阵显示的应用开发等。 第4章为Python通信应用开发。本章以串口通信和蓝牙通信为例介绍Python的通信应用开发，首先介绍串口通信和蓝牙通信的基础知识，然后介绍应用设计与开发，最后通过上位机串口通信实现读写应用，以及实现基于串口的蓝牙通信应用。 第5章为Python机器视觉应用开发。本章主要介绍Python机器视觉应用，主要内容包括机器视觉的基础开发、图像处理技术的应用与开发、人脸识别技术的应用与开发、目标跟踪技术和颜色跟踪技术的应用与开发、卷积神经网络技术的应用与开发。 第6章为Python综合应用开发。本章主要结合前面章节的学习内容，介绍Python综合应用开发，首先利用多种传感器进行智能小车自动避障应用的开发，然后利用AprilTag标记进行智能小车视觉应用的开发。 本书将常见Python应用开发技术和生活中实际案例结合起来，使读者边学习理论知识边开发，有助于读者快速掌握相关技术。本书既可作为高等院校相关专业的教材或教学参考书，也可供相关领域的工程技术人员查阅。对于人工智能开发、嵌入式系统开发、物联网系统开发的爱好者来说，本书也是一本深入浅出、贴近社会应用的技术读物。 本书在编写过程中，借鉴和参考了国内外专家、学者和技术人员的相关研究成果，我们尽可能按学术规范予以说明，但难免会有疏漏之处，在此谨向有关作者表示深深的敬意和谢意。如有疏漏，请及时通过出版社与我们联系。 本书的出版得到了广东省自然科学基金项目（2021A1515011701）和广东省普通高校重点领域科研项目（2020ZDZX3084）的资助。感谢中智讯（武汉）科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助，特别感谢电子工业出版社的编辑在本书出版过程中给予的大力支持。 由于本书涉及知识面广，限于我们的水平和经验，疏漏之处在所难免，恳请广大读者和专家批评指正。 作 者 2022年10月

目　　录 第1章　Python编程基础 （1） 1.1　Python概述 （1） 1.1.1　Python语言简介 （1） 1.1.2　Python环境的安装 （3） 1.1.3　Python基础语法 （17） 1.1.4　开发实践 （24） 1.1.5　小结 （29） 1.1.6　思考与拓展 （29） 1.2　Python的基础数据类型及其使用 （29） 1.2.1　Python的变量类型和基础数据类型 （29） 1.2.2　基础数据类型组合使用 （41） 1.2.3　数据类型内置方法的使用 （48） 1.2.4　Python的数值计算 （52） 1.2.5　开发实践 （72） 1.2.6　小结 （74） 1.2.7　思考与拓展 （74） 1.3　Python的程序控制结构 （74） 1.3.1　Python的运算符与流程控制语句 （74） 1.3.2　异常处理 （91） 1.3.3　开发实践 （95） 1.3.4　小结 （97） 1.3.5　思考与拓展 （98） 1.4　Python函数的用法 （98） 1.4.1　函数的定义与调用 （98） 1.4.2　参数传入与变量的作用域 （100） 1.4.3　常用内置函数的使用 （106） 1.4.4　递归函数 （107） 1.4.5　开发实践 （107） 1.4.6　小结 （109） 1.4.7　思考与拓展 （109） 1.5　字符串与正则表达式 （109） 1.5.1　Python的中文编码 （109） 1.5.2　Python字符串的常用操作 （109） 1.5.3　Python的正则表达式 （113） 1.5.4　开发实践 （121） 1.5.5　小结 （125） 1.5.6　思考与拓展 （125） 第2章　Python编程进阶 （127） 2.1　文件的基本操作 （127） 2.1.1　文件的基本操作 （127） 2.1.2　文件目录的操作 （135） 2.1.3　二进制文件的操作 （140） 2.1.4　开发实践 （142） 2.1.5　小结 （143） 2.1.6　思考与拓展 （143） 2.2　文件的高级用法 （144） 2.2.1　JSON文件的读写 （144） 2.2.2　Python数据序列化 （147） 2.2.3　开发实践 （153） 2.2.4　小结 （156） 2.2.5　思考与拓展 （156） 2.3　面向对象程序设计 （157） 2.3.1　面向对象程序设计简介 （157） 2.3.2　类的创建及实例化 （157） 2.3.3　类的继承和方法重写 （161） 2.3.4　开发实践 （164） 2.3.5　小结 （168） 2.3.6　思考与拓展 （168） 2.4　模块的设计和使用 （168） 2.4.1　模块简介 （168） 2.4.2　创建模块 （168） 2.4.3　模块的导入与使用 （169） 2.4.4　开发实践 （176） 2.4.5　小结 （177） 2.4.6　思考与拓展 （178） 2.5　Python网络开发 （178） 2.5.1　TCP/IP协议 （178） 2.5.2　TCP协议和UDP协议 （178） 2.5.3　Socket编程 （182） 2.5.4　网络数据的爬取 （185） 2.5.5　开发实践 （190） 2.5.6　小结 （196） 2.5.7　思考与拓展 （196） 第3章　Python嵌入式应用开发 （197） 3.1　MicroPython基础知识 （197） 3.1.1　MicroPython概述 （197） 3.1.2　MicroPython的源码分析 （198） 3.1.3　内建对象的创建 （200） 3.1.4　Python嵌入式开发平台 （200） 3.1.5　Python嵌入式开发平台的连接 （201） 3.1.6　开发实践 （203） 3.1.7　小结 （204） 3.1.8　思考与拓展 （204） 3.2　空气质量传感器以及RGB和LED的应用开发 （204） 3.2.1　空气质量传感器的开发 （204） 3.2.2　RGB与LED的开发 （210） 3.2.3　小结 （213） 3.2.4　思考与拓展 （213） 3.3　九轴传感器与语音合成芯片的应用开发 （213） 3.3.1　九轴传感器的应用开发 （213） 3.3.2　语音合成应用开发 （216） 3.3.3　小结 （222） 3.3.4　思考与拓展 （222） 3.4　OLED与点阵显示的应用开发 （223） 3.4.1　OLED开发与实践 （223） 3.4.2　点阵屏的开发与实践 （229） 3.4.3　小结 （233） 3.4.4　思考与拓展 （233） 第4章　Python通信应用开发 （235） 4.1　串口通信应用的设计与开发 （235） 4.1.1　串口通信的基础知识 （235） 4.1.2　串口通信的开发实践 （239） 4.1.3　小结 （242） 4.1.4　思考与拓展 （242） 4.2　蓝牙通信应用设计与开发 （242） 4.2.1　蓝牙通信的基础知识 （242） 4.2.2　蓝牙通信的开发实践 （248） 4.2.3　小结 （254） 4.2.4　思考与拓展 （254） 4.3　蓝牙综合应用的设计与开发 （254） 4.3.1　蓝牙综合应用设计 （254） 4.3.2　蓝牙综合应用的开发实践 （255） 4.3.3　小结 （260） 4.3.4　思考与拓展 （260） 第5章　Python机器视觉应用开发 （261） 5.1　机器视觉的基础开发 （261） 5.1.1　机器视觉概述 （261） 5.1.2　OpenMV模块简介 （262） 5.1.3　OpenMV的开发接口 （268） 5.1.4　OpenMV模块的开发实践 （270） 5.1.5　小结 （274） 5.1.6　思考与拓展 （275） 5.2　图像处理技术的应用与开发 （275） 5.2.1　MicroPython的文件操作 （275） 5.2.2　图像边缘特征的检测 （279） 5.2.3　小结 （281） 5.2.4　思考与拓展 （281） 5.3　人脸识别技术的应用与开发 （281） 5.3.1　人脸识别 （281） 5.3.2　人脸识别的关键技术 （283） 5.3.3　OpenMV模块的人脸识别开发接口 （284） 5.3.4　人脸识别技术的开发实践 （285） 5.3.5　小结 （286） 5.3.6　思考与拓展 （286） 5.4　目标跟踪技术和颜色跟踪技术的应用与开发 （286） 5.4.1　目标跟踪技术 （286） 5.4.2　颜色跟踪技术 （287） 5.4.3　OpenMV模块的目标跟踪开发接口 （288） 5.4.4　OpenMV模块的颜色跟踪开发接口 （288） 5.4.5　开发实践 （288） 5.4.6　小结 （291） 5.4.7　思考与拓展 （291） 5.5　卷积神经网络技术的应用与开发 （292） 5.5.1　卷积神经网络技术 （292） 5.5.2　OpenMV模块的卷积神经网络开发接口 （293） 5.5.3　卷积神经网络技术的开发实践 （294） 5.5.4　小结 （298） 5.5.5　思考与拓展 （298） 第6章　Python综合应用开发 （299） 6.1　智能小车自动避障应用的开发 （299） 6.1.1　超声波避障的原理 （299） 6.1.2　智能小车平台 （300） 6.1.3　智能小车自动避障应用的程序设计 （300） 6.1.4　开发实践 （302） 6.1.5　小结 （304） 6.1.6　思考与拓展 （304） 6.2　智能小车视觉应用的开发 （304） 6.2.1　AprilTag标记的追踪原理 （304） 6.2.2　AprilTag类的开发接口 （305） 6.2.3　智能小车视觉应用的程序设计 （307） 6.2.4　开发实践 （309） 6.2.5　小结 （310） 6.2.6　思考与拓展 （310） 参考文献 （311）