本书由资深人工智能工程师专门针对Python新手量身定做，涵盖Python 3.8 实际开发的重要知识点，内容包括：Python语言的数据类型、运算符、数据结构、字符串、控制流、函数、序列、多线程、正则表达式、面向对象编程、文件操作、网络编程、邮件收发、数据库操作等，提供网络爬虫、自然语言处理、区块链项目和图片处理项目范例，各章还安排了调试、问题解答、温故知新、牛刀小试等特色内容，以帮助读者学会处理程序异常、解答学习困惑，巩固知识，学以致用。

本书通俗易懂，示例丰富，代码可读性及可操作性强，非常适合Python初学者、想学习和了解Python 3.8的程序员使用，也可作为Python网课、培训及大专院校的教学用书。

前    言

Python是一种使你在编程时能够保持自己风格的程序设计语言，Python可以使用清晰易懂的程序来实现想要的功能。如果你之前没有任何编程经历，那么既简单又强大的Python就是你入门的完美选择。

伴随着国家对人工智能发展的全面支持与鼓励、国际上对人工智能的重视以及国家教育部将Python加入高考科目，使得Python在中国的使用范围迅速扩大；另外，随着区块链、人工智能、大数据、云计算等技术的迅速崛起，市场对Python人才的需求让长期沉默的Python语言一下子备受众人的关注，本书可以说是应运而生。本书是以Python 3.8版本编写而成的，对于想学习和了解Python 3.8的读者，推荐阅读本书。

本书的特色

本书专门针对Python新手量身定做，是编者学习和使用Python开发过程中的体会和经验总结，涵盖实际开发中重要的知识点，内容详尽，代码可读性及可操作性强。

本书主要介绍Python语言的数据类型、运算符、数据结构、字符串、控制流、函数、序列、多线程、正则表达式、面向对象编程、文件操作、网络编程、邮件收发、数据库操作等，并安排了网络爬虫、自然语言处理、区块链项目和图片处理项目范例，各章还安排了调试、问题解答、温故知新、牛刀小试等特色内容，以帮助读者学会处理程序异常，解决学习中的困惑，巩固知识，学以致用。

本书的另一个特色是，使用通俗易懂的描述和丰富的示例代码，并结合日常生活中的一些小事件，使本书读起来生动有趣，把复杂的问题以简单的形式展现出来，使读者学起来很轻松，充分感受到学习Python编程的乐趣和魅力。

本书的内容

本书共分21章，各章内容安排如下：

第1章主要介绍Python的起源、应用场合、前景以及Python 3.8的一些新特性。

第2章主要介绍Python的基础知识，为后续学习相关内容做铺垫。

第3章重点介绍列表和元组。

第4章重点介绍字符串的格式化、分割、搜索等方法。

第5章介绍字典和集合。

第6章从import语句开始，逐步深入介绍条件语句、循环语句以及列表等一些更深层次的语句。

第7章主要介绍函数，函数是组织好的、可重复使用的、用来实现单一或相关联功能的代码段。

第8章主要介绍Python面向对象编程的特性，Python从设计之初就是一门面向对象的编程语言，它提供一些语言特性支持面向对象编程。

第9章将带领读者学习如何处理各种异常，以及创建和自定义异常。

第10章将具体讲解Python中日期和时间的使用。

第11章主要介绍正则表达式的基本使用。

第12章主要介绍如何使用Python在硬盘上创建、读取和保存文件。

第13章主要介绍Python中的多线程编程。

第14章主要介绍如何使用Python语言发送和接收邮件。

第15章重点介绍Python在网络编程方面的特性。

第16章重点介绍Python的图形化编程——GUI编程。

第17章重点介绍在Python 3中使用PyMySQL连接数据库，并实现简单的增、删、改、查。

第18章根据前面所学的内容讲解一个爬虫的实战项目。

第19章结合爬虫、分词、词频统计等知识点实现自然语言的分词和词频统计。

第20章以当下很火的区块链做一个完整的Python实现。

第21章迎合当前比较火热的计算机视觉领域，引入图片处理的一些基本知识点。

读者对象

Python 3.x初学者。

想学习和了解Python 3.8的程序员。

Python网课、培训机构、中学及大专院校的学生。

本书源码与教学视频下载

本书提供了源代码和Python入门教学视频，读者可扫描右方的二维码获取。

如果在下载过程中出现问题，请电子邮件联系booksaga@126.com，邮件主题为“Python 3.8从零开始学”。

致谢

本书在写作过程中遇到了很多困难以及写作方式上的困惑，好在如今是信息互联的时代，让笔者有机会参阅很多相关信息，也让很多困难得以较好地解决。本书在写作过程中参考了一些相关资料，主要包括《Python基础教程（第2版）》《笨办法学 Python（第4版）》《像计算机科学家一样思考Python》、《编写高质量代码 改善Python程序的91个建议》、《Python源码剖析》、廖雪峰的博客以及W3C等。在此，对这些资料的编者表示真诚的感谢。

在本书交稿之际，感谢清华大学出版社的王金柱编辑，在本书编写的过程中，王编辑给予了很多指导和修改意见。最后，感谢家人和朋友在写作期间给予的安静写作环境，让笔者不被更多琐事打扰，从而专心于写作。感谢你们，没有你们的帮助与关心，本书不能如期完成。

最后感谢读者们的鼓励和支持，正因为有你们不断指出不足、不断提出问题与意见，才使本书更臻完美。

                                                                     刘宇宙

                                                                   2020年1月

目    录

 

第1章  走进Python 3.8的精彩世界 1

1.1  Python的起源 1

1.2  Python的应用场合 2

1.3  从2.7到3.8，Python的新特性 4

1.3.1  Python 2.x和Python 3.x的区别 4

1.3.2  Python 3.8的新特性 6

1.4  如何学习Python 6

1.5  Python开发环境构建 7

1.5.1  在Windows系统中安装Python 7

1.5.2  在Linux、UNIX系统和Mac中

安装Python 11

1.5.3  其他版本 12

1.6  从Hello World开始 12

1.7  调试 13

1.8  问题解答 14

1.9  温故知新，学以致用 14

第2章  Python编程基础 16

2.1  认识程序 16

2.1.1  程序 16

2.1.2  调试 17

2.1.3  语法错误——南辕北辙 18

2.1.4  运行错误——突然的停止 18

2.1.5  语义错误——答非所问 18

2.2  数据类型 19

2.2.1  整型 19

2.2.2  浮点型 21

2.2.3  复数 22

2.2.4  数据类型转换 22

2.2.5  常量 23

2.3  变量和关键字 24

2.3.1  变量 24

2.3.2  变量名称 27

2.3.3  Python关键字 28

2.4  语句 29

2.5  表达式 30

2.6  运算符和操作对象 31

2.6.1  什么是运算符和操作对象 31

2.6.2  算术运算符 32

2.6.3  比较运算符 33

2.6.4  赋值运算符 34

2.6.5  位运算符 35

2.6.6  逻辑运算符 36

2.6.7  成员运算符 37

2.6.8  身份运算符 37

2.6.9  运算符的优先级 38

2.7  字符串操作 40

2.8  注释 43

2.9  牛刀小试——九九乘法表逆实现 44

2.10  调试 44

2.11  问题解答 45

2.12  温故知新，学以致用 45

第3章  列表和元组 47

3.1  通用序列操作 48

3.1.1  索引 48

3.1.2  分片 50

3.1.3  序列相加 54

3.1.4  乘法 54

3.1.5  成员资格 55

3.1.6  长度、最小值和最大值 56

3.2  列表 57

3.2.1  更新列表 57

3.2.2  嵌套列表 63

3.2.3  列表方法 64

3.3  元组 73

3.3.1  tuple函数 74

3.3.2  元组的基本操作 74

3.3.3  元组内置函数 76

3.4  列表与元组的区别 77

3.5  牛刀小试——实现杨辉三角 78

3.6  调试 79

3.7  问题解答 81

3.8  温故知新，学以致用 81

第4章  字符串 83

4.1  字符串的简单操作 83

4.2  字符串格式化 85

4.2.1  经典的字符串格式化符号——

百分号（%） 85

4.2.2  元组的字符串格式化 87

4.2.3  format字符串格式化 90

4.2.4  f字符串格式化 90

4.2.5  f-string字符串格式化 91

4.3  字符串方法 92

4.3.1  split()方法 92

4.3.2  strip()方法 93

4.3.3  join()方法 93

4.3.4  find()方法 94

4.3.5  lower()方法 95

4.3.6  upper()方法 96

4.3.7  replace()方法 97

4.3.8  swapcase()方法 97

4.3.9  translate()方法 98

4.4  牛刀小试——变形金刚 99

4.5  调试 99

4.6  问题解答 100

4.7  温故知新，学以致用 100

第5章  字典和集合 102

5.1  字典的使用 102

5.2  创建和使用字典 103

5.2.1  dict函数 104

5.2.2  字典的基本操作 105

5.2.3  字典和列表比较 107

5.3  字典方法 108

5.3.1  get()方法 108

5.3.2  keys()方法 109

5.3.3  values()方法 109

5.3.4  key in dict方法 110

5.3.5  update()方法 110

5.3.6  clear()方法 111

5.3.7  copy()方法 112

5.3.8  fromkeys()方法 112

5.3.9  items()方法 113

5.3.10  setdefault()方法 113

5.4  集合 114

5.4.1  创建集合 115

5.4.2  集合方法 116

5.5  牛刀小试——字典合并与排序 117

5.6  调试 118

5.7  问题解答 118

5.8  温故知新，学以致用 119

第6章  条件、循环和其他语句 120

6.1  使用文本编辑器 120

6.2  import的使用 122

6.2.1  import语句 122

6.2.2  使用逗号输出 125

6.3  别样的赋值 125

6.3.1  序列解包 126

6.3.2  链式赋值 127

6.3.3  增量赋值 127

6.4  语句块 128

6.5  条件语句 128

6.5.1  布尔变量的作用 128

6.5.2  if语句 130

6.5.3  else子句 131

6.5.4  elif子句 131

6.5.5  嵌套代码块 132

6.5.6  更多操作 132

6.5.7  断言 135

6.6  循环 135

6.6.1  while循环 136

6.6.2  for循环 137

6.6.3  循环遍历字典元素 139

6.6.4  迭代工具 139

6.6.5  跳出循环 141

6.6.6  循环中的else子句 143

6.7  pass语句 144

6.8  牛刀小试——猜字游戏编写 145

6.9  Python程序调试 146

6.10  问题解答 146

6.11  温故知新，学以致用 147

第7章  函数 148

7.1  调用函数 148

7.2  定义函数 150

7.3  函数的参数 152

7.3.1  必须参数 153

7.3.2  关键字参数 153

7.3.3  默认参数 154

7.3.4  可变参数 157

7.3.5  组合参数 158

7.3.6  仅通过位置指定的参数 159

7.4  执行流程 160

7.5  形参和实参 161

7.6  变量的作用域 162

7.6.1  局部变量 162

7.6.2  全局变量 164

7.7  有返回值和无返回值函数 166

7.8  为什么要引入函数 167

7.9  返回函数 167

7.10  递归函数 170

7.11  匿名函数 172

7.12  偏函数 174

7.13  牛刀小试——经典排序之快速排序

实现 175

7.14  调试 176

7.15  问题解答 177

7.16  温故知新，学以致用 177

第8章  面向对象编程 179

8.1  理解面向对象 179

8.1.1  什么是面向对象编程 179

8.1.2  面向对象编程常用术语 180

8.2  类的定义与使用 180

8.2.1  类的定义 180

8.2.2  类的使用 181

8.3  深入类 182

8.3.1  类的构造方法 182

8.3.2  类的访问权限 185

8.4  继承 190

8.5  多态 193

8.6  封装 196

8.7  多重继承 197

8.8  获取对象信息 199

8.9  类的专有方法 201

8.10  牛刀小试一——出行建议 205

8.11  牛刀小试二——判断一棵树是否为

二叉搜索树 207

8.12  调试 208

8.13  问题解答 209

8.14  温故知新，学以致用 209

第9章  异常 211

9.1  什么是异常 211

9.2  异常处理 212

9.3  抛出异常 213

9.4  捕捉多个异常 214

9.5  使用一个块捕捉多个异常 215

9.6  捕捉对象 216

9.7  全捕捉 216

9.8  异常中的else 217

9.9  自定义异常 218

9.10  finally子句 219

9.11  异常和函数 220

9.12  牛刀小试——正常数和异常数 221

9.13  bug的由来 222

9.14  温故知新，学以致用 223

第10章  日期和时间 224

10.1  日期和时间 224

10.1.1  时间戳 224

10.1.2  时间格式化符号 225

10.1.3  struct_time元组 226

10.2  time模块 226

10.2.1  time()函数 226

10.2.2  strftime()函数 228

10.2.3  strptime()函数 228

10.2.4  localtime()函数 229

10.2.5  sleep()函数 229

10.2.6  gmtime()函数 230

10.2.7  mktime()函数 230

10.2.8  asctime()函数 231

10.2.9  ctime()函数 231

10.2.10  三种时间格式转化 232

10.3  datetime模块 232

10.4  日历模块 236

10.5  牛刀小试——时间大杂烩 237

10.6  调试 241

10.7  温故知新，学以致用 242

第11章  正则表达式 243

11.1  认识正则表达式 243

11.2  re模块 245

11.2.1  re.match函数 245

11.2.2  re.search方法 246

11.2.3  re.match与re.search的区别 246

11.3  贪婪模式和非贪婪模式 247

11.4  替换 248

11.5  编译 249

11.6  牛刀小试——匹配比较 249

11.7  温故知新，学以致用 250

第12章  文件操作 251

12.1  打开文件 251

12.1.1  文件模式 253

12.1.2  缓存 253

12.2  基本文件方法 254

12.2.1  读和写 254

12.2.2  读写行 257

12.2.3  关闭文件 258

12.2.4  文件重命名 259

12.2.5  删除文件 259

12.3  对文件内容进行迭代 260

12.3.1  按字节处理 260

12.3.2  按行操作 261

12.3.3  使用fileinput实现懒加载式

迭代 261

12.3.4  文件迭代器 262

12.4  StringIO函数 262

12.5  序列化与反序列化 263

12.5.1  一般序列化与反序列化 263

12.5.2  JSON序列化与反序列化 264

12.6  牛刀小试——批量更改文件名 266

12.7  调试 267

12.8  问题解答 267

12.9  温故知新，学以致用 267

第13章  多线程 269

13.1  线程和进程 269

13.1.1  进程 269

13.1.2  线程 270

13.1.3  多线程与多进程 270

13.2  使用线程 271

13.2.1  全局解释器锁 271

13.2.2  退出线程 272

13.2.3  Python的线程模块 272

13.3  _thread模块 272

13.4  threading模块与Thread类 275

13.4.1  threading模块 275

13.4.2  Thread类 275

13.5  线程同步 279

13.6  线程优先级队列 281

13.7  线程与进程比较 283

13.7.1  线程切换 283

13.7.2  计算密集型与IO密集型 284

13.7.3  异步IO 284

13.8  牛刀小试——多线程简单爬虫 285

13.9  调试 286

13.10  问题解答 286

13.11  温故知新，学以致用 287

第14章  发送和接收电子邮件 288

14.1  电子邮件介绍 288

14.2  发送邮件 290

14.2.1  SMTP发送邮件 290

14.2.2  发送HTML格式的邮件 292

14.2.3  发送带附件的邮件 293

14.2.4  发送图片 294

14.2.5  同时支持HTML和Plain

格式 296

14.2.6  加密SMTP 297

14.3  POP3接收邮件 298

14.3.1  POP3下载邮件 298

14.3.2  解析邮件 299

14.4  牛刀小试——邮件发送通用化 300

14.5  调试 303

14.6  问题解答 304

14.7  温故知新，学以致用 304

第15章  网络编程 305

15.1  初识网络编程 305

15.2  TCP/IP简介 306

15.3  网络设计模块 307

15.3.1  socket简介 307

15.3.2  socket模块 307

15.3.3  socket对象（内建）方法 309

15.4  TCP编程 310

15.4.1  客户端编程 310

15.4.2  服务器编程 312

15.5  UDP编程 316

15.6  urllib模块 318

15.6.1  GET请求 318

15.6.2  POST请求 319

15.7  牛刀小试——模拟浏览器 320

15.8  调试 321

15.9  问题解答 322

15.10  温故知新，学以致用 322

第16章  GUI编程 323

16.1  GUI简介 323

16.1.1  常用GUI库简介 323

16.1.2  安装tkinter 324

16.2  概念介绍 324

16.2.1  窗口和控件 324

16.2.2  事件驱动处理 325

16.2.3  布局管理器 325

16.3  tkinter的控件 325

16.3.1  Button控件 326

16.3.2  Checkbutton控件 327

16.3.3  Label控件 329

16.3.4  Text控件 329

16.3.5  Menu控件 330

16.4  tkinter组合控件 332

16.5  牛刀小试——计算器开发 334

16.6  调试 338

16.7  问题解答 339

16.8  温故知新，学以致用 339

第17章  操作数据库 340

17.1  数据库介绍 340

17.2  Python数据库API 341

17.2.1  全局变量 341

17.2.2  异常 342

17.2.3  连接和游标 342

17.2.4  类型 344

17.3  数据库操作 344

17.3.1  数据库连接 344

17.3.2  创建数据库表 345

17.3.3  数据库插入 346

17.3.4  数据库查询 347

17.3.5  数据库更新 348

17.3.6  数据库删除 349

17.4  事务 350

17.5  调试 351

17.6  问题解答 351

17.7  温故知新，学以致用 352

第18章  网络爬虫项目实战 353

18.1  了解爬虫 353

18.2  爬虫的原理 354

18.3  爬虫常用的几种技巧 354

18.3.1  基本方法 354

18.3.2  使用代理服务器 355

18.3.3  Cookie处理 355

18.3.4  伪装成浏览器 356

18.3.5  登录 356

18.4  爬虫示例——抓取豆瓣电影Top250

影评数据 357

18.4.1  确定URL格式 357

18.4.2  页面抓取 357

18.4.3  提取相关信息 358

18.4.4  写入文件 359

18.4.5  完善代码 359

18.5  项目小结 362

第19章  自然语言分词与词频统计

项目实战 363

19.1  概念介绍 363

19.1.1  SQLAlchemy简介 363

19.1.2  pyecharts简介 364

19.1.3  jieba分词库简介 364

19.1.4  BeautifulSoup库简介 364

19.2  库的安装与使用 364

19.2.1  SQLAlchemy的安装与使用 365

19.2.2  pyecharts的安装与使用 366

19.2.3  jieba分词库的安装与使用 366

19.2.4  BeautifulSoup的安装与使用 367

19.3  分词与词频统计实战 368

19.3.1  整体结构设计 368

19.3.2  数据结构设计 369

19.3.3  数据的爬取与保存 369

19.3.4  制定关键词库 371

19.3.5  词频统计与图表生成 372

19.4  分词与词频统计完整代码实现与

结果查看 373

19.5  项目小结 380

第20章  区块链项目实战 381

20.1  区块链简介 381

20.1.1  区块链的定义 381

20.1.2  区块链的特点 382

20.1.3  区块链应用行业及领域 382

20.2   区块链代码结构设计 382

20.2.1  环境准备 382

20.2.2  代码结构设计 382

20.3  区块链具体逻辑实现 384

20.3.1  块结构 384

20.3.2  加入交易 385

20.3.3  创建新块 385

20.3.4  工作量证明的理解 386

20.3.5  工作量证明的实现 387

20.4  API接口层开发 387

20.4.1  发送交易 388

20.4.2  挖矿 388

20.4.3  返回整个区块链 389

20.5  运行区块链 389

20.6  分布式实现 391

20.6.1  注册节点 391

20.6.2  实现共识算法 391

20.7  完整项目代码与执行 393

20.8  项目小结 405

第21章  图片处理项目实战 406

21.1  图片处理基本库简介 406

21.2  读取图片大小 409

21.3  图片完好性检测 411

21.4  相同图片检测 412

21.5  项目小结 417

附录A 418

A.1  数学函数 418

A.2  随机函数 418

A.3  三角函数 419

A.4  Python字符串内建函数 419

A.5  列表方法 421

A.6  字典内置方法 421

A.7  正则表达式模式 421

 

如果你从未接触编程，或想入手学习Python编程，我强烈推荐你看这本书，因为这是一本完全可以让你看懂并学会的编程书，同时还可以让你得到意外的收获。我认为这本书的主要特色和优点有如下几个：

1. 看得懂，学得会

这是一本面向初学者的Python编程书，为使读者能够看懂、学会，编者使用了通俗易懂的语言和丰富的代码示例，并借助生活中的小事例进行描述，一些看起来复杂的问题也尽可能以简单的形式展现出来，多了些生动，少了些枯燥，不仅学习起来轻松愉快，而且能够充分感受到Python的魅力。

2. 想读者所想，贴心的内容安排

学编程唯动手练习才能见到成效，本书在内容设计上特别重视讲练结合，注重实践，不仅精心设计了大量示例代码，还在各章穿插了项目演练——牛刀小试，以煅炼读者的程序设计能力。自学编程往往会遇到很多困惑，半途而废并不鲜见，考虑到这一点，编者还特别设计了程序调试、问题解答、温故知新、学以致用等栏目，助力读者少走弯路，快速上手。

3. 技术新颖的项目实战

通过项目实践学习编程可以巩固知识，提升技能，应对开发工作中的实际需求，因此本书还设计了爬虫项目、自然语言处理项目、区块链开发和图片处理项目，这些项目都是当前Python应用中的热点。通过项目实践，既可以提升技能，又能了解热点前沿技术，可谓一举两得。

4. 编程练习题、源代码与视频教学

为便于读者高效掌握本书内容，本书精心设计了200多个练习题，并提供了全书实例的源代码，以便于读者巩固学习成果和上机演练。此外，还额外附赠34节Python入门教学视频课，读者扫描本书提供的二维码即可以下载学习。

关于本书的优点还有很多，不再一一列举，作为本书编辑，我真诚推荐，也感谢你的慧眼选择本书。

人生苦短，我学Python，愿本书助你顺利开启Python编程之旅，登堂入室，从菜鸟到高手。

刘宇宙，大数据与人工智能开发工程师，从业8年，先后供职于上海海鼎、广州棒谷等公司，目前供职于深圳Bello智能科技有限公司，担任高级工程师及效率与运维负责人，从事人工智能研发。先后从事过卡系统研发、云计算IaaS研发、物联网研发、网络爬虫研发，对Python有深入研究。出版畅销书《Python 3.5从零开始学》（清华大学出版社，2017），长期在国内知名IT技术网站CSDN发表原创博文。