第一章计算机基础知识

本章内容介绍了计算机的基础知识，内容包括计算机的发展史、进制转换方法、计算机的系统组成、算法设计思想、程序设计的步骤、程序的执行过程等。第一章通过剖析计算机的基本概念和软硬件构成，帮助学生初步建立计算思维；通过引导学生了解算法和数据结构的概念和程序设计语言的分类，了解汇编与编译的过程以及程序设计的步骤，帮助学生初步建立编程思维。本章内容较多，学生需紧跟教师讲解节奏，清楚内部逻辑关系，积极参与讨论互动，主动翻阅相关书籍，为后面学习打下良好基础。

●1.1绪论与计算机发展史

通过阐述计算机的起源与发展，从表示-自动存储-自动执行的角度，了解运算规则和计算机电子元器件的种类以及功能，并对未来计算机的发展进行展望。通过了解我国计算机发展历程和现状，体会民族自豪感和责任感。

●1.2计算机中信息的表示

了解进制、数码、基数、进制的概念及进制转换；掌握计算机中数的表示，并对二进制的原码、反码和补码表示进行重点学习，了解补码的作用；了解定点数和浮点数的概念；掌握常见的计算机存储单位及相互换算规律；掌握计算机中信息的编码—数字的编码、字符的编码及汉字的编码。

●1.3计算机系统的组成

了解计算机硬件的定义、硬件系统组成结构及功能；掌握存储程序工作原理；掌握指令、程序和软件的概念；了解指令和程序的工作过程；了解计算机软件系统的分类；掌握操作系统的管理功能和分类；

●1.4程序设计基础

掌握程序设计的内涵；了解算法和数据结构的概念；掌握机器语言、汇编语言和高级语言的概念、特点及分类标准；了解汇编与编译过程；了解程序设计的步骤，了解伪代码和程序流程图；对程序在内存中的执行过程进行剖析；展望未来程序设计语言的发展趋势。

第二章Python基础知识和标准数据类型

本章将介绍Python程序设计语言及其编程环境，主要是帮助同学们了解Python语言，了解标准数据类型，并能开始编写简单代码。在本章的学习中，应了解Python版本发展历史；掌握安装和搭建Python开发环境的方法；掌握使用pip在线安装与离线安装扩展库的方法；了解列表、元组、字典、集合、字符串等常用Python内置类型；了解正则表达式的基本语法、常用函数和对象；熟练掌握运算符、内置函数的用法；理解变量的作用和命名规则；掌握标准库对象与扩展库对象的导入和使用；了解Python代码编写规范。

●2.1Python安装与简单使用

了解Python版本变更历史和版本号含义；了解从官方网站下载并安装Python解释器；介绍其他几种开发环境；了解IDLE交互模式和程序模式的使用，常用快捷键，运行Python程序的几种方式；掌握pip命令的运行方式；pip命令支持的常用子命令；pip命令支持的常用选项；

●2.2Python基础知识

了解Python常用内置类型；理解Python变量的作用和命名规则；掌握数字、字符串基本知识；掌握Python运算符与表达式；了解缩进和空格、空行在Python程序中的作用和重要性；了解注释的形式和注释的作用。

●2.3Python标准数据类型

理解字符串定义和格式化方法；熟练掌握字符串常用方法；熟练掌握元素常用方法、切片和列表推导式；熟练掌握元组的定义及常用方法；熟练掌握字典的定义及常用方法；了解集合对象的创建与删除；掌握集合的并、交、差以及对称差等运算、集合的大小比较等；

●2.4正则表达式

了解正则表达式元字符、正则表达式基本语法、子模式扩展语法；了解re模块常用函数以及正则表达式对象。

第三章选择与循环

程序是为了解决应用问题而设计的一系列排列有序的指令集。程序最基础的结构是顺序结构，即自上而下运行。但遇到一些复杂情况时，只依靠顺序结构是远远不够的。为了解决条件问题，本章将为大家讲解选择结构的载体——分支语句。为了解决重复性问题，本章将讲解循环结构，以及循环控制语句——循环跳转。在选择结构和循环结构的应用过程中，要特别注意缩进对程序的影响。Python对缩进是强制性要求的，通过缩进体现程序的框架结构。

●3.1选择结构

选择结构是处理条件问题的利器，它的载体是分支语句。分支语句的构建需要使用条件表达式，而条件表达式也是后期while循环中条件表述的方式。根据问题的复杂程度，可以将分支语句分为单分支、双分支和多分支，当问题更为复杂时，还可以构建分支嵌套来解决问题。

●3.2循环结构

Python中的循环分为while循环和for循环，这两种循环的语法形式和适用范围不同，要通过案例来加深理解，并根据实际需求选择应用。当遇到特殊条件发生时，循环需要提前结束，这就需要有一个能够在循环内部控制循环提前结束的成分——循环跳转语句。Python的循环跳转语句有两种，分别是break语句和continue语句，他们的应用范围是不同的。当循环中含有break语句时，还可以使用循环拓展语句提示用户break语句对应的特殊情况是否发生，提高用户体验度。

第四章函数与模块

函数是Python模块化思想的重要表现，它将紧密相关的代码进行封装，一方面可以将规模较大的任务进行分解，另一方面又可以反复调用某个函数，从而降低代码规模，提升编程效率。Python拥有input()、print()等内置函数，用户不需要了解函数内部的细节，只需要了解它的功能和使用即可。除此之外，Python还允许用户根据应用需求自定义函数。模块则是将功能密切相关的函数和常量等进行封装。当用户需要使用其中的函数或常量时，引用模块并调用对应的函数或常量即可，大大降低了编程的规模和难度。Python拥有turtle、random等内置模块（又名标准模块）和更为丰富强大的第三方模块，如Numpy等。第三方模块的使用需要事先下载安装。

●4.1函数的定义及其调用

自定义函数包括两个阶段，分别是函数的定义和函数的调用。在函数定义阶段使用的参数叫形式参数（简称形参）；在函数调用阶段使用的参数叫实际参数（简称实参）。数据的传递方向是由实参向形参单向传递。如果函数内部有需要向调用方传递的数据，可以使用return语句来实现。

●4.2参数类型

Python根据应用需求的不同，设置了多种参数类型，有按位置传递的位置参数（又称普通参数）、可以接收多个实参的变长参数、含有默认值的默认参数等。用户需要了解这些参数的内涵，并根据应用需求选择合适的参数使用。

●4.3输入输出函数

输入输出函数是最基础、应用最频繁的内置函数。输入函数input()的处理结果是字符串，如果想要获取数字型数据，需要和eval()函数搭配使用。输出函数print()功能非常强大，既可以简单输出数据，还可以进行格式化输出。Python的格式化输出有%用法和format用法两种，其中format用法是Python的独特方式，功能更为强大。

●4.4变量作用域

在Python中，程序的变量并不是在任意位置都可以访问的，访问权限取决于这个变量是在哪赋值的。根据作用域（又名生命周期）的不同，变量分为局部变量和全局变量。如果一个变量定义在某个函数内部，那么其作用域是从定义位置起到该函数结束，则这个变量称为该函数的局部变量。一旦函数调用结束，局部变量被释放，变量没有了定义。如果在一个变量之后调用了某些函数，那么该变量成为这些函数的全局变量。全局变量的作用域覆盖这些函数的内部。

●4.5特殊函数

在Python的自定义函数中，有两个比较特殊的函数类型——lambda函数和递归函数。lambda函数适用于函数体内只有一个表达式的情况。递归函数则适用于递归问题，也就是在某个计算过程中，每一步都要用到前面一步或几步的结果。例如阶乘运算、汉诺塔问题就是典型的递归问题，可以使用递归函数来编程实现。递归函数是在函数定义阶段调用自身，要求函数体内要包含递归表达式和使递归结束的递归基。

●4.6内置模块

内置模块是安装Python后就可以直接使用的模块，例如turtle、random模块等。这类模块虽然不需要安装，但要在使用内部函数或变量前，先调用模块。模块的调用有三种方式，使用不同的模块调用方式，内部函数的调用方式也要随之变化。这里将以turtle模块为例，为大家介绍模块的调用和使用，让大家更为直观地感受Python模块的魅力。

●4.7第三方模块——Numpy

Python的内置模块又叫标准模块，一般是解决一些基础性问题。当要解决一些较为专业的问题时，需要使用Python的第三方模块。这里以Numpy模块为例，为大家介绍第三方模块的安装和使用。Numpy模块是Python 科学计算的基础包，它是一个开源的 Python 扩展库，用来支持大数据量的高维数组和矩阵运算，比 Python 自身的嵌套列表（该结构也可以用来表示矩阵）结构要高效的多。Numpy 提供了许多高级的数值编程工具，比如矩阵数据类型、矢量处理、高精度运算等，它专为严格的数字处理而生。

第五章面向对象程序设计

从面向过程到面向对象，面向对象程序设计思想越来越成为程序设计思想的趋势，本章从了解面向对象程序设计有关的基本概念与术语出发，熟练定义和使用类；理解self参数的含义；理解类成员与实例成员以及私有成员与公有成员的概念和区别，理解数据成员与成员方法的使用。

●5.1面向对象程序设计方法的由来

程序设计思想经历了从面向过程到面向对象的发展，本节从面向过程程序设计方法的内涵和优缺点入手来进一步学习面向对象程序设计方法的内涵、优点、面向对象程序设计的三大特征和python语言面向对象的特点。

●5.2类和对象

在面向对象编程中，最重要的两个核心概念就是类和对象。本节课学习类与对象的相关知识，将从以下几个方面进行讲解：首先了解类的定义及语法，包括类的概念，类的定义语法格式，其次是对象的定义，包括对象的概念，类与对象的关系，最后理解并掌握如何根据类来创建对象。

●5.3数据成员与成员方法

本节主要介绍了私有成员与公有成员，数据成员，成员方法与属性，其中数据成员：包括属于对象的数据成员和属于类的数据成员，成员方法与属性：包括成员方法、属性、私有属性的访问以及内置属性。通过学习我们知道在定义类的成员时，如果成员名以两个下划线开头但是不以两个下划线结束则表示是私有成员，私有成员在类的外部不能直接访问，一般是在类的内部进行访问和操作，或者是在类的外部通过调用对象的公有成员的方法来进行访问。对于公有成员而言，公有成员可以公开使用，既可以在类的内部进行访问，也可以在外部程序中使用。数据成员用来描述类或对象的某些特征或属性，主要分为两类：属于对象的数据成员和属于类的数据成员。并且在类中定义的方法可以粗略的分为四大类，即：公有方法、私有方法、静态方法和类方法。而属性是一种特殊形式的成员方法。

●5.4特殊方法与self的使用

本节从构造方法、析构方法和self参数三个方面来展开介绍。其中构造方法指的是__init__方法。当创建类的实例的时候，系统会自动调用构造方法，从而实现对类进行初始化的操作。构造函数用于初始化类的内部状态，为类的属性设置默认值。当创建对象以后，python解释器默认会调用构造方法，当删除一个对象来释放类所占用资源的时候，python解释器默认会调用另一个方法，这个方法就是析构方法。 析构方法用于释放对象占用的资源。Python提供了析构方法__del__()。析构方法也是可选的。若程序中不提供析构方法，Python会提供默认的析构方法。最后介绍了self参数，并通过一个案例来帮助大家理解self参数的使用。通过学习我们知道类的所有实例方法都必须至少有一个名为self的参数，如果有多个参数的话其必须是方法的第一个形参，self参数代表将来要创建的对象本身。

第六章文件操作

通过本章的学习，理解文本文件与二进制文件的区别；熟练掌握文本文件的打开、关闭和读写等常用操作。

●6.1文件基本操作与常用方法

熟练掌握open函数的语法格式、参数含义及返回值；了解read()和readlines()方法的含义、用法及返回值；掌握文件写操作write()和writelines()两种方法以及文件关闭close()方法的功能与用法；了解文件指针的概念和用法；了解seek()方法的用法；掌握with语句的作用与特点。

第七章异常处理结构与程序调试

通过本章的学习，理解异常表现形式和可能发生异常的原因；熟练掌握不同形式异常处理结构的用法。

●7.1异常类型及定义

通过本节的学习，理解异常定义、分类、表现形式及可能发生异常的原因。异常是指由于程序运行时发生错误而产生的信号。如果说程序没有对异常进行处理，那么程序运行发生错误后，程序就会抛出该异常，并且停止运行。因此，在实际编写程序时，为了保证程序运行的稳定性和容错性，我们应该尽可能的在程序中捕获各种可能的异常，并对异常进行处理，从而就使得程序不会因为发生错误而意外停止。

●7.2异常处理—try except

通过本节的学习，熟练掌握try except异常处理结构用法；掌握try except异常处理结构的语法格式、逻辑含义及使用方法；

●7.3异常处理—else、finally、raise

通过本节的学习，熟练掌握else、finally子句的含义、特点与用法；掌握抛出异常raise子句的含义、特点与用法。