Python语言及其应用（第2版）

前言 xxv
第 一部分　Python基础
第 1 章　Python初探 3
1.1 谜题 3
1.2 小程序 5
1.3 大程序 7
1.4 现实世界中的Python 10
1.5 Python和其他语言 10
1.6 为什么选择Python 12
1.7 为什么不选择Python 14
1.8 Python 2和Python 3 14
1.9 安装Python 15
1.10 运行Python 15
1.10.1 使用交互式解释器 15
1.10.2 使用Python文件 16
1.10.3 下一步 17
1.11 禅意时刻 17
1.12 后续内容 17
1.13 练习 18
第 2 章　数据：类型、值、变量和名称 19
2.1 Python数据皆是对象 19
2.2 类型 20
2.3 可变性 21
2.4 字面值 22
2.5 变量 22
2.6 赋值 23
2.7 变量是名称，不是位置 24
2.8 向多个名称赋值 27
2.9 为名称重新赋值 27
2.10 复制 27
2.11 选个好变量名 28
2.12 后续内容 28
2.13 练习 28
第 3 章　数字 29
3.1 布尔值 29
3.2 整数 30
3.2.1 字面整数 30
3.2.2 整数运算符 31
3.2.3 整数和变量 33
3.2.4 优先级 34
3.2.5 基数 35
3.2.6 类型转换 37
3.2.7 int类型有多大 39
3.3 浮点数 40
3.4 数学函数 41
3.5 后续内容 41
3.6 练习 41
第 4 章　if语句 42
4.1 使用#注释 42
4.2 使用续行 43
4.3 使用if、elif和else进行比较 44
4.4 True是什么 46
4.5 使用in进行多重比较 47
4.6 新秀：我是海象 48
4.7 后续内容 49
4.8 练习 49
第 5 章　字符串 50
5.1 使用引号创建字符串 50
5.2 使用str()创建字符串 52
5.3 使用转义 53
5.4 使用 拼接 54
5.5 使用*重复 55
5.6 使用[]获取字符 55
5.7 使用分片提取子串 56
5.8 使用len()获取字符串长度 58
5.9 使用split()分割字符串 58
5.10 使用join()合并字符串 59
5.11 使用replace()进行替换 59
5.12 使用strip()进行剥离 59
5.13 搜索和选择 60
5.14 大小写 62
5.15 对齐 63
5.16 格式化 63
5.16.1 旧式样：% 63
5.16.2 新式样：{}和format() 66
5.16.3 式样：f字符串 67
5.17 未完待续 68
5.18 后续内容 68
5.19 练习 68
第 6 章　while循环和for循环 70
6.1 while循环 70
6.1.1 使用break跳出循环 71
6.1.2 使用continue跳过本次循环 71
6.1.3 使用else检查break 71
6.2 使用for和in进行迭代 72
6.2.1 使用break跳出循环 73
6.2.2 使用continue跳过本次循环 73
6.2.3 使用else检查break 73
6.2.4 使用range()生成数字序列 74
6.3 其他迭代器 74
6.4 后续内容 74
6.5 练习 74
第 7 章　元组和列表 76
7.1 元组 76
7.1.1 使用逗号和()创建元组 77
7.1.2 使用tuple()创建元组 78
7.1.3 使用 拼接元组 78
7.1.4 使用*复制元素 78
7.1.5 比较元组 78
7.1.6 使用for和in迭代元组 79
7.1.7 修改元组 79
7.2 列表 80
7.2.1 使用[]创建列表 80
7.2.2 使用list()创建或转换列表 80
7.2.3 使用split()从字符串创建列表 80
7.2.4 使用[offset]获取列表项 81
7.2.5 使用切片获取列表项 82
7.2.6 使用append()在末尾添加列表项 82
7.2.7 使用insert()按偏移插入列表项 83
7.2.8 使用*复制所有列表项 83
7.2.9 使用extend()或 拼接列表 83
7.2.10 使用[offset]修改列表项 84
7.2.11 使用切片修改列表项 84
7.2.12 使用del按偏移删除列表项 85
7.2.13 使用remove()按值删除列表项 85
7.2.14 使用pop()按偏移获取列表项并删除 85
7.2.15 使用clear()删除所有列表项 86
7.2.16 使用index()按值查找列表项的偏移 86
7.2.17 使用in测试值 86
7.2.18 使用count()统计某个值出现的次数 87
7.2.19 使用join()将列表转换为字符串 87
7.2.20 使用sort()或sorted()重新排序列表项 87
7.2.21 使用len()获得列表长度 88
7.2.22 使用=赋值 88
7.2.23 使用copy()、list()或切片复制列表 89
7.2.24 使用deepcopy()复制所有内容 89
7.2.25 比较列表 90
7.2.26 使用for和in迭代列表 91
7.2.27 使用zip()迭代多个序列 92
7.2.28 使用推导式创建列表 92
7.2.29 列表的列表 95
7.3 元组和列表 95
7.4 不存在元组推导式 95
7.5 后续内容 96
7.6 练习 96
第 8 章　字典和集合 98
8.1 字典 98
8.1.1 使用{}创建字典 98
8.1.2 使用dict()创建字典 99
8.1.3 使用dict()进行转换 99
8.1.4 使用[key]添加或修改字典项 100
8.1.5 使用[key]或get()获取字典项 101
8.1.6 使用keys()获取所有的键 102
8.1.7 使用values()获取所有值 102
8.1.8 使用items()获取所有“键?C值”对 102
8.1.9 使用len()获取长度 103
8.1.10 使用{**a, **b}合并字典 103
8.1.11 使用update()合并字典 103
8.1.12 使用del按键删除字典项 104
8.1.13 使用pop()按键获取字典项并将其删除 104
8.1.14 使用clear()删除所有字典项 105
8.1.15 使用in测试键是否存在 105
8.1.16 使用=赋值 105
8.1.17 使用copy()复制 105
8.1.18 使用deepcopy()复制所有内容 106
8.1.19 比较字典 107
8.1.20 使用for和in迭代字典 107
8.1.21 字典推导式 108
8.2 集合 109
8.2.1 使用set()创建集合 110
8.2.2 使用set()进行转换 110
8.2.3 使用len()获取集合元素个数 111
8.2.4 使用add()添加元素 111
8.2.5 使用remove()删除元素 111
8.2.6 使用for和in迭代集合 111
8.2.7 使用in测试元素 111
8.2.8 集合运算 112
8.2.9 集合推导式 115
8.2.10 使用frozenset()创建不可变集合 115
8.3 目前为止学过的数据结构 116
8.4 创建更复杂的数据结构 116
8.5 后续内容 117
8.6 练习 117
第 9 章　函数 119
9.1 使用def定义函数 119
9.2 使用圆括号调用函数 120
9.3 实参与形参 120
9.3.1 有用的None 122
9.3.2 位置实参 123
9.3.3 关键字实参 123
9.3.4 指定默认形参值 124
9.3.5 使用*拆分/汇集位置实参 125
9.3.6 使用**拆分/汇集关键字实参 126
9.3.7 仅关键字形参 127
9.3.8 可变实参和不可变实参 128
9.4 文档字符串 128
9.5 作为“头等公民”的函数 129
9.6 内部函数 131
9.7 匿名函数：lambda 132
9.8 生成器 133
9.8.1 生成器函数 134
9.8.2 生成器推导式 134
9.9 装饰器 135
9.10 名称空间和作用域 137
9.11 名称中_和__的用法 139
9.12 递归 139
9.13 异步函数 140
9.14 异常 140
9.14.1 使用try和except处理错误 141
9.14.2 编写自己的异常 142
9.15 后续内容 143
9.16 练习 143
第 10 章　对象和类 144
10.1 什么是对象 144
10.2 简单对象 145
10.2.1 使用class定义类 145
10.2.2 特性 145
10.2.3 方法 146
10.2.4 初始化 147
10.3 继承 148
10.3.1 从父类继承 148
10.3.2 覆盖方法 149
10.3.3 添加方法 150
10.3.4 使用super()获得父类的帮助 151
10.3.5 多重继承 152
10.3.6 mixin 153
10.4 为self正名 154
10.5 特性访问 154
10.5.1 直接访问 154
10.5.2 getter和setter 155
10.5.3 用于特性访问的属性 155
10.5.4 计算值属性 157
10.5.5 使用名称重整保护内部隐私 158
10.5.6 类和对象特性 158
10.6 方法的类型 159
10.6.1 实例方法 159
10.6.2 类方法 159
10.6.3 静态方法 160
10.7 鸭子类型 160
10.8 魔术方法 162
10.9 聚合和组合 165
10.10 何时使用对象或其他东西 166
10.11 具名元组 166
10.12 数据类 168
10.13 attrs 169
10.14 后续内容 169
10.15 练习 169
第 11 章　模块、包和赠品 170
11.1 模块和import语句 170
11.1.1 导入模块 170
11.1.2 使用别名导入模块 172
11.1.3 导入部分模块 172
11.2 包 172
11.2.1 模块搜索路径 174
11.2.2 相对导入和导入 174
11.2.3 名称空间包 175
11.2.4 模块和对象 176
11.3 Python标准库 176
11.3.1 使用setdefault()和defaultdict()处理缺失的键 177
11.3.2 使用Counter()计数 178
11.3.3 使用OrderedDict()按键排序 179
11.3.4 栈 队列=双端队列 180
11.3.5 使用itertools迭代代码结构 181
11.3.6 使用pprint()美化输出 182
11.3.7 获得随机数 182
11.4 获取其他Python代码 184
11.5 后续内容 184
11.6 练习 184
第二部分　Python实践
第 12 章　数据处理 187
12.1 文本字符串：Unicode 188
12.1.1 Python 3 Unicode字符串 188
12.1.2 UTF-8 191
12.1.3 编码 191
12.1.4 解码 192
12.1.5 HTML实体 194
12.1.6 归一化 195
12.1.7 更多信息 196
12.2 字符串：正则表达式 196
12.2.1 使用match()查找起始匹配 197
12.2.2 使用search()查找首次匹配 198
12.2.3 使用findall()查找所有匹配 198
12.2.4 使用split()在匹配处分割 199
12.2.5 使用sub()替换匹配 199
12.2.6 模式：特殊字符 199
12.2.7 模式：使用修饰符 201
12.2.8 模式：指定match()的输出 203
12.3 二进制数据 203
12.3.1 bytes和bytearray 204
12.3.2 使用struct转换二进制数据 205
12.3.3 其他二进制数据工具 207
12.3.4 使用binascii()转换二进制/字符串 208
12.3.5 位运算符 208
12.4 珠宝类比 209
12.5 后续内容 209
12.6 练习 209
第 13 章　日历和时钟 211
13.1 闰年 212
13.2 datetime模块 212
13.3 使用time模块 215
13.4 读写日期和时间 216
13.5 所有的转换 220
13.6 替代模块 220
13.7 后续内容 221
13.8 练习 221
第 14 章　文件和目录 222
14.1 文件输入和输出 222
14.1.1 使用open()创建或打开文件 222
14.1.2 使用print()写入文本文件 223
14.1.3 使用write()写入文本文件 223
14.1.4 使用read()、readline()或readlines()读取文本文件 225
14.1.5 使用write()写入二进制文件 226
14.1.6 使用read()读取二进制文件 227
14.1.7 使用with自动关闭文件 227
14.1.8 使用seek()改变文件位置 228
14.2 内存映射 229
14.3 文件操作 229
14.3.1 使用exists()检查文件是否存在 230
14.3.2 使用isfile()检查文件类型 230
14.3.3 使用copy()复制文件 231
14.3.4 使用rename()重命名 231
14.3.5 使用link()或symlink()创建链接 231
14.3.6 使用chmod()改变文件权限 231
14.3.7 使用chown()改变文件所属权 232
14.3.8 使用remove()删除文件 232
14.4 目录操作 232
14.4.1 使用mkdir()创建目录 232
14.4.2 使用rmdir()删除目录 232
14.4.3 使用listdir()列出目录内容 232
14.4.4 使用chdir()改变当前目录 233
14.4.5 使用glob()列出匹配文件 233
14.5 路径名 234
14.5.1 使用abspath()获取路径名 235
14.5.2 使用realpath()获取符号链接路径名 235
14.5.3 使用os.path.join()构建路径名 235
14.5.4 使用pathlib 235
14.6 BytesIO和StringIO 236
14.7 后续内容 237
14.8 练习 237
第 15 章　进程和并发 238
15.1 程序和进程 238
15.1.1 使用subprocess创建进程 239
15.1.2 使用multiprocessing创建进程 240
15.1.3 使用terminate()终止进程 241
15.1.4 使用os获得系统信息 241
15.1.5 使用psutil获取进程信息 242
15.2 命令自动化 242
15.2.1 invoke 243
15.2.2 其他命令助手 243
15.3 并发 244
15.3.1 队列 245
15.3.2 进程 245
15.3.3 线程 246
15.3.4 concurrent.futures 248
15.3.5 绿色线程和gevent 251
15.3.6 twisted 252
15.3.7 asyncio 254
15.3.8 Redis 254
15.3.9 队列之外的选择 257
15.4 后续内容 257
15.5 练习 257
第 16 章　持久性存储 258
16.1 平面文本文件 258
16.2 填充式文本文件 258
16.3 表格式文本文件 259
16.3.1 CSV 259
16.3.2 XML 261
16.3.3 XML安全提示 263
16.3.4 HTML 263
16.3.5 JSON 264
16.3.6 YAML 266
16.3.7 tablib 267
16.3.8 Pandas 267
16.3.9 配置文件 268
16.4 二进制文件 269
16.4.1 填充式二进制文件和内存映射 269
16.4.2 电子表格 270
16.4.3 HDF5 270
16.4.4 TileDB 270
16.5 关系数据库 270
16.5.1 SQL 271
16.5.2 DB-API 272
16.5.3 SQLite 273
16.5.4 MySQL 274
16.5.5 PostgreSQL 275
16.5.6 SQLAlchemy 275
16.5.7 其他数据库访问包 280
16.6 NoSQL数据存储 280
16.6.1 dbm家族 280
16.6.2 memcached 281
16.6.3 Redis 282
16.6.4 文档数据库 288
16.6.5 时间序列数据库 289
16.6.6 图数据库 289
16.6.7 其他NoSQL 289
16.7 全文数据库 290
16.8 后续内容 290
16.9 练习 290
第 17 章　网络 292
17.1 TCP/IP 292
17.1.1 套接字 293
17.1.2 Scapy 297
17.1.3 Netcat 297
17.2 联网模式 297
17.3 “请求?C回应”模式 298
17.3.1 ZeroMQ 298
17.3.2 其他消息工具 301
17.4 “发布?C订阅”模式 302
17.4.1 Redis 302
17.4.2 ZeroMQ 303
17.4.3 其他“发布?C订阅”工具 305
17.5 互联网服务 305
17.5.1 域名系统 305
17.5.2 Python电子邮件模块 306
17.5.3 其他协议 306
17.6 Web服务和API 306
17.7 数据序列化 307
17.7.1 使用pickle进行序列化 307
17.7.2 其他序列化格式 308
17.8 远程过程调用 309
17.8.1 XML-RPC 309
17.8.2 JSON-RPC 310
17.8.3 MessagePack-RPC 311
17.8.4 zerorpc 312
17.8.5 gRPC 312
17.8.6 twirp 313
17.9 远程管理工具 313
17.10 大数据 313
17.10.1 Hadoop 314
17.10.2 Spark 314
17.10.3 Disco 314
17.10.4 Dask 314
17.11 云 315
17.11.1 Amazon Web服务 316
17.11.2 Google Cloud 316
17.11.3 Microsoft Azure 316
17.11.4 OpenStack 316
17.12 Docker 316
17.13 后续内容 317
17.14 练习 317
第 18 章　Web 318
18.1 Web客户端 319
18.1.1 使用telnet进行测试 320
18.1.2 使用curl进行测试 321
18.1.3 使用httpie进行测试 322
18.1.4 使用httpbin进行测试 322
18.1.5 Python的标准Web库 322
18.1.6 标准库之外的requests 324
18.2 Web服务器 325
18.2.1 简单的Python Web服务器 326
18.2.2 Web服务器网关接口（WSGI） 327
18.2.3 ASGI 327
18.2.4 Apache 328
18.2.5 NGINX 329
18.2.6 其他Python Web服务器 329
18.3 Web服务器框架 330
18.3.1 Bottle 330
18.3.2 Flask 332
18.3.3 Django 336
18.3.4 其他框架 336
18.4 数据库框架 337
18.5 Web服务和自动化 337
18.5.1 webbrowser 337
18.5.2 webview 338
18.6 Web API和REST 339
18.7 爬取数据 339
18.7.1 Scrapy 340
18.7.2 BeautifulSoup 340
18.7.3 requests-html 341
18.8 看场电影吧 341
18.9 后续内容 344
18.10 练习 344
第 19 章　成为Python主义者 345
19.1 关于编程 345
19.2 寻找Python代码 346
19.3 安装Python包 346
19.3.1 使用pip 346
19.3.2 使用virtualenv 347
19.3.3 使用pipenv 347
19.3.4 使用包管理器 348
19.3.5 从源代码安装 348
19.4 集成化开发环境 348
19.4.1 IDLE 348
19.4.2 PyCharm 348
19.4.3 IPython 349
19.4.4 Jupyter Notebook 350
19.4.5 JupyterLab 351
19.5 名称和文档 351
19.6 添加类型提示 352
19.7 测试 353
19.7.1 使用pylint、pyflakes 和pep8检查代码 353
19.7.2 使用unittest进行测试 355
19.7.3 使用doctest进行测试 358
19.7.4 使用nose进行测试 359
19.7.5 其他测试框架 360
19.7.6 持续集成 360
19.8 调试Python代码 361
19.8.1 使用print() 361
19.8.2 使用装饰器 362
19.8.3 使用pdb 363
19.8.4 使用breakpoint() 368
19.9 记录错误消息 368
19.10 优化 370
19.10.1 测量时间 370
19.10.2 算法和数据结构 373
19.10.3 Cython、NumPy和C扩展 374
19.10.4 PyPy 374
19.10.5 Numba 374
19.11 源代码控制 375
19.11.1 Mercurial 375
19.11.2 Git 376
19.12 分发你的程序 378
19.13 克隆本书 378
19.14 更多内容 378
19.14.1 图书 379
19.14.2 网站 379
19.14.3 团体 380
19.14.4 会议 380
19.14.5 Python相关的工作机会 380
19.15 后续内容 380
19.16 练习 381
第 20 章　Python的艺术 382
20.1 2D图形 382
20.1.1 标准库 382
20.1.2 PIL和Pillow 383
20.1.3 ImageMagick 386
20.2 3D图形 387
20.3 3D动画 387
20.4 图形用户界面 388
20.5 绘图、图形和可视化 389
20.5.1 Matplotlib 389
20.5.2 Seaborn 391
20.5.3 Bokeh 393
20.6 游戏 393
20.7 音频和音乐 393
20.8 后续内容 394
20.9 练习 394
第 21 章　工作中的Python 395
21.1 Microsoft Office套件 395
21.2 执行企业任务 396
21.3 处理企业数据 397
21.3.1 提取、转换和装载 397
21.3.2 数据验证 400
21.3.3 其他信息源 400
21.4 开源Python企业包 400
21.5 金融中的Python 401
21.6 商业数据安全 401
21.7 地图 402
21.7.1 格式 402
21.7.2 根据shapefile绘制地图 403
21.7.3 Geopandas 405
21.7.4 其他绘图包 405
21.7.5 应用和数据 406
21.8 后续内容 406
21.9 练习 406
第 22 章　Python的科学 407
22.1 标准库中的数学和统计 407
22.1.1 数学函数 407
22.1.2 处理复数 409
22.1.3 使用decimal精确计算浮点数 410
22.1.4 使用fractions执行有理数运算 410
22.1.5 使用array创建压缩序列 411
22.1.6 使用statistics进行简单的统计 411
21.1.7 矩阵乘法 411
22.2 科学Python 411
22.3 NumPy 412
22.3.1 使用array()创建数组 412
22.3.2 使用arange()创建数组 413
22.3.3 使用zeros()、ones()和random()创建数组 413
22.3.4 使用reshape()改变数组的形状 414
22.3.5 使用[]获取元素 415
22.3.6 数组的算术运算 416
22.3.7 线性代数 417
22.4 SciPy 418
22.5 SciKit 418
22.6 Pandas 418
22.7 Python和各个科学领域 419
22.8 后续内容 420
22.9 练习 420
附录A　写给初级程序员的计算机软硬件知识 421
附录B　安装Python 3 430
附录C　截然不同的async 437
附录D　习题答案 442
附录E　速查表 483