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| 編輯推薦： |
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本书以Python语言为工具，将Python语言相关的知识点进行拆解和组装，与科幻故事结合起来，从奥尔特星云一直向太阳系核心进发，直到抵达地球。由浅入深，由单一到综合，依次介绍了Python基本语法，第三方库的使用，Python界面应用开发，图像处理基础知识，类和面向对象程序设计，文件操作，图表绘制，线程的使用，异常处理等知识，*后用太阳系运行模型、Office接口程序设计、古诗词网络爬虫和计算机朗读三个综合项目实例读者范围。
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| 內容簡介： |
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本书以Python语言为工具，将Python语言相关的知识点进行拆解和组装，与科幻故事结合起来，从奥尔特星云一直向太阳系核心进发，直到抵达地球。由浅入深，由单一到综合，依次介绍了Python基本语法，第三方库的使用，Python界面应用开发，图像处理基础知识，类和面向对象程序设计，文件操作，图表绘制，线程的使用，异常处理等知识，*后用太阳系运行模型、Office接口程序设计、古诗词网络爬虫和计算机朗读三个综合项目实例读者范围。
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| 關於作者： |
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樊瑞元，工学硕士，毕业于北京工业大学模式识别与智能系统专业。2009年起于搜狐畅游公司从事软件开发和管理工作近十年，对Python，C，Java等程序设计语言有较深入的研究，好科幻文学，唐诗宋词。
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| 目錄：
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第1章开启Python之旅1
1.1有趣的Python应用4
1.1.1Python一行代码画爱心4
1.1.2Python简单绘画5
1.1.3Python沙漏5
1.1.4开普勒轨道曲线5
1.1.5matplotlib太阳系运行模拟6
1.1.6Python世界名画模仿7
1.2初识Python9
1.2.1太阳系之旅起航9
1.2.2胶水语言Python12
1.3安装Python13
1.4安装PyCharm16
1.5本章小结25
1.6本章练习26
第2章Python基础27
2.1注释29
2.1.1单行注释29
2.1.2多行注释29
2.2变量30
2.3数据类型32
2.3.1布尔类型32
2.3.2数值类型33
2.3.3字符串类型36
2.3.4列表类型43
2.3.5元组类型49
2.3.6字典类型51
2.4运算符59
2.4.1赋值运算符59
2.4.2算术运算符60
2.4.3逻辑运算符61
2.4.4集合运算符61
2.5基本语句64
2.5.1赋值语句64
2.5.2分支语句65
2.5.3循环语句66
2.5.4输入输出语句69
2.6本章小结71
2.7本章练习72
第3章Python数学谜题73
3.1搜寻黑洞数73
3.2Python小试牛刀75
3.3效率是优化出来的78
3.4函数的使用80
3.5黑域太阳系88
3.6本章小结91
3.7本章练习91
第4章巨人肩膀上的第三方库92
4.1抵达土星92
4.2云天明讲的故事98
4.3Python第三方库109
4.4模块的导入和使用111
4.5中文分词和词云114
4.5.1jieba库115
4.5.2wordcloud库117
4.6词云贺卡118
4.6.1经典贺卡118
4.6.2指环王词云119
4.7本章小结123
4.8本章练习123
第5章妙笔生花turtle库124
5.1抵达木星124
5.2turtle坐标系和主要方法126
5.3趋势变化方向的力量132
5.4turtle版太阳系模型137
5.5地球日turtle时钟144
5.6本章小结156
5.7本章练习156
第6章tkinter图形界面开发157
6.1抵达火星157
6.2tkinter控件和布局159
6.2.1tkinter控件159
6.2.2tkinter布局161
6.2.3tkinter界面开发164
6.2.4canvas画布175
6.3tkinter图形绘制177
6.4让tkinter动起来182
6.5tkinter版太阳系模型185
6.6本章小结208
6.7本章练习208
第7章Python图像处理209
7.1抵达地球209
7.2PIL简介212
7.3图像处理基础213
7.3.1像素点213
7.3.2获取图片信息215
7.3.3创建图片216
7.3.4剪切图片217
7.3.5粘贴图片218
7.3.6调整图片大小219
7.3.7旋转图片220
7.3.8翻转图片221
7.3.9过滤图片222
7.4图片验证码生成224
7.5月有阴晴圆缺227
7.6本章小结243
7.7本章习题244
第8章类和文件的使用245
8.1类的使用245
8.1.1面向过程和面向对象247
8.1.2类的定义250
8.1.3类的继承252
8.1.4旅行家问题255
8.2文件操作261
8.2.1文件的创建262
8.2.2文件的写入264
8.2.3文件的读取266
8.3也当回考古学家269
8.4本章小结279
8.5本章练习279
第9章数据可视化及异常处理280
9.1matplotlib介绍281
9.2绘制单张图表282
9.3绘制多张图表285
9.4一元二次方程曲线289
9.5异常处理297
9.5.1异常类型299
9.5.2异常捕获和处理301
9.5.3自定义异常305
9.6本章小结308
9.7本章练习309
第10章线程的使用和pi的计算310
10.1线程310
10.1.1寺庙中的线程311
10.1.2线程简介312
10.1.3线程的创建314
10.1.4线程同步316
10.2蒙特卡洛方法计算pi322
10.3割圆法计算pi327
10.4本章小结334
10.5本章练习335
第11章太阳系运行模型336
11.1太阳本尊338
11.2大行星绕转339
11.3星光闪烁341
11.4漫天流星雨343
11.5模块整合345
11.6本章小结348
11.7本章练习348
第12章Office操作349
12.1Word操作350
12.2Excel操作358
12.3报告生成366
12.4本章小结371
12.5本章练习372
第13章课本古诗词爬取373
13.1软件原型制作373
13.2数据库设计376
13.3网络爬取383
13.4数据库导出394
13.5界面实现396
13.6本章小结408
13.7本章练习408
参考文献409
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| 內容試閱：
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从第一台电子计算机诞生至今，计算机技术革命的浪潮一浪高过一浪。硬件方面，从电子管、晶体管到集成电路，工艺技术不断提高；软件方面，汇编语言、C、Java、Python你方唱罢我登场。抛开摩尔定律、安迪比尔定律，一个不争的事实是，计算机的数量已经悄然超过人类的总数量。毫不夸张地说，我们生活在一个计算机的世界中，看看我们每天的生活，起床是被手机的闹钟叫醒的，吃早饭的时候顺便刷朋友圈或者今日头条，上班路上听喜马拉雅，甚至上厕所都在翻阅公众号或者玩游戏。至于办公，更是一分钟也离不开计算机，浏览器、Office、PDF、Photoshop不胜枚举。下班回家后，很多孩子的作业都是在手机端完成的，不少课程也在移动端，老师的点评和互动在网络上，甚至提交作业也是通过手机或者计算机实现的。对于这一切，我们都已经习以为常。
而另一个明显的事实却往往被我们所忽略了，软件越来越多，操作越来越方便，界面越来越友好且不必说，单是编程语言也越来越方便、简单，门槛越来越低，这是一个显著的趋势。20年前，听说某人会使用Office，那自然是一个IT精英了，听说某人居然会写C语言代码，那就是计算机大神了，这些精英是普通人很难企及的，因为大部分人连计算机都没摸过。可现在看看，在每个办公场所，哪里没有计算机？在每个城市甚至乡村中，都有那么一些被称为码农的人，他们是这个社会最重要的工种之一，如果某个人不会使用计算机，他甚至很难找到一份工作。再过一二十年将会发生什么？毫无疑问，每个人都需要掌握一门编程语言！
阿尔法狗已经将包括柯洁、李世石在内的那些最聪明的围棋高手远远地抛到后面，AI技术已经深入人们生活的方方面面，大数据可以轻易地描绘出每个人的购物习惯、个人喜好、经济收入、社会关系，除非不上网。我们注意到，一些发达省份，已经将信息技术作为高考的一个科目，而这只是一个开始，程序设计的大幕已经在中学校园拉开，这便给那些创造力十足、敢闯敢试、聪明而充满活力的大脑插上了飞翔的翅膀。诚然，我们的高考是百万人过一座独木桥，但转折就在当下，掌握一种用途广泛、上手极易的程序设计语言无疑是弯道超车的不二之选。百万大军中争得为数不多的985211双一流高校的青睐是一条传统道路；剑走偏锋，发展兴趣，大胆创新，用Python这个人人可及的工具实现和验证自己的想法则是一条创新之路，且不乏成功案例。
Python编程之旅与小博士漫游太阳系前言Python作为一种脚本语言，有着广泛的使用场景，无论在大数据开发、人工智能、科学研究中都是当红角色。此外，Python语言有众多优秀的第三方库可供选择，从一开始就拒绝刀耕火种，天然地站在巨人的肩膀上。我们在上中学的时候都有过很多想法，苦于没有实现这些想法的工具和条件，只能想想而已。但当前的中学生有条件了，可以通过程序代码改变这个世界，改变自己的命运，就像盖茨一样，就像扎克伯格一样！早点接触Python，就像20年前那些会用Office，会写C代码，拥有梦想，思想超前的人，他们创造了百度，创造了腾讯，改变了人们生活的方式，创造了信息时代的游戏规则。如果想用最小的成本将自己的想法变成现实，那么Python将是最佳的选择。
如果有勇气接触Python，就会发现上手Python比想象的容易得多。本书中用到的数学知识都在初中课本范围内，因此对于中学生，对于没有接触过程序设计的人都不会造成太大的困难，几乎是零门槛的。坦诚地说，对于绝大部分人来说，学一门计算机语言是枯燥的。本书最大的特色是将Python语言的各知识点融入一个科幻故事中，随着故事的展开，一层层不断推进知识的讲解，并以一种充满趣味的方式对相关知识灵活应用，同时力求以实用为目标。此外，以《元哥说Python》话外音的方式，用诙谐幽默的语言和形象的类比，深入浅出地讲解原本枯燥乏味的程序设计知识。本书的章节安排如下。
第1章，调皮捣蛋、不爱学习的中学生Clude在参加一场未来生活博览会后，发生了180的转变，喜欢上了Python，并立志要取得顶尖学府的博士学位。介绍了Python可以做哪些事情，使读者对Python有一个直观的概念。最后，介绍了Python的安装和开发环境的搭建。
第2章，将探访地球的外星文明作为引子，故事徐徐展开，面对飞船AI的考核，Python成为主人公攻坚克难的利器。以《笑傲江湖》中剑宗和气宗作为类比，介绍了编译型语言和解释型语言的特点，说明了Python的独特优势。通过《元哥说Python》的话外音，以非常幽默的方式介绍了Python的基本语法，这也是全书的基础部分。
第3章，很快迎来了AI的第一次考验，一个非常神奇的数学问题黑洞数。在第2章理解Python基本语法的基础上，完成了第一个Python程序，同时提出程序优化的概念，这是一种精益求精的精神。在此基础上，介绍了Python中函数的使用，这也是本章的重点。当然故事也要推进下去，主人公的误操作导致他们陷入了黑域（科幻小说《三体》中的概念）。
第4章，介绍第三方库的使用，这是提高开发效率的最佳手段，Python第三方库使我们得以集中精力于有所创新的地方，而不用去重复开发那些别人已经做得非常好的功能。本章做了一个意义特别的应用土星背景的词云贺卡，信息来源是刘慈欣老师《三体》科幻小说中云天明讲给陈心的故事《王国的新画师》，其中用到中文jieba分词和wordcloud词云两个Python第三方库。
第5章，介绍基于turtle库的应用开发，从古老的印度故事切入，介绍等比数列和无限逼近的概念，并细致地讲解了turtle的使用方法。本章完成了3个程序实例、等比数列柱状图、turtle太阳系模型，以及一个非常漂亮的时钟。
第6章，介绍基于tkinter的界面开发，详细地介绍了tkinter控件、布局和canvas画布，并演示了如何使用tkinter做出动画效果。此外，用tkinter制作了真实比例的太阳系模型，通过滑块调整系数实现太阳和八大行星的放大、缩小、同屏显示。
第7章，介绍Python第三方图像处理库PIL的使用，对于图像的创建、剪切、粘贴、调整大小、旋转、翻转、过滤效果均做了举例演示。在此基础上综合应用，实现了图片验证码生成工具，这也是网上最常用的应用之一。而此时主人公对太阳系的考察已经深入地球，有感于清风明月和古诗美酒，在AI的要求下，他们决定用tkinter做一个动态的地月系统，真切地模拟月相的变化。
第8章，有了之前的Python基础和多个应用开发的实践积累，程序开发也从单纯的功能实现转到设计层次。本章通过把大象装冰箱的例子，对比了面向过程和面向对象这两种程序设计思想，进而引出类的概念。作为一个应用实例，介绍了非常经典的路径优化旅行家问题。故事情节也在发展，主人公得到一个神秘文件，从中可以恢复出1977年发射的旅行者1号飞船携带的黄金光盘，小博士Clude实现了一个刮刮卡效果。这个例子实现了软件开发、太空探索、项目娱乐的统一。
第9章，Python有一个非常强大的图表库matplotlib，在科学研究和论文写作上是一把利器。本章介绍了使用matplotlib绘制经典图表的案例，实际上这已经是大学课堂上的内容了，一旦了解了matplotlib，读者就会发现自己可以轻松掌握这项黑科技。同龄的中学生还在题海战术中苦苦挣扎的时候，你已经实现了弯道超车。知识需要迁移和融合，本章将一元二次方程曲线作为一个应用案例，将之前学过的tkinter嫁接到matplotlib上，学习编程语言的同时，加深对数学的理解。
第10章，有了前面章节的知识，读者已经可以利用Python进行简单的程序开发了，本章将再次实现跨越，介绍线程的使用。线程是程序设计中的一个非常关键的概念，对于提高应用的效率和处理能力至关重要，一旦掌握了线程的使用，读者就是一个真正的软件工程师了。主人公迷上了地球文明的历史，圆周率的计算被再次发掘出来。本章演示了使用割圆法和蒙特卡洛方法两种不同的思路实现圆周率的求解问题，练习线程使用的同时，复习tkinter相关知识。
第11章，主人公初心不改，在刚进入太阳系的时候便决心做出一个太阳系模型，随着知识和技能的积累，时机终于成熟了。本章实现了太阳系的逼真动画效果，并介绍模块化的设计思路。太阳本尊、八大行星、闪烁的星光、漫天的流星雨应有尽有，八大行星的公转速度是按照真实比例进行的，读者能看到被称为神行太保墨丘利的水星步伐轻盈，同时也会感慨于年迈体弱的海王星步履蹒跚。
第12章，Office是当前办公中无论如何也绕不过去的，我们不满足于手动操作Word和Excel。本章使用Python第三方库，自己封装了WordOpt类和ExcelOpt类，并在此基础上通过Python代码实现了一个非常漂亮的Word格式的太阳系考察报告，包括段落、表格、图片等常规因素。
第13章，主人公着迷于中国古诗词，于是决定做一个网络爬虫，从网页上把小学课本中的古诗词全部爬取下来，并且用tkinter做了一个界面，实现了启动爬取、搜索诗词、导出诗词等功能。作为一个综合性的案例，本章用到的知识比较全面，涉及Python网络编程、数据库相关操作、Web页面解析、文件读写等众多内容，不要求所有的读者掌握本章内容，建议学有余力的读者可以挑战一下自己。
本书读者对象：
本书是为中学生编写的，只需要有初中的知识水平，便可以无障碍地阅读，书中大多数内容都是较为贴近中学教材的。阅读本书不要求读者具有程序设计的基础，可以从零开始，当然如果读者曾经学习过其他的编程语言，无疑掌握起本书内容来将会更加容易。因为重点突出，表述幽默，实例清新有趣，且有故事情节穿插其中，学习曲线也较为平坦，本书也可以作为对Python语言感兴趣的读者的入门读物。
如何阅读本书：
书中第2章是最基础的知识，相对略显枯燥，但却是后续章节的基础，需要认真掌握，其后章节是伴随着故事情节循序渐进展开，建议按照章节顺序阅读。
由于是面对初学者，书中的代码基本上是完整呈现的，因此在局部可能占据较大篇幅，书中所用到的代码和资源均可在清华大学出版社网站中找到。每章结尾都提供了专门的习题供读者练习，习题的参考答案在清华大学出版社网站中可以找到。考虑到部分读者可能对计算机操作不太熟悉，书中以扫描二维码的方式提供了部分演示视频。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，尽管本书提供了完整的代码文件，还是建议读者一行行地录入代码，在键盘的噼啪声中，大脑会在无意间构建起学习的回路。学而不思则罔，思而不学则殆，Python的学习更是如此，学习、思考、实操，一个都不能少！
人类文明是迅速发展的，从500年前的地理大发现开始，人类社会的发展进入了快车道。工业革命和信息革命犹如两级火箭，将知识更新和技术进步的速度推到了一个历史上从未有过的高度。万物互联、人工智能、大数据处理这些前沿技术影响着人们生活的方方面面，甚至在不知不觉间决定了未来的方向。教育理念和方法唯有顺应时代的潮流才不至于走上弯路，互联网带来无限的可能性，创新是时代的潮流，本书希望为中学生推开一扇窗户，从传统中跳出来，透过迷茫看清时代前进的方向，灵活学习，不断创新，这条路已经被璀璨的星光照亮，迈出关键的一步，你将有机会与他们争辉一方。
30年前，我们开始奋发学习英语，因为改革开放打开了国门，我们面对的是金发碧眼的西方人；如今我们奋发学习Python，因为未来是人工智能的世界，我们面对的是无所不在的智能机器，有的人会控制它们，剩下的人将被它们控制，或许今天你已经做出了选择，相信历史会照亮未来的行程。
Hello World
Hello Python
Hello Robots
Hello AI
限于作者水平，书中不免有不足之处，请多批评指正，不胜感激！
樊瑞元2020年1月
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