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第1篇 入门2

第1章 了解Python2

1.1 了解Python的历史2

1.2 Python可以做什么3

1.3 Python在数据科学中的地位及前景3

1.4 如何使用本书3

第2章 配置机器及搭建开发环境5

本章教学视频说明5

2.1 Python版本及开发环境介绍6

2.1.1 Python的运行方式6

2.1.2 常见的集成开发环境（IDE）7

2.2 下载及安装Anaconda7

2.3 熟悉Anaconda 3开发工具10

2.3.1 快速了解Spyder11

2.3.2 快速了解Jupyter Notebook14

2.4 实例1：运行Python程序，并传入参数14

2.4.1 在Spyder中新建Python文件，编写代码，运行代码15

2.4.2 用命令行启动Python程序，并传入参数16

2.4.3 用Spyder启动Python程序，并传入参数17

第3章 语言规则——Python的条条框框19

本章教学视频说明19

3.1 了解编程语言的分类20

3.2 基础规则21

3.2.1 了解Python源代码相关的几个概念22

3.2.2 语句的基本规则：变量、语句、代码块22

3.2.3 添加注释23

3.2.4 使用Python的“帮助”24

3.3 代码文件的结构24

3.3.1 模块24

3.3.2 包25

3.4 模块的详细介绍26

3.4.1 模块的作用及分类26

3.4.2 模块的基本使用方法27

3.4.3 模块的搜索路径27

3.4.4 模块的属性28

3.4.5 模块名字的可变性28

3.4.6 模块的常规写法29

3.5 模块的四种导入方式29

3.5.1 import as方式29

3.5.2 from import方式29

3.5.3 from import＊方式30

3.5.4 导入文件名中带空格的模块31

3.6 实例2：封装获取系统信息的模块，并将其导入31

3.6.1 在当前代码中的函数与模块中的函数同名情况下，导入模块32

3.6.2 在模块与当前代码不在同一路径的情况下，导入模块34

3.6.3 导入上级路径的模块35

第2篇 进阶38

第4章 变量——编写代码的基石38

本章教学视频说明38

4.1 什么是变量39

4.2 了解变量的规则40

4.2.1 明白变量的本质——对象40

4.2.2 同时定义多个变量40

4.2.3 变量类型介绍41

4.2.4 变量类型的帮助函数41

4.3 numbers（数字）类型42

4.3.1 获取对象的类型42

4.3.2 算术运算符42

4.3.3 实例3：演示“算术运算符”的使用43

4.3.4 赋值运算符44

4.3.5 实例4：演示“赋值运算符”的使用44

4.3.6 比较运算符45

4.3.7 实例5：演示“比较运算符”的使用46

4.3.8 慎用is函数48

4.3.9 实例6：演示Python的缓存机制50

4.3.10 布尔型关系的运算符52

4.3.11 位运算符53

4.3.12 实例7：演示“位运算符”的使用54

4.4 strings（字符串）类型54

4.4.1 字符串的描述55

4.4.2 转义符56

4.4.3 屏幕I/O及格式化59

4.4.4 实例8：以字符串为例，演示“序列”类型的运算及操作65

4.4.5 关于切片的特殊说明67

4.4.6 字符串的相关函数68

4.5 list（列表）类型69

4.5.1 list的运算及操作70

4.5.2 list的内置方法70

4.5.3 实例9：演示list使用中的技巧及注意事项71

4.5.4 列表嵌套74

4.5.5 实例10：使用list类型实现队列和栈74

4.5.6 实例11：使用函数filter筛选列表——筛选学生列表中的偏科学生名单77

4.6 tuple（元组）类型79

4.6.1 tuple的描述79

4.6.2 运算及操作80

4.6.3 实例12：演示tuple的用法80

4.7 set（集合）类型83

4.7.1 set的描述83

4.7.2 set的运算84

4.7.3 set的内置方法84

4.7.4 不可变集合85

4.8 dictionary（字典）类型85

4.8.1 字典的描述86

4.8.2 字典的运算86

4.8.3 字典的内置方法88

4.9 对组合对象进行“深拷贝”和“浅拷贝”88

4.9.1 浅拷贝88

4.9.2 深拷贝89

第5章 控制流——控制执行顺序的开关91

本章教学视频说明91

5.1 if语句92

5.1.1 语句形式92

5.1.2 演示if语句的使用92

5.1.3 实例13：根据来访人的性别选择合适的称呼93

5.2 while语句94

5.2.1 语句形式94

5.2.2 演示while语句的使用94

5.2.3 实例14：将十进制数转化为二进制数95

5.3 for语句96

5.3.1 语句形式96

5.3.2 在for循环中，使用切片96

5.3.3 在for循环中，使用内置函数range97

5.3.4 实例15：利用循环实现冒泡排序98

5.3.5 在for循环中，使用内置函数zip99

5.3.6 在for循环中，使用内置函数enumerate101

5.4 对循环进行控制——break、 continue、 pass语句102

5.5 实例16：演示人机对话中的控制流程（综合应用前面语句）102

5.6 利用for循环实现列表推导式104

5.7 实例17：利用循环来打印“九九乘法表”105

5.8 理解for循环的原理——迭代器106

第6章 函数——功能化程序片段的封装108

本章教学视频说明108

6.1 函数的基本概念109

6.1.1 函数的定义109

6.1.2 函数的组成部分109

6.1.3 函数的参数：形参与实参110

6.1.4 函数的返回值111

6.1.5 函数的属性111

6.1.6 函数的本质112

6.1.7 函数的分类112

6.1.8 实例18：打印两个心形图案113

6.2 定义参数及调用函数115

6.2.1 函数参数的定义方法与调用形式115

6.2.2 在函数调用中检查参数121

6.2.3 函数调用中的参数传递及影响122

6.3 匿名函数与可迭代函数124

6.3.1 匿名函数与可迭代函数的介绍124

6.3.2 匿名函数与reduce函数的组合应用125

6.3.3 匿名函数与map函数的组合应用125

6.3.4 匿名函数与filter函数的组合应用126

6.3.5 可迭代函数的返回值127

6.4 偏函数128

6.5 递归函数129

6.6 eval与exec函数130

6.6.1 eval与exec的区别130

6.6.2 eval与exec的定义130

6.6.3 exec和eval的使用经验132

6.6.4 eval与exec的扩展知识134

6.7 实例19：批量测试转化函数（实现“组合对象”与“字符串”的相互转化）134

6.7.1 编写两个功能函数135

6.7.2 编写单元测试用例135

6.7.3 批量运行单元测试用例136

6.8 生成器函数137

6.8.1 生成器与迭代器的区别137

6.8.2 生成器函数137

6.8.3 生成器表达式137

6.9 变量的作用域138

6.9.1 作用域介绍138

6.9.2 global语句140

6.9.3 nonlocal语句140

6.10 工厂函数141

6.10.1 普通工厂函数的实现141

6.10.2 闭合函数（closure）142

6.10.3 装饰器（decorator）143

6.10.4 ＠修饰符144

6.10.5 更高级的装饰器145

6.10.6 解决“同作用域下默认参数被覆盖”问题151

第7章 错误与异常——调教出听话的程序153

本章教学视频说明153

7.1 错误的分类154

7.1.1 语法错误154

7.1.2 运行时错误154

7.2 异常的基本语法155

7.2.1 同时处理多个异常156

7.2.2 异常处理中的else语句157

7.2.3 输出未知异常157

7.2.4 输出异常的详细信息158

7.3 捕获与处理异常160

7.3.1 异常的处理流程161

7.3.2 try语句的工作原理161

7.3.3 一些常见的异常161

7.4 创建异常163

7.4.1 创建异常的方法163

7.4 2创建异常举例163

7.5 异常的最终处理（清理动作）164

7.5.1 fiinally的使用场景164

7.5.2 fiinally与else的区别165

7.6 判定条件的正确性（断言）165

7.6.1 断言的表达形式165

7.6.2 带错误信息的断言语句166

7.7 实例20：如HTTP请求失败，实现“重试”功能166

7.7.1 使用装饰器实现失败重试167

7.7.2 编写简单爬虫168

7.7.3 传入正确的目的地址，开始爬取168

7.7.4 传入错误的目的地址，验证“重试”功能169

第8章 文件操作——数据持久化的一种方法170

本章教学视频说明170

8.1 文件的基本操作171

8.1.1 读写文件的一般步骤171

8.1.2 打开文件172

8.1.3 具体读写173

8.1.4 关闭文件174

8.2 文件对象的方法175

8.2.1 文件对象的常用方法介绍175

8.2.2 把文件对象当作迭代器来读取176

8.3 实例21：带有异常处理的文件操作177

8.4 使用with语句简化代码178

8.4.1 实例22：使用with语句操作文件178

8.4.2 with语法的原理179

8.5 实现字符串与二进制数的相互转化179

8.5.1 将字符串转二进制数180

8.5.2 将二进制数转字符串180

8.6 将任意对象序列化181

8.6.1 pickle函数181

8.6.2 实例23：用pickle函数实现元组与“二进制对象”“二进制对象文件”之间的转换183

8.6.3 序列化的扩展方法（ZODB模块）185

8.7 实例24：批量读取及显示CT医疗影像数据185

8.7.1 DICOM介绍185

8.7.2 Python中的DICOM接口模块186

8.7.3 编写代码以载入DICOM文件186

8.7.4 读取DICOM中的数值187

8.7.5 显示单张DICOM数据图像189

8.7.6 批量生成DICOM数据图像189

第3篇 高阶192

第9章 类——面向对象的编程方案192

本章教学视频说明192

9.1 类的相关术语及实现193

9.1.1 创建类194

9.1.2 创建类属性194

9.1.3 定义类的动态属性195

9.1.4 限制类属性（slots）196

9.2 实例化类对象197

9.2.1 带有初始值的实例化197

9.2.2 class中的self198

9.2.3 类方法（＠classmethod）与静态方法（＠staticmethod）200

9.2.4 类变量与实例变量的区别202

9.2.5 销毁类实例化对象203

9.3 类变量的私有化类属性204

9.3.1 公有化（public）与私有化（private）204

9.3.2 私有化的实现205

9.3.3 使用装饰器技术实现类的私有化（＠property）207

9.4 实现子类209

9.4.1 继承209

9.4.2 实例25：演示类的继承211

9.4.3 super函数212

9.4.4 实例26：演示super函数的功能212

9.5 类相关的常用内置函数216

9.5.1 判断实例（isinstance）216

9.5.2 判断子类（issubclass）216

9.5.3 判断类实例中是否含有某个属性（hasattr）217

9.5.4 获得类实例中的某个属性（getattr）217

9.5.5 设置类实例中的某个属性值（setattr）217

9.6 重载运算符218

9.6.1 重载运算符的方法与演示218

9.6.2 可重载的运算符219

9.7 包装与代理220

9.7.1 包装220

9.7.2 代理221

9.7.3 实例27：使用代理的方式实现RESTful API接口222

9.8 自定义异常类225

9.8.1 自定义异常类的方法225

9.8.2 实例28：自定义异常类的多重继承与使用226

9.9 支持with语法的自定义类228

9.9.1 实现支持with语法的类229

9.9.2 实例29：代码实现自定义类，并使其支持with语法229

9.10 “自定义迭代器类”的实现与调试技巧231

9.10.1 实例30：自定义迭代器，实现字符串逆序231

9.10.2 调试技巧233

9.11 元类（MetaClass）238

9.11.1 Class的实现原理238

9.11.2 元类的介绍239

第10章 系统调度——实现高并发的处理任务242

本章教学视频说明242

10.1 进程与线程243

10.2 线程243

10.2.1 线程的创建及原理244

10.2.2 互斥锁248

10.2.3 实例31：使用信号量来同步多线程间的顺序关系251

10.2.4 实例32：实现基于事件机制的消息队列254

10.2.5 实例33：使用条件锁同步多线程中的生产者与消费者关系257

10.2.6 实例34：创建定时器触发程序，在屏幕上输出消息259

10.2.7 实例35：使用线程池提升运行效率261

10.2.8 需要创建多少个线程才算合理265

10.3 进程265

10.3.1 实例36：创建多进程的程序265

10.3.2 多进程与多线程的区别268

10.4 协程268

10.4.1 协程的相关概念及实现步骤269

10.4.2 实例37：使用协程实现“任务提交”与“结果接收”270

10.5 应该选择线程，还是协程271

10.6 实例38：使用协程批量修改文件扩展名271

第4篇 商业实战276

第11章 爬虫实战（实例39）：批量采集股票数据，并保存到Excel中276

11.1 爬取股票代码276

11.1.1 找到目标网站277

11.1.2 打开调试窗口，查看网页代码277

11.1.3 在网页源码中找到目标元素278

11.1.4 分析目标源代码，找出规律278

11.1.5 编写代码抓取股票代码279

11.1.6 运行代码，显示结果280

11.2 爬取股票内容280

11.2.1 编写代码抓取批量内容280

11.2.2 运行代码显示结果281

11.3 爬虫项目的其他技术282

第12章 自动化实战（实例40）：读取Excel数据文件，并用可视化分析283

12.1 使用Pandas读取Excel文件，并用Matplotlib生成大盘走势图283

12.2 使用Pandas处理数据并绘制成图285

12.2.1 使用Pandas处理数据285

12.2.2 绘制直方图和折线图286

12.3 自动化数据处理的其他技术287

第13章 机器学习实战（实例41）：从一组看似混乱的数据中找出y≈2x的规律288

13.1 准备数据288

13.2 训练模型并实现可视化290

13.2.1 训练模型290

13.2.2 利用模型进行预测290

13.2.3 了解线性回归模型的内部原理291

13.2.4 将模型可视化291

13.3 评估模型292

13.3.1 评估模型的基本思路292

13.3.2 用代码实现模型评估293

13.4 保存模型,应用模型293

13.5 机器学习的方向294

第14章 人工智能实战（实例42）：基于人脸识别的“来访登记系统”295

14.1 安装案例所依赖的模块295

14.2 安装及使用dlib模块296

14.2.1 下载dlib模块296

14.2.2 安装dlib模块298

14.2.3 使用dlib模块进行人脸检测299

14.3 安装及使用face_recognition模块300

14.3.1 下载face_ recognition模块300

14.3.2 下载及安装face_recognition_models模型301

14.3.3 使用face_ recognition模块检测人脸中的特征点303

14.4 安装及使用opencv模块304

14.4.1 下载并安装opencv模块304

14.4.2 下载中文字体304

14.4.3 使用opencv调用摄像头进行拍照305

14.5 安装及使用yagmail模块306

14.5.1 安装yagmail模块306

14.5.2 使用yagmail模块向自己的QQ邮箱发送邮件306

14.6 详细设计309

14.6.1 需求描述310

14.6.2 定义系统的输入和输出310

14.6.3 系统规则及约束310

14.6.4 结构体设计310

14.6.5 软件的主体架构图311

14.6.6 软件的主体流程介绍312

14.7 编码实现312

14.7.1 导入模块312

14.7.2 定义结构体313

14.7.3 实现发送邮件函数313

14.7.4 实现邮件内容生成函数313

14.7.5 实现过滤并保存来访记录的函数314

14.7.6 实现定时器处理函数314

14.7.7 在主线程中启动定时器线程315

14.7.8 实现并调用函数载入人脸库315

14.7.9 在主循环里调用摄像头，并进行人脸识别316

14.8 运行程序318

14.9 下一步对系统的改进319

附录A内置函数321