6.4程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)目錄頁contents6.4.1程序設(shè)計(jì)導(dǎo)言6.4.2基本數(shù)據(jù)類型與操作6.4.3數(shù)據(jù)容器6.4.4控制結(jié)構(gòu)12346.4.5函數(shù)56.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷?選題背景及意義ONE6.4.1程序設(shè)計(jì)導(dǎo)言1.程序設(shè)計(jì)的概念什么是程序？程序是指令的集合，告訴計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行特定任務(wù)。程序由編程語言編寫，最終被計(jì)算機(jī)理解和執(zhí)行。什么是程序設(shè)計(jì)？程序設(shè)計(jì)是分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫代碼、調(diào)試程序的過程。程序設(shè)計(jì)需要邏輯思維、問題解決能力和編程語言知識(shí)。6.4.1程序設(shè)計(jì)導(dǎo)言2.編程語言的演變機(jī)器語言(1940s)由二進(jìn)制代碼組成，直接由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行。難以閱讀、編寫和維護(hù)。匯編語言(1950s)使用助記符代替二進(jìn)制代碼，更易于理解。仍然與硬件密切相關(guān)，可移植性差。高級(jí)語言(1950s后期至今)更接近自然語言，易于學(xué)習(xí)和使用。獨(dú)立于硬件，可移植性好。例如：Fortran,COBOL,C,C++,Java,Python,JavaScript等。6.4.1程序設(shè)計(jì)導(dǎo)言3.編程語言的分類編譯型語言源代碼通過編譯器一次性翻譯成機(jī)器碼，然后執(zhí)行。執(zhí)行速度快，但需要編譯過程。例如：C,C++,Go,Rust等。解釋型語言源代碼通過解釋器逐行解釋執(zhí)行。無需編譯過程，但執(zhí)行速度相對(duì)較慢。例如：Python,JavaScript,Ruby,PHP等。6.4.1程序設(shè)計(jì)導(dǎo)言TWO6.4.2基本數(shù)據(jù)類型與操作1.基本數(shù)據(jù)類型數(shù)值類型整數(shù)(int):例如1,2,3浮點(diǎn)數(shù)(float):例如1.23,

3.14字符串類型(str)由字符序列組成，例如"Hello","World"布爾類型(bool)只有兩個(gè)值：True和False6.4.2基本數(shù)據(jù)類型與操作2.變量與常量變量：用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器，其值可以在程序運(yùn)行過程中被修改。常量：常量是指在程序運(yùn)行過程中值不會(huì)改變的量。6.4.2基本數(shù)據(jù)類型與操作3.運(yùn)算符算術(shù)運(yùn)算符加(+),減(-),乘(*),除(/),取余(%)比較運(yùn)算符等于(==),不等于(!=),大于(>),小于(<),大于等于(>=),小于等于(<=)邏輯運(yùn)算符與(and),或(or),非(not)6.4.2基本數(shù)據(jù)類型與操作THREE6.4.3數(shù)據(jù)容器1.列表(list)有序的元素集合，元素可以是不同類型。使用方括號(hào)[]定義，例如：my_list=[1,2,3,"Hello",True]。常用操作：訪問元素：my_list[0]添加元素：my_list.append(4)刪除元素：my_list.remove(2)6.4.3數(shù)據(jù)容器2.元組(tuple)有序的不可變?cè)丶希乜梢允遣煌愋褪褂脠A括號(hào)()定義，例如：my_tuple=(1,2,3,"Hello",True)常用操作：訪問元素：my_tuple[0]切片：my_tuple[1:3]查找索引：my_tuple.index(“hello”)統(tǒng)計(jì)元素出現(xiàn)次數(shù)：my_tuple.count(2)6.4.3數(shù)據(jù)容器3.集合(set)無序且不重復(fù)的元素集合。使用花括號(hào){}或set()函數(shù)定義，例如：my_set={1,2,3,4,5}常用操作：添加元素：my_set.add(6)刪除元素：my_set.remove(3)集合運(yùn)算：并集(|),交集(&),差集(-),對(duì)稱差集(^)6.4.3數(shù)據(jù)容器4.字典(dict)鍵值對(duì)的集合，鍵必須是唯一的。使用花括號(hào){}定義，例如：my_dict={"name":“Travis","age":27}常用操作：訪問值：my_dict["name"]添加鍵值對(duì)：my_dict["city"]=“ShangHai"刪除鍵值對(duì)：delmy_dict["age"]6.4.3數(shù)據(jù)容器FOUR6.4.4控制結(jié)構(gòu)1.順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)是最基本的控制結(jié)構(gòu)，即程序按照代碼的書寫順序從上往下依次執(zhí)行，如圖所示。AB6.4.4控制結(jié)構(gòu)2.選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)（也稱為條件語句）用于根據(jù)條件決定程序的執(zhí)行路徑。Python提供了多種選擇結(jié)構(gòu)，主要包括if、elif、else語句，執(zhí)行邏輯如圖所示。if代碼塊else代碼塊If條件TrueFalse6.4.4控制結(jié)構(gòu)3.循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)用于重復(fù)執(zhí)行某段代碼，主要包括for循環(huán)和while循環(huán)，執(zhí)行邏輯如圖所示。代碼塊循環(huán)條件True更新循環(huán)條件False退出循環(huán)6.4.4控制結(jié)構(gòu)FIVE6.4.5函數(shù)函數(shù)：組織代碼的基本模塊，用于將完成一個(gè)特定功能的代碼片段打包在一起，形成可重復(fù)使用的代碼塊。一個(gè)函數(shù)包括名稱、參數(shù)列表、函數(shù)體和返回值。函數(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)包括提高代碼的可讀性和可維護(hù)性、減少代碼冗余以及實(shí)現(xiàn)代碼的模塊化。通過調(diào)用函數(shù)，可以執(zhí)行函數(shù)內(nèi)部的代碼，傳遞參數(shù)至函數(shù)內(nèi)部，將函數(shù)返回的結(jié)果賦值給變量。使用函數(shù)的關(guān)鍵思想是分而治之。6.4.5函數(shù)核心特點(diǎn)：無需導(dǎo)入，直接使用覆蓋基礎(chǔ)操作與類型轉(zhuǎn)換共約70+個(gè)（Python3.11）常用示例：print("Hello")#輸出len([1,2,3])#長度type(123)#類型檢查int("42")#類型轉(zhuǎn)換sum([1,2,3])#求和max(5,9,3)#最大值sorted([3,1,2])#排序關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：簡潔高效，提升代碼可讀性1.內(nèi)置函數(shù)（Built-inFunctions）6.4.5函數(shù)分類與特點(diǎn)：1.標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（無需安裝）：math.sqrt(16)#數(shù)學(xué)計(jì)算datetime.data.today()#時(shí)間處理os.listdir()#系統(tǒng)交互json.loads()#數(shù)據(jù)序列化2.第三方庫函數(shù)（需安裝）：numpy.array()#科學(xué)計(jì)算requests.get()#網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求pandas.read_csv()#數(shù)據(jù)分析使用流程：importmath#導(dǎo)入模塊result=math.sqrt(25)#調(diào)用函數(shù)核心價(jià)值：擴(kuò)展Python功能邊界社區(qū)生態(tài)豐富（如PyPI超45萬包）2.庫函數(shù)（LibraryFunctions）6.4.5函數(shù)SIX6.4.5面向?qū)ο缶幊趟枷?.什么是面向?qū)ο缶幊潭x:基于“對(duì)象”概念的編程范式。重要性:促進(jìn)代碼的可重用性、模塊化和可維護(hù)性。與過程式編程的對(duì)比。6.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷?.類(Class):

用來描述具有相同的屬性和方法的對(duì)象的集合。它定義了該集合中每個(gè)對(duì)象所共有的屬性和方法。對(duì)象是類的實(shí)例。6.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷?.繼承(Inheritance):

它允許一個(gè)類（稱為子類或派生類）繼承另一個(gè)類（稱為父類或基類）的屬性和方法，從而使子類能夠復(fù)用父類已有的代碼，同時(shí)也可以根據(jù)需要擴(kuò)展或修改這些功能。6.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷?.多態(tài)(Polymorphism):

指的是相同的接口，不同的實(shí)現(xiàn)。在Python中，多態(tài)性允許你使用同一接口來操作不同類型的對(duì)象，而無需關(guān)心對(duì)象的具體類型。6.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷?.封裝(Encapsulation):

指的是將數(shù)據(jù)（屬性）和操作數(shù)據(jù)的方法（函數(shù)或方法）捆綁在一起，形成一個(gè)獨(dú)立的、可重用的單位——類。6.4.6面向?qū)ο缶幊趟枷朊嫦驅(qū)ο缶幊滩粌H是一種技術(shù)，更是一種管理復(fù)雜系統(tǒng)的思維方式。面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢(shì)：提高代碼的可維護(hù)性和可復(fù)用性。使得代碼更加模塊化，便于擴(kuò)展。通過封裝和繼