ThinkPython: 计算机科学家思维入门

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"thinkPython教材，旨在教授如何像计算机科学家一样思考，结合了数学、工程和自然科学的思维特点，使用Python语言作为教学工具。" 《ThinkPython：如何像计算机科学家一样思考》是一本面向初学者的编程教材，由Allen Downey编写。该书的核心目标是培养读者的计算机科学思维方式，这包括运用形式语言表达思想、设计系统以及通过观察和实验来理解复杂系统的运作。书中采用Python语言作为教学媒介，因为Python简洁明了，适合初学者学习。在Python语言的指导下，读者将逐步掌握编程基础，如变量、数据类型、控制结构（如循环和条件语句）、函数、错误处理等。随着学习的深入，还将涉及更高级的主题，如对象导向编程、数据结构、算法分析和文件操作等。此外，书中强调了解决问题的策略和逻辑思考，鼓励读者通过编写程序来解决实际问题，从而培养计算机科学家的思维方式。书中的内容以易于理解的方式呈现，结合实例和练习，帮助读者巩固理论知识并提升实践能力。作者鼓励读者动手实践，通过编写代码来探索和理解概念，以实现从理论到实践的转化。同时，书中还提到了版本控制系统和调试技巧，这些都是现代软件开发中的重要技能。《ThinkPython》的独特之处在于，它不仅是一本编程教程，更是一本思维训练指南。通过学习本书，读者不仅能掌握Python编程，还能培养出一种能够应用于各种领域的问题解决能力。书中的例子和练习旨在激发读者的创新思维，让他们能够独立地面对和解决复杂问题。此书遵循创作共用署名-非商业性3.0未署名许可协议，允许自由复制、分发和修改，但需遵守相应条款。原始源代码以LaTeX形式提供，可生成跨设备的文本，并可转换为其他格式或打印。读者可以从http://www.thinkpython.com获取LaTeX源代码，进一步参与到教材的改进和定制中。《ThinkPython》是一本全面而实用的编程入门教材，无论对于初学者还是有一定经验的程序员，都能从中受益，提升自己的编程思维和解决问题的能力。

xvi Contents

7 Iteration 迭迭迭代代代 87

7.1 Multiple assignment 多次赋值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7.2 Updating variables 更新变量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

7.3 The while statement while语句 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7.4 break . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.5 Square roots 平方根 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.6 Algorithms 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7.7 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

7.8 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

7.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

8 Strings 字字字符符符串串串 97

8.1 A string is a sequence 字符串是一个序列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

8.2 len . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

8.3 Traversal with a for loop 使用for循环遍历 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

8.4 String slices 字符串切片 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

8.5 Strings are immutable 字符串是不可变的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

8.6 Searching 搜索 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

8.7 Looping and counting 循环和计数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

8.8 String methods 字符串方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

8.9 The in operator in运算符 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

8.10 String comparison 字符串比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.11 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.12 Glossary 术语 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

8.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

9 Case study: word play 案案案例例例分分分析析析：：：word play 111

9.1 Reading word lists 读取单词列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

9.2 Exercises 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

9.3 Search 搜索 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

9.4 Looping with indices 使用索引的循环 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

9.5 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

9.6 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

9.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Contents xvii

10 Lists 列列列表表表 121

10.1 A list is a sequence 列表是一个序列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

10.2 Lists are mutable 列表是可变的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

10.3 Traversing a list 遍历一个列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

10.4 List operations 列表运算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

10.5 List slices 列表切片 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

10.6 List methods 列表方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

10.7 Map, ﬁlter and reduce 映射、过滤和削减 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

10.8 Deleting elements 删除元素 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

10.9 Lists and strings 列表和字符串 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

10.10 Objects and values 对象和值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

10.11 Aliasing 别名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

10.12 List arguments 列表实参 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

10.13 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

10.14 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

10.15 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

11 Dictionaries 字字字典典典 139

11.1 Dictionary as a set of counters 字典作为计数器集合 . . . . . . . . . . . . . 141

11.2 Looping and dictionaries 循环和字典 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

11.3 Reverse lookup 逆向查找 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

11.4 Dictionaries and lists 字典和列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

11.5 Memos 备忘录 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

11.6 Global variables 全局变量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

11.7 Long integers 长整数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

11.8 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

11.9 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

11.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

xviii Contents

12 Tuples 元元元组组组 155

12.1 Tuples are immutable 元组是不可变的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

12.2 Tuple assignment 元组赋值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

12.3 Tuples as return values 元组作为返回值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

12.4 Variable-length argument tuples 变长实参元组 . . . . . . . . . . . . . . . . 158

12.5 Lists and tuples 列表和元组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

12.6 Dictionaries and tuples 字典和元组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

12.7 Comparing tuples 元组比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

12.8 Sequences of sequences 序列的序列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

12.9 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

12.10 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

13 Case study: data structure selection 案案案例例例学学学习习习：：：数数数据据据结结结构构构选选选择择择 169

13.1 Word frequency analysis 词频分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

13.2 Random numbers 随机数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

13.3 Word histogram 单词直方图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

13.4 Most common words 最常用单词 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

13.5 Optional parameters 可选形参 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

13.6 Dictionary subtraction 字典差集 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

13.7 Random words 随机单词 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

13.8 Markov analysis 马尔科夫分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

13.9 Data structures 数据结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

13.10 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

13.11 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

13.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

14 Files 文文文件件件 185

14.1 Persistence 持久化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

14.2 Reading and writing 读与写 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

14.3 Format operator 格式化操作符 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

14.4 Filenames and paths 文件名与路径 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Contents xix

14.5 Catching exceptions 捕捉异常 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

14.6 Databases 数据库 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

14.7 Pickling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

14.8 Pipes 管道 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

14.9 Writing modules 编写模块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

14.10 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

14.11 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

14.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

15 Classes and objects 类类类和和和对对对象象象 199

15.1 User-deﬁned types 用户自定义类型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

15.2 Attributes 属性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

15.3 Rectangles 矩形 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

15.4 Instances as return values 实例作为返回值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

15.5 Objects are mutable 对象是可变的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

15.6 Copying 复制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

15.7 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

15.8 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

15.9 Exercises 练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

16 Classes and functions 类类类和和和函函函数数数 211

16.1 Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

16.2 Pure functions 纯函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

16.3 Modiﬁers 过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

16.4 Prototyping versus planning 原型vs 计划 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

16.5 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

16.6 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

16.7 Exercises 练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

xx Contents

17 Classes and methods 类类类和和和方方方法法法 221

17.1 Object-oriented features 面向对象的特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

17.2 Printing objects 打印对象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

17.3 Another example 一个范例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

17.4 A more complicated example 一个更复杂的例子 . . . . . . . . . . . . . . . 225

17.5 The init method init方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

17.6 The __str__ method __str__方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

17.7 Operator overloading 运算符重载 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

17.8 Type-based dispatch 类型分发 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

17.9 Polymorphism 多态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

17.10 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

17.11 Interface and implementation 接口和实现 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

17.12 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

17.13 Exercises 练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

18 Inheritance 继继继承承承 237

18.1 Card objects 卡牌对象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

18.2 Class attributes 类属性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

18.3 Comparing cards 比较大小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

18.4 Decks 一副牌 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

18.5 Printing the deck 打印一副牌 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

18.6 Add, remove, shufﬂe and sort 添加，移除，洗牌和排序 . . . . . . . . . . . 243

18.7 Inheritance 继承 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

18.8 Class diagrams 类图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

18.9 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

18.10 Data encapsulation 数据封装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

18.11 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

18.12 Exercises 练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

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