Python编程思维指南：像科学家般思考

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"Think Python - How to Think Like a Computer Scientist" 是由计算机科学教授 Allen Downey 所著的一本教程，专为那些想要学习编程并提升计算机思维能力的人设计。该书的第二版于2012年12月发布，旨在提供一种愉快且富有成效的学习体验，让读者能够掌握像计算机科学家那样解决问题的方法。作者 Allen Downey 是 Franklin W. Olin 工学院的教授，他希望通过这本书不仅教授 Python 语言，而且强调编程背后的逻辑思维和问题解决策略。Python 是一种流行的脚本语言，以其简洁易读的语法和广泛的应用领域而受到欢迎，特别适合初学者入门。这本书的核心理念是教导读者如何通过编程语言来理解和表达抽象概念，培养逻辑思维、分解问题和编写清晰代码的能力。它采用一种循序渐进的方式，逐步引导读者从基本的变量、数据类型到函数、类等高级概念，同时强调代码的可读性和可维护性。在撰写本书时，Downey面临着教学中的挑战，尤其是在教授 Java 课程时，学生失败率较高。这促使他反思教学方法，并创作出一本更注重理解而非单纯记忆的教材。Think Python 的独特之处在于它鼓励读者通过实践和探索来学习，而非仅仅依赖理论讲解。书中包含了大量的实例和练习，旨在帮助读者通过动手实践来深化对编程的理解。此外，由于采用了 LaTeX 源代码，这本书可以被转换成多种格式，方便不同的阅读需求和设备使用。前言部分回顾了书籍的创作历程，包括作者最初的动机以及在教学过程中所遇到的问题，以此来展现书籍背后的故事和作者的教学理念。Think Python 不仅是一本实用的编程指南，更是一本启发读者用计算机科学家的思维方式来思考和解决问题的教科书。

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 185

14.1 Persistence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

14.2 Reading and writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

14.3 Format operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

14.4 Filenames and paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Contents xix

14.5 Catching exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

14.6 Databases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

14.7 Pickling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

14.8 Pipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

14.9 Writing modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

14.10 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

14.11 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

14.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

15 Classes and objects 195

15.1 User-deﬁned types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

15.2 Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

15.3 Rectangles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

15.4 Instances as return values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

15.5 Objects are mutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

15.6 Copying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

15.7 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

15.8 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

15.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

16 Classes and functions 203

16.1 Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

16.2 Pure functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

16.3 Modiﬁers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

16.4 Prototyping versus planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

16.5 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

16.6 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

16.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

xx Contents

17 Classes and methods 209

17.1 Object-oriented features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

17.2 Printing objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

17.3 Another example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

17.4 A more complicated example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

17.5 The init method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

17.6 The __str__ method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

17.7 Operator overloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

17.8 Type-based dispatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

17.9 Polymorphism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

17.10 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

17.11 Interface and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

17.12 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

17.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

18 Inheritance 继继继承承承 219

18.1 Card objects 卡牌对象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

18.2 Class attributes 类属性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

18.3 Comparing cards 比较大小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

18.4 Decks 一副牌 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

18.5 Printing the deck 打印一副牌 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

18.6 Add, remove, shufﬂe and sort 添加，移除，洗牌和排序 . . . . . . . . . . . 225

18.7 Inheritance 继承 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

18.8 Class diagrams 类图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

18.9 Debugging 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

18.10 Data encapsulation 数据封装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

18.11 Glossary 术语表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

18.12 Exercises 练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

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