Think Python：零基础编程入门指南

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"Think Python: How to Think Like a Computer Scientist, Version 2.0.17, 是一本由 Allen Downey 所著的编程入门书籍，专为没有编程经验的学生设计。这本书旨在以最基础的编程概念开始，注重概念的清晰定义和逻辑推进，确保读者逐步理解和掌握。它遵循循序渐进的原则，例如，递归和面向对象编程这样的复杂主题被分解成一系列小步骤，在多个章节中逐步介绍。在编写过程中，作者试图解决早期他在教授Java课程时遇到的问题，即学生的学习困难和成果普遍偏低。他认为传统的教材难以吸引和引导初学者。因此，Think Python 采用了一种更为直观、易于理解的教学方式，通过实例和实践来传授知识，帮助读者建立起计算机科学思维模式。书中强调的是对计算机工作原理的深入理解，而不仅仅是语法和命令的罗列。版权方面，该书遵循Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported License，允许在非商业用途下复制、分发和修改，体现了开放教育资源的精神。此外，作者还提供了 LaTeX 源代码，使得读者能够自行转换为其他格式，甚至进行个性化定制。本书的初衷是为了降低编程学习的门槛，提高学习效率，并帮助学生建立扎实的编程基础。它不仅适合初学者，也适合那些希望通过Python学习编程的自学者。通过阅读和实践Think Python，读者可以逐渐掌握如何像计算机科学家一样思考问题，从而开启他们的编程之旅。"

xvi Contents

7 Iteration 63

7.1 Multiple assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

7.2 Updating variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

7.3 The

while

statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

7.4

break

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

7.5 Square roots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

7.6 Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

7.7 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.8 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

8 Strings 71

8.1 A string is a sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

8.2

len

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

8.3 Traversal with a

for

loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

8.4 String slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

8.5 Strings are immutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

8.6 Searching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

8.7 Looping and counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

8.8 String methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

8.9 The

operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

8.10 String comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

8.11 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

8.12 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

8.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

9 Case study: word play 81

9.1 Reading word lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

9.2 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

9.3 Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

9.4 Looping with indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

9.5 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

9.6 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

9.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Contents xvii

10 Lists 87

10.1 A list is a sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.2 Lists are mutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.3 Traversing a list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.4 List operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.5 List slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.6 List methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

10.7 Map, ﬁlter and reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.8 Deleting elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

10.9 Lists and strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

10.10 Objects and values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

10.11 Aliasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

10.12 List arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.13 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

10.14 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

10.15 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11 Dictionaries 101

11.1 Dictionary as a set of counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

11.2 Looping and dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

11.3 Reverse lookup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

11.4 Dictionaries and lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

11.5 Memos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

11.6 Global variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

11.7 Long integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

11.8 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

11.9 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

11.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

xviii Contents

12 Tuples 113

12.1 Tuples are immutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

12.2 Tuple assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

12.3 Tuples as return values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

12.4 Variable-length argument tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

12.5 Lists and tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

12.6 Dictionaries and tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

12.7 Comparing tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

12.8 Sequences of sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

12.9 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

12.10 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

12.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

13 Case study: data structure selection 123

13.1 Word frequency analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

13.2 Random numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

13.3 Word histogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

13.4 Most common words . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

13.5 Optional parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

13.6 Dictionary subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

13.7 Random words . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

13.8 Markov analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

13.9 Data structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

13.10 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

13.11 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

13.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

14 Files 133

14.1 Persistence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

14.2 Reading and writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

14.3 Format operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

14.4 Filenames and paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Contents xix

14.5 Catching exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

14.6 Databases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

14.7 Pickling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

14.8 Pipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

14.9 Writing modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

14.10 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

14.11 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

14.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

15 Classes and objects 143

15.1 User-deﬁned types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

15.2 Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

15.3 Rectangles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

15.4 Instances as return values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

15.5 Objects are mutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

15.6 Copying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

15.7 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

15.8 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

15.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

16 Classes and functions 151

16.1 Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

16.2 Pure functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

16.3 Modiﬁers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

16.4 Prototyping versus planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

16.5 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

16.6 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

16.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

xx Contents

17 Classes and methods 157

17.1 Object-oriented features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

17.2 Printing objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

17.3 Another example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

17.4 A more complicated example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

17.5 The init method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

17.6 The

__str__

method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

17.7 Operator overloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

17.8 Type-based dispatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

17.9 Polymorphism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

17.10 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

17.11 Interface and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

17.12 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

17.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

18 Inheritance 167

18.1 Card objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

18.2 Class attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

18.3 Comparing cards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

18.4 Decks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

18.5 Printing the deck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

18.6 Add, remove, shufﬂe and sort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

18.7 Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

18.8 Class diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

18.9 Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

18.10 Data encapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

18.11 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

18.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

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