Python程序設計與人工智能項目教程

目 錄
第1章 Python基礎知識 1
1.1 Python概述 1
1.1.1 Python的現狀 1
1.1.2 Python的應用領域 1
1.1.3 Python的發展歷史 2
1.1.4 Python快速發展帶來的
啟示 2
1.1.5 Python官方文檔入口 2
1.2 Python開發環境配置 2
1.2.1 解釋器的安裝和使用 2
1.2.2 IDE工具——PyCharm 4
1.2.3 IDE工具——Jupyter Notebook 5
1.3 Python基本語法 6
1.3.1 標識符 6
1.3.2 關鍵字 6
1.3.3 變量 7
1.3.4 行和縮進 7
1.3.5 引號和轉義字符 8
1.3.6 註釋 8
1.3.7 空行 9
1.3.8 編碼規範 9
1.3.9 Python語法綜合辨析 9
1.4 人機交互（基本輸入/輸出） 10
1.4.1 程序設計的基本流程 10
1.4.2 標準輸出函數print() 11
1.4.3 print()函數的格式控制 12
1.4.4 標準輸入函數input() 13
1.5 項目實訓：個人名片設計——
美好願景 14
1.5.1 項目背景 14
1.5.2 項目任務 15
1.5.3 項目分析 15
1.5.4 項目實現 15
1.5.5 項目優化 15
1.5.6 總結和啟示 15
1.6 鞏固練習 16
第2章 數字類型與運算 17
2.1 數字類型 17
2.1.1 常見的數字類型 17
2.1.2 數字類型的判斷 18
2.1.3 數字類型的轉換 18
2.2 運算符與表達式 19
2.2.1 常見的運算符與表達式 19
2.2.2 運算符的優先級 22
2.3 數學運算函數 24
2.3.1 絕對值函數 24
2.3.2 四舍五入函數 24
2.3.3 冪和模冪函數 24
2.3.4 最大值和最小值函數 25
2.3.5 字符串和表達式轉換函數 25
2.4 math模塊及其應用 26
2.4.1 math模塊導入的兩種
方法 26
2.4.2 math模塊中常量和函數
的主要功能及應用 27
2.5 項目實訓：競賽積分分析及
預測——創新爭先 29
2.5.1 項目背景 29
2.5.2 項目任務 29
2.5.3 項目分析 29
2.5.4 項目實現 30
2.5.5 項目優化 30
2.5.6 總結和啟示 31
2.6 鞏固練習 31
第3章 流程控制 32
3.1 流程控制的基本概念 32
3.2 順序結構 32
3.2.1 順序結構樣例 33
3.2.2 處理解釋型語言的程序錯誤 33
3.3 分支結構 33
3.3.1 if語句 34
3.3.2 match語句 39
3.4 循環結構 41
3.4.1 while循環 41
3.4.2 數字序列生成與循環控制 42
3.4.3 for循環 44
3.4.4 嵌套循環結構 46
3.4.5 嵌套循環效率 47
3.5 流程跳轉語句 50
3.5.1 pass語句 50
3.5.2 continue語句 50
3.5.3 break語句 51
3.5.4 else子句 52
3.6 異常處理 53
3.6.1 異常概述 53
3.6.2 異常類型 53
3.6.3 異常處理 54
3.7 項目實訓：學生畫像系統
構建——精準服務 56
3.7.1 項目背景 56
3.7.2 項目任務 56
3.7.3 項目分析 57
3.7.4 項目實現 57
3.7.5 項目優化 58
3.7.6 總結和啟示 60
3.8 鞏固練習 60
第4章 函數 62
4.1 模塊化程序設計與函數 62
4.1.1 模塊化程序設計的目的 62
4.1.2 函數的簡介 63
4.2 函數的定義和調用 63
4.2.1 函數的定義 63
4.2.2 函數的調用 64
4.3 函數的參數傳遞 66
4.3.1 位置傳遞 66
4.3.2 關鍵字傳遞 66
4.3.3 默認值傳遞 67
4.3.4 包裹傳遞 68
4.3.5 解包裹傳遞 69
4.4 函數的進階應用 70
4.4.1 函數的嵌套調用 70
4.4.2 函數的遞歸調用 72
4.4.3 變量的作用域與生命周期 73
4.5 Lambda表達式的概念及應用 76
4.5.1 Lambda表達式的概念 76
4.5.2 Lambda表達式的應用 76
4.6 random模塊的概念及應用 77
4.6.1 random模塊的概念 77
4.6.2 random模塊的應用 78
4.7 項用實訓：學生畫像系統模塊化
設計——賦能成長 80
4.7.1 項目背景 80
4.7.2 項目任務 80
4.7.3 項目分析 80
4.7.4 項目實現 81
4.7.5 項目優化 82
4.7.6 總結和啟示 83
4.8 鞏固練習 83
第5章 高級數據類型及常見操作 84
5.1 高級數據類型 84
5.1.1 字符串的定義與特征 84
5.1.2 元組的定義與特征 84
5.1.3 列表的定義與特征 84
5.1.4 集合的定義與特征 85
5.1.5 字典的定義與特征 85
5.2 序列的通用操作 86
5.2.1 索引 86
5.2.2 切片 87
5.2.3 拼接與重復 88
5.2.4 最大值與最小值 88
5.2.5 成員測試 89
5.3 項目實訓：業務數據預處理與
分析——行為監察 90
5.3.1 項目背景 90
5.3.2 項目任務 91
5.3.3 項目分析 91
5.3.4 項目實現 91
5.3.5 項目優化 92
5.3.6 總結和啟示 93
5.4 鞏固練習 93
第6章 字符串 94
6.1 字符串操作 94
6.1.1 字符串的創建與訪問 94
6.1.2 字符串的遍歷 94
6.2 字符串常量 95
6.3 字符串處理方法 96
6.3.1 str.upper()方法和str.lower()方法 96
6.3.2 str.strip()方法和rstrip()方法 96
6.3.3 str.join()方法 97
6.3.4 str.split()方法 97
6.3.5 str.count()方法 97
6.3.6 str.replace()方法 97
6.3.7 str.find()方法和str.rfind()
方法 98
6.3.8 str.index()方法和str.rindex()方法 98
6.4 正則表達式與字符串處理 100
6.4.1 正則表達式的組成 100
6.4.2 正則表達式的基本語法 101
6.4.3 re模塊 102
6.4.4 正則表達式在人工智能
領域的應用 102
6.5 項目實訓：隨機故事生成器
設計——創意創作 105
6.5.1 項目背景 105
6.5.2 項目任務 106
6.5.3 項目分析 106
6.5.4 項目實現 106
6.5.5 項目優化 107
6.5.6 總結和啟示 108
6.6 鞏固練習 108
第7章 元組和列表 110
7.1 元組 110
7.1.1 元組的創建與訪問 110
7.1.2 嵌套元組 110
7.1.3 元組的操作 111
7.2 列表 112
7.2.1 列表的創建 112
7.2.2 嵌套列表的創建與訪問 113
7.2.3 列表的遍歷和列表元素的
轉換 113
7.2.4 列表元素的添加 113
7.2.5 列表元素的刪除 114
7.2.6 列表元素的修改 115
7.3 列表推導式 117
7.4 列表的排序 120
7.4.1 默認規則排序 120
7.4.2 降序 121
7.4.3 自定義排序 121
7.4.4 復雜排序 121
7.4.5 逆序 122
7.5 項目實訓：工程能力畫像系統
構建——科學規劃 124
7.5.1 項目背景 124
7.5.2 項目任務 124
7.5.3 項目分析 124
7.5.4 項目實現 125
7.5.5 項目優化 126
7.5.6 總結和啟示 126
7.6 鞏固練習 126
第8章 集合與字典 128
8.1 集合 128
8.1.1 集合的創建 128
8.1.2 集合的訪問 129
8.1.3 集合的去重 129
8.1.4 集合元素的添加 130
8.1.5 集合元素的刪除 130
8.1.6 集合的成員測試 131
8.1.7 集合運算 132
8.2 字典 135
8.2.1 字典的創建 135
8.2.2 字典視圖 136
8.2.3 字典的成員訪問 137
8.2.4 字典元素的添加與修改 138
8.2.5 字典元素的刪除 139
8.2.6 字典元素的排序輸出 140
8.3 項目實訓：智能圖書推薦系統
構建——價值引領 141
8.3.1 項目背景 141
8.3.2 項目任務 142
8.3.3 項目分析 142
8.3.4 項目實現 142
8.3.5 項目優化 144
8.3.6 總結和啟示 144
8.4 鞏固練習 144
第9章 文件操作 145
9.1 文件的基本概念與操作 145
9.1.1 文件的基本概念 145
9.1.2 文件的打開和關閉 145
9.1.3 文件的讀取 146
9.1.4 文件的寫入 148
9.1.5 文件的搜索 150
9.2 文件的高級操作 150
9.2.1 文件的異常處理與錯誤
捕獲 150
9.2.2 二進制文件的處理 151
9.2.3 CSV文件的處理 152
9.2.4 JOSN文件的處理 154
9.3 項目實訓：數據訪問日誌管理
系統構建——匠心守護 155
9.3.1 項目背景 155
9.3.2 項目任務 156
9.3.3 項目分析 156
9.3.4 項目實現 156
9.3.5 項目優化 158
9.3.6 總結和啟示 159
9.4 鞏固練習 160
第10章 面向對象程序設計 161
10.1 面向對象程序設計概述 161
10.1.1 面向對象程序設計和面向過程程序設計的區別 161
10.1.2 面向對象程序設計的
四大特性 161
10.2 類與對象 163
10.2.1 類的定義 163
10.2.2 類的實例——對象 163
10.3 屬性和方法 164
10.3.1 實例屬性 164
10.3.2 類屬性 165
10.3.3 實例方法 167
10.3.4 類方法 167
10.3.5 靜態方法 168
10.3.6 類成員的訪問權限 170
10.4 繼承 172
10.4.1 單繼承 172
10.4.2 多繼承 174
10.5 多態 177
10.5.1 方法的重寫 177
10.5.2 鴨子類型 178
10.6 模塊 180
10.6.1 系統內置模塊 180
10.6.2 自定義模塊 180
10.6.3 創建和使用模塊 180
10.6.4 模塊搜索路徑 181
10.6.5 模塊的特殊變量__name__ 181
10.7 包 183
10.7.1 包的基本概念 183
10.7.2 創建和使用包 183
10.8 庫 184
10.8.1 標準庫 184
10.8.2 第三方庫 184
10.8.3 安裝第三方庫 184
10.8.4 導入庫 185
10.8.5 自定義庫和包 185
10.9 模塊、包、庫的關系和區別 186
10.10 項目實訓：金融賬戶管理系統
構建——工程素養 186
10.10.1 項目背景 186
10.10.2 項目任務 186
10.10.3 項目分析 187
10.10.4 項目實現 187
10.10.5 項目優化 189
10.10.6 總結和啟示 192
10.11 鞏固練習 192
第11章 Matplotlib數據可視化 194
11.1 Matplotlib基礎知識 194
11.1.1 Matplotlib的簡介與
安裝 194
11.1.2 基本繪圖流程 195
11.1.3 圖形屬性與樣式設置 198
11.2 線性圖 200
11.2.1 繪制折線圖 200
11.2.2 標註與美化 201
11.3 非線性圖 203
11.3.1 餅圖 203
11.3.2 柱形圖 204
11.3.3 直方圖 206
11.3.4 散點圖 207
11.3.5 雷達圖 209
11.3.6 箱線圖 210
11.4 中英文詞雲圖 211
11.4.1 WordCloud的簡介與安裝 212
11.4.2 英文詞雲圖 212
11.4.3 中文詞雲圖 214
11.5 項目實訓：科技行業發展數據
可視化分析——創新驅動，
洞察未來 215
11.5.1 項目背景 215
11.5.2 項目任務 215
11.5.3 項目分析 216
11.5.4 項目實現 216
11.5.5 項目優化 218
11.5.6 總結和啟示 218
11.6 鞏固練習 218
第12章 Python生態應用 220
12.1 GUI 220
12.1.1 Tkinter的基本知識 220
12.1.2 事件處理與回調函數 221
12.2 網絡請求及解析 223
12.2.1 網絡請求及解析的簡介 223
12.2.2 Requests 223
12.2.3 請求和使用大模型能力 224
12.2.4 etree 225
12.3 機器學習 226
12.3.1 機器學習的簡介 226
12.3.2 監督學習 227
12.3.3 無監督學習 228
12.3.4 模型評估和優化 228
12.4 項目實訓：古典詩詞答疑助手
構建——科技助力文化傳承 229
12.4.1 項目背景 229
12.4.2 項目任務 229
12.4.3 項目分析 230
12.4.4 項目實現 230
12.4.5 項目優化 232
12.4.6 總結和啟示 233
12.5 鞏固練習 234
第13章 Python綜合應用項目——
智慧校園中的用戶畫像
系統構建 235
13.1 項目背景 235
13.2 項目任務 235
13.3 項目分析 235
13.3.1 需求分析 235
13.3.2 技術可行性分析 236
13.4 項目設計 236
13.5 項目實現 237
13.6 項目優化 239
13.7 總結和啟示 240
第14章 Python綜合應用項目——
基於知識圖譜的學習資源推薦
系統構建 241
14.1 項目背景 241
14.2 項目任務 241
14.3 項目分析 241
14.4 項目設計 242
14.4.1 知識圖譜構建模塊 242
14.4.2 可視化模塊 242
14.4.3 推薦算法模塊 242
14.5 項目實現 243
14.5.1 知識圖譜構建模塊的實現 243
14.5.2 可視化模塊的實現 243
14.5.3 推薦算法模塊的實現 245
14.5.4 主程序的實現 246
14.6 項目優化 248
14.6.1 推薦算法優化 248
14.6.2 知識圖譜存儲與處理優化 249
14.6.3 用戶交互優化 249
14.7 總結和啟示