Python最強入門邁向數據科學之路：王者歸來（全彩印刷第二版）

第二版序

相較於第一版，第二版內容增加下列知識：

■ PEP 8，Python 設計風格，易讀易懂

■ Python 語法精神、效能發揮極致

■ 說明底線開頭或結尾的變數

■ 複數觀念

■ utf-8 中文編碼

■ format( ) 格式化輸出的優點

■ f-strings 輸出

■ 非 True 或 False 的邏輯運算

■ 歐幾里德演算法

■ rindex( )、swapcase( )、zfill( )、以及更完整解說 dir( )

■ 通訊錄設計

■ nonlocal 變數

■ 函數回傳多筆資料實質是回傳 tuple

■ string 模組

■ __name__ == '__main__' 的優點

■ 加強 calendar 模組解說

■ 遺傳單眼皮或雙眼皮之統計機率知識

■ 建立有個人風格的 QR code 與電子名片 QR code

■ 補充 JSON 和 CSV 檔案解說

■ 網路實戰 PM 2.5 資料與 JSON 檔案

■ Pickle 和 Shelve 檔案

■ 股市數據與 CSV 檔案

■ Pandas 讀取與寫入 Excel

■ 網路爬蟲

■ 人工智慧破冰之旅 – KNN 演算法

■ 其他修訂小細節約 50 處

多次與教育界的朋友相聚，談到電腦語言的發展趨勢，大家一致公認Python 已經是當今最重要的電腦語言了，幾乎所有知名公司，例如：Google、Facebook、⋯等皆已經將此語言列為必備電腦語言。了解許多人想學Python，市面上的書也不少了，許多人買了許多書，但是學習Python 路上仍感障礙重重，原因是沒有選到好的書籍，市面上許多書籍的缺點是：

■ Python 語法講解不完整

■ 用 C、C++、Java 觀念撰寫實例

■ Python 語法的精神與內涵未做說明

■ Python 進階語法未做解說

■ 基礎實例太少，沒經驗的讀者無法舉一反三

■ 模組介紹不足，應用範圍有限

許多讀者因此買了一些書，讀完了，好像學會了，但到了網路看專家撰寫的程式往往看不懂。

就這樣我決定撰寫一本用豐富、實用、有趣實例完整且深入講解Python 語法的入門書籍。其實這本書也是目前市面上講解Python 書籍中語法最完整、應用範圍最廣、範例最豐富的書籍。

Python 以簡潔著名，語法非常活，同時擁有非常多豐富、實用的模組，本書筆者嘗試將Python 語法的各種用法用實例解說，同時穿插使用各種模組，以協助讀者未來可以更靈活使用Python，以奠定讀者邁向更高深學習的紮實基礎。

本書以約1000 個程式實例和一般實作，講解紮實的Python 語法，本書同時說明

下列知識與應用：

■ 內容穿插說明 PEP 8 風格，讀者可由此養成設計符合 PEP 8 風格的 Python 程式，這樣撰寫的程式可以方便自己與他人閱讀。

■ 拋棄 C、C++、Java 語法思_____維，將 Python 語法、精神功能火力全開

■ 人工智慧基礎知識融入章節內容

■ 認識 Python 彩蛋

■ 從bytes說起、編碼(encode)、解碼(decoding)，到精通串列(list)、元組(tuple)、字典(dict)、集合(set)

■ 完整解說 Unicode 字符集和 utf-8 依據 Unicode 字符集的中文編碼方式

■ 從小型串列、元組、字典到大型數據資料的建立

■ 生成式 (generator) 建立 Python 資料結構，串列 (list)、字典 (dict)、集合 (set)

■ 經緯度計算地球任 2 城市之間的距離，學習取得地球任意位置的經緯度

■ 萊布尼茲公式、尼拉卡莎、蒙地卡羅模擬計算圓週率

■ 基礎函數觀念，也深入到嵌套、closure、lambda、Decorator 等高階應用

■ Google 有一篇大數據領域著名的論文，MapReduce:Simplified Data Processing on Large Clusters，重要觀念是MapReduce，筆者將對map( ) 和reduce( ) 完整解說，更進一步配合lambda 觀念解說高階應用

■ 建立類別同時深入裝飾器 @property、@classmethod、@staticmathod 與類別特殊屬性與方法

■ 設計與應用自己設計的模組、活用外部模組 (module)

■ 賭場騙局

■ 設計加密與解密程式

■ Python 的輸入與輸出

■ 檔案壓縮與解壓縮

■ 程式除錯 (debug) 與異常 (excep􀆟on) 處理

■ 檔案讀寫與目錄管理

■ 剪貼簿 (clipboard) 處理

■ 正則表達式 (Regular Expression)

■ 遞廻式觀念與碎形 (Fractal)

■ 影像處理與文字辨識，更進一步說明電腦儲存影像的方法與觀念

■ 認識中文分詞 jieba 與建立詞雲 (wordcloud) 設計

■ GUI 設計 - 實作小算盤

■ 實作動畫與遊戲

■ Matplotlib 中英文圖表繪製

■ 說明 csv 和 json 檔案

■ 繪製世界地圖

■ 台灣股市資料擷取與圖表製作

■ Python 解線性代數

■ Python 解聯立方程式

■ Python 執行數據分析

■ 科學計算與數據分析 Numpy、Scipy、Pandas

■ 網路爬蟲

■ 人工智慧破冰之旅 – KNN 演算法

■ 完整函數索引，未來可以隨時查閱

寫過許多的電腦書著作，本書沿襲筆者著作的特色，程式實例豐富，相信讀者只

要遵循本書內容必定可以在最短時間精通Python 設計，編著本書雖力求完美，但是學經歷不足，謬誤難免，尚祈讀者不吝指正。

洪錦魁2019-12-10

jiinkwei@me.com

圖書資源說明

本書籍的所有程式實例可以在深智公司網站下載，本書書號DM1931 是密碼。

本書所有章節均附是非與選擇的習題解答、以及實作習題的輸入與輸出，這些可

以在深智公司網站下載，特別是在實作題部分有附輸入與輸出，讀者可以遵循了解題目的本質與相關參考資訊。下列是示範輸出畫面。

教學資源說明

本書習題實作題約250 題均有習題解答，如果您是學校老師同時使用本書教學，

歡迎與本公司聯繫，本公司將提供習題解答。請老師聯繫時提供任教學校、科系、Email、和手機號碼，以方便本公司業務單位協助您。

另外，本書也有教學簡報檔案供教師教學使用。

第二版序

相較於第一版，第二版內容增加下列知識：

■ PEP 8，Python 設計風格，易讀易懂

■ Python 語法精神、效能發揮極致

■ 說明底線開頭或結尾的變數

■ 複數觀念

■ utf-8 中文編碼

■ format( ) 格式化輸出的優點

■ f-strings 輸出

■ 非 True 或 False 的邏輯運算

■ 歐幾里德演算法

■ rindex( )、swapcase( )、zfill( )、以及更完整解說 dir( )

■ 通訊錄設計

■ nonlocal 變數

■ 函數回傳多筆資料實質是回傳 tuple

■ string 模組

■ __name__ == '__main__' 的優點

■ 加強 calendar 模組解說

■ 遺傳單眼...

第一章　基本觀念
1.1　認識Python
1-2　Python 的起源
1-3　Python 語言發展史
1-4　Python 的應用範圍
1-5　靜態語言與動態語言
1-6　跨平台的程式語言
1-7　系統的安裝與執行
1-8　2 與Python 3 不相容的驗證
1-9　檔案的建立、儲存、執行與開啟
1-10　程式註解
1-11　Python 彩蛋

第二章　認識變數與基本數學運算
2-1　用Python 做計算
2-2　認識變數
2-3　認識程式的意義
2-4　認識註解的意義
2-5　Python 變數與其它程式語言的差異
2-6　變數的命名原則
2-7　基本數學運算
2-8　指派運算子
2-9　Python 等號的多重指定使用
2-10　刪除變數
2-11　Python 的斷行
2-12　專題- 複利計算/ 計算圓面積與圓周長

第三章　Python 的基本資料型態
3-1　type( ) 函數
3-2　數值資料型態 .
3-3　布林值資料型態
3-4　字串資料型態
3-5　字串與字元
3-6　bytes 資料
3-7　專題- 地球到月球時間計算/ 計算座標軸2 點之間距離

第四章　基本輸入與輸出
4-1　Python 的輔助說明help( )
4-2　格式化輸出資料使用print( )
4-3　輸出資料到檔案
4-4　資料輸入input( )
4-5　處理字串的數學運算eval( )
4-6　列出所有內建函數dir( )
4-7　專題- 溫度轉換/房貸問題/正五角形面積/計算經緯度距離

第五章　程式的流程控制使用if 敘述
5-1　關係運算子
5-2　邏輯運算子
5-3　if 敘述
5-4　if ⋯ else 敘述
5-5　if ⋯ elif ⋯ else 敘述
5-6　巢狀的if 敘述
5-7　尚未設定的變數值None
5-8　專題-BMI 程式/ 猜出生日期/12 生肖系統/ 線性方程式

第六章　串列(List)
6-1　認識串列(list)
6-2　Python 簡單的物件導向觀念
6-3　獲得串列的方法
6-4　增加與刪除串列元素
6-5　串列的排序
6-6　進階串列操作
6-7　串列內含串列
6-8　串列的賦值與切片拷貝
6-9　再談字串
6-10　in 和not in 運算式
6-11　is 或is not 運算式
6-12　enumerate 物件
6-13　專題　建立大型串列/ 使用者帳號管理系統/ 文件加密

第七章　迴圈設計
7-1　基本for 迴圈
7-2　range( ) 函數
7-3　進階的for 迴圈應用
7-4　while 迴圈
7-5　enumerate 物件使用for 迴圈解析
7-6　專題　購物車設計/ 成績系統/ 圓周率

第八章　元組(Tuple)
8-1　元組的定義
8-2　讀取元組元素
8-3　遍歷所有元組元素
8-4　修改元組內容產生錯誤的實例
8-5　可以使用全新定義方式修改元組元素
8-6　元組切片(tuple slices)
8-7　方法與函數
8-8　串列與元組資料互換
8-9　其它常用的元組方法8
8-10　enumerate 物件使用在元組
8-11　使用zip( ) 打包多個物件
8-12　生成式(generator)
8-13　製作大型的元組資料
8-14　元組的功能
8-15　專題　認識元組/ 統計應用

第九章　字典(Dict)
9-1　字典基本操作
9-2　遍歷字典
9-3　建立字典串列
9-4　字典內鍵的值是串列
9-5　字典內鍵的值是字典
9-6　while 迴圈在字典的應用
9-7　字典常用的函數和方法
9-8　製作大型的字典資料
9-9　專題　文件分析/ 字典生成式/ 英漢字典

第十章　集合(Set)　
10-1　建立集合
10-2　集合的操作
10-3　適用集合的方法
10-4　適用集合的基本函數操作
10-5　凍結集合frozenset
10-6　專題　夏令營程式/ 程式效率/ 集合生成式/ 雞尾酒實例

第十一章　函數設計
11-1　Python 函數基本觀念
11-2　函數的參數設計
11-3　函數傳回值
11-4　呼叫函數時參數是串列
11-5　傳遞任意數量的參數
11-6　進一步認識函數
11-7　遞迴式函數設計recursive
11-8　區域變數與全域變數
11-9　匿名函數lambda
11-10　pass 與函數
11-11　type 關鍵字應用在函數
11-12　設計自己的range( )
11-13　裝飾器(Decorator)
11-14　專題：函數的應用/質數
11-15　專題：歐幾里德演算法

第十二章　類別– 物件導向的程式設計
12-1　類別的定義與使用
12-2　類別的訪問權限 – 封裝(encapsulation)
12-3　類別的繼承
12-4　多型(polymorphism)
12-5　多重繼承
12-6　type 與instance　
12-7　特殊屬性
12-8　類別的特殊方法
12-9　專題　幾何資料的應用

第十三章　設計與應用模組
13-1　將自建的函數儲存在模組中
13-2　應用自己建立的函數模組
13-3　將自建的類別儲存在模組內
13-4　應用自己建立的類別模組
13-5　隨機數random 模組
13-6　時間time 模組
13-7　系統sys 模組
13-8　keyword 模組
13-9　日期calendar 模組
13-10　幾個增強Python 功力的模組
13-11　專題設計　賭場遊戲騙局/ 蒙地卡羅模擬/ 文件加密

第十四章　檔案的讀取與寫入
14-1　資料夾與檔案路徑
14-2　讀取檔案
14-3　寫入檔案
14-4　讀取和寫入二進位檔案
14-5　shutil 模組
14-6　檔案壓縮與解壓縮zipFile
14-7　認識編碼格式encode
14-8　剪貼簿的應用
14-9　專題設計　分析檔案/ 加密檔案

第十五章　程式除錯與異常處理
15-1　程式異常
15-2　設計多組異常處理程序
15-3　丟出異常
15-4　紀錄Traceback 字串
15-5　finally
15-6　程式斷言assert1
15-7　程式日誌模組logging
15-8　程式除錯的典故

第十六章　正則表達式Regular Expression
16-1　使用Python 硬功夫搜尋文字
16-2　正則表達式的基礎
16-3　更多搜尋比對模式
16-4　貪婪與非貪婪搜尋
16-5　正則表達式的特殊字元
16-6　MatchObject 物件
16-7　搶救CIA 情報員– sub( ) 方法
16-8　處理比較複雜的正則表示法

第十七章　用Python 處理影像檔案
17-1　認識Pillow 模組的RGBA
17-2　Pillow 模組的盒子元組(Box tuple)
17-3　影像的基本操作
17-4　影像的編輯
17-5　裁切、複製與影像合成
17-6　影像濾鏡
17-7　在影像內繪製圖案
17-8　在影像內填寫文字
17-9　專題–建立QR code/ 辨識車牌與建立停車場管理系統
17-10　專題–詞雲(WordCloud) 設計

第十八章　開發GUI 程式使用tkinter
18-1　建立視窗
18-2　標籤Label
18-3　視窗元件配置管理員Layout Managementt
18-4　功能鈕Button
18-5　變數類別
18-6　文字方塊Entry
18-7　文字區域Text
18-8　捲軸Scrollbar
18-9　選項鈕Radiobutton
18-10　核取方塊Checkbutton
18-11　對話方塊messagebox
18-12　圖形PhotoImage
18-13　尺度Scale 的控制
18-14　功能表Menu 設計
18-15　專題- 設計小算盤

第十九章　動畫與遊戲
19-1　繪圖功能
19-2　尺度控制畫布背景顏色
19-3　動畫設計
19-4　反彈球遊戲設計
19-5　專題- 使用tkinter 處理謝爾賓斯基三角形

第二十章　數據圖表的設計
20-1　繪製簡單的折線圖
20-2　繪製散點圖scatter( )
20-3　Numpy 模組
20-4　隨機數的應用
20-5　繪製多個圖表
20-6　長條圖的製作
20-7　圓餅圖的製作pie( )
20-8　圖表顯示中文
20-9　專題- 台灣股市資料讀取與圖表製作

第二十一章　JSON 資料與繪製世界地圖
21-0　JSON 資料格式前言
21-1　認識json 資料格式
21-2　將Python 應用在json 字串形式資料
21-3　將Python 應用在json 檔案
21-4　簡單的json 檔案應用
21-5　世界人口數據的json 檔案
21-6　繪製世界地圖
21-7　環保署空氣品質JSON 檔案實作

第二十二章　使用Python 處理CSV /Pickle / Shelve 文件
22-1　建立一個CSV 文件
22-2　用記事本開啟CSV 檔案
22-3　csv 模組
22-4　讀取CSV 檔案
22-5　寫入CSV 檔案
22-6　專題- 使用CSV 檔案繪製氣象圖表
22-7　台灣股市數據
22-8　Pickle 模組
22-9　Shelve 模組

第二十三章　Numpy 模組
23-1　陣列ndarray
23-2　Numpy 的資料型態
23-3　一維陣列
23-4　二維陣列
23-5　簡單線性代數運算
23-6　Numpy 的廣播功能
23-7　常用的數學函數
23-8　隨機數函數
23-9　統計函數
23-10　檔案的輸入與輸出

第二十四章　SciPy 模組
24-1　線性代數scipy.linalg
24-2　統計scipy.stats
24-3　最佳化scipy.optimize
24-4　插值scipy.interpolate

第二十五章　Pandas 模組
25-1　Series
25-2　DataFrame
25-3　基本Pandas 資料分析與處理
25-4　檔案的輸入與輸出
25-5　Pandas 繪圖
25-6　時間序列(Time Series)
25-7　專題　鳶尾花

第二十六章　網路爬蟲
26-1　上網不再需要瀏覽器了
26-2　下載網頁資訊使用requests 模組
26-3　檢視網頁原始檔
26-4　解析網頁使用BeautifulSoup 模組
26-5　網路爬蟲實戰
26-6　命令提示字元視窗

第二十七章　 人工智慧破冰之旅– KNN 演算法
27-1　電影分類
27-2　選舉造勢與銷售烤香腸

附錄A　安裝Python
附錄B　安裝第三方模組
B-1　pip 工具
B-2　啟動DOS 與安裝模組
B-3　導入模組安裝更新版模組
B-4　列出所安裝的模組
B-5　安裝更新版模組
B-6　刪除模組
B-7　找尋更多模組
B-8　安裝新版pip
附錄C　函數或方法索引表
附錄D　RGB 色彩表
附錄E　ASCII 碼值表

第一章　基本觀念
1.1　認識Python
1-2　Python 的起源
1-3　Python 語言發展史
1-4　Python 的應用範圍
1-5　靜態語言與動態語言
1-6　跨平台的程式語言
1-7　系統的安裝與執行
1-8　2 與Python 3 不相容的驗證
1-9　檔案的建立、儲存、執行與開啟
1-10　程式註解
1-11　Python 彩蛋

第二章　認識變數與基本數學運算
2-1　用Python 做計算
2-2　認識變數
2-3　認識程式的意義
2-4　認識註解的意義
2-5　Python 變數與其它程式語言的差異
2-6　變數的命名原則
2-7　基本數學運算
2-8　指派運算子
2-9　Py...