前 言

在人工智能、大数据与自动化技术深度渗透各行各业的今天，编程已不再是计算机专业人员的专属技能，而是成为跨越文理学科人员的通用素养。Python作为一门兼具简洁性与强大功能的编程语言，以其灵活高效的特性，渗透到各个行业的核心场景，成为连接技术与需求的重要桥梁。教育部将Python纳入全国计算机等级考试科目，各大高校纷纷开设相关课程，企业对Python技能人才的需求持续攀升，足以见证其在当下技术体系中的核心地位。无论是计算机相关专业的学生、寻求技能提升的职场人士，还是对编程充满好奇的入门者，选择Python作为编程之旅的起点，都能快速收获成就感与实用技能。在新文科、新理科交叉融合的教育背景下，Python以其低门槛、高扩展性的特质，成为培养大学生计算思维、赋能专业学习的理想载体。

《Python程序设计基础与应用》在编写过程中，始终贯彻立德树人、培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人这一精神，注重知识传授与价值引领的结合。本书立足“基础扎实、实战导向、应用为王”的编写理念，旨在为读者打造一套系统全面、循序渐进的Python学习体系。我们深知，编程学习的核心不仅是语法规则的记忆，更是逻辑思维的培养和实践能力的提升。因此，本书在内容编排上遵循认知规律，从基础概念到高级应用层层递进，既保证知识的完整性，又注重学习的连贯性。

《Python程序设计基础与应用》专为各专业学生的通识教育课程量身打造，我们深知核心读者中既有具备编程基础的学生，更有大量零编程经验的非计算机专业学习者。因此，本书减少传统教材中晦涩的底层原理与复杂语法细节的讲解比重，将培养计算思维置于核心位置，引导学生学会像计算机科学家一样分解问题、抽象建模、高效求解，最终能够运用Python解决本专业的实际问题。

本书的编写贯穿三大核心教学理念：一是思维先行，不局限于代码语法的讲解，更注重通过编程案例培养学生的逻辑推理、问题拆解与抽象概括能力，让计算思维成为可迁移的核心素养；二是学以致用，坚持从实践中来，到实践中去，每个基础知识点都配套源自现实生活或跨学科场景的案例——从简单的成绩统计到复杂的数据分析，从网络爬虫获取专业数据到可视化呈现研究结果，让学生直观感受到Python的实用价值；三是降低焦虑感，采用友好通俗的语言风格，将编程错误视为学习过程的自然部分，通过详细的异常解析与分步指导，鼓励学生大胆试错、主动探索。

在内容设计上，《Python程序设计基础与应用》具有鲜明的通识教育特色：结构由浅入深、层层递进，从Python语言简介与环境搭建入手，逐步覆盖语法基础、程序控制结构、组合数据类型、函数定义与使用等核心知识，再延伸至模块与库、文件处理、网络爬虫、数据分析与可视化等应用技能；案例跨学科属性突出，涵盖金融、社科、生物、管理等多个领域，让不同专业的学生都能找到贴合自身需求的实践场景；注重实用性与可操作性，每个章节都配有清晰的示例代码、详细的步骤说明与针对性习题，同时融入AI工具辅助编程的实用技巧，帮助学生高效上手。

本书采用模块化设计，全书共9章，构建了“基础铺垫—核心技能—应用拓展”的完整知识体系：

第1章从Python的诞生背景、版本演进和核心特点入手，详细讲解环境搭建流程，涵盖IDLE、PyCharm等常用开发环境的使用，搭配简单实例帮助读者快速上手。

第2章系统梳理语法基础，包括数据类型、运算符、内置函数等核心知识点，通过对比示例和实操代码，让读者理解语法本质。

第3章聚焦程序控制结构，深入解析顺序、选择、循环结构的逻辑原理，结合异常处理机制，培养读者编写健壮代码的能力。

第4章详解列表、元组、字典、集合等组合数据类型，剖析其特性与适用场景，提升读者数据处理的灵活性。

第5章围绕函数展开，从定义调用、参数传递到变量作用域、高阶函数，全面覆盖函数编程的核心知识点，通过模块化编程示例，让读者体会代码复用的高效。

第6章介绍模块与库的使用，既讲解math、datetime等标准库的实用功能，也详细说明第三方库的安装与应用，拓展读者的工具储备。

第7章专注文件处理，涵盖文件读写、目录操作、CSV处理等实用技能，通过日志分析、数据备份等案例，强化读者的实际操作能力。

第8章系统讲解网络爬虫技术，从requests、BeautifulSoup等库的使用到动态网页抓取，再到数据存储方案，完整呈现爬虫开发的全流程。

第9章深入数据分析与可视化，通过NumPy、Matplotlib等库的实战应用，让读者掌握数据处理、图表绘制的核心技能，实现从数据到洞察的转化。

对于学生而言，学习本书时请保持开放与探索的心态：不必畏惧初期的语法困惑，多动手编写代码、调试错误，将每一次实践都视为思维训练的过程；善用书中的案例与习题，结合自身专业场景进行拓展练习，让Python成为表达创意、解决专业问题的工具。对于教师而言，本书章节设计灵活，可根据授课对象的专业背景调整教学重点——面向文科学生可侧重数据处理与可视化，面向理工科学生可强化算法与应用开发，通过案例的个性化选取实现“通识教育+专业赋能”的双重目标。

《Python程序设计基础与应用》具有三大鲜明特色：一是注重实操性，每个核心知识点都搭配短小精悍的示例代码，关键章节设置综合案例，从需求分析到代码实现逐步拆解，让读者在实践中巩固知识；二是强化实战导向，实战例题源于 Web 开发、数据分析、自动化运维等实际应用场景，覆盖职场与科研常见需求，帮助读者实现知识向技能的转化；三是强调易读性，语言通俗易懂，避免复杂术语堆砌，通过图表辅助、代码注释等方式，降低学习门槛，让不同基础的读者都能轻松跟进。

本书的编写凝聚了多位兼具计算机教学经验与通识教育理念的教师的智慧与心血，具体分工如下：第1章由东北大学孙梦迪博士与李琳合作编写，第2章、第3章由余浩谦编写，第4章由李楠编写，第5章由孙宇编写，第6章由孙梦迪博士与郝政鑫合作编写，第7章由王莹编写，第8章、第9章由刘明编写。全书由孙福权、余浩谦、孙梦迪担任主编，负责整体框架设计、内容统稿和质量把控工作。在编写过程中，编写团队多次召开研讨会，就知识体系构建、示例选取、表述方式等进行了深入讨论，确保本书内容的科学性、系统性和实用性。

本书编写过程中，我们参考了大量行业实践案例和最新技术文档，力求内容准确、与时俱进。本书可作为高等院校计算机及相关专业的教材，以及非计算机专业的通识课程教材，也可作为编程爱好者、职场提升者的自学用书。我们衷心希望这本书能成为读者学习Python之路上的良师益友，帮助大家不仅掌握编程技能，更能在学习过程中逐步培养创新能力及解决实际问题的应用能力；能够帮助广大学生跨越编程门槛，掌握计算思维，让Python成为学业深造与职业发展的有力助手，在跨学科融合的时代浪潮中收获更多可能。

为便于教学，本书提供了PPT教学课件、教学大纲、案例源码、教学日历和习题答案等教学资源，读者可通过扫描下方二维码下载。

由于计算机程序语言发展迅速，加之编者学识有限，本书难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正，以便我们后续不断完善。

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编　者

2025年12月