Python編程：從數據分析到數據科學（簡體書）

朝樂門老師的《Python編程：從數據分析到數據科學（原稿）》作為全國高校大數據教育聯盟主辦的“Python編程及數據分析骨幹教師高級研修班”的指定教材，得到與會代表的一致好評。該教材較好地反映了本學科的基本理論、基本知識、基本技能，並注重知識體系的系統性、科學性和先進性，對於大數據類專業中開設Python編程課程具有重要的示範意義和指導作用。―― 全國高校大數據教育聯盟

朝樂門

中國人民大學副教授，博士生導師；中國計算機學會信息系統專委員會委員、中國軟件行業協會中國軟件專業人才培養工程專家委員、全國高校人工智能與大數據創新聯盟專家委員會副主任、全國高校大數據教育聯盟大數據教材專家指導委員會委員；獲得北京市中青年骨幹教師稱號、國家自然科學基金項目優秀項目、國家留學基金管理委員會-IBM中國優秀教師獎教金、全國高校大數據教育傑出貢獻獎、IBM全球卓越教師獎、中國大數據學術創新獎、中國大數據創新百人榜單、數據科學50人、全國高校人工智能與大數據學術創新獎等多種獎勵30余項。主持完成國家自然科學基金、國家社會科學基金等重要科學研究項目10余項；參與完成核高基、973、863、國家自然科學基金重點項目等10余項。
我國第一部系統闡述數據科學理論與實踐的重要專著《數據科學》的作者，另著有圖書《數據科學理論與實踐》。

前 言

“寫好一本書”是一件功德無量的事情。因為，寫書可以用自己的時間來節約他人的時間。在這浮躁而現實的時代，不去寫論文或爭課題，而是低頭寫教材，明知不會計入工作量或業績，但我還是樂此不疲。按自己的常規速度計算，寫本教材大概也就3 個月的時間，但這次實際投入了整整18個月的精力，目的只有一個――用自己的18個月，為他人節約15個月的時間。
“寫好一本書”需要有好的頂層設計。我在近幾年的教學一線中意識到，國內亟需一本面向數據科學和大數據技術專業人才培養的Python 好教材。目前，相關圖書中存在的問題有：第一、“將Python 當作Java/C 來教（或學）”，換一個“新語言”來討論“老問題”，根本品不出Python 特有的味道；第二、“先講知識點，後擺代碼”式教材編寫風格，以“文字”為主，“代碼”為輔，導致主次顛倒；第三、“數據科學類專業與計算機科學類專業中選用的Python 教材沒什麼區別”，不知道誰是誰；第四、“把讀者（或自己）當作編程白癡來寫（或讀）”。目前，多數讀者已有C/Java 等語言的基礎，Python 屬�“第二外語”，不需要低級重複，更不應該用不同語言反復學習同一個知識點，始終徘徊在知識殿堂的門口。突破上述局限並且探索出新的教學模式和教材編寫方式是我編寫這本書的初心。是否達到了預期目標，需要各位仔細閱讀全書之後明鑒。
“寫好一本書”需要有十本書的真材實料。在本書撰寫過程中，我參閱了大量國內外專著、教材、論文、開源項目和原始數據，雖然書中對參考文獻多有標注，但難免挂一漏萬，敬希相關作者鑒諒。書中還吸收了自2015 年以來我和我的團隊撰寫或翻譯的部分短文，同時借鑒了我的課堂上學生曾提問或關注的問題。
“寫好一本書”離不開他人的鼎力相助。電子工業出版社領導及編輯，尤其是章海濤編輯為本書的出版做出了大量工作；感謝教育部―IBM產學合作協同育人項目的資助和支持；感謝中國人民大學劉岩、楊燦軍、李昊璟、王雨晴、曲涵晴、趙群等學生參與了本書的校對工作；家人給予了長期的理解與支持，本人從事基礎研究，淡泊名利，她們卻從不抱怨。
“寫好一本書”是一個長期反復打磨的過程。本書第一版中必有不足之處，望各位讀者不吝賜教。我們將通過華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）和微信公眾號“數據科學DataScience”實時發佈勘誤或更新內容。這是繼《數據科學》《數據科學理論與實踐》之後，我的第三本書。曾有人跟我說，“朝老師，您碩果累累，還那麼拼命，未來一定是數據科學領域最大的牛”。我回答，“No，那不是我的目的。我的奮鬥目的只有一個：爭取做到數據科學領域最努力的人，也就是最捨得投入時間和精力的人。其他的都無所謂。”希望“我的努力”成為“您的努力”!


朝樂門
于中國人民大學
2018 年12 月

目 錄

第一篇 準備工作

1 為什麼要學習Python？學習Python 的什麼.............................................................................. 3

2 學習Python 之前需要準備的工作有哪些.................................................................................. 6

3 如何看懂和運行本書代碼............................................................................................................ 8
3.1 輸入部分..................................................................................................................................8
3.2 輸出部分............................................................................................................................... 10
3.3 錯誤與異常信息.................................................................................................................. 11
3.4 外部數據文件.......................................................................................................................12
3.5 注意事項............................................................................................................................... 14

第二篇 Python基礎

4 數據類型......................................................................................................................................19
4.1 查看數據類型的方法.......................................................................................................... 20
4.2 判斷數據類型的方法...........................................................................................................21
4.3 數據類型的轉換方法...........................................................................................................22
4.4 特殊數據類型.......................................................................................................................23
4.5 序列類型...............................................................................................................................26

5 變量..............................................................................................................................................28
5.1 變量的定義方法...................................................................................................................29
5.2 Python 是動態類型語言.....................................................................................................29
5.3 Python 是強類型語言........................................................................................................ 30
5.4 Python 中的變量名是引用.................................................................................................31
5.5 Python 中區分大小寫.........................................................................................................32
5.6 變量命名規範.......................................................................................................................32
5.7 iPython 的特殊變量............................................................................................................33
5.8 查看Python 關鍵字的方法............................................................................................... 34
5.9 查看已定義的所有變量.......................................................................................................35
5.10 刪除變量.............................................................................................................................37

6 語句書寫規範..............................................................................................................................39
6.1 一行一句............................................................................................................................... 40
6.2 一行多句............................................................................................................................... 40
6.3 一句多行............................................................................................................................... 41
6.4 複合語句.............................................................................................................................. 42
6.5 空語句................................................................................................................................... 43

7 賦值語句..............