前 言

数字时代已来临，人工智能时代的大幕也已揭开。人类已处于算力时代，算力是社会的基础生产力。高效地利用算力解决问题已成为衡量社会先进性的重要指标，也是发挥个人和团队工作能力的基础。若要有效地利用算力，就必须具备计算思维能力。计算思维是人类继理论思维、实验思维之后兴起的第三种思维方式。
计算思维(computational thinking)是周以真(Jeannette Marie Wing)教授于 2006年首次提出的概念。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学方方面面的一系列思维活动。计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的思维过程，其解决问题的表现形式应该能有效地被信息处理代理执行。计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人与机器执行。计算方法和模型使得人们敢于去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。
编程语言的运算符表示对数据进行加工处理的方法。通过运算符进行运算能得到确定结果的问题，都可以通过计算机强大算力的计算得到解决。若要利用计算机算力解决问题，就要用计算机能理解的符号或模型把问题描述出来。如何描述问题？需要利用我们人类大脑的复杂思维活动来描述，这种思维活动称为计算思维。计算思维是建立在算力基础上的一种思维方式。在算力基础上解决实际问题是较为普遍的事情，因此，计算思维是人人都需要具备的一种思维能力。
计算思维对其他学科的研究产生了深刻的影响。例如，计算生物学正在改变着生物学家的思考方式；量子计算正在改变着物理学家的思考方式。计算思维也渗透到了普通人的生活之中，掌握计算思维已经成为现代人应具备的基本技能。计算思维是各专业学生都应掌握的思维方式，可以将其应用于专业研究和专业创新中。掌握计算思维，有助于人们更好地从事医学、法律、商业、政治工作，以及其他任何类型的科学和工程，甚至艺术工作。 
Python语言以其显著的优点成为人们广泛接受的编程语言，是各行各业利用计算机解决问题的重要工具，是一种通用的现代计算语言。 Python语言以其强大的计算生态，得到了各个领域的广泛应用，几乎可以说形成了“ Python万能工具，全民编程”的时代。 Python更是数据分析和人工智能领域的首选语言，利用 Python进行科学计算的研究机构日益增多，一些知名大学已经采用 Python来教授程序设计课程。例如，哈佛大学的计算机课程 CS50、卡内基梅隆大学的编程基础、麻省理工学院的计算机科学及编程导论课程等都使用 Python语言。

Python是一个用于解决问题的强大利器。若要快速掌握这个利器，就需要快速了解其所有性能，然后择其为我所用之处，修炼绝技，使其发挥最佳效能。本书以全景的方式展示了 Python语言的知识点，旨在帮助读者快速入门。建议读者采用框架式的学习方法，快速地熟悉 Python的数据类型、运算符、程序控制、输入输出、模块导入 5个方面的知识，在头脑中建立起 Python语言知识框架体系，其他知识点在应用编程中再逐步深入。这样可以达到快速掌握 Python语言工具并将其应用于实际情境的目标。
在 Python中，元类对象创建类对象，类对象创建实例对象，实例对象实现具体的工作。 Python面向对象建模的计算思维与自然思维方式一致，语法也接近自然语言，用 Python语言可以很容易地描述现实世界的对象。通过 Python学习和掌握计算思维是最佳途径。计算思维分为问题分解、模式识别、归纳抽象和算法设计 4个步骤。本书以人机大战猜拳游戏项目开发过程为主线，以用到的解决问题的 Python编程知识点进行章节划分，详细讲解了解决问题的办法。第 3章数据类型中讲解了用 Python数据结构描述人机大战猜拳游戏的案例；第 4章运算符中讲解了用计算思维过程分析人机大战猜拳游戏并设计算法的案例；第 5章流程控制中讲解了绘制人机大战猜拳游戏算法流程图的案例；第 6章组合数据类型中讲解了利用列表、字典等组合数据类型设计人机大战猜拳游戏程序的案例；第 7章函数中讲解了面向过程设计人机大战猜拳游戏程序的案例；第 8章类与对象中讲解了面向对象设计人机大战猜拳游戏程序的案例。通过案例完整地演绎 Python计算思维解决问题的步骤，有利于读者快速习得运用计算思维分析问题并编程实现的能力。
运用 Python语言编程解决问题，终归属于软件工程范畴，因此，应该具备工程化的构建软件项目的能力。本书第 14章首先介绍了软件工程思维及软件开发流程，软件开发流程可以分为需求分析、方案制定、设计描述、制造编程、检验部署 5个阶段；然后按照这 5个阶段讲解爬虫项目开发过程，将软件工程思维融入项目开发中，有利于读者快速掌握软件工程思维和软件项目开发方法。
本书特色体现在以下三方面。 
(1) 入门即知全貌。本书全面介绍了 Python语言的知识点，每个知识点均有练习代码、实训案例，有利于读者快速、全面地掌握 Python语言工具。 

(2) 入门即用对象。在 Python中，一切皆对象，通过 Python著名的 turtle对象绘图库，读者可以直观地学习和使用 Python对象，然后设计对象，从而有助于将 Python面向对象计算思维快速融入自然思维。 

(3) 入门即会工程。每个程序员都是艺术家，编程既是创造性的活动，也是工程性的活动，软件质量必须靠工程化的技术来保障。把软件工程思维、方法融入实际项目开发中，有利于读者快速掌握软件工程思维和软件项目开发方法。


本书编著团队包括重庆理工大学的汪治华、河南科技大学的张虎、焦作大学的崔艳、黑龙江生态工程职业学院的王艳玲和滨州职业学院的杨娜娜。该团队具有政府部门管理、产业发展规划、科技创业企业孵化、企业经营、产品开发实战经验，以及高等院校科研教学实践经验。本书是编著团队基于多年从事计算机社会服务和高等院校 Python语言教学实践的经验总结，是在深入理解 Python语言特点的基础上倾心打造的力作。


在编写本书的过程中，编者参考、引用和改编了国内外出版物中的相关资料及网络资源。同时，还得到了来自社会企业和高等院校专家同仁的关心、指导和大力支持。在此表示诚挚的感谢。
在编写本书的过程中，我们虽竭尽所能地将好的内容呈现给读者，但书中也难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。服务邮箱：476371891@qq.com。
编 者 2023年 12月