什么是编程
在电视剧和电影中，常常看到程序员在闪光的屏幕上迅速地输入密码般的一串1和0，但现代编程没有这么神秘。编程只是输入指令让计算机来执行。这些指令可能运算一些数字，修改文本，在文件中查找信息，或通过因特网与其他计算机通信。
所有程序都使用基本指令作为构件块。下面是一些常用的指令，用自然语言的形式来表示：
“做这个，然后做那个。”
“如果这个条件为真，执行这个动作，否则，执行那个动作。”
“按照指定次数执行这个动作。”
“一直做这个，直到条件为真。”
也可以组合这些构件块，实现更复杂的决定。例如，这里有一些编程指令，称为源代码，是用Python编程语言编写的一个简单程序。从头开始，Python软件执行每行代码（有些代码只有在特定条件为真时执行，否则Python会执行另外一些代码），直到到达底部。
❶ passwordFile = open('SecretPasswordFile.txt')
❷ secretPassword = passwordFile.read()
❸ print('Enter your password.')
typedPassword = input()
❹ if typedPassword == secretPassword:
❺ print('Access granted')
❻ if typedPassword == '12345':
❼ print('That password is one that an idiot puts on their luggage.')
else:
❽ print('Access denied')你可能对编程一无所知，但读了上面的代码，也许就能够合理地猜测它做的事。首先，打开了文件SecretPasswordFile.txt❶，读取了其中的密码❷。然后，提示用户（通过键盘）输入一个密码❸。比较这两个密码❹，如果它们一样，程序就在屏幕上打印Access granted❺。接下来，程序检查密码是否为12345❻，提示说这可能并不是最好的密码❼。如果密码不一样，程序就在屏幕上打印Access denied❽。
什么是Python
Python指的是Python编程语言（包括语法规则，用于编写被认为是有效的Python代码），以及Python解释器软件，它读取源代码（用python语言编写），并执行其中的指令。Python解释器可以从http://python.org/免费下载，有针对Linux、OS X和Windows的版本。
Python的名字来自于英国超现实主义喜剧团体，而不是来自于蛇。Python程序员被亲切地称为Pythonistas。Monty Python和与蛇相关的引用常常出现在Python的指南和文档中。
程序员不需要知道太多数学
我听到的关于学习编程的最常见的顾虑，就是人们认为这需要很多数学知识。其实，大多数编程需要的数学知识不超过基本算数。实际上，善于编程与善于解决数独问题没有太大差别。
要解决数独问题，数字1到9必须填入9×9的棋盘上每一行、每一列，以及每个3×3的内部方块。通过推导和起始数字的逻辑，你会找到一个答案。例如，在图 1的数独问题中，既然5出现在了左上角，它就不能出现在顶行、最左列，或左上角3×3方块中的其他位置。每次解决一行、一列或一个方块，将为剩下的部分提供更多的数字线索。
仅仅因为数独使用了数字，并不意味着必须精通数学才能求出答案。编程也是这样。就像解决数独问题一样，编程需要将一个问题分解为单个的、详细的步骤。类似地，在调试程序时（即寻找和修复错误），你会耐心地观察程序在做什么，找出缺陷的原因。像所有技能一样，编程越多，你就掌握得越好。
图1 一个新的数独问题（左边）及其答案（右边）。尽管使用了数字，数独并不需要太多数学知识
Python编程语言有许多语法结构、标准库函数和交互式开发环境功能。好在，你可以忽略大多数内容。你只需要学习部分内容，就能编写一些方便的小程序。
但在动手之前，你必须学习一些基本编程概念。就像魔法师培训，你可能认为这些概念既深奥又啰嗦，但有了一些知识和实践，你就能像魔法师一样指挥你的计算机，完成难以置信的事情。
市场上Python入门书很多，如果只让我推荐一本的话，我会选择这本：《Python编程快速上手 让繁琐工作自动化》
从这本书里你能学到什么？
本书的第一部分介绍了基本Python编程概念，第二部分介绍了一些不同的任务，你可以让计算机自动完成它们。第二部分的每一章都有一些项目程序，供你学习。下面简单介绍一下每章的内容。
第一部分：Python编程基础
“第 1 章：Python基础”介绍了表达式、Python指令的最基本类型，以及如何使用Python交互式环境来尝试运行代码。
“第 2 章：控制流”解释了如何让程序决定执行哪些指令，以便代码能够智能地响应不同的情况。
“第3章：函数”介绍了如何定义自己的函数，以便将代码组织成可管理的部分。
“第4章：列表”介绍了列表数据类型，解释了如何组织数据。
“第 5 章：字典和结构化数据”介绍了字典数据类型，展示了更强大的数据组织方法。
“第6章：字符串操作”介绍了处理文本数据（在Python中称为字符串）。
第二部分：自动化任务
“第7章：模式匹配与正则表达式”介绍了Python如何用正则表达式处理字符串，以及查找文本模式。
“第 8 章：读写文件”解释了程序如何读取文本文件的内容，并将信息保存到硬盘的文件中。
“第 9 章：组织文件”展示了Python如何用比手工操作快得多的速度，复制、移动、重命名和删除大量的文件，也解释了压缩和解压缩文件。
“第10章：调试”展示了如何使用Python的缺陷查找和缺陷修复工具。
“第 11 章：从Web抓取信息”展示了如何编程来自动下载网页，解析它们，获取信息。这称为从Web抓取信息。
“第 12 章：处理Excel电子表格”介绍了编程处理Excel电子表格，这样你就不必去阅读它们。如果你必须分析成百上千的文档，这是很有帮助的。
“第13章：处理PDF和Word文档”介绍了编程读取Word和PDF文档。
“第14章：处理CSV文件和JSON数据”解释了如何编程操作CSV和JSON文件。
“第15章：保持时间、计划任务和启动程序”解释了Python程序如何处理时间和日期，如何安排计算机在特定时间执行任务。这一章也展示了Python程序如何启动非Python程序。
“第16章：发送电子邮件和短信”解释了如何编程来发送电子邮件和短信。
“第17章：操作图像”解释了如何编程来操作JPG或PNG这样的图像。
“第18章：用GUI自动化控制键盘和鼠标”解释了如何编程控制鼠标和键盘，自动化鼠标点击和击键。
本书的读者对象
软件是我们今天使用的许多工具的核心：几乎每个人都使用社交网络来进行交流，许多人的手机中都有连接因特网的计算机，大多数办公室工作都涉及操作计算机来完成工作。因此，对编程人才的需求暴涨。无数的图书、交互式网络教程和开发者新兵训练营，承诺将有雄心壮志的初学者变成软件工程师，获得6位数的薪水。
本书不是针对这些人的。它是针对所有其他的人。
就它本身来说，这本书不会让你变成一个职业软件开发者，就像几节吉他课程不会让你变成一名摇滚巨星。但如果你是办公室职员、管理者、学术研究者，或使用计算机来工作或娱乐的任何人，你将学到编程的基本知识，这样就能将下面这样一些简单的任务自动化：
- 移动并重命名几千个文件，将它们分类，放入文件夹；
- 填写在线表单，不需要打字；
- 在网站更新时，从网站下载文件或复制文本；
- 让计算机向客户发出短信通知；
- 更新或格式化Excel电子表格；
- 检查电子邮件并发出预先写好的回复。
对人来说，这些任务简单，但很花时间。它们通常很琐碎、很特殊，没有现成的软件可以完成。有一点编程知识，就可以让计算机为你完成这些任务。
样章试读：第5章 字典和结构化数据
在本章中，我将介绍字典数据类型，它提供了一种灵活的访问和组织数据的方式。然后，结合字典与前一章中关于列表的知识，你将学习如何创建一个数据结构，对井字棋盘建模。
5.1 字典数据类型
像列表一样，“字典”是许多值的集合。但不像列表的下标，字典的索引可以使用许多不同数据类型，不只是整数。字典的索引被称为“键”，键及其关联的值称为“键-值”对。
在代码中，字典输入时带花括号{}。在交互式环境中输入以下代码：
>>> myCat = {'size': 'fat', 'color': 'gray', 'disposition': 'loud'}
这将一个字典赋给myCat变量。这个字典的键是'size'、'color'和'disposition'。这些键相应的值是'fat'、'gray'和'loud'。可以通过它们的键访问这些值：
>>> myCat['size']
'fat'
>>> 'My cat has ' + myCat['color'] + ' fur.'
'My cat has gray fur.'字典仍然可以用整数值作为键，就像列表使用整数值作为下标一样，但它们不必从0开始，可以是任何数字。
>>> spam = {12345: 'Luggage Combination', 42: 'The Answer'}
5.1.1 字典与列表
不像列表，字典中的表项是不排序的。名为spam的列表中，第一个表项是spam[0]。但字典中没有“第一个”表项。虽然确定两个列表是否相同时，表项的顺序很重要，但在字典中，键-值对输入的顺序并不重要。在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = ['cats', 'dogs', 'moose']
>>> bacon = ['dogs', 'moose', 'cats']
>>> spam == bacon
False
>>> eggs = {'name': 'Zophie', 'species': 'cat', 'age': '8'}
>>> ham = {'species': 'cat', 'age': '8', 'name': 'Zophie'}
>>> eggs == ham
True因为字典是不排序的，所以不能像列表那样切片。
尝试访问字典中不存在的键，将导致KeyError出错信息。这很像列表的“越界”IndexError出错信息。在交互式环境中输入以下代码，并注意显示的出错信息，因为没有'color'键：
>>> spam = {'name': 'Zophie', 'age': 7}
>>> spam['color']
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
spam['color']
KeyError: 'color'尽管字典是不排序的，但可以用任意值作为键，这一点让你能够用强大的方式来组织数据。假定你希望程序保存朋友生日的数据，就可以使用一个字典，用名字作为键，用生日作为值。打开一个新的文件编辑窗口，输入以下代码，并保存为birthdays.py：
❶ birthdays = {'Alice': 'Apr 1', 'Bob': 'Dec 12', 'Carol': 'Mar 4'}
while True:
print('Enter a name: (blank to quit)')
name = input()
if name == '':
break
❷ if name in birthdays:
❸ print(birthdays[name] + ' is the birthday of ' + name)
else:
print('I do not have birthday information for ' + name)
print('What is their birthday?')
bday = input()
❹ birthdays[name] = bday
print('Birthday database updated.')你创建了一个初始的字典，将它保存在birthdays中❶。用in关键字，可以看看输入的名字是否作为键存在于字典中❷，就像查看列表一样。如果该名字在字典中，你可以用方括号访问关联的值❸。如果不在，你可以用同样的方括号语法和赋值操作符添加它❹。
运行这个程序，结果看起来如下所示：
Enter a name: (blank to quit)
Alice
Apr 1 is the birthday of Alice
Enter a name: (blank to quit)
Eve
I do not have birthday information for Eve
What is their birthday?
Dec 5
Birthday database updated.
Enter a name: (blank to quit)
Eve
Dec 5 is the birthday of Eve
Enter a name: (blank to quit)当然，在程序终止时，你在这个程序中输入的所有数据都丢失了。在第 8章中，你将学习如何将数据保存在硬盘的文件中。
5.1.2 keys()、values()和items()方法
有3个字典方法，它们将返回类似列表的值，分别对应于字典的键、值和键-值对：keys()、values()和items()。这些方法返回的值不是真正的列表，它们不能被修改，没有append()方法。但这些数据类型（分别是dict_keys、dict_values和dict_items）可以用于for循环。为了看看这些方法的工作原理，请在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = {'color': 'red', 'age': 42}
>>> for v in spam.values():
print(v)
red
42这里，for循环迭代了spam字典中的每个值。for循环也可以迭代每个键，或者键-值对：
>>> for k in spam.keys():
print(k)
color
age
>>> for i in spam.items():
print(i)
('color', 'red')
('age', 42)利用keys()、values()和items()方法，循环分别可以迭代键、值或键-值对。请注意，items()方法返回的dict_items值中，包含的是键和值的元组。
如果希望通过这些方法得到一个真正的列表，就把类似列表的返回值传递给 list函数。在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = {'color': 'red', 'age': 42}
>>> spam.keys()
dict_keys(['color', 'age'])
>>> list(spam.keys())
['color', 'age']list(spam.keys())代码行接受keys()函数返回的dict_keys值，并传递给list()。然后返回一个列表，即['color', 'age']。
也可以利用多重赋值的技巧，在for循环中将键和值赋给不同的变量。在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = {'color': 'red', 'age': 42}
>>> for k, v in spam.items():
print('Key: ' + k + ' Value: ' + str(v))
Key: age Value: 42
Key: color Value: red5.1.3 检查字典中是否存在键或值
回忆一下，前一章提到，in和not in操作符可以检查值是否存在于列表中。也可以利用这些操作符，检查某个键或值是否存在于字典中。在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = {'name': 'Zophie', 'age': 7}
>>> 'name' in spam.keys()
True
>>> 'Zophie' in spam.values()
True
>>> 'color' in spam.keys()
False
>>> 'color' not in spam.keys()
True
>>> 'color' in spam
False请注意，在前面的例子中，'color' in spam本质上是一个简写版本。相当于'color' in spam.keys()。这种情况总是对的：如果想要检查一个值是否为字典中的键，就可以用关键字in（或not in），作用于该字典本身。
5.1.4 get()方法
在访问一个键的值之前，检查该键是否存在于字典中，这很麻烦。好在，字典有一个get()方法，它有两个参数：要取得其值的键，以及如果该键不存在时，返回的备用值。
在交互式环境中输入以下代码：
>>> picnicItems = {'apples': 5, 'cups': 2}
>>> 'I am bringing ' + str(picnicItems.get('cups', 0)) + ' cups.'
'I am bringing 2 cups.'
>>> 'I am bringing ' + str(picnicItems.get('eggs', 0)) + ' eggs.'
'I am bringing 0 eggs.'因为picnicItems字典中没有'egg'键，get()方法返回的默认值是0。不使用get()，代码就会产生一个错误消息，就像下面的例子：
>>> picnicItems = {'apples': 5, 'cups': 2}
>>> 'I am bringing ' + str(picnicItems['eggs']) + ' eggs.'
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#34>", line 1, in
'I am bringing ' + str(picnicItems['eggs']) + ' eggs.'
KeyError: 'eggs'5.1.5 setdefault()方法
你常常需要为字典中某个键设置一个默认值，当该键没有任何值时使用它。代码看起来像这样：
spam = {'name': 'Pooka', 'age': 5}
if 'color' not in spam:
spam['color'] = 'black'setdefault()方法提供了一种方式，在一行中完成这件事。传递给该方法的第一个参数，是要检查的键。第二个参数，是如果该键不存在时要设置的值。如果该键确实存在，方法就会返回键的值。在交互式环境中输入以下代码：
>>> spam = {'name': 'Pooka', 'age': 5}
>>> spam.setdefault('color', 'black')
'black'
>>> spam
{'color': 'black', 'age': 5, 'name': 'Pooka'}
>>> spam.setdefault('color', 'white')
'black'
>>> spam
{'color': 'black', 'age': 5, 'name': 'Pooka'}第一次调用setdefault()时，spam变量中的字典变为{'color': 'black', 'age': 5, 'name': 'Pooka'}。该方法返回值'black'，因为现在该值被赋给键'color'。当spam.setdefault('color', 'white')接下来被调用时，该键的值“没有”被改变成'white'，因为spam变量已经有名为'color'的键。
setdefault()方法是一个很好的快捷方式，可以确保一个键存在。下面有一个小程序，计算一个字符串中每个字符出现的次数。打开一个文件编辑器窗口，输入以下代码，保存为characterCount.py：
message = 'It was a bright cold day in April, and the clocks were striking thirteen.'
count = {}
for character in message:
count.setdefault(character, 0)
count[character] = count[character] + 1
print(count)程序循环迭代message字符串中的每个字符，计算每个字符出现的次数。setdefault()方法调用确保了键存在于count字典中（默认值是0），这样在执行count[character] = count[character] + 1时，就不会抛出KeyError错误。程序运行时，输出如下：
{' ': 13, ',': 1, '.': 1, 'A': 1, 'I': 1, 'a': 4, 'c': 3, 'b': 1, 'e': 5, 'd': 3, 'g': 2, 'i':
6, 'h': 3, 'k': 2, 'l': 3, 'o': 2, 'n': 4, 'p': 1, 's': 3, 'r': 5, 't': 6, 'w': 2, 'y': 1}从输出可以看到，小写字母c出现了3次，空格字符出现了13次，大写字母A出现了1次。无论message变量中包含什么样的字符串，这个程序都能工作，即使该字符串有上百万的字符！
5.2 漂亮打印
如果程序中导入pprint模块，就可以使用pprint()和pformat()函数，它们将“漂亮打印”一个字典的字。如果想要字典中表项的显示比print()的输出结果更干净，这就有用了。修改前面的characterCount.py程序，将它保存为prettyCharacterCount.py。
import pprint
message = 'It was a bright cold day in April, and the clocks were striking
thirteen.'
count = {}
for character in message:
count.setdefault(character, 0)
count[character] = count[character] + 1
pprint.pprint(count)
这一次，当程序运行时，输出看起来更干净，键排过序。
{' ': 13,
',': 1,
'.': 1,
'A': 1,
'I': 1,
'a': 4,
'b': 1,
'c': 3,
'd': 3,
'e': 5,
'g': 2,
'h': 3,
'i': 6,
'k': 2,
'l': 3,
'n': 4,
'o': 2,
'p': 1,
'r': 5,
's': 3,
't': 6,
'w': 2,
'y': 1}如果字典本身包含嵌套的列表或字典，pprint.pprint()函数就特别有用。
如果希望得到漂亮打印的文本作为字符串，而不是显示在屏幕上，那就调用pprint.pformat()。下面两行代码是等价的：
pprint.pprint(someDictionaryValue)
print(pprint.pformat(someDictionaryValue))5.3 使用数据结构对真实世界建模
甚至在因特网之前，人们也有办法与世界另一边的某人下一盘国际象棋。每个棋手在自己家里放好一个棋盘，然后轮流向对方寄出明信片，描述每一着棋。要做到这一点，棋手需要一种方法，无二义地描述棋盘的状态，以及他们的着法。
在“代数记谱法”中，棋盘空间由一个数字和字母坐标确定，如图5-1所示。
图5-1 代数记谱法中棋盘的坐标
棋子用字母表示：K表示王，Q表示后，R表示车，B表示象，N表示马。描述一次移动，用棋子的字母和它的目的地坐标。一对这样的移动表示一个回合（白方先下），例如，棋谱2. Nf3 Nc6表明在棋局的第二回合，白方将马移动到f3，黑方将马移动到c6。
代数记谱法还有更多内容，但要点是你可以用它无二义地描述象棋游戏，不需要站在棋盘前。你的对手甚至可以在世界的另一边！实际上，如果你的记忆力很好，甚至不需要物理的棋具：只需要阅读寄来的棋子移动，更新心里想的棋盘。
计算机有很好的记忆力。现在计算机上的程序，很容易存储几百万个像'2. Nf3 Nc6'这样的字符串。这就是为什么计算机不用物理棋盘就能下象棋。它们用数据建模来表示棋盘，你可以编写代码来使用这个模型。
这里就可以用到列表和字典。可以用它们对真实世界建模，例如棋盘。作为第一个例子，我们将使用比国际象棋简单一点的游戏：井字棋。
