北京理工大学公开课：Python语言程序设计(国家级精品课)(嵩天、黄天羽、礼欣)

北京理工大学慕课下载：Python语言程序设计(国家级精品课)

类型：公开课

主讲人：嵩天, 博士, 长聘教授、博士生导师, 北京理工大学网络空间安全学院副院长, 北京市青年教学名师, 北京理工大学教学名师, 美国圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St.Louis)公派访问学者. 2002年8月, 毕业于东北大学计算机系, 获学士学位, 校98尖子班成员, 同年保送至清华大学. 2008年1月, 毕业于清华大学计算机系, 获工学博士学位. 同年, 进入北京理工大学计算机学院工作. 2008至2009年, 作为科技部/教育部/广东省科技特派员, 担任深圳市广道高新技术有限公司副总经理(技术第一责任人). 2021年2月, 调入北京理工大学网络空间安全学院, “网络空间安全”与”计算机科学与技术”双学科博士生导师. ACM/IEEE会员, 中国计算机学会高级会员.

主要从事计算机网络、网络信息安全、智慧学习空间等方向研究. 主持国家自然科学基金重点、面上等项目6项, 参与国家重点研发计划项目3项, 主持各类科研项目30余项, 发表学术论文70余篇. 主持教育部产学合作协同育人项目8项, 各类教育教改项目20余项, 发表教学研究论文20余篇. 我国最早一批在线开放课程的建设者、组织者和实践者, 主持建设2门国家级一流本科课程(线上), 主持建设6门慕课, 2门入选学习强国, 累计在线学习者超过400万人. 在国内发起、建设、推动Python语言程序设计课程改革. 获高等教育国家级教学成果一等奖1项、北京市教育教学成果一等奖2项.
学术兼职：
科研兼职
中国计算机学会(CCF), 高级会员 (2013-).
中国计算机学会”体系结构”专委会(CCF TC-ARCH), 常务委员 (2018-).
中国人工智能学会”人工智能与安全”专委会, 委员 (2019-).
美国计算机学会(ACM), 会员 No.7264065 (2013-), ACM SIGCOMM (2018-), ACM SIGCSE (2018-).
国际电气和电子工程师协会(IEEE), 会员 (2005-).
副主编: 计算机工程与应用 (2018-)
审稿人: ACM/IEEE ToN, IEEE TC, IEEE INFOCOM, IEEE CAL…
OC/TPC: ACM ICN 2014, ACM/IEEE ANCS 2017, ACM ICN 2019…
教学兼职
全国高等学校计算机教育研究会, 青年教师工作委员会, 主任 (2016-).
全国高等学校计算机教育研究会, 常务理事 (2020-).
全国高等院校计算机基础教育研究会, 青年教师工作委员会, 主任 (2017-).
全国高等院校计算机基础教育研究会, 理工专业委员会, 秘书长 (2015-).
全国高校计算机教育MOOC联盟, Python语言工作组, 负责人 (2015-).
中国计算机学会”教育”专委会(CCF TC-EDU), 委员 (2013-).
北京市高等教育学会计算机教育研究会, 副理事长 (2019-).
ACM SIGCSE China, 委员 (2016-).
北京理工大学课程思政教学研究中心, 专家 (2020-2023).
北京理工大学教师发展中心, 专家 (2021-2023).
科学研究：
研究兴趣
计算机科学技术在性能与功能两方面交织发展. 主要开展新一代网络体系结构、网络安全与管理、智慧学习空间等三个方向研究. 三个方向均有国家自然科学基金项目支持.
(1) 新一代网络体系结构
命名数据网(Named Date Networking)体系结构, 非IP协议组网.
信息中心网络(Information Centric Networking)体系结构, 计算/存储/网络一体化.
路由/交换架构与内核协议栈, 高动态组网.
工业互联网, 空天一体化网络, 空天信息网络.
(2) 网络安全与管理
网络入侵检测/防御技术, 检测算法.
网络隐蔽通信技术与系统, 逆踪隐藏方法.
高速网络包转发、匹配和分类算法.
万兆(>10Gbps)高通量网络数据捕获与实时分析.
(3) 智慧学习空间
教育大数据分析与效果评估, 教学分析.
智能化教学工具与平台设计, 教学支撑.
社交化、交互式学习空间设计, 学习支撑.
在线开放课程质量分析, 教育评价.
注: 在研项目均围绕以上研究内容.
科研项目
2008年至今, 主持40余项各类科技项目，近五年新增科研经费700余万元, 重要项目列表如下:
纵向课题 (除特殊说明, 均为项目主持):
[15] 国家自然科学基金（重点支持项目）”未来工业互联网基础理论与关键技术”重大研究计划, “以信息为中心的按需联接工业互联网体系架构与验证” (92067203), 2021.1 – 2023.12.
[14] 国家自然科学基金（面上项目）, “面向在线开放课程的多元粘性学习空间构建技术研究” (62077004), 2021.1 – 2024.12.
[13] 国家重点研发计划项目, “星间太赫兹组网通信关键技术研究” (安建平教授, 2830万), 项目骨干, 2020.1 – 2023.12.
[12] 国家重点研发计划项目, “北京冬奥会综合交通出行’一张票’关键技术” (张军院士, 1910万元), 北理工负责人, 2020.1 – 2022.12.
[11] 国家重点研发计划项目, “网络安全”课题*, 北理工负责人, 2017.1 – 2020.12.
[10] 国家自然科学基金（面上项目）, “信息中心网络中高性能命名包转发方法和体系结构研究” (61672101), 2017.1 – 2020.12.
[09] 国家自然科学基金（联合基金项目）, “移动网络中应用层协议识别对抗原理和隐藏通信方法研究” (U1636119), 2017.1 – 2019.12.
[08] 江苏省科技厅/江苏省未来网络创新研究院, “命名数据网中高速包转发方法研究与验证” (BY2013095-1-09), 2014.1 – 2015.12.
[07] 北京理工大学国际科技合作专项计划项目, 2013.1 – 2014.12.
[06] 国家自然科学基金（面上项目）, “高性能网络应用层协议识别方法和体系结构研究” (61272510), 2013.1 – 2016.12.
[05] 工业信息化部科工局项目, “空天地通信网络”课题*, 2011.3 – 2011.12.
[04] 智能信息技术北京市重点实验室资助项目, 2011.1 – 2013.12.
[03] 网络与交换技术国家重点实验室资助项目, 2010.4 – 2012.12.
[02] 北京理工大学优秀青年教师资助项目, 2009.1 – 2010.12.
[01] 国家自然科学基金（青年项目）, “网络安全应用中高性能特征匹配体系结构研究” (60803002), 2009.1 – 2011.12.
横向课题 (主持):
[18] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题7*, 2020.5 – 2021.12.
[17] 北京卫星信息工程研究所, “数字软件”课题*, 2017.4 – 2018.12.
[16] 中国TY技术研究院, “数据通信传输”课题3*, 2017.7 – 2019.7.
[15] 中国TY技术研究院, “移动应用安全”课题2*, 2017.1 – 2018.12.
[14] 中国TY技术研究院, “移动应用安全”课题1*, 2017.1 – 2018.12.
[13] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题6*, 2017.7 – 2017.12.
[12] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题5*, 2016.7 – 2017.12.
[11] 航天恒星科技有限公司, “骨干网交换机地检设备研制”, 2015.6 – 2016.10.
[10] 中国空间技术研究院CAST创新基金, “通信卫星”课题*, 2014.8 – 2015.8.
[09] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题4*, 2013.7 – 2014.12.
[08] 盘古文化传播有限公司(盘古搜索), “搜索引擎中的链接分析”, 2011.12 – 2013.6.
[07] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题3*, 2011.1 – 2013.12.
[06] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题2*, 2011.1 – 2012.12.
[05] 西门子(中国)研究院, “面向机器指令的中间语言翻译优化技术研究”, 2011.1 – 2011.12.
[04] 中国船舶工业集团研发项目, “船舶导航网络与信息化”课题1*, 2010.1 – 2012.12.
[03] 西门子(中国)研究院, “面向机器指令的中间语言翻译技术研究”, 2010.1 – 2010.12.
[02] 美国德致伦(Digilent)电子有限公司合作项目, “NetFPGA实验平台”, 2010.10 – 2011.12.
[01] 深圳市广道高新技术有限公司, “网络舆情分析和管理系统”, 2008.10 – 2009.12.
教材与教学专著：
[3] 《人工智能程序设计》, (嵩天) 工信部十四五规划教材, 高等教育出版社.
[2] 《Python语言程序设计基础(第2版)》 (嵩天, 礼欣, 黄天羽), 北京市优秀教材建设奖, 高等教育出版社.
[1] 《程序设计基础(Python语言)》 (嵩天, 黄天羽, 礼欣), 兵工优秀教材, 高等教育出版社.

黄天羽，北京理工大学计算机学院教授，北京市高等学校青年教学名师，博导，美国宾夕法尼亚大学公派访问学者，2007 年 4 月获得北京理工大学计算机应用专业博士学位，留校任教北京理工大学。主讲课程为《Python语言程序设计》、《软件工程基础训练》、《动画原理与实现》、《虚拟现实技术与应用》、《数字表演基础与应用》、《人群建模与仿真》，主持建设2门国家级一流课程，获北京市教育教学成果奖2项，指导学生获得全国“互联网+”比赛金奖、“挑战杯”比赛银奖。研究方向包括虚拟现实、计算机仿真、数字表演等。

礼欣，北京理工大学计算机学院副教授，博士生导师、吉林大学学士、硕士、香港浸会大学博士。IEEE会员，中国计算机学会会员。研究方向为：机器学习、（深度）强化学习理论及其应用。

学院介绍： 北京理工大学，简称“北理工”，是隶属于中华人民共和国工业和信息化部、副部级建制的全国重点大学，中管高校，位列国家“双一流”、“211工程”、“985工程”重点建设高校，入选高等学校学科创新引智计划、高等学校创新能力提升计划、卓越工程师教育培养计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、新工科研究与实践项目、中国政府奖学金来华留学生接收院校、高等学校科技成果转化和技术转移基地，是工业和信息化部高校联盟、全国高等军工院校课程思政联盟、中国人工智能教育联席会、卓越联盟高校、延河高校人才培养联盟成员。
北京理工大学前身是1940年成立于延安的自然科学院，历经晋察冀边区工业专门学校、华北大学工学院等办学时期，1949年定址北京并接收中法大学校本部和数理化三个系，1952年定名为北京工业学院，1988年更名为北京理工大学。

课程介绍： Python [paɪθən] 语言，由Guido van Rossum大牛在1990年发明，它是当今世界最受欢迎的计算机编程语言，也是一门对大多数人“学了能用、学了有用、学会能久用”的计算生态语言。
本课程是一门体现大学水平的Python 语言入门课程，采用“理解和运用计算生态”为教学理念，面向Python零基础学习者，不要求学习者有任何编程基础。本课程将帮助大家快速、轻松且系统的学习Python语言，高效编写程序，掌握利用计算机解决问题的基本方法和过程。
本课程主要讲解“Python基础语法”全体系，包括3个教学部分，共9周内容，教学安排如下：
第一部分，共2周：Python快速入门，初识Python语言，讲解基本的程序设计方法、熟悉Python语法元素。
第二部分，共5周：Python基础语法，深入Python语言，讲解Python基础语法全貌、实践计算问题求解。
第三部分，共2周：Python编程思维，运用Python语言，讲解计算生态、程序设计方法学等内容、显著提高编程思维。
本课程共讲解16个经典案例，提供50道以上编程题和100道以上单选题作为课后练习（可选，由学习者可自主完成），帮助大家熟练Python语言编程能力。本课程需要一个9周的学习计划表，完成后将掌握一门可用20年以上的编程语言，学习里程碑如下：
第2周结束：将学会编写010行左右Python程序，有输入、有输出、带文字、有图形；
第7周结束，将熟练编写050行左右Python程序，正式成为程序员(业余)一族；
第9周结束，将能够编写100行以上Python程序，拿个证书同时开始像专业程序员一样思考。
—— 学了Python能有什么用？
—— 买房买车找工作、交友美食游世界，似乎都不行… 但却可以：谈理想、谋职业、去创新。
【画朵玫瑰花送给TA】某一天，送给TA一朵与众不同的玫瑰花，从此以后就可以尽情虐狗了！这源于真实的校园爱情故事，向青春致敬、向爱情致敬，向Python致敬！

授课目标：本课程适合如下教学目标：
程序设计入门课：面向各层次各专业大学在校生、部分优秀高中生，作为程序设计入门课程
体系化编程基础：面向拟构建坚实编程能力的自学者，作为不断奋斗的参考在线课程
Python科目备考：面向全国计算机等级考试二级Python科目的备考考生，作为在线备考资源
再试一次的尝试：面向拟放弃计算机或编程学习的学习者，作为再试一次的课程资源，学不会这门课学再放弃不迟…
参考教程：
[1] 《Python语言程序设计基础(第2版)》，嵩天、礼欣、黄天羽著，高等教育出版社，2017.2（讲授Python 3版本）
[2] 《高教版Python语言程序设计冲刺试卷(含线上题库)（第3版）》，黄天羽、李芬芬著，高等教育出版社，2020.4
这是习题册(可选)，用于全国计算机等级考试二级Python科目备考，提供5套完整模拟试卷和约1153道各类习题，做题上瘾的同学可以考虑。

课程列表：
【第0周】课程导学
了解课程全貌。

0.1 课程基本情况
0.2 全课程内容导学 (必看: 课程内容渐进式体验)
【第1周】Python基本语法元素
通过经典实例（实例1）尝试Python编程，掌握Python基本语法元素，能够编写10行代码。

1.1 程序设计基本方法
1.2 Python开发环境配置
1.3 实例1: 温度转换
1.4 Python程序语法元素分析
【第2周】Python基本图形绘制
通过经典实例（实例2）尝试Python编程，理解Python库的使用方法，能够进行基本图形编程。

2.1 深入理解Python语言
2.2 实例2: Python蟒蛇绘制
2.3 模块1: turtle库的使用
2.4 turtle程序语法元素分析
【第3周】基本数据类型
掌握数字类型（整数、浮点数和复数）和字符串类型的使用方法，掌握time库，能够操作文本并处理时间。

3.1 数字类型及操作
3.2 实例3: 天天向上的力量
3.3 字符串类型及操作
3.4 模块2: time库的使用
3.5 实例4: 文本进度条
【第4周】程序的控制结构
掌握程序的控制逻辑，学会使用异常处理，掌握random库，具备应用随机数的能力。

4.1 程序的分支结构
4.2 实例5: 身体质量指数BMI
4.3 程序的循环结构
4.4 模块3: random库的使用
4.5 实例6: 圆周率的计算
【第5周】函数和代码复用
掌握函数的基本使用方法，理解并掌握递归使用，掌握PyInstaller库，能够编写带有函数的程序，并能够打包可执行文件。

5.1 函数的定义与使用
5.2 实例7: 七段数码管绘制
5.3 代码复用与函数递归
5.4 模块4: PyInstaller库的使用
5.5 实例8: 科赫雪花小包裹
【第6周】组合数据类型
掌握组合数据类型（集合、元组、列表、字典）的使用方法，掌握jieba库，能够处理一组数据，并处理中文文本。

6.1 集合类型及操作
6.2 序列类型及操作
6.3 实例9: 基本统计值计算
6.4 字典类型及操作
6.5 模块5: jieba库的使用
6.6 实例10: 文本词频统计
【第7周】文件和数据格式化
掌握文件的使用方法，理解一二维数据，掌握wordcloud库，能够处理包含一二维数据的文件，能够用程序绘制词云。

7.1 文件的使用
7.2 实例11: 自动轨迹绘制
7.3 一维数据的格式化和处理
7.4 二维数据的格式化和处理
7.5 模块6: wordcloud库的使用
7.6 实例12: 政府工作报告词云
【第8周】程序设计方法学
理解Python程序设计思维，掌握扩展Python编程的基本方法，掌握os库，能够安装Python第三方库。

8.1 实例13: 体育竞技分析
8.2 Python程序设计思维
8.3 Python第三方库安装
8.4 模块7: os库的使用
8.5 实例14: 第三方库安装脚本
【第9周】Python计算生态概览
了解Python计算生态的宽度和广度，了解各领域重要计算生态的名字，体会编程之美。

9.1 从数据处理到人工智能
9.2 实例15: 霍兰德人格分析雷达图
9.3 从Web解析到网络空间
9.4 从人机交互到艺术设计
9.5 实例16: 玫瑰花绘制
【第9+周】全课程总结与学习展望
全课程总结。
0.3 全课程总结与学习展望