Python科学计算

本书以Python3.12.1为平台，以实际应用为背景，通过概述与经典应用相结合的形式，深入浅出地介绍了Python编程基础与科学计算。全书共9章，主要内容包括魅力的Python、Python的进阶、Python程序与函数、NumPy数组运算、图形可视化、Python科学计算库、数值计算、统计分析、数据读写与文件管理。通过本书的学习，读者可领略到Python简单、易学、易读、易维护等特点，同时感受到利用Python实现科学计算的普遍性与专业性。
本书可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教材，也可作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考书。

邓奋发 单位：佛山科学技术学院 职务、职称：讲师 性别：男 年龄：58 专业：数学 学历：大学本科 研究领域：应用数学 研究成果：著有《MATLAB R2015b概率与数理统计》、《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真》、《MATLAB通信系统建模与仿真》（第二版）。

第1章魅力的Python
1.1Python编程环境
1.1.1Python安装
1.1.2pip安装第三方库
1.1.3编译器Jupyter
1.1.4IDLE环境
1.1.5数学计算
1.1.6Python编辑器
1.1.7第一个Python程序
1.1.8函数和字符串
1.2Python基础语法
1.2.1保留字
1.2.2注释
1.2.3行与缩进
1.2.4多行语句
1.2.5格式化输出
1.2.6导入数据
1.3变量与赋值语句
1.4运算符
1.4.1算术运算符
1.4.2比较运算符
1.4.3赋值运算符
1.4.4位运算符
1.4.5逻辑运算符
1.4.6成员运算符
1.4.7身份运算符
1.5练习
第2章Python的进阶
2.1常用函数
2.1.1数据类型转换函数
2.1.2常用数学函数
2.1.3随机数函数
2.1.4时间函数
2.2字符串的深入学习
2.2.1字符的相关方法
2.2.2查找、替换方法
2.2.3分割、连接方法
2.3列表
2.3.1创建列表
2.3.2访问列表中的值
2.3.3更新列表
2.3.4删除列表
2.3.5列表分片
2.4元组
2.4.1元组的创建
2.4.2元组的访问
2.4.3更新元组
2.4.4删除元组
2.5字典
2.5.1字典的访问
2.5.2几种常见的内置方法
2.6集合
2.6.1集合的创建
2.6.2访问集合
2.6.3不可变集合
2.7练习
第3章Python程序与函数
3.1顺序结构
3.2选择结构
3.2.1if 语句
3.2.2if嵌套
3.2.3match…case语句
3.3循环结构
3.3.1while循环
3.3.2for循环
3.3.3range()函数
3.3.4break语句
3.3.5continue语句
3.3.6pass语句
3.3.7return语句
3.4函数
3.4.1定义一个函数
3.4.2自定义函数实现
3.5lambda函数
3.5.1使用匿名函数
3.5.2lambda函数常用方法
3.6日期时间
3.7练习
第4章NumPy数组运算
4.1NumPy安装
4.2NumPy基本操作
4.2.1NumPy初识
4.2.2NumPy数据类型
4.2.3NumPy创建数组
4.2.4NumPy切片和索引
4.2.5数组重塑
4.2.6数组迭代
4.2.7数组连接
4.2.8数组拆分
4.2.9数组搜索
4.2.10算术函数
4.2.11NumPy统计函数
4.2.12排序、条件筛选
4.3NumPy线性代数
4.4NumPy IO
4.5练习
第5章图形可视化
5.1Matplotlib可视化
5.1.1安装Matplotlib
5.1.2Matplotlib Pyplot
5.1.3绘制多子图
5.1.4散点图
5.1.5柱形图
5.1.6饼图
5.1.7直方图
5.1.8图像显示与保存
5.1.9读取图像
5.2海龟绘图
5.2.1turtle绘图的基础知识
5.2.2基本绘图
5.2.3使用算法绘制图案
5.2.4使用turtle模块命令空间
5.2.5使用面向对象的海龟绘图
5.2.6绘制任意多边形
5.3练习
第6章Python科学计算库
6.1Pandas
6.1.1Pandas安装
6.1.2Pandas快速入门
6.1.3Pandas序列
6.1.4Pandas数据结构
6.1.5Pandas统计函数
6.1.6Pandas数据清洗
6.2SciPy
6.2.1安装SciPy
6.2.2优化器
6.2.3稀疏矩阵
6.2.4图结构
6.2.5SciPy积分
6.2.6最小二乘
6.2.7空间数据
6.2.8图像处理
6.3练习
第7章数值计算
7.1多项式
7.1.1多项式的定义
7.1.2多项式构造
7.1.3计算多项式
7.1.4多项式求解
7.1.5因式分解
7.1.6多项式展开
7.1.7分式化简
7.1.8求导和求积分
7.2插值
7.2.1一维插值
7.2.2二维插值
7.2.3样条插值
7.2.4径向基函数插值
7.3拟合
7.3.1多项式拟合
7.3.2最小二乘拟合
7.4最小值与逆运算
7.5非线性方程组求解
7.6B-Spline样条曲线插值
7.7解常微分方程组
7.8滤波器设计
7.8.1DFT特性
7.8.2最优滤波器设计方法
7.8.3测量未知系统的频率特性
7.9方程数值求解
7.9.1二分法
7.9.2不动点迭代法
7.9.3牛顿迭代法
7.10练习
第8章统计分析
8.1显著性检验
8.1.1统计假设
8.1.2小样本数据的正态性检验
8.1.3K-S检验
8.1.4方差齐性检验
8.1.5图形描述相关性
8.1.6正态的相关分析
8.1.7非正态相关分析
8.1.8t检验
8.1.9因素方差分析
8.1.10卡方检验
8.2交叉验证
8.3回归分析
8.4逻辑回归
8.4.1逻辑回归原理
8.4.2逻辑回归的应用
8.5傅里叶变换
8.5.1傅里叶变换相关函数
8.5.2基于傅里叶变换的频域滤波
8.5.3离散傅里叶变换
8.5.4短时傅里叶变换
8.6聚类算法
8.6.1k均值聚类算法
8.6.2向量量化
8.6.3层次聚类
8.7练习
第9章数据读写与文件管理
9.1使用pathlib模块操作目录
9.1.1PurePath的基本功能
9.1.2Path的功能和用法
9.2使用os.path操作目录
9.3使用fnmatch处理文件名匹配
9.4打开文件
9.5读取文件
9.5.1按字节或字符读取
9.5.2按行读取
9.5.3读取多个输入流
9.5.4迭代器
9.5.5with语句使用
9.5.6linecache随机读取文件指定行
9.6写文件
9.6.1文件指针的概念
9.6.2输出内容
9.7临时文件和临时目录
9.8练习
参考文献