前言

從2017 年國務院下發《新一代人工智能發展規劃》開始，青少年編程教育就風靡全國大部分城市，大家都意識到了在當今的信息時代，讓孩子早一步學習編程是一件非常具有前瞻性的事情。

寫作意圖

學習編程可以培養青少年的邏輯思維能力、數學思維能力、動腦和動手完成自己作品的能力，以及與其他人團結合作完成一個項目的能力，對于開發青少年的智力、培養嚴謹的邏輯思維，以及鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力具有莫大的益處。很多有條件的學校、社會培訓機構都推出了相應的編程課程，并受到了廣大教師、家長和學生的好評。很多家長發現，大部分學習過編程的孩子會更加自信，老師發現這部分孩子性格更活潑，做事更主動，會提出很多有趣的問題。當孩子們完成了自己的某個作品后，哪怕在成年人看來是很幼稚的一幅小小的作品，他們都充滿了愉悅感、自豪感和成就感。

在經過近幾年大部分培訓機構大規模地開展Scratch 或類似Scratch 的圖形化工具的編程啟蒙教育后，如何在后續銜接上相應的課程？如何讓喜愛編程的孩子保持興趣繼續學習？如何讓孩子們學到更實用的編程課程？ 這是每個編程教育工作者應該思考的問題，也是廣大家長和學生非常關心的問題。

本書就是在這種情況下做出的一個新的嘗試，把人工智能時代主流的編程語言之一——Python 和中小學數學知識結合起來，讓具有初步的Scratch 編程基礎的同學能進一步學習編程，不再是做出幾個簡單的小游戲或小項目，而是以數學知識為原理，以嚴密的邏輯為思維，以標準的Python 代碼為語言，真正培養學生的算法思維、編程思維，從而提高他們解決問題的能力。筆者認為這才是編程教育的本質。

眾所周知，人工智能的部分產品現在已經開始滲透進了我們的日常生活中。從無人飛機、無人銀行、無人汽車、無人超市，到大數據的挖掘和分析，再到我們網購時關聯商品的自動推薦，這些產品和服務的背后都離不開各種軟件，而任何軟件都是編程思維和算法思維的直接產品。因此，甚至有一種說法“未來世界的編程能力=讀寫能力”。

當然，這個社會不需要人人都去當程序員，也不需要人人都去從事信息行業的工作，但從小讓孩子了解編程，學習編程的思維，掌握信息社會的基本規律是完全有必要的。

主要內容

本書把Python 編程的基本知識和中小學的部分數學知識緊密結合起來，以數學知識為原理，以Python 代碼來實現，帶領讀者從一個全新的角度來看待編程、體驗編程和學習編程。希望這樣的嘗試有助于大家了解青少年編程教育的本質——促進數學等主要科目的學習，培養思維能力和解決實際問題的能力。

全書共分13 章，主要內容如下：

第1章介紹下載和安裝Python 的運行環境，做好基本的準備。

第2章講述Python的基本數據類型和基本編程知識。這是任何編程學習的基礎。

第3章引入了數軸、坐標系和平面幾何圖形，這也是中小學數學的內容，但學這些內容不是為了考試，而是為了實際應用，同時也講述了如何使用蒙特卡羅方法來估算圓周率，并給出了實現的具體方法和代碼。

第4章講述編程中日期和時間的表示和計算，有助于讀者對時間有更深刻的理解。

第5章介紹程序的順序執行、數學課本中很少提到的隨機數的應用，以及初學者在編程時容易犯的三種錯誤，有助于培養讀者嚴密的邏輯思維能力。

第6章介紹條件語句，計算機程序之所以是智能的，就是因為它能根據不同的條件執行不同的命令，條件語句增加了計算機的“靈活性”，仿佛讓計算機有了智力。

第7章介紹循環語句，這是大部分初學者學習編程的第一道坎兒，邁過去了才能算編程學習入了門。

第8章介紹數學數制和計算機中的編碼基礎，這部分在傳統的數學課本中很少提到，但二進制數卻是計算機的基石，沒有二進制數，就不可能制造出現在的計算機。

第9章介紹大數據的最基本表現形式——大數字，并用實例讓讀者體驗大數字的威力，增加切身感受。

第10章介紹的函數是編程學習中繼循環外的第二個“攔路虎”。計算機編程中的函數和數學里的函數有相同點，也有不同點，函數是數學知識的重點和難點。

第11章是集Python 編程和中小學部分趣題的“大全”，當然一本書無法全部包括相關內容，但相信通過編程來解決數學趣題一定會給你全新的啟迪和體驗。學會Python，會提高你的數學解題能力。

第12章講述文件操作，計算機中的文字、圖片、聲音、視頻都可以被看作文件，其中最基本的就是文本文件，如何操作它們？請學習此章。

第13章介紹加密和解密的基礎知識。想當一名少年黑客嗎？想讓你計算機中的內容得到保密嗎？此章就是學習加密知識的起點。

本書配有同步視頻講解，關鍵代碼還有一步步的跟蹤和動畫演示。另外，視頻中還講解了部分國外的Python 學習資料。本書還專門建立了兩個QQ 讀者群（一群：785837911；二群：1062036306），用于解答讀者的疑問，便于大家交流。

說明：本書習題答案可通過網站（www.broadview.com.cn/38976）獲取。

致謝

本書得以順利出版，首先要感謝我的家人在我寫作期間給予的大力支持和理解，沒有他們，我無法靜下心來完成本書的寫作。

其次要感謝電子工業出版社的編輯李利健和她的同事，沒有出版社的大力支持，沒有李編輯的辛苦工作和多次精心的指導，本書是無法得以順利出版的。

因作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請讀者批評、指正。

蹇　彤

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