1.1 Python
1.1.1 Python简介
Python是由Guido van Rossum在1989年开发，然后在1991年初发布的。Python是一种跨平台的解释型语言，它功能强大，简单易学，具有面向对象编程的功能。Python是完全开源的软件，具有开放的特性，能很方便地将其他语言（尤其是C/C++）的类库封装为Python的模块来使用。
由于Python语言的特点，以及其开源和开放的特性，吸引了编程社区为Python开发了很多实用且功能强大的包（package），例如用于矩阵处理和线性代数计算的NumPy，用于科学计算的SciPy，用于数据分析的Pandas，用于数据可视化的Matplotlib等，这使得Python在科学计算、数据分析、数据可视化、神经网络、人工智能、Web编程等各方面得到了广泛的应用，逐渐成为一种主流的编程语言。
1.1.2 Python的下载与安装
Python是一个完全开源的软件，从官网上可以下载最新版本的Python安装文件。Python 3和Python 2是不兼容的，本书就不考虑Python 2了，直接下载最新的发布版本Python 3.7.0。
Python是跨平台的，有Windows、Linux、macOS等各种平台的安装文件。本书的示例程序都是在64位的Windows 7平台上开发的，所以下载64位Windows平台的离线安装文件。Python的安装过程与一般的Windows程序安装过程一样，在一个安装向导里完成安装过程。
安装向导的第一步如图1-1所示。在此窗口里勾选“Add Python 3.7 to PATH”，会自动将安装后的Python的两个文件夹路径添加到Windows系统的环境变量PATH里，这样就可以在Windows的cmd窗口里直接执行Python的一些工具程序，如python.exe、pyuic5.exe等。
图1-1 Python安装向导第一步
在图1-1中点击“Customize installation”进行定制安装，出现的窗口如图1-2所示，在此窗口中勾选所有选项。其中，pip默认是不勾选的，一定要勾选此选项。pip是Python的包管理工具程序，使用pip可以很方便地下载和安装各种第三方的Python包，包括后面用到的PyQt5、PyQtChart等，都需要通过pip安装。
图1-2 Python安装向导第二步
继续按照向导提示完成安装。这里设置Python安装到“D:\Python37”目录下，这个目录下有Python的主程序文件python.exe和pythonw.exe。
文件夹“D:\Python37\Scripts”下存放的是Python的一些工具软件，如pip.exe和pip3.exe。在安装其他一些第三方模块或工具软件后，可执行文件都安装到此目录下，例如安装PyQt5之后，会在此目录下增加3个可执行文件。
路径“D:\Python37”和“D:\Python37\Scripts”会被安装程序自动添加到Windows系统的PATH环境变量里，这两个目录下的文件就可以在Windows的cmd窗口里直接执行。如果在安装的第一步（图1-1）中没有勾选“Add Python 3.7 to PATH”，那么这两个路径不会自动添加到PATH环境变量里，需要在安装后手动添加。
1.1.3 IDLE的基本使用
Python安装后有一个交互式操作环境IDLE，其运行时界面如图1-3所示。在此交互式操作环境里，可以执行Python的各种语句。
图1-3 Python自带的IDLE交互式操作环境
在图1-3窗口的“File”菜单下，点击“New File”，可以打开一个文件编辑器，在这个编辑器里可以编写Python程序，然后保存为后缀为“.py”的文件。例如，在图1-4的窗口中简单地输入了两行语句，然后保存为文件hello.py。
图1-4 Python程序文件编辑器
点击图1-4文件编辑器的菜单项“Run”→“Run Module”，或直接按快捷键F5执行此程序，在交互式窗口里就会输出运行结果。
IDLE的功能比较简单，不像其他一些Python IDE（如Eric、PyCharm）功能那么强大，但是基本的程序编辑和调试功能是具备的。IDLE对于初学者来说简单易用，编写和调试规模不大的程序是够用的，因此本书就使用IDLE作为Python开发环境。
IDLE的文件编辑器有以下一些常用的快捷键非常有用。
· Ctrl+]，选中的代码行右缩进一个Tab。
· Ctrl+[，选中的代码行左移一个Tab。
· Ctrl+S，保存文件。
· Alt+3，在选中代码行的最左端添加注释符号“##”。
· Alt+4，删除选中代码行最左端的注释符号“##”。
· F5，运行编辑器内的程序文件。
因为Python源程序是采用缩进确定代码段的，排版时为减少缩进空格数和缩进层级，本书设置TAB为3个空格（点击IDLE的“Options”→“Configure IDLE”菜单项进行设置），并且在程序中也基本不使用try...except和try...finally等语句块。
IDLE也具有程序调试功能。在文件编辑器中打开需要调试的源程序文件，通过鼠标右键快捷菜单在当前行设置或取消断点。在IDLE交互环境中，点击“Debug”→“Debugger”菜单项，出现如图1-5所示的调试控制窗口。按F5开始运行程序后，就进入调试状态。在调试状态下，使用图1-5窗口上的“Go”“Step”“Over”等按钮进行程序调试。程序调试的方法与一般IDE的程序调试方法类似，这里就不详细介绍了。
图1-5 程序调试控制窗口
本书不对Python语言基础做介绍，假定读者已熟悉Python语言编程的基本方法，掌握了Python中类的使用方法。如果读者对Python的基本编程不熟悉，需要找一本专门介绍Python编程基础的书学习后再来学习本书的内容。
除了Python自带的IDLE，还有许多其他用于Python编程的IDE，如PyCharm、Eric等。本书的示例程序都用IDLE编程和调试，如果读者习惯于使用其他的IDE，也可以使用自己习惯的编程环境。因为Python是解释型语言，无须编译，所以无论使用哪个IDE都可以实现Python程序的编写和运行。
1.1.4 安装Python包
Python的一大特点就是有大量的包（package）可供使用，而且都是开源的。PyPI（Python Package Index）网站就是Python程序资源的集散地，在这个网站上可以查找、下载、发布Python包。
在Windows的cmd窗口里使用pip3指令可以直接从PyPI网站下载包并安装。例如，SIP是一个用于将C++库转换为Python扩展模块的工具软件，这种扩展模块称为C++库的Python绑定（binding）。要安装SIP只需在Windows的cmd窗口里执行如下的指令：
pip3 install sip
这条指令中的pip3就是“D:\Python37\Scripts”目录下的程序pip3.exe; install是指令参数，表示安装，相应地，卸载用uninstall; sip是需要安装的包的名称。
执行这条指令时，pip3会自动链接到PyPI网站上，查找最新版本的SIP，如果找到就自动下载并安装。成功安装后，在“D:\Python37\Lib\site-packages”目录下会出现SIP相关的子目录和文件，该目录下存放的都是安装的Python包。
如果要卸载已安装的SIP，执行下面的指令即可。
pip3 uninstall sip
如果直接链接国外的PyPI服务器速度比较慢，可以在pip3指令中指定使用镜像服务器。例如，使用清华的镜像服务器安装SIP的指令是：
pip3 install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple sip