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面向Python应用的大学教学改革初探

更新时间：2019-12-25 07:47:27 大小：449K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

数据分析与处理是计算机应用面临的一项重要任务。针对国内大学的程序设计教学与数据分析存在脱节这一现象,分析Python自身的特点和Python计算生态的发展现状,结合工程项目中的应用经验,提出面向数据分析的Python程序设计语言教学改革方法并以案例说明。


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第9 期  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
2017 年9 月10 日  
21  
G642  
中图分类号：  
文章编号：1672-5913(2017)09-0021-05  
面向Python 应用的大学教学改革初探  
秦 科，刘贵松  
（电子科技大学 计算机科学与工程学院，四川 成都 611731）  
摘 要：数据分析与处理是计算机应用面临的一项重要任务。针对国内大学的程序设计教学与数据分析  
存在脱节这一现象，分析 Python 自身的特点和 Python 计算生态的发展现状，结合工程项目中的应用经  
验，提出面向数据分析的 Python 程序设计语言教学改革方法并以案例说明。  
关键词：Python；教学改革；实验教学；计算生态  
0 引 言  
1 Python语言的兴起与优势  
随着时代的发展，构建在互联网生态模式  
从20 世纪中期到今天，短短的70 年间，电  
子计算机经历了飞速的发展，出现了许多不同的  
程序设计语言，例如Pascal、Fortran、C、C++、  
Java、PHP、C# 等，这些不同的语言，都体现了  
不同的设计哲学，也反映了不同的时代特点。  
然而，每种程序设计语言都有其局限性。  
Python 的设计者Guido von Rossum 希望有一种  
语言，既具有C 方便地调用计算机功能接口的  
能力，又可以像一些脚本语言一样轻松地编程。  
Python 正是在这种背景下被创造出来。  
之上的云计算、大数据、人工智能等新技术，正  
渗透到每一个行业，引发产业生产、服务模式的  
变革，并且已经取得一系列重要成果。在此背景  
下，大学教学如何跟上时代步伐，是值得每一个  
高校教师深入思考的问题。程序设计作为计算机  
专业大学生的必修课程和必须掌握的基本技能，  
其教学改革在新时代下尤显必要。  
传统的大学教学中，一直都以C/C++ 或  
Java 作为教学语言。诚然，C/C++ 和Java 是当  
今使用人数最多的语言，但在“互联网+”时代，  
面对大数据分析时，特别是面对数据采集、仿真  
建模、结果验证与数据可视化时，他们就不再是  
最佳选择。  
同C/C++ 和Java 等语言相比，Python 有以  
下优势：  
（1）简单易学。Python 是一种代表简单主义  
思想的语言，语法简单，学习起来容易上手。这  
使学生能够专注于解决问题而不是学习语言本身。  
（2）解释性。Python 写的程序不需要编译成  
二进制代码，可以直接从源代码运行程序。这使  
Python 作为一种解释型超高级语言，具备交  
互式、可移植、面向对象的特点。它功能强大，  
适用于多种操作系统，有完善丰富的工具包，正  
在得到越来越多的应用，而且越来越被重视。 得Python 更加简单，更易于移植。  
2017 年4 月，北京理工大学计算机学院和高等  
教育出版社联合承办了“第一届高等学校Python  
语言及计算生态教学研讨会”，提出了计算生态  
的概念[1]，大力推动了Python 教学。在此背景  
下，根据我们在Python 教学和科研中的应用经  
验，对如何进行基于Python 计算生态的教学改  
革进行探讨。  
（3）面向对象。Python 既支持面向过程的编  
程，也支持面向对象的编程。  
（4）可扩展性。为了提升运行效率，可以采  
用C/C++ 来编写关键代码，然后在Python 程序  
中使用它们。  
（5）混合编程。Python 被称为胶水语言，是  
由于可以很容易地将Python 与其他语言进行混  
基金项目：教育部产学合作协同育人项目“‘认知计算前沿与应用’课程建设”（201602024051）。  
第一作者简介：秦科，男，副教授，研究方向为神经网络与机器学习、大数据处理等，q。  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
22  
2017  
合编程。这样方便地利用已有的各种工具包，提  
高开发效率。  
的高开发效率。  
（4）在好莱坞，工业光魔公司(Industrial  
Light) 采用Python 制作商业动画，在“阿贝斯  
(Abyss)”“星球之旅(Star Trek)”“Indiana Jones”  
等超级大片中惊艳登场。  
（6）丰富的库。Python 有强大的标准库，并  
且Python 的生态系统开始拓展到第三方包，例  
如用于Web 框架的web.py ，用于科学计算的  
numpy，以及用于数据可视化的matplotlib 等。  
Python 作为一种跨平台编程语言，已经被  
移植在以Linux、Windows、Mac、Android 为代  
表的许多平台上。由于Python 的开放性，有丰  
富的来自开源社区的成熟库支持，从而可以基于  
Python 完成各种工作，例如数据采集（如网络爬  
虫）、图像处理、机器学习、科学计算等。  
（5）ERP 和CRM 软件的开发也开始基于  
Python 完成；Red Hat 曾用Python 和Tk 一起成  
功开发配置和管理操作系统的可视界面，整个系  
统可以全面控制Linux 操作系统，并根据用户选  
择对配置文件作自动更新。  
正由于Python 是受到业界的欢迎，国外很  
多高校（如麻省理工学院、斯坦福大学、加州大  
学洛杉矶分校等）已经用Python 作为程序设计语  
言的教学对象。在Coursera 等在线教育平台上，  
可以发现有来自密歇根大学、莱斯大学、约翰霍  
普金斯大学等众多高校的Python 课程；国内南  
京大学张莉老师的课程也在其中。然而国内这方  
面的工作做得还远远不够。截至2015 年，我国  
开设Python 语言教学的高校不超过10 所[3]。目  
前在国内大力推动Python 教学改革的主要有北  
京理工大学嵩天老师等人，已编著并出版相应的  
大学教材[4]，受到广泛欢迎。哈尔滨工业大学车  
万翔老师等人分析了C 语言作为入门语言的不足  
和Python 作为入门语言的优势，阐述了计算机  
专业高级语言程序设计课程的改革方案和实施效  
果[5]。南京大学张莉老师发表了《基于MOOC  
的“用Python 玩转数据”翻转课堂实践与研究》，  
研究证明：采用Python 教学可以较好地提高学  
生的主动学习能力、学习兴趣和热情以及问题求  
解能力[6]。  
2 针对Python的应用支持与国内外课程  
建设情况  
正由于Python 具有上述优点，它获得了业  
界的广泛支持。例如在Google 公司，Python 是  
继C++ 和Java 之后，使用率排名第三的编程语  
言，使用Python 的开发团队也是Google 的第三  
大研发部门。  
（1）Tensorflow：TensorFlow 是由Google Brain  
小组开发的用于机器学习和深度神经网络的工具。  
据统计，Tensorflow 是目前使用人数最多的开源  
深度学习框架[2]。TensorFlow 本身是使用C++  
实现的，然后用Python 封装。Tensorflow 可以  
根据用户给出的所有指令创建一个计算图，该图  
被内部优化和编译成可执行的C++ 代码。这样  
Tensorflow 就可以利用Python 带来的开发速度和  
C++ 带来的执行速度。  
（2）Google App Engine：Google App Engine  
（GAE），是谷歌推出的云平台，它完全把CPU、  
内存等硬件基础设施抽象化，这样只需要关注  
代码的编写，不需要关注硬件、操作系统或者  
物理位置。Python 是GAE 最早支持编程的语言  
之一，任何使用Python 编写的程序，都可以配  
3 基于Python的教学科研应用改革案例  
3.1 输入输出  
输入输出（I/O）是每个程序都必须具备的重  
要功能。常见的I/O 可以分为3 类：标准I/O（终  
合Google Python API，很方便地在GAE 上创建、 端打印等）、文件I/O和网络I/O。以终端I/O为例：  
/* Basic I/O in C */  
部署、运行Python 程序。  
#include <stdio.h>  
（3）Caffe（Convolutional Architecture for  
int main()  
Fast Feature Embedding）：Caffe 是由Berkeley AI  
{
Research（BAIR）和 Berkeley Vision and Learning  
char name[20];  
/* char 数组，保存  
Center（BVLC）社区贡献者开发的另一个深度  
学习框架。同Tensorflow 一样，Caffe 也是采用  
C++ 进行编写，然后提供Python 封装，从而既  
可以利用C++ 的高执行效率，也可享受Python  
第一行输入，作为名字输出*/  
scanf("%s", name); /* 读取第一行输入*/  
printf("Hello %s\n", name);  

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