《Python程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程》課程教案課題：字符串應(yīng)用教學(xué)目的：解決非數(shù)值的問(wèn)題時(shí)主要的操作對(duì)象是字符串。本實(shí)驗(yàn)選取幾個(gè)字符串應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)的編程實(shí)例。通過(guò)學(xué)習(xí)，使讀者掌握字符串的使用方法，尤其是設(shè)計(jì)字符串程序，進(jìn)而增強(qiáng)程序設(shè)計(jì)能力。課型：新授課課時(shí)：本章安排2個(gè)課時(shí)。教學(xué)重點(diǎn)：重點(diǎn)：掌握字符串的使用方法，尤其是設(shè)計(jì)字符串程序，進(jìn)而增強(qiáng)程序設(shè)計(jì)能力。教學(xué)難點(diǎn)：難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)在于幫助學(xué)生清晰理解變位詞判斷、詞頻統(tǒng)計(jì)以及加密解密過(guò)程中的復(fù)雜邏輯，精準(zhǔn)把握字符串操作細(xì)節(jié)，在處理海量數(shù)據(jù)時(shí)優(yōu)化算法以提升效率并保障準(zhǔn)確性。教學(xué)過(guò)程：教學(xué)形式：講授課，教學(xué)組織采用課堂整體講授和分組演示。教學(xué)媒體：采用啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法。教學(xué)手段采用多媒體課件、視頻等媒體技術(shù)。板書(shū)設(shè)計(jì)：本課標(biāo)題字符串應(yīng)用課次0.5授課方式理論課□討論課□習(xí)題課□其他□課時(shí)安排2學(xué)分共2分授課對(duì)象普通高等院校學(xué)生任課教師教材及參考資料1.《Python程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程》。2.本教材配套視頻教程及學(xué)習(xí)檢查等資源。3.與本課程相關(guān)的其他資源。教學(xué)基本內(nèi)容教學(xué)方法及教學(xué)手段課程引入在日常生活與網(wǎng)絡(luò)世界里，字符串應(yīng)用無(wú)處不在。你們有沒(méi)有玩過(guò)一種文字游戲，將一個(gè)單詞的字母重新排列，組成新的單詞，這其實(shí)就是“變位詞”的趣味體現(xiàn)。就像“l(fā)isten”重新排列能變成“silent”，是不是很有意思？再看新聞報(bào)道，想快速知曉一篇文章里哪些詞匯出現(xiàn)頻率最高，從而把握核心內(nèi)容，這就得靠詞頻統(tǒng)計(jì)來(lái)幫忙。而在信息安全領(lǐng)域，當(dāng)我們發(fā)送機(jī)密郵件，為防止內(nèi)容泄露，會(huì)對(duì)文字進(jìn)行加密，接收方再解密讀取，這背后依靠的正是字符串加密解密技術(shù)。接下來(lái)，讓我們一同深入字符串應(yīng)用的奇妙世界，探索變位詞、詞頻統(tǒng)計(jì)與加密解密的奧秘，感受它們?cè)趯?shí)際場(chǎng)景中的強(qiáng)大力量。參考以下形式：1.銜接導(dǎo)入2.懸念導(dǎo)入3.情景導(dǎo)入4.激疑導(dǎo)入5.演示導(dǎo)入6.實(shí)例導(dǎo)入7.其他形式實(shí)驗(yàn)22字符串應(yīng)用實(shí)例22-1變位詞1.題目描述如果一個(gè)字符串是另一個(gè)字符串的重新排列組合，那么這兩個(gè)字符串互為變位詞，例如said與?dais互為變位詞。在第一行中輸入第一個(gè)字符串，在第二行中輸入第二個(gè)字符串。輸出“True”表示是變位詞，輸出“False”表示不是變位詞。2.題目分析根據(jù)變位詞的定義，解決本題的關(guān)鍵是計(jì)算第一個(gè)字符串中各個(gè)字母出現(xiàn)的次數(shù)，然后計(jì)算第二個(gè)字符串中對(duì)應(yīng)字母出現(xiàn)的次數(shù)，看相同字母的數(shù)量是否一致，若一致則符合條件的次數(shù)加1，若符合條件的次數(shù)等于字符串長(zhǎng)度，則這兩個(gè)字符串互為變位詞。3.程序代碼#sl22-1.pya=input()b=input()count=0 #符合條件的次數(shù)的初始值為?0foriinrange(len(a)): #從字符串的第一個(gè)字母開(kāi)始循環(huán)，到字符串末尾結(jié)束ifa.count(a[i])==b.count(a[i]): #判斷相同字母的數(shù)量是否一致count+=1 #若一致，則符合條件的次數(shù)加1ifcount==len(a): #判斷符合條件的次數(shù)是否與字符串長(zhǎng)度相等print("True")else:print("False")4.運(yùn)行結(jié)果輸入樣例如下。saiddais輸出樣例如下。True5.思考與討論除了一個(gè)字母一個(gè)字母地比較，也可采用列表的方法，將字符串轉(zhuǎn)變?yōu)榱斜?，然后按?26?個(gè)字母的順序進(jìn)行排序，再進(jìn)行比較，代碼如下。defchange(s1,s2):alist1=list(s1) #將兩個(gè)字符串轉(zhuǎn)換成兩個(gè)列表alist2=list(s2)count=0alist1.sort() #對(duì)兩個(gè)列表中的字母進(jìn)行排序alist2.sort()match=Truewhilecount<len(s1)andmatch: #對(duì)排序后的列表進(jìn)行逐個(gè)字符比較ifalist1[count]==alist2[count]:count+=1else:match=Falsereturnmatchprint(change(input(),input()))6.問(wèn)題拓展請(qǐng)看這則算術(shù)：ELEVEN+TWO=TWELVE+ONE（11+2=12+1），有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特殊的地方？仔細(xì)看看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)?ELEVEN+TWO?和?TWELVE+ONE?都是由三個(gè)?E?以及一個(gè)?L、V、N、T、W、O?組成的，很神奇吧！這種把某個(gè)詞或句子的字母位置（順序）加以改變所形成的新詞叫作“Anagram”，詞典把這個(gè)詞翻譯成“變位詞”或“易位詞”。變位詞可以擴(kuò)展到變位短語(yǔ)（PhraseAnagram）、變位句子，如?garbageman?與?bagmanager?互為變位短語(yǔ)，而?theeyes?與?theysee、ashoplifter?與?hastopilfer、redtagsale?與?greatdeals?也互為變位短語(yǔ)，其中包含大小寫(xiě)、空格、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等符號(hào)。請(qǐng)問(wèn)如何修改程序才能判斷是否兩個(gè)短語(yǔ)互為變位短語(yǔ)？實(shí)例22-2詞頻統(tǒng)計(jì)1.題目描述輸入一個(gè)英文句子，輸出句中的每個(gè)單詞的個(gè)數(shù)，單詞之間用空格分隔。2.題目分析統(tǒng)計(jì)每個(gè)單詞出現(xiàn)的次數(shù)就是詞頻統(tǒng)計(jì)，字典是比較合適的數(shù)據(jù)類型，單詞可以作為字典的鍵，單詞出現(xiàn)的次數(shù)可以作為字典的值。3.算法設(shè)計(jì)①字典?words?中的鍵是單詞，值是單詞出現(xiàn)的次數(shù)，如果鍵不存在，則添加到字典中；如果鍵存在，則僅更新值，所以字典中的鍵不會(huì)重復(fù)。②次數(shù)統(tǒng)計(jì)可以用下面的語(yǔ)句。count=sentenses.count(i)words[i]=count可等效為以下語(yǔ)句。ifiinwords:words[i]+=1else:words[i]=1或等效為以下語(yǔ)句。ifiinwords:words[i]=words.get(i,0)+14.程序代碼#sl21-2.pysentense=input("請(qǐng)輸入一句英文：")sentenses=sentense.split() #按照空格分離字符串，生成列表words={} #定義一個(gè)字典foriinsentenses: #遍歷列表ifi==','ori=='.'ori=='?'ori=='!':continue #當(dāng)循環(huán)到符號(hào)時(shí)，跳出此次循環(huán)count=sentenses.count(i) #統(tǒng)計(jì)次數(shù)words[i]=countforainwords:print(f'{a}:{words[a]}') #遍歷輸出字典5.運(yùn)行結(jié)果輸入樣例如下。請(qǐng)輸入一句英文：Chinesepeoplemaynotbethatfamiliarwithsportstourismbutitisoneofthefastestgrowingsectorsoftourism，becauseanincreasingnumberofpeopleareshowinginterestinsportsactivitiesduringtoursevenifsportsisnotthemainobjectiveoftheirtravel.輸出樣例如下。Chinese：1people：2may：1not：2be：1……（略）6.思考與討論①輸出單詞時(shí)，按字母順序?qū)卧~進(jìn)行排序，代碼如下。freq={} print("請(qǐng)輸入一句英文：")line=input()forwordinline.split():freq[word]=freq.get(word,0)+1words=sorted(freq.keys()) #按照鍵進(jìn)行排序forwinwords:print("%s:%d"%(w,freq[w]))②題目修改為：統(tǒng)計(jì)一段英文文本中所有不同單詞的個(gè)數(shù)，以及詞頻最大的前?10?個(gè)單詞。單詞是由不超過(guò)?80?個(gè)字符組成的連續(xù)字符串，但長(zhǎng)度超過(guò)?15?的單詞只保留前?15?個(gè)字符。合法的字符是字母、數(shù)字、下畫(huà)線，其他字符均認(rèn)為是單詞分隔符。要求文本中至少有?10?個(gè)不同的單詞，不區(qū)分英文大小寫(xiě)，例如認(rèn)為“PAT”和“pat”是同一個(gè)單詞。對(duì)詞典進(jìn)行降序排序，隨后按照詞頻遞減的順序輸出前?10?個(gè)單詞。程序代碼如下。txt=input() #輸入一段英文文本，單詞之間用空格分隔txt=txt.lower() #全部轉(zhuǎn)化為小寫(xiě)字母forchin'!"#$%&()*+,-./:;<=>?@[\\]^_‘{|}~':txt=txt.replace(ch,"") #將文本中的特殊字符替換為空格words=txt.split() #得到一個(gè)單詞列表counts={} #詞頻字典forwordinwords:counts[word]=counts.get(word,0)+1items=list(counts.items()) #將字典的鍵值對(duì)轉(zhuǎn)換為列表items.sort(key=lambdax:x[1],reverse=True) #排序foriinrange(10): #輸出前?10?個(gè)高頻詞word,count=items[i]print(f"{word:<10}{count:>5}")7.問(wèn)題拓展對(duì)于英文句子來(lái)說(shuō)，單詞之間有空格，所以可以直接使用?split()函數(shù)將一個(gè)英文句子進(jìn)行分詞。對(duì)于中文句子來(lái)說(shuō)，詞語(yǔ)之間沒(méi)有空格，需要先將句子切分成多個(gè)詞。中文的分詞可以借助第三方庫(kù)來(lái)完成，如?jieba?庫(kù)。實(shí)例22-3加密和解密1.題目描述在密碼學(xué)中，愷撒密碼（CaesarCipher）是一種最簡(jiǎn)單且最廣為人知的加密技術(shù)。它是一種替換加密的技術(shù)，明文中的所有字母都在字母表中向后（或向前）偏移一個(gè)固定數(shù)目后被替換成密文。例如，當(dāng)偏移量是?3?時(shí)，所有字母?A?被替換成?D，B?被替換成?E，以此類推。這個(gè)加密方法是以羅馬共和時(shí)期愷撒的名字命名的，當(dāng)年愷撒曾用此方法與其將軍們進(jìn)行聯(lián)系。編寫(xiě)程序，輸出一串字符，將其中的英文字母加密、解密，非英文字母不變。2.題目分析“愷撒密碼”是一種替代密碼，它采用替換的方法將信息中的每個(gè)英文字符循環(huán)替換為字母表序列中該字符后面的第三個(gè)字符。把字符串中的每個(gè)英文字母加一個(gè)數(shù)字?k，變?yōu)槠浜竺娴牡?k?個(gè)字母，其中?k?表示算法密鑰，加密過(guò)程如圖?22-1?所示。圖?22-1加密過(guò)程3.算法設(shè)計(jì)（1）加密的算法設(shè)計(jì)將每個(gè)字母用它后面的第?k?個(gè)字母代替。例如，k?為?3?時(shí)，A→D、a→d、B→E、b→e……當(dāng)加?k?后的字母超過(guò)?Z?或?z?時(shí)，c=c+k-26。例如，“Youaregood”經(jīng)上述方法加密后的字符為“Brxduhjrrg”。（2）解密算法設(shè)計(jì)解密是加密的逆過(guò)程，將每個(gè)字母減去常數(shù)?k，即?c=c-k。例如，常數(shù)?k?為?3，這時(shí)?Z→W、z→w、Y→V、y→v……當(dāng)減去?k?后的字母小于?A?或?a時(shí)，c=c-k+26。4.程序代碼#定義加密函數(shù)，對(duì)字母進(jìn)行加密，即向后移動(dòng)?key?位，其他字符不加密defcipher(befmessage,key):aftmessage=''forcharinbefmessage:ifchar.isupper(): #對(duì)大寫(xiě)字母進(jìn)行加密code=ord('A')+(ord(char)-ord('A')+key)%26aftmessage=aftmessage+chr(code)elifchar.islower(): #對(duì)小寫(xiě)字母進(jìn)行加密code=ord('a')+(ord(char)-ord('a')+key)%26aftmessage=aftmessage+chr(code)else:aftmessage=aftmessage+char #字母以外的其他字符不進(jìn)行加密returnaftmessagemessage=input('請(qǐng)輸入明文：')key=int(input('請(qǐng)輸入密鑰(整數(shù))：')) #輸入數(shù)字密鑰secret=cipher(message,key)print('加密后的密文是：',secret)5.運(yùn)行結(jié)果輸入樣例如下。請(qǐng)輸入明文：Password123請(qǐng)輸入密鑰(整數(shù))：3輸出樣例如下。加密后的密文是：Sdvvzrug1236.思考與討論參照上面的加密程序，完成解密程序。7.問(wèn)題拓展字符串加密和解密有多種算法，下面介紹基于按位邏輯異或的簡(jiǎn)單加密算法和解密算法，算法原理如下。>>>ord('A')^ord('P')17>>>chr(17^ord('P'))'A'故基于按位邏輯異或的簡(jiǎn)單字符串加密算法和解密算法可以共用一個(gè)函數(shù)，其設(shè)計(jì)思路如下。①給定字符串?text（例如?Artificialintelligencewillnotreplacehumans.）和?key（例如?Python123），使用?itertools.cycle(key)構(gòu)造一個(gè)循環(huán)字符串迭代器?keys。②循環(huán)處理?text?的每個(gè)字符，使用?keys?進(jìn)行按位邏輯異或運(yùn)算，結(jié)果就是加密后的密文（如果解密，結(jié)果就是解密后的明文）程序代碼如下。fromitertoolsimportcycledefcrypt(text,key):result=[]keys=cycle(key)forchintext:result.append(chr(ord(ch)^ord(next(keys))))return''.join(result)#測(cè)試代碼if__name__=='__main__':message='Artificialintelligencewillnotreplacehumans,onthecontrary.'key='Python123'print('加密前明文：{}'.format(message))encrypted=crypt(message,key)print('加密后密文：{}'.format(encrypted))decrypted=crypt(encrypted,key)print('解密后明文：{}'.fo