Е.В. Ильин | Python для инженерных задач (2026) [PDF]

«Красивое лучше, чем уродливое. Явное лучше, чем неявное. Простое лучше, чем сложное»
Из кодекса «Дзен Python»

Содержание

Предисловие

Для кого эта книга?
Структура книги
Благодарности
Введение
Общие сведения о Python
Области применения Python
Зачем Python инженеру?
Типы языков программирования
Компилируемые языки программирования
Интерпретируемые языки программирования
Языки программирования, компилируемые в байт-код
Исходные коды к книге

ЧАСТЬ I. БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ВСТРОЕННЫЕ ТИПЫ

ГЛАВА 1
Первое знакомство с Python
У станов ка интерпретатора Python под Windows
Hello, world! Работаем в интерактивном режиме
Создание переменных
Заключение

ГЛАВА 2
Простейшие типы и математика в Python
Коротко о терминологии
Целые числа
Числа с плавающей точкой
Комплексные числа
Логический (булев) тип переменных
Объект None Математические операторы
Приоритет операторов
Инструкции присваивания
Математические функции и модуль math
Модуль cmath
Заключение

ГЛАВА 3
Пишем скрипты на Python
Создание скриптов
Выполнение скриптов
Комментарии и указание кодировки файла скрипта
Инструкция ветвления if. .. elif. .. else
Переносы строк
Выражение if ... else
Цикл while
Оператор :=
Инструкция assert
Python Enhancement Proposals (РЕР)
Заключение

ГЛАВА 4
Списки, кортежи и массивы
Способы хранения данных
Массивы
Списки
Кортежи
Создание списков
Создание кортежей
Создание массивов
Преобразование списков, кортежей и массивов друг в друга
Доступ к элементам по индексу
Срезы
Выполнение присваивания для сложных объектов. Операторы is и is not
Операторы in и not in
Распаковка элементов коллекций
Основные методы классов list, tuple и array
Заключение

ГЛАВА 5
Перебор элементов коллекций
Инструкция for ... in
Создание списков с помощью инструкции fоr ... in
Создание последовательности целых чисел. Класс range
Перебор элементов с нумерацией. Класс enumerate
Параллельный перебор элементов из нескольких коллекций. Класс zip
Заключение

ГЛАВА 6
Словари
Что такое «словари» и зачем они нужны?
Создание словарей
Основные операции со словарями
Ограничения на типы ключей
Обход элементов словаря с помощью цикла/оr
Заключение

ГЛАВА 7
Множества
Что такое множества и зачем они нужны?
Создание множеств
Создание неизменяемых множеств
Основные операции над множествами
Методы и операторы классов set иfrozenset
Заключение

ГЛАВА 8
Строки
Создание строк
Многострочные литералы
Вставка символов Unicode
«Сырые» строки
Создание строкового представления чисел и других объектов
Базовые операции над строками
Некоторые методы класса str
Заключение

ГЛАВА 9
Форматирование строк
Использование оператора %
Использование метода format()
f-строки
Заключение

ЧАСТЬ II. ОСНОВНЫЕ подходы

ГЛАВА l0
Функции
Создание функций
«Утиная» типизация
Именованные параметры функций
Параметры со значениями по умолчанию
Функции с переменным числом позиционных параметров
Функции с переменным числом именованных параметров
Разделители параметров / и *
Функции и глобальные переменные
Заключение

ГЛАВА 11
Функции как объекты
Функция - это тоже объект
Анонимные функции
Строки документации
Декораторы
Заключение

ГЛАВА 12
Модули и пакеты модулей
Создание и импорт модулей
Выполнение кода модулей при импорте. Переменные _пате_ и _file_
Пакеты модулей
Заключение

ГЛАВА 13
Объектно-ориентированное проrраммирование. Создание классов
Что такое объектно-ориентированное программирование?
Создание классов
Видимость полей и методов классов
Свойства
Поля класса
Методы класса
Статические методы
Заключение
ГЛАВА 14
Объектно-ориентированное программирование.
Наследование и полиморфизм
Что такое наследование классов?
Наследование классов
Абстрактные базовые классы
Что такое полиморфизм?
Множественное наследование
Функции для определения родительских отношений классов. Класс object
Заключение

ГЛАВА 15
«Магические» методы классов и перегрузка операторов
«Магические» методы классов
Примеры перегрузки операторов
Заключение

ГЛАВА 16
Сторонние библиотеки и инструменты для работы с ними
Ус танов ка пакетов с помощью pip
Файл зависимостей requirements.txt
Обновление и удаление пакетов
Заключение

ГЛАВА 17
Виртуальные окружения
Программа venv
Работа с виртуальными окружениями
Программа Poetry
Создание проекта с помощью Poetry. Файл pyproject. toml
Создание виртуального окружения для проекта с помощью Poetry
Менеджер пакетов и проектов uv
Создание проекта с помощью uv
Создание виртуального окружения для проекта с помощью uv
Заключение

ГЛАВА 18
Аннотации типов
Проблемы динамической типизации
Что такое «аннотации типов» и зачем они нужны?
Знакомство с Муру
Указание простейших типов и коллекций
Обобщенные типы
Заключение

ГЛАВА 19
Обработка исключений
Обработка ошибок без использования исключений
Что такое исключения, как и зачем их ловить?
Перехват исключений
Пользовательские исключения. Наследование исключений
Конструкция try ... except ... else ... finally
Заключение

ГЛАВА 20
Запись и чтение файлов
Открытие файла и запись текстовых данных
Закрытие файлов. Инструкция with
Чтение текстовых данных
Двоичные строки
Запись и чтение двоичных данных
Коротко о сериализации и десериализации
Заключение

ГЛАВА 21
Работа с файловой системой
Проблема формирования путей до файлов
Формирование путей до файлов. Модуль os.path
Формирование путей до файлов. Модуль pathlib
Создание, копирование, перемещение и удаление файлов и каталогов
Создание пустых файлов
Создание каталогов
Копирование файлов
Копирование каталогов
Удаление файлов и каталогов
Переименование и перемещение файлов и каталогов
Заключение

ГЛАВА 22
Передача параметров через командную строку
Зачем это надо?
Разбор параметров командной строки без использования библиотек
Разбор командной строки с помощью модуля argparse
Заключение

ГЛАВА 23
Регулярные выражения
Что такое «регулярные выражения» и когда их используют?
Символы подстановки
Параметры регулярных выражений
Инструкции группировки
Поиск и замена с помощью регулярных выражений
Коротко про функции из модуля re
Заключение

ГЛАВА 24
Тестирование приложений
Зачем нужны тесты, и какие они бывают?
Создание тестов с помощью модуля unittest
Добавим еще тесты
Подготовка данных для тестов
Способы запуска тестов
Тесты в строках документации
Заключение

ЧАСТЬ III. PYTHON ДЛЯ НАУЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

ГЛАВА 25
Массивы из библиотеки N umPy
Массивы NumPy
Способы создания массивов
Основные операции над массивами
Индексация, срезы и виды
Формы массивов
Транслирование (broadcasting)
Булевы массивы и фильтрация элементов по условию
Использование целочисленных массивов в качестве индексов
Заключение

ГЛАВА 26
Форматы файлов для хранения числовых данных
Текстовые файлы, хранящие данные в столбцах
Работа с данными в формате CSV
Файлы форматов NPY и NPZ
Файлы формата HDF5
Создание файлов в формате HDF5
Сторонние приложения для работы с файлами формата HDF5
Чтение файлов в формате HDF5
Другие форматы данных
Заключение

ГЛАВА 27
Основы построения графиков с помощью библиотеки Matplotlib
Установка библиотеки и первые примеры графиков
Настройка внешнего вида кривых на графиках
Способы задания цвета
Стили линий
Маркеры
Краткий способ задания внешнего вида кривых
Несколько графиков в одних осях
Добавление легенды
Создание нескольких графиков в одном окне на разных осях
Настройка осей графика
Объектно-ориентированный подход к построению графиков
Заключение

ГЛАВА 28
Построение с помощью библиотеки Matplotlib более сложных графиков
Диаграммы рассеяния
Графики в полярной системе координат
Столбчатые диаграммы
Круговые диаграммы
Построение трехмерных графиков
Линии уровня
Отображение векторов
Заключение

ГЛАВА 29
Знакомство с Pandas
Установка библиотеки Pandas
Чтение файлов в формате CSV
Создание экземпляров класса DataFrame
Выбор элементов и фильтрация данных из DataFrame
Обработка данных с помощью DataFrame
Группировка
Заключение
ГЛАВА 30
Библиотека SciPy: решение сложных научных и инженерных задач
Физические константы и специальные математические функции
Преобразование Фурье
Заключение

ГЛАВА 31
Интерактивные среды IPython и JupyterLab
IPython - более удобный REPL
От IPython к JupyterLab
Заключение

Заключение ко всей книге
Литература
Предметный указатель

Евгений Ильин — кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиофизика, антенны и микроволновая техника», входящей в состав института «Радиоэлектроника, инфокоммуникации и информационная безопасность» Московского авиационного института (национального исследовательского университета). Ведет курсы «Языки программирования в задачах радиофизики» и «Моделирование электродинамических задач численными методами». Сфера интересов и компетенций — языки программирования (Python, Rust и Java), электродинамика, антенны и устройства СВЧ, а также алгоритмы для их моделирования.