尽善尽美之作《Python Qt GUI与数据可视化编程》

我写的第二本书《Python Qt GUI与数据可视化编程》终于上架销售了。

去年为第一本书《Qt 5.9 C++开发指南》写的介绍文章称其为倾心倾力之作。本书与第一本书是有些关联的，一些内容框架和示例来自于第一本书，但是本书不是简单地将C++的示例改写为Python的示例，在写这本书时发现第一本书中的一些不足，做了很多的改进。我们在写论文或指导学生写论文时都知道一个基本的道理：好的论文总是一遍一遍改出来的。这是我写的第二本书，有了更多的写书经验，在内容和结构上更加完善，力求完美，所以称其为尽善尽美之作。

怎样才能算得上是尽善尽美之作呢？本人在大学里从事教学工作，看多了学生的报告和毕业论文，翻一遍基本上就能看出来哪篇是好的论文，哪篇是差的论文。好的论文结构清晰，内容充实而条理清楚，该具体的地方能详细介绍，该粗略的地方绝不多占篇幅，格式美观，图文并茂，让人看了就能看明白，看着就舒服。而差的论文则相反，论文结构不清，逻辑混乱，缺少真材实料，内容注水严重，格式也差。

本书就是按照我心目中好论文的标准来写的，在章节内容选取、内容顺序安排、示例设计、原理和程序讲解各方面力求完美。总结一下，本书有以下几个特点。

1. 主题明确，内容选择紧扣主题

本书的主题是使用PyQt5进行GUI应用程序设计，以及嵌入到GUI界面的数据可视化编程。这个主题是非常实用的，因为我们经常需要将自己编写的Python程序封装成一个GUI程序，以便进行展示和交互式的操作。而Python自带的tkinter虽然可以做GUI界面，但是功能比较差，Matplotlib是常用的数据可视化工具，但是一般介绍Matplotlib的书只介绍其脚本化的编程方法，将其当做类似于MATLAB中的plot绘图工具在使用。

PyQt5是Qt5 C++类库的Python绑定，使用PyQt5可以在Python中开发专业级的GUI程序。我们已经出版了一本《Qt 5.9 C++开发指南》，对Qt C++类库的使用比较熟悉，所以写这个主题也是合适的。本书围绕这个主题设置章节内容，首先在内容选择上追求完美。

（1）本书没有用一章专门介绍Python编程基础。研究GUI和数据可视化编程的读者应该已有一定的Python编程基础，所以本书没有必要再介绍Python编程基础。

（2）有些功能模块是PyQt5和Python都有的，就只选择在Python中设计GUI应用程序用得上的PyQt5模块。例如，Python虽然有自带的数据库、多媒体、文件读写功能模块，但是功能不如PyQt5的相应模块，或不易与PyQt5的GUI程序的窗口界面结合使用，本书就介绍PyQt5的数据库、多媒体、文件读写功能模块。而Python自带的多线程编程功能已经比较全，且不涉及用户界面，本书就不介绍PyQt5的多线程编程功能。Python有很多功能强大的第三方网络功能模块，也就没有必要介绍PyQt5的网络编程功能了。

（3）在数据可视化部分，本书介绍了PyQtChart和PyQtDataVisualization的使用，这两个包实际上是Qt C++类库的一部分，熟悉Qt C++类库的读者可以很快上手使用。同时又考虑到Matplotlib使用的广泛性，增加了Matplotlib嵌入到GUI界面上实现数据可视化编程的内容。

2. 章节内容安排逻辑清晰

本书的内容分为三大部分，各部分和章节分布如图。

第一部分是PyQt5开发基础，包括第1章和第2章。

第1章介绍Python、Qt、PyQt5的特点和安装方法，在Windows 中建立开发环境。

第2章介绍使用PyQt5开发GUI应用程序的基本框架原理，包括GUI应用程序的基本结构，可视化设计UI窗体时开发GUI程序的流程和框架，信号与槽的使用方法，资源文件的使用等。掌握了第2章的内容就掌握了PyQt5开发GUI应用程序的框架性原理，再根据自己的编程需要选择性地学习第二和第三部分的章节。

第二部分是GUI应用程序设计，从第3章至第11章。

这一部分介绍GUI应用程序设计中常用到的一些功能模块的编程使用方法，包括常用界面组件的使用，Model/View结构，事件处理，对话框和多窗口设计，数据库，绘图，文件读写和操作，多媒体，多语言界面和Qt样式表定制界面等。

第三部分介绍数据可视化设计方法，从第12章至第14章。

PyQtChart和PyQtDataVisualization是Qt C++类库相应模块的Python绑定，分别用于二维图表和三维数据可视化设计，其内容的介绍比较全面。另外由于Matplotlib在Python数据可视化中应用广泛，第14章专门介绍将Matplotlib嵌入到GUI界面中实现交互式数据可视化的设计方法，包括主要的技术点和一些常用二维图和三维图的编程使用方法。

PyQtChart、PyQtDataVisualization与Matplotlib的某些功能是重合的，但两者各有千秋，读者可根据自己的需要和熟悉的内容选择学习和使用。如果读者熟悉Qt C++类库中的二维图表和三维数据可视化模块的使用，就看第12章和第13章；如果读者熟悉Matplotlib的使用，就看第14章。

3. 内容讲解言简意赅，详略得当

技术书籍必须言简意赅，避免废话连篇，同时要结合程序或图表进行必要的讲解。在内容的讲解上要详略得当，该简略的就简略，该深入的就深入，例如：

（1）本书在第2章介绍过窗体UI的可视化设计原理、代码构建界面的原理后，在后续章节中就基本不再介绍窗体的可视化设计过程，更不会拿构建界面的代码来充页数。界面设计尽量采用可视化方法，GUI程序设计的重点应该放在类的各种接口属性和函数的使用上，放在业务逻辑功能的实现上。

（2）对于简单的界面组件的使用，本书不会花太多篇幅来逐一介绍，因为有些组件的常用功能很简单，甚至是显而易见的，例如QLabel，QPushButton等。本书第3章介绍界面组件的使用时，通常是将几个组件放在一个示例里一起介绍，除了简单介绍其常用方法外，还介绍一些高级方法的使用，例如QTreeWidget的节点关联数据的使用方法。

（3）对于某些内容本书又会深入地详细介绍。例如第14章介绍Matplotlib嵌入到GUI界面中的编程方法，本书就介绍的非常详细，而不是像某本书上只是拿一个官方示例跑一下而已。第14章介绍了Matplotlib嵌入到GUI界面中编程的基本原理，还详细介绍了Matplotlib绘图的主要元素的面向对象操作方法、交互式操作方法，还设计了一个自定义绘图组件类QmyFigureCanvas，可直接在界面可视化设计时使用，可直接应用于用户自己的程序设计。

图14-4 示例Demo14_2运行时界面。将Matplotlib的绘图功能嵌入到GUI程序中，并且对图的各个组成元素的面向对象编程操作进行了详细的介绍

4. 以完整示例讲解编程方法，提供两套示例程序

本书延续《Qt 5.9 C++开发指南》一书的风格，以大量完整示例程序为基础讲解编程原理，这些示例分散在各个章节中。本人一贯认为，没有完整示例的编程书籍就是忽悠人的。只有自己做过一遍示例程序，才可以深入地理解和掌握编程中的一些细节问题，讲解也就更加有针对性。学习编程也是一样，只是拿示例程序跑一遍、看一遍是难以完全掌握的，必须自己动手做一遍才能真正学会。

本书提供两套示例程序。一套是具有全部源码的程序，包括Qt项目、UI窗体、Python程序等，其中的Python程序可以直接运行，显示示例运行结果。

另外一套是只有UI窗体的不完整程序，包括Qt项目、UI窗体、Python程序框架，其中的Python程序文件只有基本框架，没有功能实现代码。这套程序是为了便于读者使用已经设计好的UI窗体，根据书中介绍的过程和内容，在Python程序框架里自己编写程序，逐步实现功能。这样的学习过程就具有可操作性。

以下是本书中一些示例的运行界面。

图3-10 示例Demo3_7运行时界面。使用QAction设计主窗口的菜单栏、工具栏，可视化与代码结合的界面设计方法，QPlainTextEditor文字编辑功能等

 

图13-11 示例Demo13_3绘制的三维曲面图。使用PyQtDataVisualization中的类绘制三维曲面图

 

图14-9  示例Demo14_3运行时界面。Matplotlib绘图工具栏的改造与交互式操作

后记

我们写这本书只是因为发现市面上没有这个主题的好书，觉得有必要写一本。写这本书没有什么项目支持，没有deadline要求，因而能精耕细作，仔细打磨，希望写出一本比较完美的书。现在书已正式出版，算不算得上一本好书，就留给读者和市场，还有时间来检验了。

附：三位作者简介

• 王维波（博主），博士，中国石油大学（华东）教师，从事测控技术与仪器专业相关的教学工作，主要研究地球物理探测仪器开发、监测数据处理方法和软件开发。精通软硬件开发，已出版《Qt 5.9 C++开发指南》一书。
• 栗宝鹃，博士，某大型单位科研人员，主要从事地球物理、水下探测、遥感等专业方向的数据处理和图像识别方面的研究工作，在日常工作中使用Qt和Python解决实际问题。
• 张晓东，博士，中国石油大学（华东）教师，从事自动化专业相关的教学工作，研究方向主要是优化算法、最优控制和智能控制。具有丰富的算法编程经验，善于通过Qt C++和Python结合提高算法效率。