Python核心编程与应用 课件 【ch06】常用模块

Python核心编程与应用常用模块第六章新工科·数据科学与大数据系列01Python程序的构成Python程序的构成01Python项目的组织结构如图6-1所示Python项目封装后成为一个库，也就是标准库或第三方库。库由包组成，包相当于文件夹，用于对下一层的模块进行分类组织和管理，包的下一层是模块，模块就是Python程序文件(如py文件)，模块的划分方便代码的独立和复用，包和模块的作用是针对项目进行分装。不同的模块有不同的功能，Python项目通过自定义一些模块来实现相对独立的功能，如有的模块专门实现邮件发送，有的模块实现通信连接，有的模块则实现安全和加密授权。模块里包含多个函数或类，类是一个抽象的逻辑概念(在本书第7章面向对象程序设计中展开讨论)；函数则把若干语句组织在一起，实现某特定功能，供程序调用。所以，Python自上而下的组织结构是：顶层为项目(也称为库)，项目下面是包，包包含多个模块，在模块中可以定义多个类，在类的内部定义的函数或者方法由若干语句构成，语句由表达式构成。02模块的安装和使用模块的安装和使用02模块的常用函数模块的常用函数的作用是描述模块的属性和方法.（1）dir()函数进入MS-DOS环境用dir命令显示当前文件夹下的所有文件和子文件夹的信息。在Python中，dir()是函数，用于返回某个类或函数所支持的属性和方法的列表。（2）globals()函数global是全局变量，而globals是函数,用于返回全局命名空间中的所有名字字典如TrueFalse、Str、int、Bool、Exception等。（3）locals()函数local是局部变量，而locals()函数用于返回局部命名空间中的名字字典。模块的安装和使用02模块的分类Python模块分为如下3类。①Python内置模块(builtin)，存在于Python解析器的内部，可以直接使用。②标准库模块，安装Python时已经同步安装，使用时需先用import语句导入。③第三方模块，通常为开源库，使用前需要先安装。用户自己编写的模块等同于第三方库，可以作为其他人的第三方模块被使用。（1）内置模块builtins内置模块builtins用于显示所有内置模块的属性和函数>>>importbuiltins>>>print(dir(builtins))[ArithmeticError',···,'super','tuple','type','vars','zip']模块的安装和使用02模块的分类（2）标准库模块importmathimporttimeprint(mathsqrt(9))print(math.pow(3,3))print(time.asctime())print(time.time())运行结果:3.027.0Thu

Nov12

13:41:46

20201605159706.8561072Pvthon的标准库庞大，提供的组件涉及范围广泛，日常编程中许多问题的解决都可以找到相应的标准库。模块的安装和使用02模块的分类（3）第三方模块大量免费开源的第三方库(模块)是Python受到广泛欢迎的原因之一。【例6-3】显示汉语拼音的第三方库。fromxpinyinimportPinyinp=Pinyin()print(p.get_pinyin("北京"))

#运行结果:bei-jing使用xpinyin库前需要先安装这个第三方库，方法如下:>>>pip

install

xpinyin模块的安装和使用02模块的分类（4）自定义模块自己开发的模块用import语句将文件加载进来即可使用。【例6-4】自定义模块calc.py，实现加、减、乘除运算。#保存为文件calc.pynuma=numb=0defadd():returnnuma+numbdefsub():returnnuma-numbdefmul():returnnuma*numbdefdiv():returnnuma/numb主程序实现数值计算，方法是导入自定义模块calc.py并调用其函数。模块的安装和使用02模块的分类importcalc#导入模块calc.pycalc.numa=12calc.numb=3print(calc.add())print(calc.sub())print(calc.mul())print(calc.div())模块的安装和使用02模块的使用方法（1）使用import语导入模块其语法格式如下:import模块名1

[

as

模块别名1

](,模块名2

[

as模块别名2

])···例如，导入math库，导入numpy库并取别名np。>>>importmath>>>import

numpy

as

np使用此方式导入模块后，模块内的函数和属性的使用方式为:模块名.函数名或别名.函数名模块名.变量名或别名.变量名模块的安装和使用02模块的使用方法（2）用iom语句导入模块from语句用于导入模块中指定的成员，如函数、变量，而不是导入全部函数。其语法格式如下:from

模块名

import

模块成员名1

[as别1](，模块成员名2

[

as别名2])···使用此方式导入模块后，可以直接使用模块内的函数和属性。【例6-6】直接使用导入后的模块成员名。frommathimportsin,pi,e

#只导入math库中指定的三个成员print(sin(pi))print(pi)print(e)导入一个模块内的所有内容:from模块名import

*模块的安装和使用02import导入模块的搜索路径当导入一个模块时，Python解释器要搜索该模块，默认的搜索顺序为：①当前目录下查找；②若当前目录下找不到，则搜索PYTHONPATH中指定的每个目录；③如果还找不到那么Python解释器搜索标准库目录，标准库目录即Python的安装目录。UNIX操作系统的默认安装目录为/usr/local/lib/python。Windows的默认安装目录为当前用户AppData\Local\Programs\Python\Python38。sys.path记录了Python解释器搜索模块的路径。sys是一个系统模块。模块的安装和使用02sys.modules查看加载到内存的模块Python中所有已加载到内存的模块都放在sys.modules列表中，当import导入一个模块时，首先会在这个列表中查找是否已经加载了此模块，如果已加载，那么只是将模块的名字加入正在调用import的模块的local名字空间中，否则按照sys.path的搜索路径查找模块文件模块文件的扩展名可以是.py、.pyc、.pyd，找到后将模块载入内存，加入sys.modules，并将名称导入当前的local名字空间。03sys模块sys模块03sys模块的使用使用sys模块需要先导入:importsys例如，查看sys模块中的属性和方法:>>>importsys>>>dir(sys)

#查看模块中的属性和方法sys模块提供了很多重要属性和方法。sys模块03接受命令行参数sys模块除了可以获取系统的属性和函数，还可以与终端进行交互操作。下面以Windows操作系统为例，演示常用的命令行参数。先编写一个cmdline.py程序，然后在终端用命令行模式运行该程序：(venv)E:\Project\Pycharm>pythoncmdline.py-h-v那么，在命令行模式下Python如何接收-h、-v参数呢?答案是通过sysargv接收命令。sysargv是一个字符串列表，可以存储多个参数，通过索引来提取数据：sys.argv[0]、sys.argv[1]、sys.argv[2]。04随机数模块随机数模块04基本方法Python中的随机数使用随机数种子来产生，只要种子相同，产生的随机数序列都相同，即所产生的数、数与数之间的顺序都是确定的，因此使用随机数种子可以复现随机数序列。常用的随机数方法如表6-1所示。>>>random.seed(10)#产生种子10对应的序列>>>random.getrandbits(16)37885随机数模块04产生随机整数的方法产生某个范围内的随机整数的方法如表6-2所示。随机数模块04随机序列方法表6-3是关于序列的随机操作方法，从序列中随机选择一个元素，或将序列元素随机排列，或者返回打乱后的序列等。随机数模块04真值分布方法真值分布方法用于产生服从各类分布的随机数，如表6-4所示。05日期和时间模块日期和时间模块05time库Python中时间有三种表示方式，分别是时间戳、格式化的时间字符串和结构化时间，常用函数如表6-5所示。日期和时间模块05time库①时间戳(timestamp)：从1970年1月10点开始计时直到此刻为止所经过的秒数如1506388236.2162435。时间戳用timetime()实时获得，是一个浮点数，可以进行加减运算②格式化的时间字符串(stringtime)：用年月日时分秒这样常见的时间字符格式表示例如:2020-07-2609:12:48，可以通过time.asctime()获得。③结构化时间(structtime)：返回包含了年月日时分秒的多个元素的元组。日期和时间模块05time库函数strftime()和stptime()是一对互逆的操作，在日期格式和字符串格式之间转换，当以字符串形式显示日期时间时，涉及格式显示的问题。例如:time.strftime(%Y-%m-%d%H:M:%SA'，time.localtime())其中的%Y、%m等就是日期时间的格式控制符，如表6-6所示。time模块只支持时间表示到2038年，若需处理此范围外的日期，则推荐datetime模块。日期和时间模块05datetime库datetime库重新封装了time库，提供更多接口，提供的类有date、time、datetime、timedelta、tzinfo。日期和时间模块05datetime库（1）datetime常量datetimeMINYEAR：datetimedate或datetimedatetime对象允许的年份的最小值，值为1。datetimeMAXYEAR：datetimedate或datetimedatetime对象允许的年份的最大值,值为9999。【例6-26】显示datetime常量。importdatetimeprint(datetime.MAXYEAR)print(datetime.MINYEAR)运行结果:99991日期和时间模块05datetime库（2）datetime.date类使用前需要先导入date类：fromdatetimeimportdatedate类常用方法如表6-8所示。日期和时间模块05datetime库（3）datetime.timedatetimetime方法使用前需导入time类：fromdatetimeimporttime.time类常用方法如表6-9所示。06JSON模块JSON模块06dumps和dump序列化方法dumps方法可以将对象序列化成字符的形式；dump方法是将序化的str保存到文件中，便于信息的持久化保存。（1）dumps方法dumps方法的语法格式如下：json.dumps(obj)用于将对象obj序列化成字符串的形式，对象包括所有的基本数据类型。（2）dump方法dump方法的语法格式如下json.dump(obj，strfile)将对象obi保存成文件strfile，即把序列化的字符串保存到文件中。JSON模块06loads和load反序列化方法loads和load方法的语法格式如下：#把字符串str格式的JSON对象，转换成Python对象json.loads(str)#从文件strfile中读取字符串格式的JSON对象，转换成Python对象json.load(strfile)区别在于：loads方法只完成反序列化，而load方法完成从文件中读取数据并完成反序列化操作。JSON模块06json和pickle模块json模块和pickle模块的四种用法相同。ison模块序列化出来的是通用格式的字符串，其他编程语言都能识别。pickle模块序列化出来的是二进制格式，其他编程语言不能识别，只能使用Python处理pickle可以序列化函数，若其他文件调用该函数，则必须在该文件中存在该函数的定义。07JSON模块案例JSON模块案例07解决思路①将每本图书信息存储为字典格式，包含图书编号、标题、作者、价格、类别、出版社属性。②将多本图书存储为列表。③将Python的图书列表，序列化成JSON对象，通过jsondumps或者jsondump写入JSON文件。④每次新增图书时，查询该图书是否已经存在，若已存在，则给出提示信息，不重复保存图书；若不存在，则以字典格式追加到图书列表中。⑤将图书列表重新写入文件。08正则表达式模块正则表达式模块08解决思路1.match方法match方法尝试从字符串的起始位置匹配模式，语法格式如下：re.match(pattern,string,flags=0)若匹配成功，则返回一个匹配对象，否则返回None。返回的匹配对象可以使用group(num)或groups方法来获取匹配表达式。match方法的参数如表6-12所示，获取的匹配表达式如表6-13所示。正则表达式模块08解决思路正则表达式模块08解决思路2.search方法search方法扫描整个字符串并返回第一个匹配成功的对象，语法格式如下:re.search(pattern，string，flags=0)参数说明同match方法。若匹配成功，则返回一个匹配的对象Match，否则返回None。可以使用group(num)或groups方法获取匹配表达式。正则表达式模块08解决思路3.findall和finditer方法findall方法在字符串中找到正则表达式所匹配的所有子串，并返回一个列表，若没有找到匹配的，则返回空列表。findal1方法的语法格式如下：re.findall(string[，pos[，endpos]])finditer方法是在字符串中找到正则表达式所匹配的所有子串，并将它们作为一个迭代器返回，其语法格式如下:re.finditer(pattern,string,flags=0)refindall和refinditer方法都是匹配所有子串，只是前者返回列表，后者返回迭代器。正则表达式模块08解决思路4.split方法split方法按照能够匹配的子串，将字符串分割后返回列表。在第1章讲解字符串时使用过split方法，如"helloworld"split0，结果是[helloworld]，默认用空格作为匹配的正则表达式split方法的语法格式如下:re.split(pattern,string[,maxsplit=0，flags=0])split方法的参数如表6-14所示。正则表达式模块08解决思路5.sub