Python電子 文件和數(shù)據(jù)格式化

會(huì)計(jì)學(xué)1Python電子文件和數(shù)據(jù)格式化文件的使用第1頁/共43頁文件是一個(gè)存儲(chǔ)在輔助存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)序列，可以包含任何數(shù)據(jù)內(nèi)容。概念上，文件是數(shù)據(jù)的集合和抽象，類似地，函數(shù)是程序的集合和抽象。用文件形式組織和表達(dá)數(shù)據(jù)更有效也更為靈活。文件包括兩種類型：文本文件和二進(jìn)制文件。文本文件一般由單一特定編碼的字符組成，如UTF-8編碼，內(nèi)容容易統(tǒng)一展示和閱讀。大部分文本文件都可以通過文本編輯軟件或文字處理軟件創(chuàng)建、修改和閱讀。由于文本文件存在編碼，所以，它也可以被看作是存儲(chǔ)在磁盤上的長(zhǎng)字符串，例如一個(gè)txt格式的文本文件。文件概述第2頁/共43頁二進(jìn)制文件直接由比特0和比特1組成，沒有統(tǒng)一字符編碼，文件內(nèi)部數(shù)據(jù)的組織格式與文件用途有關(guān)。二進(jìn)制是信息按照非字符但特定格式形成的文件，例如，png格式的圖片文件、avi格式的視頻文件。二進(jìn)制文件和文本文件最主要的區(qū)別在于是否有統(tǒng)一的字符編碼。二進(jìn)制文件由于沒有統(tǒng)一字符編碼，只能當(dāng)作字節(jié)流，而不能看作是字符串。無論文件創(chuàng)建為文本文件或者二進(jìn)制文件，都可以用“文本文件方式”和“二進(jìn)制文件方式”打開，但打開后的操作不同。文件概述第3頁/共43頁微實(shí)例7.1：理解文本文件和二進(jìn)制文件的區(qū)別。首先，用文本編輯器生成一個(gè)包含“中國(guó)是個(gè)偉大國(guó)家！”的txt格式文本文件，命名為7.1.txt。分別用文本文件方式和二進(jìn)制文件方式讀入，并打印輸出效果，代碼如下：文件概述

第4頁/共43頁輸出結(jié)果為：可以看到，采用文本方式讀入文件，文件經(jīng)過編碼形成字符串，打印出有含義的字符；采用二進(jìn)制方式打開文件，文件被解析為字節(jié)（byte）流。由于存在編碼，字符串中的一個(gè)字符由2個(gè)字節(jié)表示。文件概述第5頁/共43頁P(yáng)ython對(duì)文本文件和二進(jìn)制文件采用統(tǒng)一的操作步驟，即“打開-操作-關(guān)閉”，如圖7.1所示。文件的打開關(guān)閉第6頁/共43頁操作系統(tǒng)中的文件默認(rèn)處于存儲(chǔ)狀態(tài)，首先需要將其打開，使得當(dāng)前程序有權(quán)操作這個(gè)文件，打開不存在的文件可以創(chuàng)建文件。打開后的文件處于占用狀態(tài)，此時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程不能操作這個(gè)文件。可以通過一組方法讀取文件的內(nèi)容或向文件寫入內(nèi)容，此時(shí)，文件作為一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象存在，采用<a>.<b>()方式進(jìn)行操作。操作之后需要將文件關(guān)閉，關(guān)閉將釋放對(duì)文件的控制使文件恢復(fù)存儲(chǔ)狀態(tài)，此時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程將能夠操作這個(gè)文件。文件的打開關(guān)閉第7頁/共43頁P(yáng)ython通過解釋器內(nèi)置的open()函數(shù)打開一個(gè)文件，并實(shí)現(xiàn)該文件與一個(gè)程序變量的關(guān)聯(lián)，open()函數(shù)格式如下：<變量名>=open(<文件名>,<打開模式>)

open()函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)：文件名和打開模式。文件名可以是文件的實(shí)際名字，也可以是包含完整路徑的名字

文件的打開關(guān)閉第8頁/共43頁

打開模式用于控制使用何種方式打開文件，open()函數(shù)提供7種基本的打開模式，如表7.1所示

文件的打開關(guān)閉打開模式含義'r'只讀模式，如果文件不存在，返回異常FileNotFoundError，默認(rèn)值'w'覆蓋寫模式，文件不存在則創(chuàng)建，存在則完全覆蓋源文件'x'創(chuàng)建寫模式，文件不存在則創(chuàng)建，存在則返回異常FileExistsError'a'追加寫模式，文件不存在則創(chuàng)建，存在則在原文件最后追加內(nèi)容'b'二進(jìn)制文件模式't'文本文件模式，默認(rèn)值'+'與r/w/x/a一同使用，在原功能基礎(chǔ)上增加同時(shí)讀寫功能第9頁/共43頁打開模式使用字符串方式表示，根據(jù)字符串定義，單引號(hào)或者雙引號(hào)均可。上述打開模式中，‘r’、‘w’、‘x’、‘b’可以和‘b’、‘t’、‘+’組合使用，形成既表達(dá)讀寫又表達(dá)文件模式的方式。例如，open()函數(shù)默認(rèn)采用'rt'(文本只讀)模式，讀入程序所在目錄中7.1.txt文件：textfile=open('7.1.txt','r')或textfile=open('7.1.txt')讀取一個(gè)二進(jìn)制文件，如一個(gè)圖片、一段視頻或者一段音樂文件，需要使用文件打開模式'rb'。例如，打開一個(gè)名為'music.mp3'的音頻文件：binfile=open('music.mp3','rb')文件使用結(jié)束后要用close()方法關(guān)閉，釋放文件的使用授權(quán)，該方法的使用方式如下：<變量名>.close()文件的打開關(guān)閉第10頁/共43頁

當(dāng)文件被打開后，根據(jù)打開方式不同可以對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。注意，當(dāng)文件以文本文件方式打開時(shí)，讀寫按照字符串方式，采用當(dāng)前計(jì)算機(jī)上使用的編碼或指定編碼；當(dāng)文件以二進(jìn)制文件方式打開時(shí)，讀寫按照字節(jié)流方式。

Python提供4個(gè)常用的文件內(nèi)容讀取方法

文件的讀寫方法含義<file>.readall()讀入整個(gè)文件內(nèi)容，返回一個(gè)字符串或字節(jié)流*<file>.read(size=-1)從文件中讀入整個(gè)文件內(nèi)容，如果給出參數(shù)，讀入前size長(zhǎng)度的字符串或字節(jié)流<file>.readline(size=-1)從文件中讀入一行內(nèi)容，如果給出參數(shù)，讀入該行前size長(zhǎng)度的字符串或字節(jié)流<file>.readlines(hint=-1)從文件中讀入所有行，以每行為元素形成一個(gè)列表，如果給出參數(shù)，讀入hint行第11頁/共43頁微實(shí)例7.2：文本文件逐行打印。用戶輸入文件路徑，以文本文件方式讀入文件內(nèi)容并逐行打印，代碼如下：程序首先提示用戶輸入一個(gè)文件名，然后打開文件并賦值給文件對(duì)象變量fo。文件的全部?jī)?nèi)容通過fo.readlines()方法讀入到一個(gè)列表中，列表的每個(gè)元素是文件一行的內(nèi)容，然后通過for…in方式遍歷列表，處理每行內(nèi)容。文件的讀寫第12頁/共43頁

上述代碼盡管完成了微實(shí)例7.2的要求，但存在一些缺點(diǎn)：當(dāng)讀入文件非常大時(shí)，一次性將內(nèi)容讀取到列表中會(huì)占用很多內(nèi)存，影響程序執(zhí)行速度。一個(gè)合理的方法是逐行讀入內(nèi)容到內(nèi)存，并逐行處理。這可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的方法解決。Python將文件本身作為一個(gè)行序列，遍歷文件的所有行可以直接這樣完成

文件的讀寫第13頁/共43頁如果程序需要逐行處理文件內(nèi)容，建議采用上述代碼中2-5行組成的格式，如下：fo=open(fname,"r")forlineinfo:#處理一行數(shù)據(jù)fo.close()文件的讀寫第14頁/共43頁P(yáng)ython提供3個(gè)與文件內(nèi)容寫入有關(guān)的方法，如表7.3所示。微實(shí)例7.3：向文件寫入一個(gè)列表。向文件寫一個(gè)列表類型，并打印輸出結(jié)果，代碼如下：文件的讀寫方法含義<file>.write(s)向文件寫入一個(gè)字符串或字節(jié)流<file>.writelines(lines)將一個(gè)元素為字符串的列表寫入文件<file>.seek(offset)改變當(dāng)前文件操作指針的位置，offset的值：0：文件開頭；1:當(dāng)前位置；2:文件結(jié)尾第15頁/共43頁文件的讀寫>>>請(qǐng)輸入要寫入的文件:test.txt>>>

>>>請(qǐng)輸入要寫入的文件:test.txt>>>

第16頁/共43頁可以看到，程序并沒有輸出寫入的列表內(nèi)容。在WriteFileAList1.py程序同目錄找到test.txt文件，打開可以看到其中的內(nèi)容是：列表ls內(nèi)容被寫入文件，但為何5-7行代碼沒有將這些內(nèi)容打印出來呢？這是因?yàn)槲募懭雰?nèi)容后，當(dāng)前文件操作指針在寫入內(nèi)容的后面，5-7行代碼從這個(gè)指針開始向后讀入并打印內(nèi)容，被寫入的內(nèi)容卻在指針前面，因此未能被打印出來。為此，可以在寫入文件后增加一條代碼fo.seek(0)將文件操作指針返回到文件開始，即可顯示寫入的內(nèi)容，代碼如下。文件的讀寫唐詩宋詞元曲第17頁/共43頁程序執(zhí)行結(jié)果如下：文件的讀寫>>>請(qǐng)輸入要寫入的文件:test.txt唐詩宋詞元曲第18頁/共43頁P(yáng)IL庫的使用第19頁/共43頁P(yáng)IL（PythonImageLibrary）庫是Python語言的第三方庫，需要通過pip工具安裝，Python安裝第三方庫的詳細(xì)方法請(qǐng)見8.6節(jié)。安裝PIL庫的方法如下，需要注意，安裝庫的名字是pillow。PIL庫支持圖像存儲(chǔ)、顯示和處理，它能夠處理幾乎所有圖片格式，可以完成對(duì)圖像的縮放、剪裁、疊加以及向圖像添加線條、圖像和文字等操作。PIL庫概述:\>pipinstallpillow#或者pip3installpillow第20頁/共43頁P(yáng)IL庫主要可以完成圖像歸檔和圖像處理兩方面功能需求：圖像歸檔：對(duì)圖像進(jìn)行批處理、生成圖像預(yù)覽、圖像格式轉(zhuǎn)換等；圖像處理：圖像基本處理、像素處理、顏色處理等。根據(jù)功能不同，PIL庫共包括21個(gè)與圖片相關(guān)的類，這些類可以被看作是子庫或PIL庫中的模塊，子庫列表如下。Image、ImageChops、ImageColor、ImageCrackCode、ImageDraw、ImageEnhance、ImageFile、ImageFileIO、ImageFilter、ImageFont、ImageGL、ImageGrab、Imagemath、ImageOps、ImagePalette、ImagePath、ImageQt、ImageSequence、ImageStat、ImageTk、ImageWinPIL庫概述第21頁/共43頁在PIL中，任何一個(gè)圖像文件都可以用Image對(duì)象表示。表7.4給出了Image類的圖像讀取和創(chuàng)建方法。PIL庫Image類解析方法描述Image.open(filename)根據(jù)參數(shù)加載圖像文件Image.new(mode,size,color)根據(jù)給定參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的圖像Image.open(StringIO.StringIO(buffer))從字符串中獲取圖像Image.frombytes(mode,size,data)根據(jù)像素點(diǎn)data創(chuàng)建圖像Image.verify()對(duì)圖像文件完整性進(jìn)行檢查，返回異常第22頁/共43頁通過Image打開圖像文件時(shí)，圖像的柵格數(shù)據(jù)不會(huì)被直接解碼或者加載，程序只是讀取了圖像文件頭部的元數(shù)據(jù)信息，這部分信息標(biāo)識(shí)了圖像的格式、顏色、大小等。因此，打開一個(gè)文件會(huì)十分迅速，與圖像的存儲(chǔ)和壓縮方式無關(guān)。要加載一個(gè)圖像文件，最簡(jiǎn)單的形式如下，之后所有操作對(duì)im起作用

PIL庫Image類解析第23頁/共43頁其中，birdnest.jpg是一張鳥巢的夜景圖像，存儲(chǔ)在D:\pycodes目錄中，如圖7.2所示。在使用IDLE交互方式處理圖片文件時(shí)，建議采用文件的全路徑；如果使用Python文件形式，建議采用相對(duì)路徑，將文件和程序放到一個(gè)目錄中，例如：PIL庫Image類解析第24頁/共43頁Image類有4個(gè)處理圖片的常用屬性，如表7.5所示。

查看已經(jīng)讀取圖像文件的屬性如下

PIL庫Image類解析>>>print(im.format,im.size,im.mode)JPEG(900,598)RGB屬性描述Image.format標(biāo)識(shí)圖像格式或來源，如果圖像不是從文件讀取，值是NoneImage.mode圖像的色彩模式，"L"灰度圖像、"RGB"真彩色圖像、"CMYK"出版圖像Image.size圖像寬度和高度，單位是像素（px），返回值是二元元組（tuple）Image.palette調(diào)色板屬性，返回一個(gè)ImagePalette類型第25頁/共43頁Image還能讀取序列類圖像文件，包括GIF,FLI,FLC,TIFF等格式文件。open()方法打開一個(gè)圖像時(shí)自動(dòng)加載序列中的第一幀，使用seek()和tell()方法可以在不同幀之間移動(dòng)，如表7.6所示。PIL庫Image類解析方法描述Image.seek(frame)跳轉(zhuǎn)并返回圖像中的指定幀Image.tell()返回當(dāng)前幀的序號(hào)第26頁/共43頁微實(shí)例7.1：GIF文件圖像提取。對(duì)一個(gè)GIF格式動(dòng)態(tài)文件，提取其中各幀圖像，并保存為文件。PIL庫Image類解析第27頁/共43頁

微實(shí)例7.1展示了一種采用try…except編寫程序的方法，通過seek()方法和save()方法配合提取GIF圖像格式的每一幀，并保存為文件。Image類的圖像轉(zhuǎn)換和保存方法如表7.7所示。PIL庫Image類解析方法描述Image.save(filename,format)將圖像保存為filename文件名，format是圖片格式Image.convert(mode)使用不同的參數(shù)，轉(zhuǎn)換圖像為新的模式Image.thumbnail(size)創(chuàng)建圖像的縮略圖，size是縮略圖尺寸的二元元組第28頁/共43頁

其中，save()方法有兩個(gè)參數(shù)：文件名filename和圖像格式format。如果調(diào)用時(shí)不指定保存格式，

如微實(shí)例7.1，PIL將自動(dòng)根據(jù)文件名filename后綴存儲(chǔ)圖像；如果指定格式，則按照格式存儲(chǔ)。

搭配采用open()和save()方法可以實(shí)現(xiàn)圖像的格式轉(zhuǎn)換，例如，將png格式轉(zhuǎn)換為jpg格式，代碼如下。需要注意，Image類的save()方法主要用于保存文件到硬盤，PIL庫還提供了功能更強(qiáng)的格式轉(zhuǎn)換方法

PIL庫Image類解析

12im=Image.open("birdnest.jpg")im.save("birdnest.png")

第29頁/共43頁生成"birdnest.jpg"圖像的縮略圖，代碼如下（續(xù)上一個(gè)IDLE指令），鳥巢圖片及其縮略圖如圖7.2所示。其中（128，128）是縮略圖的尺寸。PIL庫Image類解析>>>im.thumbnail((128,128))>>>im.save("birdnestTN","JPEG")北京鳥巢圖片及其縮略圖第30頁/共43頁Image類可以縮放和旋轉(zhuǎn)圖像，方法如表7.8所示，其中，rotate()方法以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度值作為參數(shù)來旋轉(zhuǎn)圖像。PIL庫Image類解析方法描述Image.resize(size)按size大小調(diào)整圖像，生成副本Image.rotate(angle)按angle角度旋轉(zhuǎn)圖像，生成副本第31頁/共43頁Image類能夠?qū)γ總€(gè)像素點(diǎn)或者一幅RGB圖像的每個(gè)通道單獨(dú)進(jìn)行操作，如表7.9所示。split()方法能夠?qū)GB圖像各顏色通道提取出來，merge()方法能夠?qū)⒏鳘?dú)立通道再合成一幅新的圖像。

PIL庫Image類解析方法描述Image.point(func)根據(jù)函數(shù)func功能對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行運(yùn)算，返回圖像副本Image.split()提取RGB圖像的每個(gè)顏色通道，返回圖像副本Image.merge(mode，bands)合并通道

，采用mode色彩，bands是新色的色彩通道Image.blend(im1,im2,alpha)將兩幅圖片im1和im2按照如下公式插值后生成新的圖像：im1*(1.0-alpha)+im2*alpha第32頁/共43頁微實(shí)例7.2：圖像的顏色交換。

交換圖像中的顏色?？梢酝ㄟ^分離RGB圖片的三個(gè)顏色通道實(shí)現(xiàn)顏色交換。代碼如下，程序執(zhí)行效果如圖7.3所示，夜色下的北京鳥巢變成了藍(lán)色！PIL庫Image類解析第33頁/共43頁P(yáng)IL庫Image類解析被改變顏色的北京鳥巢圖片

第34頁/共43頁

操作圖像的每個(gè)像素點(diǎn)需要通過函數(shù)實(shí)現(xiàn)，采用lambda函數(shù)和point()方法搭配使用，例子如下，顯示效果如圖7.4所示

PIL庫Image類解析第35頁/共43頁P(yáng)IL庫Image類解析去掉光線的北京鳥巢圖片

第36頁/共43頁P(yáng)IL庫的ImageFilter類和ImageEnhance類提供了過濾和增強(qiáng)的方法。ImageFilter類共提供10種預(yù)定義圖像過濾方法，如表7.10所示。圖像的過濾和增強(qiáng)方法表示描述ImageFilter.BLUR圖像的模糊效果ImageFilter.CONTOUR圖像的輪廓效果ImageFilter.DETAIL圖像的細(xì)節(jié)效果ImageFilter.EDGE_