Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-教學(xué)課件 第10章 Python常用庫(kù)

第10章

Python常用庫(kù)目錄10.1Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)10.2第三方庫(kù)10.1.1turtle庫(kù)turtle庫(kù)是一個(gè)易于使用的繪圖庫(kù)，可以讓用戶通過(guò)編寫代碼來(lái)控制一個(gè)虛擬海龜（turtle）在畫(huà)布上繪制圖形，它是基于Python語(yǔ)言的內(nèi)置庫(kù)，無(wú)需額外安裝。使用turtle繪制圖像是一個(gè)生動(dòng)有趣的過(guò)程。turtle包括創(chuàng)建畫(huà)布、創(chuàng)建畫(huà)筆和繪圖命令三部分。10.1.1turtle庫(kù)（1）創(chuàng)建畫(huà)布畫(huà)布是turtle在屏幕上繪制圖像的區(qū)域，可以使用screensize()和setup()設(shè)置畫(huà)布的大小和初始位置，各自的語(yǔ)法規(guī)則如下：1）screensize(width,height,startx=None,starty=None,bg=None)width和height是窗口的寬度和高度，單位是像素。startx和starty是窗口的左上角的位置，單位是像素。如果沒(méi)有指定，則窗口的左上角默認(rèn)位于屏幕的中心。bg是窗口的背景色，可以是顏色名稱或十六進(jìn)制顏色值。如果不指定背景色，則窗口的背景默認(rèn)為白色。注意：若screensize()沒(méi)有參數(shù)，將生成一塊寬度為400像素、高度為300像素的畫(huà)布。

2）setup(width,height,startx=None,starty=None)width

和

height

是窗口的寬度和高度，取值為整數(shù)時(shí)代表的是像素；為小數(shù)時(shí)表示占據(jù)屏幕大小的比例。startx

和

starty

是窗口的左上角的位置，單位是像素。如果沒(méi)有指定，則窗口的左上角默認(rèn)位于屏幕的中心。10.1.1turtle庫(kù)（2）創(chuàng)建畫(huà)筆screensize()和setup()都可以設(shè)置畫(huà)布尺寸，在開(kāi)始你的藝術(shù)創(chuàng)作之前，要先備好畫(huà)布，在畫(huà)布顯示出來(lái)后，通過(guò)畫(huà)筆進(jìn)行繪制，創(chuàng)建畫(huà)筆的語(yǔ)法如下：t=turtle.Turtle()：創(chuàng)建一個(gè)Turtle對(duì)象，用來(lái)控制繪圖。（3）控制畫(huà)筆的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和繪制圖形使用畫(huà)筆對(duì)象的各種方法來(lái)控制畫(huà)筆的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和繪制圖形，表中列出了一些常用的繪圖命令。方法說(shuō)明forward(distance)讓海龜向前移動(dòng)指定的距離backward(distance)讓海龜向后移動(dòng)指定的距離right(angle)讓海龜向右旋轉(zhuǎn)指定的角度left(angle)讓海龜向左旋轉(zhuǎn)指定的角度circle(radius,extent=None)繪制一個(gè)圓形軌跡，radius為半徑，extent可選參數(shù)指定繪制的角度，默認(rèn)為360度（完整的圓形）dot(size=None,color=None)繪制一個(gè)點(diǎn)，size為可選參數(shù)，指定點(diǎn)的大小，color為可選參數(shù)，指定點(diǎn)的顏色pencolor(color)設(shè)置海龜和軌跡的顏色pensize(size)設(shè)置軌跡的寬度speed(speed)設(shè)置海龜?shù)睦L制速度，值范圍為0-10penup()將海龜抬起，不繪制軌跡pendown()將海龜放下，開(kāi)始繪制軌跡begin_fill()開(kāi)始填充圖形end_fill()結(jié)束填充圖形goto(x,y=None)將海龜移動(dòng)到指定的坐標(biāo)位置(x,y)clear()清空畫(huà)布上的所有圖形和軌跡reset()重置畫(huà)布和海龜對(duì)象的狀態(tài)done()用來(lái)保持繪圖窗口不關(guān)閉10.1.1turtle庫(kù)10.1.1turtle庫(kù)【例10-1】使用turtle庫(kù)繪制一個(gè)正方形的示例。importturtle

wn=turtle.Screen()#繪制窗口t=turtle.Turtle()#創(chuàng)建一個(gè)Turtle對(duì)象

for_inrange(4):t.forward(100)#向前移動(dòng)100像素

t.left(90)#向左旋轉(zhuǎn)90度

turtle.done()運(yùn)行結(jié)果：這段代碼的執(zhí)行流程是：先創(chuàng)建一個(gè)繪圖窗口，然后創(chuàng)建一個(gè)Turtle對(duì)象，接著使用for循環(huán)繪制一個(gè)正方形，每次向前移動(dòng)100個(gè)像素，然后向左旋轉(zhuǎn)90度，最后調(diào)用done方法保持繪圖窗口不關(guān)閉。10.1.1turtle庫(kù)【例10-2】使用turtle庫(kù)繪制一個(gè)太陽(yáng)花的示例。importturtle#創(chuàng)建畫(huà)布和海龜對(duì)象wn=turtle.Screen()t=turtle.Turtle()

#繪制花瓣foriinrange(10):t.right(36)t.pencolor("red")t.fillcolor("yellow")t.begin_fill()forjinrange(5):t.forward(50)t.right(144)t.end_fill()

#繪制花心t.home()t.pencolor("red")t.fillcolor("red")t.begin_fill()t.circle(30)t.end_fill()turtle.done()運(yùn)行結(jié)果：當(dāng)運(yùn)行該代碼時(shí)，將會(huì)繪制一個(gè)具有十朵花瓣和一個(gè)紅色花心的太陽(yáng)花。其中，pencolor()和fillcolor()方法用于設(shè)置畫(huà)筆和填充顏色，begin_fill()和end_fill()方法用于開(kāi)始和結(jié)束填充。整個(gè)繪制的過(guò)程是通過(guò)多次使用forward()和right()方法，結(jié)合circle()方法等完成的，在循環(huán)中不斷旋轉(zhuǎn)、填充顏色，然后繪制具有一定規(guī)則的五邊形來(lái)構(gòu)成花瓣的形狀，最后使用circle()方法來(lái)繪制花心。10.1.2random庫(kù)random庫(kù)是Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一個(gè)模塊，用于生成隨機(jī)數(shù)。它提供一系列函數(shù)，可以用來(lái)生成不同種類的隨機(jī)數(shù)，包括整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、序列等。（1）基本隨機(jī)函數(shù)random()：返回0到1（包括0但不包括1）之間的浮點(diǎn)數(shù)。randint(a,b)：返回區(qū)間[a,b]中的整數(shù)，即包括a和b。randrange([start],stop[,step])：返回從start到stop（不包括stop），步長(zhǎng)為step的一系列值中的一個(gè)隨機(jī)選擇的數(shù)字。如果只傳遞stop，則默認(rèn)從0開(kāi)始取數(shù)。uniform(a,b)：返回指定范圍[a,b]中的隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)。10.1.2random庫(kù)（2）擴(kuò)展隨機(jī)函數(shù)除了基本隨機(jī)函數(shù)之外，random庫(kù)還提供了其他更復(fù)雜的隨機(jī)函數(shù)和方法，如隨機(jī)打亂序列、隨機(jī)選擇元素、從指定概率分布中生成隨機(jī)數(shù)、生成隨機(jī)字符串等。choice(seq)：從序列seq中隨機(jī)選擇一個(gè)元素并返回?？梢杂糜陔S機(jī)選擇列表中的一個(gè)元素，或從字符串中隨機(jī)選擇一個(gè)字符。choices(population,weights=None,k=1)：根據(jù)權(quán)重隨機(jī)選擇k個(gè)元素，并以列表形式返回。權(quán)重可以是一個(gè)序列，用于指定每個(gè)元素的概率；如果未提供權(quán)重，默認(rèn)給定每個(gè)元素相同的概率。shuffle(seq)：將序列seq中的元素隨機(jī)打亂順序。這個(gè)函數(shù)會(huì)改變?cè)夹蛄械捻樞?，常用于洗牌操作。sample(population,k)：從population中隨機(jī)選擇k個(gè)唯一的元素，并以列表形式返回。10.1.3time庫(kù)Python的time庫(kù)是一個(gè)用于處理時(shí)間相關(guān)操作的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，提供了一系列函數(shù)和類來(lái)獲取、表示和操作時(shí)間。UTC（CoordinatedUniversalTime）時(shí)間，又稱世界協(xié)調(diào)時(shí)間，是世界上各個(gè)時(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，UTC時(shí)間的起始點(diǎn)是1970年1月1日0時(shí)0分0秒。（1）時(shí)間獲取函數(shù)time()：返回當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳，即從1970年1月1日午夜（UTC）開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)。gmtime([secs])：將一個(gè)時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為UTC時(shí)間的struct_time對(duì)象。如果未提供secs參數(shù)，則使用當(dāng)前時(shí)間戳。localtime([secs])：將一個(gè)時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間的struct_time對(duì)象。如果未提供secs參數(shù)，則使用當(dāng)前時(shí)間戳。10.1.3time庫(kù)（2）時(shí)間格式化函數(shù)time庫(kù)提供了幾個(gè)常用的函數(shù)來(lái)進(jìn)行時(shí)間格式化，以下是一些常用的時(shí)間格式化函數(shù)：asctime([t])：將struct_time對(duì)象或元組表示的時(shí)間轉(zhuǎn)換成可讀形式的字符串。如果未提供參數(shù)t，則默認(rèn)使用當(dāng)前時(shí)間。ctime([secs])：類似于asctime()函數(shù)，直接將時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為可讀形式的字符串。如果未提供secs參數(shù)，則使用當(dāng)前時(shí)間戳。strftime(format[,t])：按照指定的格式化字符串format，將struct_time對(duì)象或元組表示的時(shí)間轉(zhuǎn)換為字符串。如果不傳遞參數(shù)t，則默認(rèn)使用當(dāng)前時(shí)間。asctime和ctime函數(shù)返回的時(shí)間格式為"星期月日時(shí):分:秒年"的形式，而strftime函數(shù)允許用戶自定義格式化字符串，可以根據(jù)自己的需求來(lái)指定日期和時(shí)間的格式。在strftime函數(shù)中，可以使用不同的占位符來(lái)代表不同的時(shí)間元素，例如：%Y代表四位數(shù)的年份，%m代表月份，%d代表日期，%H代表小時(shí)（24小時(shí)制），%M代表分鐘，%S代表秒等等。10.1.3time庫(kù)（3）程序計(jì)時(shí)函數(shù)Python的time庫(kù)提供了幾個(gè)常用的函數(shù)用于程序計(jì)時(shí)和性能測(cè)量，以下是一些常用的程序計(jì)時(shí)函數(shù)：

①time()：該函數(shù)在獲取當(dāng)前時(shí)間的基礎(chǔ)上，也可以用于簡(jiǎn)單的程序計(jì)時(shí)。通過(guò)在代碼的關(guān)鍵位置記錄開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，并計(jì)算它們之間的時(shí)間差，可以得到代碼的執(zhí)行時(shí)間。

②perf_counter()：該函數(shù)返回一個(gè)計(jì)時(shí)器的精確時(shí)間，通常用于測(cè)量較短時(shí)間內(nèi)的代碼執(zhí)行時(shí)間。它具有更高的精度和分辨率，比time()函數(shù)更適合用于性能測(cè)量。使用方法類似于time()函數(shù)。

③process_time()：該函數(shù)返回當(dāng)前進(jìn)程使用的CPU時(shí)間，用于測(cè)量代碼的CPU執(zhí)行時(shí)間。和前面兩個(gè)函數(shù)不同，process_time()返回的是CPU時(shí)間而不是實(shí)際時(shí)間。這對(duì)于需要準(zhǔn)確測(cè)量代碼在CPU上執(zhí)行的時(shí)間很有用。使用方法也類似，可以使用start=cess_time()記錄開(kāi)始時(shí)間，然后使用end=cess_time()記錄結(jié)束時(shí)間，并計(jì)算end-start得到CPU執(zhí)行時(shí)間。如果說(shuō)強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)奠定了

Python

發(fā)展的基石，那么豐富的第三方庫(kù)則是

Python

不斷發(fā)展的保證。隨著

Python

不斷發(fā)展，一些實(shí)用并且穩(wěn)定的第三方庫(kù)也逐漸被加入到標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中。第三方庫(kù)是由

Python

社區(qū)或其他組織開(kāi)發(fā)的，這些庫(kù)通常提供了各種各樣的功能，例如網(wǎng)絡(luò)編程、圖形用戶界面開(kāi)發(fā)、科學(xué)計(jì)算等。第三方庫(kù)需要手動(dòng)下載安裝，但調(diào)用方式和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)相同，使用

import

語(yǔ)句調(diào)用。10.2第三方庫(kù)PyInstaller

是一個(gè)用于將

Python

程序打包成可執(zhí)行文件的第三方庫(kù)。它可以將

Python

腳本及其依賴項(xiàng)打包成可以在目標(biāo)操作系統(tǒng)上獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件（即沒(méi)有外部依賴項(xiàng)的單個(gè)文件）。它可以將

Python

程序轉(zhuǎn)換為

Windows、Linux

和

MacOS

上的可執(zhí)行文件，而無(wú)需事先安裝

Python

解釋器或依賴項(xiàng)，這可以將

Python

應(yīng)用程序分發(fā)給沒(méi)有

Python

環(huán)境的用戶。10.2.1

PyInstaller庫(kù)3124在命令行或終端中，使用pyinstaller命令指定需要打包的Python腳本文件。生成的可執(zhí)行文件可以在適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)上運(yùn)行，而無(wú)需安裝Python解釋器或其他依賴項(xiàng)。在終端或命令提示符下運(yùn)行pipinstallpyinstaller來(lái)安裝PyInstaller庫(kù)。PyInstaller自定義打包行為可以使用這些選項(xiàng)來(lái)配置打包過(guò)程，以滿足特定需求。創(chuàng)建可執(zhí)行文件運(yùn)行生成的可執(zhí)行文件安裝PyInstaller自定義打包選項(xiàng)10.2.1

PyInstaller庫(kù)參數(shù)說(shuō)明-v顯示PyInstaller的版本-h顯示幫助-D將Python程序打包進(jìn)一個(gè)文件夾，相關(guān)的庫(kù)文件、資源和可執(zhí)行文件都存儲(chǔ)在這個(gè)文件夾下-F將Python程序打包進(jìn)一個(gè)可執(zhí)行文件，相關(guān)的庫(kù)文件、資源和代碼都被打包進(jìn)這個(gè)文件內(nèi)-w生成一個(gè)沒(méi)有控制臺(tái)窗口的Windows程序-n指定生成的可執(zhí)行文件的名稱-p指定額外的import路徑--add-binary打包額外的代碼，會(huì)將引用文件也一并打包--add-data指定要包含在可執(zhí)行文件中的額外數(shù)據(jù)文件--exclude-module指定要排除在可執(zhí)行文件中的Python模塊表10-2PyInstaller的常用參數(shù)jieba

是一個(gè)常用的

Python

中文分詞庫(kù)，可以將一段中文文本切分成一個(gè)個(gè)詞語(yǔ)，以方便后續(xù)的文本處理和分析。在使用前需要安裝再使用，可以使用pip命令直接安裝。在命令行界面中輸入以下命令：

pipinstalljieba安裝完成后就可以開(kāi)始使用

jieba

庫(kù)了。（1）分詞jieba

支持三種分詞模式：10.2.2jieba庫(kù)01精確模式方法

jieba.cut(text,cut_all=False)

用于實(shí)現(xiàn)精確模式分詞02全模式方法jieba.cut(text,cut_all=True)用于實(shí)現(xiàn)全模式分詞03搜索引擎模式方法jieba.cut_for_search(text)用于搜索引擎模式分詞（2）關(guān)鍵詞提取提取關(guān)鍵詞是從文本中提取出最重要詞語(yǔ)的過(guò)程，jieba

庫(kù)提供了兩種關(guān)鍵詞提取的方法：基于

F-IDF

算法的關(guān)鍵詞提取和基于

TextRank

算法的關(guān)鍵詞提取。

TF-IDF算法10.2.2jieba庫(kù)TF-IDF算法是一種常用的文本挖掘算法，它用于計(jì)算一個(gè)詞在文檔中的重要程度。TF表示詞頻，IDF表示逆文檔頻率。TF-IDF算法的關(guān)鍵思想是：一個(gè)詞在文檔中的重要程度取決于它的詞頻以及它在其他文檔中的頻率。TF（詞頻）指的是一個(gè)詞在文本中出現(xiàn)的頻率，TF越高，表示這個(gè)詞在文本中越重要，IDF（逆文檔頻率）指的是一個(gè)詞在所有文本中出現(xiàn)的頻率的倒數(shù)的對(duì)數(shù)，IDF越高，表示這個(gè)詞在所有文本中越不常見(jiàn)，也就是越重要。在TF-IDF算法中，一個(gè)詞的權(quán)重等于它的TF乘以它的IDF。方法extract_tags用于提取關(guān)鍵詞，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)為：jieba.analyse.extract_tags(sentence,topK=20,withWeight=False,allowPOS=(),withFlag

=False)

TextRank算法

TextRank

算法是一種基于圖的排序算法，它用于提取文本中的關(guān)鍵詞和摘要。TextRank

算法的關(guān)鍵思想是：一個(gè)詞的重要程度取決于它與其他詞的關(guān)聯(lián)程度。

方法

extract_tags

用于提取關(guān)鍵詞，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)為：jieba.analyse.textrank(sentence,topK=20,withWeight=False,allowPOS=('ns','n','vn','v'),withFlag=False)sentence：待提取關(guān)鍵詞的文本字符串。topK：返回前topK個(gè)權(quán)重最大的關(guān)鍵詞，默認(rèn)值為20。withWeight：是否一并返回關(guān)鍵詞權(quán)重值，默認(rèn)值為False。allowPOS：指定詞性，過(guò)濾詞性不符合的詞，默認(rèn)為('ns','n','vn','v')，即只提取名詞、動(dòng)名詞和動(dòng)詞。withFlag：是否返回詞性標(biāo)注，默認(rèn)值為False。10.2.2jieba庫(kù)10.2.3Matplotlib庫(kù)Matplotlib

是一個(gè)用于繪制

2D

圖形的

Python

庫(kù)，它提供了廣泛的繪圖功能，可用于生成各種類型的圖形，包括折線圖、散點(diǎn)圖、柱狀圖、餅圖、等高線圖等，通過(guò)可視化的圖形展示數(shù)據(jù)的趨勢(shì)、分布、關(guān)系等，還可以將其用于數(shù)據(jù)探索、報(bào)告生成、論文插圖等多個(gè)場(chǎng)景中。Matplotlib

是

Python

數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域最常用的庫(kù)之一，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、科學(xué)研究、工程可視化等領(lǐng)域。首先在命令行中運(yùn)行命令

pipinstallmatplotlib

安裝Matplotlib庫(kù)。（1）繪制折線圖

使用Matplotlib繪制折線圖非常簡(jiǎn)單，只需要幾行代碼就可以完成?！纠?0-10】繪制折線圖示例。frommatplotlibimportpyplotaspltx=range(0,8)#設(shè)置xy=[14,17,19,11,14,13,15,16]#設(shè)置yplt.plot(x,y)#plot函數(shù)用于繪制折線圖，需要兩個(gè)參數(shù)plt.title('SampleLinePlot')#添加標(biāo)題和標(biāo)簽plt.xlabel('X-axislabel')plt.ylabel('Y-axislabel')plt.show()#顯示圖形運(yùn)行結(jié)果：10.2.3Matplotlib庫(kù)（2）繪制條形圖條形圖是一種用于對(duì)不同類別進(jìn)行數(shù)值比較的統(tǒng)計(jì)圖表，它通過(guò)寬度相同的條形的高度或長(zhǎng)短來(lái)表示數(shù)據(jù)多少，通常用于比較不同組別或類別數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)差異。在使用條形圖時(shí)，原點(diǎn)通常位于o。此外，注意對(duì)條形圖進(jìn)行排序。依據(jù)可視化的目的、以及想突出的重點(diǎn)信息，確定合理的排序標(biāo)準(zhǔn)，避免條形圖看起來(lái)雜亂無(wú)章?！纠?0-11】繪制豎直條形圖示例。frommatplotlibimportpyplotasplt

ages_x=[25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35]

dev_y=[38496,42000,46752,49320,53200,56000,62316,64928,67317,68748,73752]plt.bar(ages_x,dev_y,label="alldevelopers")#方法bar()用于繪制條形圖

plt.xlabel("age")plt.ylabel("annualincome")plt.title("therelationshipbetweenageandsalary")plt.legend()plt.show()運(yùn)行結(jié)果：10.2.3Matplotlib庫(kù)（3）繪制直方圖直方圖是一種用于展示數(shù)據(jù)分布情況的圖形，通過(guò)將數(shù)據(jù)分成一系列的區(qū)間（也稱為“箱子”或“桶”），然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)或頻率，最后用矩形條形圖的高度表示這些頻數(shù)。直方圖可以幫助了解數(shù)據(jù)的分布情況，包括數(shù)據(jù)的中心趨勢(shì)、離散程度和異常值等?！纠?0-12】繪制直方圖示例。importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

#創(chuàng)建示例數(shù)據(jù)np.random.seed(0)data=np.random.normal(0,1,1000)

#繪制直方圖plt.hist(data,bins=30,edgecolor='black',alpha=0.7)

#添加標(biāo)題和標(biāo)簽plt.title('HistogramofSampleData')plt.xlabel('Value')plt.ylabel('Frequency')

#顯示圖形plt.show()運(yùn)行結(jié)果：10.2.3Matplotlib庫(kù)（4）繪制餅圖餅圖是一種用于展示數(shù)據(jù)組成比例的圖表，通常用于展示數(shù)據(jù)的相對(duì)比例，以便于觀察數(shù)據(jù)的分布情況。餅圖的特點(diǎn)是將一個(gè)圓形分成幾個(gè)扇形，每個(gè)扇形的角度大小表示相應(yīng)數(shù)據(jù)的比例，通常用百分比來(lái)表示?！纠?0-13】繪制餅圖示例。importmatplotlib.pyplotasplt#創(chuàng)建示例數(shù)據(jù)sizes=[15,30,45,10]

#創(chuàng)建標(biāo)簽label