# Python Module / import 資訊之芽 Python 語法班 2023/04/16 鄧人豪 --- ## 課程大綱 Outline ---- 1. Modules 概念 2. import 語法 3. 常用 Modules 4. 自己寫 Module 5. 補充 --- ## Modules ---- ### 什麼是 Modules？ 具體來說就是： - 一個或多個 .py 檔案 ---- ### 什麼是 Modules？ 它的概念與用處就是： - 把常用的程式碼包裝起來 - 下一次可以直接被其他 Python 檔案使用 - 也可以使用其他人寫好的功能，而且不用了解其中的實作細節 - 當作大型專案各個檔案之間的橋樑 --- ## import ---- ### 為什麼需要 import 呢？ - Modules 是一堆被包好的程式碼 - 要用 import 使用它們 ---- ### 4 種 import 方法 ```python= # 1. import <模組名> import math # 2. import <模組名> as <自訂名稱> import math as m # 3. from <模組名> import <該模組內的東西> # 模組內的東西包括：<子模組>, <函式>, <變數>, <Class> from math import factorial, sqrt, pi # 4. from <模組名> import <該模組內的東西> as <自訂名稱> from math import factorial as fact ``` ---- ### 1. import <模組名> ```python= import math print(math.factorial(4)) # 1 * 2 * 3 * 4 = 24 ``` ---- ### 2. import <模組名> as <自訂名稱> ```python= import math as m print(m.factorial(4)) # 1 * 2 * 3 * 4 = 24 ``` ---- ### 3. from <模組名> import <該模組內的東西> ```python= # 模組內的東西包括：<子模組>, <函式>, <變數>, <Class> from math import factorial, sqrt, pi print(factorial(4)) # 1 * 2 * 3 * 4 = 24 print(sqrt(2)) # 1.4142135623730951 print(pi) # 3.141592653589793 ``` ---- ### 4. from <模組名> import <該模組內的東西> as <自訂名稱> ```python= from math import factorial as fact print(fact(4)) # 1 * 2 * 3 * 4 = 24 ``` ---- ### 補充：從該模組 import 全部東東 - 不建議使用，在正式環境盡量避免 ```python= # from <模組名> import * from math import * print(factorial(4)) # 1 * 2 * 3 * 4 = 24 print(sqrt(2)) # 1.4142135623730951 print(pi) # 3.141592653589793 # Symbol table print(dir()) # 'acos', 'acosh', 'asin', 'asinh', 'atan', 'atan2', 'atanh', 'ceil', 'copysign', 'cos', 'cosh', 'degrees', 'e'... ``` ---- ### ModuleNotFoundError ```python= import numpy as np Traceback (most recent call last): File "python_path", line 1, in <module> import numpy as np ModuleNotFoundError: No module named 'numpy' ``` 解決辦法 - 在 command prompt 輸入： `pip install numpy` - 或是在 jupyter notebook 的 cell 中輸入： `!pip install numpy` ---- ### Questions? --- ## 常用 Modules ---- ### math 數學 ```python= import math # floor(a): a 的下高斯, ceil(a): a 的上高斯 print(math.floor(1.9), math.ceil(2.1)) # 1 3 # pow(a, b): a 的 b 次方, sqrt(a): a 的開根號 print(math.pow(2, 10), math.sqrt(2)) # 1024.0 1.4142135623730951 # gcd(a, b): a, b 的最大公因數 print(math.gcd(18, 45)) # 9 # 常數 pi 與 e print(math.pi, math.e) # 3.141592653589793 2.718281828459045 # sin(a), cos(a) (單位為弧度 radian) print(math.sin(math.pi/2), math.cos(math.pi/4)) # 1.0 0.7071067811865476 ``` ---- ### string 字串 ```python= import string # 小寫字母：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz print(string.ascii_lowercase) # 大寫字母：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ print(string.ascii_uppercase) # 十六進制位元：0123456789abcdefABCDEF print(string.hexdigits) # 標點符號：!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~ print(string.punctuation) # 數字：0123456789 print(string.digits) ``` ---- ### random 隨機 ```python= import random # [0, 1) 之間的浮點數 print(random.random()) # uniform(a, b): [a, b] 之間的浮點數 print(random.uniform(1, 10)) # randint(a, b): [a, b] 之間的整數 print(random.randint(1, 10)) ``` ```python= numbers = [i for i in range(10)] print(numbers) # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] # choice(a): 從 list a 中隨機挑選一個 print(random.choice(numbers)) # shuffle(a): 直接將 list a 打亂 random.shuffle(numbers) print(numbers) # 被打亂後的 numbers ``` ---- ### os 操作文件目錄 ```python= import os # 取得當前目錄 print(os.getcwd()) # 列出目錄底下的檔案，以根目錄為例 print(os.listdir('/')) # 組合成完整路徑名 print(os.path.join('/usr', 'bin')) #/usr/bin # 檢查路徑或檔案是否存在 print(os.path.exists(path)) # 刪除檔案 print(os.remove('trash_file')) ``` ---- ### sys 操作執行環境 ```python= import sys # 命令列的參數 (list) print(sys.argv) # Python 的版本 print(sys.version) # 操作系統平台名稱 print(sys.platform) # 標準輸出 print(sys.stdout) ``` ---- ### time 時間 ```python= import time # 從 1970/1/1, 00:00:00 到現在經過的秒數 print(time.time()) # 目前時間 print(time.localtime()) # 格式化時間 print(time.asctime()) # 暫停 3 秒 time.sleep(3) # 時間會比上面的多 3 秒 print(time.time()) ``` ---- ### datetime 日期與時間 ```python= import datetime # 現在日期與時間 t = datetime.datetime.now() # 2023-04-05 03:09:36.040984 print(t) # 取得特定時間 print(t.year, t.month, t.day) # 2023 4 5 # 將時間轉換成指定的字串格式 print(t.strftime("%Y %m %d %A")) # 2023 04 05 Wednesday ``` [strftime() Format Codes](https://docs.python.org/3/library/datetime.html#strftime-and-strptime-format-codes) ---- ### Questions? --- ## 自己寫 Module ---- ### 步驟： 1. 新增一個 `.py` 的 python 檔案 2. 在該檔案中定義想要的函式與變數 3. 在其他 python 檔案中 import 該 module 注意：新增的 module 檔案與使用 module 的檔案要在同一個路徑下 ---- ### 範例： 1. 新增一個 `number_list.py` 的 python 檔案，假如你主要使用的檔案是 `main.py`，那目錄大概會長這樣： ```text python_module/ 頂層目錄 ├── main.py(main.ipynb) ├── 主要程式 ├── number_list.py ├── 模組檔案 ``` ---- ### 範例： 2. 在 `number_list.py` 中定義想要的函式與變數 ```python= def get_number_list(num): # 取得範圍為 [0, num) 的整數 list number_list = [i for i in range(num)] return number_list ``` ---- 3. 在 `main.py` 或 `main.ipynb` 中 import 該 module ```python= import number_list num_list = number_list.get_number_list(10) print(num_list) # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] ``` 注意：假如是在 `.ipnyb` 檔案中 import 其他檔案，建議加上以下程式碼。 避免在更改 module 內容後，`.ipynb` 檔案的 kernel 中記得的仍然是舊的 module 內容 ```python= %load_ext autoreload %autoreload 2 ``` [IPython autoreload 參考資料](https://ipython.org/ipython-doc/3/config/extensions/autoreload.html) ---- ### Questions? --- ## 補充 ---- ### json 格式 ---- ### json 是什麼？ - 一種輕量級的資料交換格式 - 常用於網路應用程式中傳送資料 - 它使用易於閱讀和編寫的文字格式，並可被多種程式語言支援和解析 ---- ### json 格式處理 json 轉 python ```python= import json # json 格式的字串 json_string = '{ "name": "thomas", "age": 20, "email": ["email1@example.com", "email2@example.com"]}' # 將 json 格式的字串轉為 python (這個範例中是被轉為 python dictionary) py_dict = json.loads(json_string) print(type(py_dict)) # <class 'dict'> print(py_dict['name'], py_dict['age'], py_dict['email']) # thomas 20 ["email1@example.com", "email2@example.com"] ``` ---- ### json 格式處理 python 轉 json ```python= import json # 一個 python object (dictionary) py_dict = { "name": "thomas", "age": 20, "email": ["email1@example.com", "email2@example.com"] } # 將 python object 轉為 json 格式 json_string = json.dumps(py_dict) print(type(json_string)) # <class 'str'> print(json_string) # {"name": "thomas", "age": 20, "email": ["email1@example.com", "email2@example.com"]} ``` [json viewer](https://jsoneditoronline.org/) ---- ### CSV 檔案 ---- ### CSV (Comma Separated Values) 檔案是什麼？ - CSV 檔案是一種純文字檔案格式，其中數據以逗號分隔，每行代表一個記錄，每個記錄包含一個或者多個區段。 - 它可以被許多程式語言支援，並且常被用來在不同程式之間交換數據。 ---- ### CSV 檔案處理 將 list 資料寫入 csv 檔案 ```python= import csv # 開啟要寫入的 csv 檔案 with open('output.csv', 'w', newline='') as csvfile: # 建立 csv 檔寫入器 writer = csv.writer(csvfile) # 寫入一列 header writer.writerow(['name', 'height', 'weight']) # 寫入幾列儲存資料 (list) writer.writerow(['John', 175, 60]) writer.writerow(['Thomas', 180, 57]) writer.writerow(['Marry', 160, 49]) ``` ---- 將 dictionary 資料寫入 csv 檔案 ```python= import csv with open('output.csv', 'w', newline='') as csvfile: # 定義欄位名稱 (header) header = ['name', 'height', 'weight'] # 將 dictionary 寫入 csv 檔 writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=header) # 寫入第一列的欄位名稱 writer.writeheader() # 寫入幾列儲存資料 (dictionary) writer.writerow({'name': 'John', 'height': '175', 'weight': '60'}) writer.writerow({'name': 'Thomas', 'height': '180', 'weight': '57'}) writer.writerow({'name': 'Marry', 'height': '160', 'weight': '49'}) ``` ---- 你的 `output.csv` 內容應該會長這樣： ```text= name,height,weight John,175,60 Thomas,180,57 Marry,160,49 ``` ---- 讀取 csv 檔案到 list 中 ```python= import csv # 開啟 csv 檔案 with open('output.csv', 'r', newline='') as csvfile: # 讀取 csv 檔案內容 rows = csv.reader(csvfile) # 以迴圈輸出每一列 (包括 header) for row in rows: print(row) # 每一行都是一個 list ``` ---- 讀取 csv 檔案到 dictionary 中 ```python= import csv # 開啟 csv 檔案 with open('output.csv', 'r', newline='') as csvfile: # 讀取 csv 檔內容，將每一列轉成一個 dictionary rows = csv.DictReader(csvfile) # 以迴圈輸出每一列 (不包括 header) for row in rows: print(row) # 每一行都是一個 dictionary ``` ---- 假如我不想用 comma（逗號）分隔資料， 而是用 colon（冒號）分隔呢？ 方法：在寫入時，使用 `csv.writer(..., delimiter=":")` ```python= import csv # 開啟要寫入的 csv 檔案 with open('output_colon_separated.csv', 'w', newline='') as csvfile: # 建立 csv 檔寫入器 writer = csv.writer(csvfile, delimiter=":") # 寫入一列 header writer.writerow(['name', 'height', 'weight']) # 寫入幾列儲存資料 (list) writer.writerow(['John', 175, 60]) writer.writerow(['Thomas', 180, 57]) writer.writerow(['Marry', 160, 49]) ``` ---- 你的 `output_colon_separated.csv` 內容應該會長這樣： ```text= name:height:weight John:175:60 Thomas:180:57 Marry:160:49 ``` ---- 讀取 `output_colon_separated.csv` 時要用 `csv.reader(..., delimiter=":")` ```python= import csv # 開啟 csv 檔案 with open('output_colon_separated.csv', 'r', newline='') as csvfile: # 讀取 csv 檔案內容 rows = csv.reader(csvfile, delimiter=":") # 以迴圈輸出每一列 (包括 header) for row in rows: print(row) # 每一行都是一個 list ``` ---- ### Questions? --- # Thanks！