从零开始学习人工智能Day5-Python3 模块

news2025/4/26 3:28:25

​​​二、Python3基础语法学习

三、Python3 基本数据类型

四、Python3 数据类型转换

五、Python3 运算符

六、python基本数据类型(续)

七、Python3 控制语句

八、Python推导式

九、Python3 函数

十、Python3 数据结构

十一、Python3 模块

Python 中的模块(Module)是一个包含 Python 定义和语句的文件,文件名就是模块名加上 .py 后缀。

模块可以包含函数、类、变量以及可执行的代码。通过模块,我们可以将代码组织成可重用的单元,便于管理和维护。

模块的作用

  • 代码复用:将常用的功能封装到模块中,可以在多个程序中重复使用。

  • 命名空间管理:模块可以避免命名冲突,不同模块中的同名函数或变量不会互相干扰。

  • 代码组织:将代码按功能划分到不同的模块中,使程序结构更清晰。

使用 python 标准库中模块的例子

import sys
for i in sys.argv:
    print(i)
#输出: D:\桌面\pythonProject\Day5_模块.py


print('\n')
for i in sys.path:
    print(i)
#输出:
# D:\桌面\pythonProject
# D:\桌面\pythonProject
# C:\Users\Drink\AppData\Local\Programs\Python\Python310\python310.zip
# C:\Users\Drink\AppData\Local\Programs\Python\Python310\DLLs
# C:\Users\Drink\AppData\Local\Programs\Python\Python310\lib
# C:\Users\Drink\AppData\Local\Programs\Python\Python310
# C:\Users\Drink\AppData\Local\Programs\Python\Python310\lib\site-packages

  • 1、import sys 引入 python 标准库中的 sys.py 模块;这是引入某一模块的方法。
  • 2、sys.argv 是一个包含命令行参数的列表
  • 3、sys.path 包含了一个 Python 解释器自动查找所需模块的路径列表

1.import 语句​​​​​​​

语法如下:

import module1[, module2[,... moduleN]

当解释器遇到 import 语句,如

果模块在当前搜索路径就会被导入

搜索路径时一个解释器会先进行搜索所有目录的列表。如想要导入模块 support,需要把命令放在脚本的顶端:

 Day_模块support.py

def hello():
    print("Hello Module Support")

Day_模块.py

import Day5_模块support as support

support.hello()

1.1 模块的搜索路径

当导入一个模块时,Python 会按照以下顺序查找模块:

  1. 当前目录。

  2. 环境变量 PYTHONPATH 指定的目录。

  3. Python 标准库目录。

  4. .pth 文件中指定的目录。

搜索路径是在 Python 编译或安装的时候确定的,安装新的库应该也会修改。搜索路径被存储在 sys 模块中的 path 变量

import sys
print(sys.path)
#输出:
# ['D:\\桌面\\pythonProject', 
# 'D:\\桌面\\pythonProject', 
# 'C:\\Users\\Drink\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.zip', 
# 'C:\\Users\\Drink\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\DLLs', 
# 'C:\\Users\\Drink\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib', 
# 'C:\\Users\\Drink\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310', 
# 'C:\\Users\\Drink\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib\\site-packages']
#导入模块时,Python会在搜索路径中依次查找模块文件,如果找到了,就加载模块并执行;如果没有找到,就会报错。

2.from … import 语句

Python 的 from 语句让你从模块中导入一个指定的部分到当前命名空间中,语法如下:

​​​​​​​from modname import name1[, name2[, ... nameN]]

 给模块起别名:

使用 as 关键字为模块或函数起别名

import numpy as np # 将 numpy 模块别名设置为 np 
from math import sqrt as square_root # 将 sqrt 函数别名设置为 square_root
#from import语句
from math import sqrt   #导入math模块中的sqrt函数
print(sqrt(9))    #输出:3.0

#导入模块时,可以用as给模块指定别名,方便使用。
import math as m
print(m.sqrt(9))   #输出:3.0

#导入模块时,可以用from ... import ... as ... 给模块中的函数指定别名,方便使用。
from math import sqrt as square_root
print(square_root(9))   #输出:3.0

3.from … import * 语句

语法:

from modname import *

不推荐,容易引起命名冲突。

4.深入模块

模块除了方法定义,还可以包括可执行的代码。这些代码一般用来初始化这个模块。这些代码只有在第一次导入时才会被执行

每个模块有各自独立的符号表,在模块内部所有的函数当作全局符号表来使用。

所以,模块的作者可以放心大胆的在模块内部使用这些全局变量,而不用担心把其他用户的全局变量搞混。

从另一个方面,当你确实知道你在做什么的话,你也可以通过 modname.itemname 这样的表示法来访问模块内的函数。

模块是可以导入其他模块的。在一个模块(或者脚本,或者其他地方)的最前面使用 import 来导入一个模块,当然这只是一个惯例,而不是强制的。被导入的模块名称将被放入当前操作的模块的符号表中

还有一种导入的方法,可以使用 import 直接把模块内(函数,变量的)名称导入到当前操作模块。比如:

from math import sqrt
math=100    
print(sqrt(math))   #输出:10.0

这种导入的方法不会把被导入的模块的名称放在当前的字符表中(所以在这个例子里面,math 这个名称是没有定义的)

5.__name__ 属性

一个模块被另一个程序第一次引入时,其主程序将运行。

如果我们想在模块被引入时,模块中的某一程序块不执行,我们可以用 __name__ 属性来使该程序块仅在该模块自身运行执行

#File Name:Day5_模块support.py
if __name__ == "__main__":
    print("在自身执行")
    #输出: 在自身执行
else:
    print("在其他地方导入")
#File Name: Day5_模块.py
#__name__变量
#当模块被直接运行时,__name__变量的值为__main__;当模块被导入时,__name__变量的值为模块名。

import Day5_模块support as support    #输出:在其他地方导入(仅第一次导入时会输出)

print(support.__name__)   #输出:Day5_模块support

说明:每个模块都有一个 __name__ 属性。

  • 如果模块是被直接运行__name__ 的值为 __main__

  • 如果模块是被导入的,__name__ 的值为模块名

  • __name__ 是一个内置变量,表示当前模块的名称。

  • 使用 if __name__ == "__main__": 可以控制模块在被导入时不会执行某些代码,而只有在作为独立脚本运行时才会执行这些代码。

6.dir() 函数

内置的函数 dir() 可以找到模块内定义的所有名称。以一个字符串列表的形式返回:

#dir函数
import sys
#五个为一行输出
attributes = dir(sys)
for i in range(0, len(attributes), 5):
    print(" ".join(attributes[i:i+5]))

#输出    
# __breakpointhook__ __displayhook__ __doc__ __excepthook__ __interactivehook__
# __loader__ __name__ __package__ __spec__ __stderr__
# __stdin__ __stdout__ __unraisablehook__ _base_executable _clear_type_cache
# _current_exceptions _current_frames _deactivate_opcache _debugmallocstats _enablelegacywindowsfsencoding
# _framework _getframe _git _home _xoptions
# addaudithook api_version argv audit base_exec_prefix
# base_prefix breakpointhook builtin_module_names byteorder call_tracing
# copyright displayhook dllhandle dont_write_bytecode exc_info
# excepthook exec_prefix executable exit flags
# float_info float_repr_style get_asyncgen_hooks get_coroutine_origin_tracking_depth getallocatedblocks
# getdefaultencoding getfilesystemencodeerrors getfilesystemencoding getprofile getrecursionlimit
# getrefcount getsizeof getswitchinterval gettrace getwindowsversion
# hash_info hexversion implementation int_info intern
# is_finalizing maxsize maxunicode meta_path modules
# orig_argv path path_hooks path_importer_cache platform
# platlibdir prefix pycache_prefix set_asyncgen_hooks set_coroutine_origin_tracking_depth
# setprofile setrecursionlimit setswitchinterval settrace stderr
# stdin stdlib_module_names stdout thread_info unraisablehook
# version version_info warnoptions winver

如果没有给定参数,那么 dir() 函数会罗列出当前定义的所有名称:

#dir()函数,无参数时,输出当前模块的所有属性和方法
allDir=dir()
for i in range(0,len(dir()),5):
    print(" ".join(allDir[i:i+5]))

#输出   
# __annotations__ __builtins__ __cached__ __doc__ __file__
# __loader__ __name__ __package__ __spec__ attributes
# i m math sqrt square_root
# support sys

7.标准模块

模块名功能描述
math数学运算(如平方根、三角函数等)
os操作系统相关功能(如文件、目录操作)
sys系统相关的参数和函数
random生成随机数
datetime处理日期和时间
json处理 JSON 数据
re正则表达式操作
collections提供额外的数据结构(如 defaultdict、deque)
itertools提供迭代器工具
functools高阶函数工具(如 reduce、lru_cache)

8.包​​​​​​​ 

是一种管理 Python 模块命名空间的形式,采用"点模块名称"。

比如一个模块的名称是 A.B, 那么他表示一个包 A中的子模块 B

就好像使用模块的时候,你不用担心不同模块之间的全局变量相互影响一样,采用点模块名称这种形式也不用担心不同库之间的模块重名的情况。

这样不同的作者都可以提供 NumPy 模块,或者是 Python 图形库。

不妨假设你想设计一套统一处理声音文件和数据的模块(或者称之为一个"包")。

现存很多种不同的音频文件格式(基本上都是通过后缀名区分的,例如: .wav,:file:.aiff,:file:.au,),所以你需要有一组不断增加的模块,用来在不同的格式之间转换。

并且针对这些音频数据,还有很多不同的操作(比如混音,添加回声,增加均衡器功能,创建人造立体声效果),所以你还需要一组怎么也写不完的模块来处理这些操作。

这里给出了一种可能的包结构(在分层的文件系统中):

sound/                          顶层包
      __init__.py               初始化 sound 包
      formats/                  文件格式转换子包
              __init__.py
              wavread.py
              wavwrite.py
              aiffread.py
              aiffwrite.py
              auread.py
              auwrite.py
              ...
      effects/                  声音效果子包
              __init__.py
              echo.py
              surround.py
              reverse.py
              ...
      filters/                  filters 子包
              __init__.py
              equalizer.py
              vocoder.py
              karaoke.py
              ...

在导入一个包的时候,Python 会根据 sys.path 中的目录来寻找这个包中包含的子目录。 

目录只有包含一个叫做 __init__.py 的文件才会被认作是一个包

用户可以每次只导入一个包里面的特定模块,比如:

import sound.effects.echo

这将会导入子模块:sound.effects.echo。 他必须使用全名访问

sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种导入子模块的方法是:

from sound.effects import echo

 这同样会导入子模块: echo,并且他不需要那些冗长的前缀,所以他可以这样使用:

echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量:

from sound.effects.echo import echofilter

同样的,这种方法会导入子模块: echo,并且可以直接使用他的 echofilter() 函数:

echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

9.从一个包中导入* 

Python 会进入文件系统,找到这个包里面所有的子模块,然后一个一个的把它们都导入进来。

但这个方法在 Windows 平台上工作的就不是非常好,因为 Windows 是一个不区分大小写的系统。

在 Windows 平台上,我们无法确定一个叫做 ECHO.py 的文件导入为模块是 echo 还是 Echo,或者是 ECHO。

为了解决这个问题,我们只需要提供一个精确包的索引

导入语句遵循如下规则:如果包定义文件 __init__.py 存在一个叫做 __all__ 的列表变量,那么在使用 from package import * 的时候就把这个列表中的所有名字作为包内容导入。

作为包的作者,可别忘了在更新包之后保证 __all__ 也更新了啊。

以下实例在 file:sounds/effects/__init__.py 中包含如下代码:

__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]

这表示当你使用from sound.effects import *这种用法时,你只会导入包里面这三个子模块。

如果 __all__ 真的没有定义,那么使用from sound.effects import *这种语法的时候,就不会导入包 sound.effects 里的任何子模块。他只是把包sound.effects和它里面定义的所有内容导入进来(可能运行__init__.py里定义的初始化代码)。

这会把 __init__.py 里面定义的所有名字导入进来。并且他不会破坏掉我们在这句话之前导入的所有明确指定的模块。看下这部分代码:

import sound.effects.echo 
import sound.effects.surround 
from sound.effects import *

这个例子中,在执行 from...import 前,包 sound.effects 中的 echo 和 surround 模块都被导入到当前的命名空间中了。(当然如果定义了 __all__ 就更没问题了)

通常我们并不主张使用 * 这种方法来导入模块,因为这种方法经常会导致代码的可读性降低。不过这样倒的确是可以省去不少敲键的功夫,而且一些模块都设计成了只能通过特定的方法导入。

记住,使用 from Package import specific_submodule 这种方法永远不会有错。事实上,这也是推荐的方法除非是你要导入的子模块有可能和其他包的子模块重名

如果在结构中包是一个子包(比如这个例子中对于包sound来说),而你又想导入兄弟包(同级别的包)你就得使用导入绝对的路径来导入。比如,如果模块sound.filters.vocoder 要使用包 sound.effects 中的模块 echo,你就要写成 from sound.effects import echo。

from . import echo 
from .. import formats 
from ..filters import equalizer

无论是隐式的还是显式的相对导入都是从当前模块开始的。主模块的名字永远是"__main__",一个Python应用程序的主模块,应当总是使用绝对路径引用

包还提供一个额外的属性__path__。这是一个目录列表,里面每一个包含的目录都有为这个包服务的__init__.py,你得在其他__init__.py被执行前定义哦。可以修改这个变量,用来影响包含在包里面的模块和子包。

这个功能并不常用,一般用来扩展包里面的模块。

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