Python學習之常用模組

stonezhu發表於2018-06-24

Python學習目錄

Python之所以自稱“batteries included”，就是因為內建了許多非常有用的模組，無需額外安裝和配置，即可直接使用。

常用內建模組

datetime

datetime是Python處理日期和時間的標準庫。

>>> from datetime import datetime
>>> dt = datetime(2015, 4, 19, 12, 20) # 用指定日期時間建立datetime
>>> dt.timestamp() # 把datetime轉換為timestamp
1429417200.0
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注意Python的timestamp是一個浮點數。如果有小數位，小數位表示毫秒數。

collections

collections是Python內建的一個集合模組，提供了許多有用的集合類。

namedtuple

>>> from collections import namedtuple
>>> Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
>>> p = Point(1, 2)
>>> p.x
1
>>> p.y
2
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namedtuple是一個函式，它用來建立一個自定義的tuple物件，並且規定了tuple元素的個數，並可以用屬性而不是索引來引用tuple的某個元素。

這樣一來，我們用namedtuple可以很方便地定義一種資料型別，它具備tuple的不變性，又可以根據屬性來引用，使用十分方便。

deque

使用list儲存資料時，按索引訪問元素很快，但是插入和刪除元素就很慢了，因為list是線性儲存，資料量大的時候，插入和刪除效率很低。

deque是為了高效實現插入和刪除操作的雙向列表，適合用於佇列和棧：

>>> from collections import deque
>>> q = deque(['a', 'b', 'c'])
>>> q.append('x')
>>> q.appendleft('y')
>>> q
deque(['y', 'a', 'b', 'c', 'x'])
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deque除了實現list的append()和pop()外，還支援appendleft()和popleft()，這樣就可以非常高效地往頭部新增或刪除元素。

defaultdict

>>> from collections import defaultdict
>>> dd = defaultdict(lambda: 'N/A')
>>> dd['key1'] = 'abc'
>>> dd['key1'] # key1存在
'abc'
>>> dd['key2'] # key2不存在，返回預設值
'N/A'
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注意預設值是呼叫函式返回的，而函式在建立defaultdict物件時傳入。

除了在Key不存在時返回預設值，defaultdict的其他行為跟dict是完全一樣的。

OrderedDict

使用dict時，Key是無序的。在對dict做迭代時，我們無法確定Key的順序。

如果要保持Key的順序，可以用OrderedDict：

>>> from collections import OrderedDict
>>> d = dict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)])
>>> d # dict的Key是無序的
{'a': 1, 'c': 3, 'b': 2}
>>> od = OrderedDict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)])
>>> od # OrderedDict的Key是有序的
OrderedDict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)])
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注意，OrderedDict的Key會按照插入的順序排列，不是Key本身排序：

>>> od = OrderedDict()
>>> od['z'] = 1
>>> od['y'] = 2
>>> od['x'] = 3
>>> list(od.keys()) # 按照插入的Key的順序返回
['z', 'y', 'x']
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OrderedDict可以實現一個FIFO（先進先出）的dict，當容量超出限制時，先刪除最早新增的Key：

from collections import OrderedDict

class LastUpdatedOrderedDict(OrderedDict):

    def __init__(self, capacity):
        super(LastUpdatedOrderedDict, self).__init__()
        self._capacity = capacity

    def __setitem__(self, key, value):
        containsKey = 1 if key in self else 0
        if len(self) - containsKey >= self._capacity:
            last = self.popitem(last=False)
            print('remove:', last)
        if containsKey:
            del self[key]
            print('set:', (key, value))
        else:
            print('add:', (key, value))
        OrderedDict.__setitem__(self, key, value)
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Counter

Counter是一個簡單的計數器，例如，統計字元出現的個數：

>>> from collections import Counter
>>> c = Counter()
>>> for ch in 'programming':
...     c[ch] = c[ch] + 1
...
>>> c
Counter({'g': 2, 'm': 2, 'r': 2, 'a': 1, 'i': 1, 'o': 1, 'n': 1, 'p': 1})
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Counter實際上也是dict的一個子類，上面的結果可以看出，字元'g'、'm'、'r'各出現了兩次，其他字元各出現了一次。

base64

Base64是一種用64個字元來表示任意二進位制資料的方法。

Base64編碼會把3位元組的二進位制資料編碼為4位元組的文字資料，長度增加33%，好處是編碼後的文字資料可以在郵件正文、網頁等直接顯示。

如果要編碼的二進位制資料不是3的倍數，最後會剩下1個或2個位元組怎麼辦？Base64用\x00位元組在末尾補足後，再在編碼的末尾加上1個或2個=號，表示補了多少位元組，解碼的時候，會自動去掉。

>>> import base64
>>> base64.b64encode(b'binary\x00string')
b'YmluYXJ5AHN0cmluZw=='
>>> base64.b64decode(b'YmluYXJ5AHN0cmluZw==')
b'binary\x00string'
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struct

struct模組來解決bytes和其他二進位制資料型別的轉換，struct的pack函式把任意資料型別變成bytes：

>>> import struct
>>> struct.pack('>I', 10240099)
b'\x00\x9c@c'
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pack的第一個引數是處理指令，'>I'的意思是：

>表示位元組順序是big-endian，也就是網路序，I表示4位元組無符號整數。'

hashlib

Python的hashlib提供了常見的摘要演算法，如MD5，SHA1等等。

我們以常見的摘要演算法MD5為例，計算出一個字串的MD5值：

import hashlib

md5 = hashlib.md5()
md5.update('how to use md5 in python hashlib?'.encode('utf-8'))
print(md5.hexdigest())
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計算結果如下：

d26a53750bc40b38b65a520292f69306
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還有很多內建模組也常使用，如：hmac，itertools，contextlib，urllib，XML，HTMLParser

常用第三方模組

除了內建的模組外，Python還有大量的第三方模組。

基本上，所有的第三方模組都會在PyPI - the Python Package Index上註冊，只要找到對應的模組名字，即可用pip安裝。

此外，在安裝第三方模組一節中，我們強烈推薦安裝Anaconda，安裝後，數十個常用的第三方模組就已經就緒，不用pip手動安裝。

Pillow

PIL：Python Imaging Library，已經是Python平臺事實上的影像處理標準庫了。PIL功能非常強大，但API卻非常簡單易用。

由於PIL僅支援到Python 2.7，加上年久失修，於是一群志願者在PIL的基礎上建立了相容的版本，名字叫Pillow，支援最新Python 3.x，又加入了許多新特性，因此，我們可以直接安裝使用Pillow。

安裝Pillow

如果安裝了Anaconda，Pillow就已經可用了。否則，需要在命令列下通過pip安裝：

$ pip install pillow
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如果遇到Permission denied安裝失敗，請加上sudo重試。

操作影像

來看看最常見的影像縮放操作，只需三四行程式碼：

from PIL import Image

# 開啟一個jpg影像檔案，注意是當前路徑:
im = Image.open('test.jpg')
# 獲得影像尺寸:
w, h = im.size
print('Original image size: %sx%s' % (w, h))
# 縮放到50%:
im.thumbnail((w//2, h//2))
print('Resize image to: %sx%s' % (w//2, h//2))
# 把縮放後的影像用jpeg格式儲存:
im.save('thumbnail.jpg', 'jpeg')
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其他功能如切片、旋轉、濾鏡、輸出文字、調色盤等一應俱全。

比如，模糊效果也只需幾行程式碼：

from PIL import Image, ImageFilter

# 開啟一個jpg影像檔案，注意是當前路徑:
im = Image.open('test.jpg')
# 應用模糊濾鏡:
im2 = im.filter(ImageFilter.BLUR)
im2.save('blur.jpg', 'jpeg')
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requests

用於訪問網路資源。

安裝requests

如果安裝了Anaconda，requests就已經可用了。否則，需要在命令列下通過pip安裝：

$ pip install requests
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如果遇到Permission denied安裝失敗，請加上sudo重試。

使用requests

要通過GET訪問一個頁面，只需要幾行程式碼：

>>> import requests
>>> r = requests.get('https://www.douban.com/') # 豆瓣首頁
>>> r.status_code
200
>>> r.text
r.text
'<!DOCTYPE HTML>\n<html>\n<head>\n<meta name="description" content="提供圖書、電影、音樂唱片的推薦、評論和...'
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對於帶引數的URL，傳入一個dict作為params引數：

>>> r = requests.get('https://www.douban.com/search', params={'q': 'python', 'cat': '1001'})
>>> r.url # 實際請求的URL
'https://www.douban.com/search?q=python&cat=1001'
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requests自動檢測編碼，可以使用encoding屬性檢視：

>>> r.encoding
'utf-8'
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無論響應是文字還是二進位制內容，我們都可以用content屬性獲得bytes物件：

>>> r.content
b'<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">\n...'
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requests的方便之處還在於，對於特定型別的響應，例如JSON，可以直接獲取：

>>> r = requests.get('https://query.yahooapis.com/v1/public/yql?q=select%20*%20from%20weather.forecast%20where%20woeid%20%3D%202151330&format=json')
>>> r.json()
{'query': {'count': 1, 'created': '2017-11-17T07:14:12Z', ...
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需要傳入HTTP Header時，我們傳入一個dict作為headers引數：

>>> r = requests.get('https://www.douban.com/', headers={'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (iPhone; CPU iPhone OS 11_0 like Mac OS X) AppleWebKit'})
>>> r.text
'<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<meta charset="UTF-8">\n <title>豆瓣(手機版)</title>...'
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要傳送POST請求，只需要把get()方法變成post()，然後傳入data引數作為POST請求的資料：

>>> r = requests.post('https://accounts.douban.com/login', data={'form_email': 'abc@example.com', 'form_password': '123456'})
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requests預設使用application/x-www-form-urlencoded對POST資料編碼。如果要傳遞JSON資料，可以直接傳入json引數：

params = {'key': 'value'}
r = requests.post(url, json=params) # 內部自動序列化為JSON
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類似的，上傳檔案需要更復雜的編碼格式，但是requests把它簡化成files引數：

>>> upload_files = {'file': open('report.xls', 'rb')}
>>> r = requests.post(url, files=upload_files)
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在讀取檔案時，注意務必使用'rb'即二進位制模式讀取，這樣獲取的bytes長度才是檔案的長度。

把post()方法替換為put()，delete()等，就可以以PUT或DELETE方式請求資源。

除了能輕鬆獲取響應內容外，requests對獲取HTTP響應的其他資訊也非常簡單。例如，獲取響應頭：

>>> r.headers
{Content-Type': 'text/html; charset=utf-8', 'Transfer-Encoding': 'chunked', 'Content-Encoding': 'gzip', ...}
>>> r.headers['Content-Type']
'text/html; charset=utf-8'
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requests對Cookie做了特殊處理，使得我們不必解析Cookie就可以輕鬆獲取指定的Cookie：

>>> r.cookies['ts']
'example_cookie_12345'
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要在請求中傳入Cookie，只需準備一個dict傳入cookies引數：

>>> cs = {'token': '12345', 'status': 'working'}
>>> r = requests.get(url, cookies=cs)
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最後，要指定超時，傳入以秒為單位的timeout引數：

>>> r = requests.get(url, timeout=2.5) # 2.5秒後超時
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chardet

用來檢測編碼。

安裝chardet

如果安裝了Anaconda，chardet就已經可用了。否則，需要在命令列下通過pip安裝：

$ pip install chardet
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如果遇到Permission denied安裝失敗，請加上sudo重試。

使用chardet

當我們拿到一個bytes時，就可以對其檢測編碼。用chardet檢測編碼，只需要一行程式碼：

>>> chardet.detect(b'Hello, world!')
{'encoding': 'ascii', 'confidence': 1.0, 'language': ''}
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檢測出的編碼是ascii，注意到還有個confidence欄位，表示檢測的概率是1.0（即100%）。

我們來試試檢測GBK編碼的中文：

>>> data = '離離原上草，一歲一枯榮'.encode('gbk')
>>> chardet.detect(data)
{'encoding': 'GB2312', 'confidence': 0.7407407407407407, 'language': 'Chinese'}
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檢測的編碼是GB2312，注意到GBK是GB2312的超集，兩者是同一種編碼，檢測正確的概率是74%，language欄位指出的語言是'Chinese'。

對UTF-8編碼進行檢測：

>>> data = '離離原上草，一歲一枯榮'.encode('utf-8')
>>> chardet.detect(data)
{'encoding': 'utf-8', 'confidence': 0.99, 'language': ''}
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我們再試試對日文進行檢測：

>>> data = '最新の主要ニュース'.encode('euc-jp')
>>> chardet.detect(data)
{'encoding': 'EUC-JP', 'confidence': 0.99, 'language': 'Japanese'}
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可見，用chardet檢測編碼，使用簡單。獲取到編碼後，再轉換為str，就可以方便後續處理。

chardet支援檢測的編碼列表請參考官方文件Supported encodings。

psutil

psutil = process and system utilities，它不僅可以通過一兩行程式碼實現系統監控，還可以跨平臺使用，支援Linux／UNIX／OSX／Windows等，是系統管理員和運維小夥伴不可或缺的必備模組。

安裝psutil

如果安裝了Anaconda，psutil就已經可用了。否則，需要在命令列下通過pip安裝：

$ pip install psutil
複製程式碼

如果遇到Permission denied安裝失敗，請加上sudo重試。

獲取CPU資訊

>>> import psutil
>>> psutil.cpu_count() # CPU邏輯數量
4
>>> psutil.cpu_count(logical=False) # CPU物理核心
2
# 2說明是雙核超執行緒, 4則是4核非超執行緒
複製程式碼

psutil還可以獲取使用者資訊、Windows服務等很多有用的系統資訊，具體請參考psutil的官網：github.com/giampaolo/p…

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Python學習之常用模組

常用內建模組

datetime

collections

namedtuple

deque

defaultdict

OrderedDict

Counter

base64

struct

hashlib

常用第三方模組

Pillow

安裝Pillow

操作影像

requests

安裝requests

使用requests

chardet

安裝chardet

使用chardet

psutil

安裝psutil

獲取CPU資訊

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