Python基礎：常用系統模組

Python 的標準庫包含許多模組，每個模組定義了很多有用的函式，這些函式稱為系統函式

模組的匯入

方法一

格式：import 模組名

該語句將模組中定義的函式程式碼複製到自己的程式中，然後就可以訪問改模組中的任何函式，方式是 模組名.函式名

例：

import math
print(math.sqrt(2)) # 輸出1.4142135623730951

方法二

from 模組名 import 函式名

從模組中匯入指定函式，呼叫模組中函式時，不需要加上模組名。匯入多個模組時用逗號分隔，匯入全部模組時函式名用 * 代替

from math import sqrt,pow
print(sqrt(2)) # 輸出1.4142135623730951
print(pow(2,3)) # 輸出8.0

math 模組

功能：處理數學相關運算，其中定義的常用數學常量和函式如下

數學常量

符號	意義
e	返回常數e（自然對數的底）
pi	返回圓周率π

import math
print(math.e)
print(math.pi)
# 輸出
# 2.718281828459045
# 3.141592653589793

絕對值和平方根函式

函式名	功能
fabs(x)	返回x的絕對值（浮點型）
sqrt(x)	返回x的平方根（x>0） 返回值浮點型

import math
print(math.fabs(-6))  # 輸出 6.0
print(math.sqrt(9))   # 輸出 3.0

冪函式和對數函式

函式名	功能
pow(x,y)	返回x的y次冪（浮點型）
exp(x)	返回e（自然對數的底）的x次冪
log(x[,base])	返回x的自然對數，base為可選引數修改對數的底，預設為e
log10(x)	返回x的常用對數（浮點型）

import math
print(math.pow(2,3))
print(math.exp(2))
print(math.log(math.e))
print(math.log(10,10))
print(math.log10(10))
# 輸出：
# 8.0
# 7.38905609893065
# 1.0
# 1.0
# 1.0

取整和求餘函式

函式名	功能
ceil(x)	對x向上取整
floor(x)	對x向下取整
fmod(x,y)	返回x/y的餘數（浮點型）

import math
print(math.ceil(4.4))  #輸出5
print(math.floor(4.4)) #輸出4
print(math.fmod(8,4))  #輸出0.0

弧度角度轉換函式

函式名	功能
degress(x)	將弧度轉換為角度

import math
print(math.degrees(math.pi)) 輸出180.0

三角函式和反三角函式

函式名	功能
sin(x)	返回x的正弦值（x為弧度）
cos(x)	返回x的餘弦值（x為弧度）
tan(x)	返回x的正切值（x為弧度）
asin(x)	返回x的反正弦值（返回值為弧度）
acos(x)	返回x的反餘弦值（返回值為弧度）
atan(x)	返回x的反正切值（返回值為弧度）

import math
print(math.sin(math.pi / 2)) # 輸出1.0
print(math.cos(math.pi / 2)) # 輸出6.123233995736766e-17 相當於 0
print(math.tan(math.pi / 4)) # 輸出0.9999999999999999 相當於 1

print(math.asin(1))# 輸出1.5707963267948966
print(math.acos(-1))# 輸出3.141592653589793
print(math.atan(1))# 輸出0.7853981633974483

cmath模組

cmath模組函式與math模組函式基本一致。只是math模組支援對實數運算進行支援，cmath模組對複數運算進行支援

import cmath
print(cmath.pi)
print(cmath.sqrt(-1))
print(cmath.sin(1))
print(cmath.log10(100))
print(cmath.exp(100+10j))
# 輸出
# 3.141592653589793
# 1j
# (0.8414709848078965+0j)
# (2+0j)
# (-2.255522560520288e+43-1.4623924736915717e+43j)

複數特有函式

phase(x)函式

• 功能：返回複數x的幅角
• 示例

from cmath import phase
print(phase(1+1j)) #輸出0.7853981633974483

polar()函式和rect()函式

polar()函式

• 功能：將複數的笛卡爾座標轉換為極座標表示，輸出一個二元組（r,p），r複數的模，即abs(x),p為幅角，即p=phase(x),

rect(r,p)函式

• 將複數的極座標表示轉換為笛卡爾座標表示，
• 輸出r * cos( p )+r *sin( p )*1 j

示例：

from cmath import polar,rect
n = 3 + 4j
r,p = polar(n)
print(r,p)
print(rect(r,p))
# 輸出5
# .0 0.9272952180016122
# (3.0000000000000004+3.9999999999999996j)

random模組

seed(x) 函式

• 設定隨機數生成器種子，通常在呼叫其他隨機模組之前呼叫此函式
• 相同的種子，每次呼叫隨機函式生成的隨機數是相同的。預設將系統時間作為種子值

隨機挑選和排序choice(seq)、sample(seq,k)、shuffle(seq)

choice(seq)函式：

• 功能：從序列（列表，字串，元組）中隨機挑選一個元素

sample(seq,k)函式：

• 功能：從序列中隨機挑選k個元素

shuffle(seq)函式

功能： 將序列的所有元素隨機排序

from random import *
n = list(range(0,10))  #range()函式 生成一個可迭代物件，list()函式生成一個列表
print(choice(n))
print(sample(n,5))
print(n)
shuffle(n) #該函式反回值 None
print(n)
# 輸出：
# 9
# [2, 7, 5, 8, 6]
# [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
# [0, 9, 4, 5, 8, 2, 3, 7, 6, 1]

生成隨機數

生成的隨機數符合均勻分佈，意味著某個範圍內的數字出現的概率相等

random()函式

• 功能：隨機生成一個[0,1) 範圍的實數

uniform(a,b)函式

• 功能：隨機生成一個[a,b] 範圍的實數

randrange(a,b,c)函式

• 功能：隨機生成一個[a,b)範圍內以c遞增的整數，省略c時，預設為1，省略a時初值為0。

randint(a,b) 函式

• 功能：隨機生成一個[a,b]範圍內的整數

import random
i = 1
# random.seed(1)  隨機數種子相同，產生的隨機是每次都一樣
while i <= 2:
    n = random.random()
    print(n)
    i += 1
# 其他就不演示了

i = 1
while i <= 10:
    n = int(random.random()*10) + 2 # 產生一個[2,12)的整數，所以其他可以隨機函式感覺作用不打
    print(n)
    i += 1

time模組

time()函式

• 功能：返回當前時間的時間戳，時間戳是從Epoch 1970年1月1日00:00:00 UTC開始經過的秒數

localtime([secs])

• 功能：接收Epoch開始的秒數，並返回一個時間元組。時間元組包含9個元素

from time import *
print(localtime())
# 輸出：time.struct_time(tm_year=2020, tm_mon=9, tm_mday=20, tm_hour=23, tm_min=15, tm_sec=49, tm_wday=6, tm_yday=264, tm_isdst=0)

asctime([tupletime])

• 功能：接收一個時間元組，返回一個日期字串。時間元組省略時，返回當前系統日期和時間

import time
print(time.asctime())
print(time.asctime(time.localtime(time.time())))

# 輸出：
# Fri Oct  9 22:27:52 2020
# Fri Oct  9 22:27:52 2020

ctime([secs])

• 功能：類似於asctime(localtime([secs])),不帶引數時與asctime()功能相同

from time import ctime
print(ctime())
# 輸出:Fri Oct  9 22:33:16 2020

strftime(日期格式)

• 功能： 按指定的日期格式返回當前日期

import time
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
# 輸出2020-10-09 22:38:00

時間日期格式化符號

符號	意義
%y（小寫）	表示兩位數的年份（00~~99）
%Y（大寫）	表示四位數的年份（000~~9999）
%m（小寫）	表示月份（01~~12）
%d（小寫）	表示月份中的某一天（0~~31）
%H（大寫）	表示24小時制（0~~23）
%I（大寫）	表示12小時制（01~~12）
%M（大寫）	表示分鐘（00~~59）
%S（大寫）	表示秒（00~~59）

calendar:日曆

預設情況下，日曆把星期一作為一週的第一天，星期日作為最後一天。

setfirstweekday(weekday)

• 功能：設定每個日期的開始工作日程式碼，星期程式碼是0~6，星期一代表0

firstweekday()

• 功能：返回當前設定的每個星期開始工作日。預設為0，代表星期一

isleap(year)

• 功能：如果指定的年分是閏年返回True，否則返回False

leapdays(a,b)

• 功能：返回在[a,b)範圍內的閏年數

calendar(year)

• 功能：返回指定年份的日曆。

import calendar
cal = calendar.calendar(2020)
print(cal)
# 輸出：                                  2020
# 
#       January                   February                   March
# Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
#        1  2  3  4  5                      1  2                         1
#  6  7  8  9 10 11 12       3  4  5  6  7  8  9       2  3  4  5  6  7  8
# 13 14 15 16 17 18 19      10 11 12 13 14 15 16       9 10 11 12 13 14 15
# 20 21 22 23 24 25 26      17 18 19 20 21 22 23      16 17 18 19 20 21 22
# 27 28 29 30 31            24 25 26 27 28 29         23 24 25 26 27 28 29
#                                                     30 31
# 
#        April                      May                       June
# Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
#        1  2  3  4  5                   1  2  3       1  2  3  4  5  6  7
#  6  7  8  9 10 11 12       4  5  6  7  8  9 10       8  9 10 11 12 13 14
# 13 14 15 16 17 18 19      11 12 13 14 15 16 17      15 16 17 18 19 20 21
# 20 21 22 23 24 25 26      18 19 20 21 22 23 24      22 23 24 25 26 27 28
# 27 28 29 30               25 26 27 28 29 30 31      29 30
# 
#         July                     August                  September
# Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
#        1  2  3  4  5                      1  2          1  2  3  4  5  6
#  6  7  8  9 10 11 12       3  4  5  6  7  8  9       7  8  9 10 11 12 13
# 13 14 15 16 17 18 19      10 11 12 13 14 15 16      14 15 16 17 18 19 20
# 20 21 22 23 24 25 26      17 18 19 20 21 22 23      21 22 23 24 25 26 27
# 27 28 29 30 31            24 25 26 27 28 29 30      28 29 30
#                           31
# 
#       October                   November                  December
# Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
#           1  2  3  4                         1          1  2  3  4  5  6
#  5  6  7  8  9 10 11       2  3  4  5  6  7  8       7  8  9 10 11 12 13
# 12 13 14 15 16 17 18       9 10 11 12 13 14 15      14 15 16 17 18 19 20
# 19 20 21 22 23 24 25      16 17 18 19 20 21 22      21 22 23 24 25 26 27
# 26 27 28 29 30 31         23 24 25 26 27 28 29      28 29 30 31
#                           30

month(year,month)

• 功能：返回指定年份的日曆

monthcalendar(year,month)

• 功能：返回一個整數列表，每個子列表表示一個星期（從星期一到星期日）

monthrang(year,month)

• 功能：返回兩個整數，第一個代表指定年和月的第一天是星期幾。第二個代表所指月份的天數。

from calendar import *

cal = month(2020,1)
print(cal)

cal = monthcalendar(2020,1)
print(cal)

print(monthrange(2020,1))
# 輸出：   January 2020
# Mo Tu We Th Fr Sa Su
#        1  2  3  4  5
#  6  7  8  9 10 11 12
# 13 14 15 16 17 18 19
# 20 21 22 23 24 25 26
# 27 28 29 30 31
# 
# [[0, 0, 1, 2, 3, 4, 5], [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12], [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19], [20, 21, 22, 23, 24, 25, 26], [27, 28, 29, 30, 31, 0, 0]]
# (2, 31)