Python基礎-22常用內置模塊

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22. 常用內置模塊 22.1 random模塊 隨機數據可以用於數學、測試、安全、演算法等領域中。內置random模塊，可用於生成偽隨機數。 真正意義上的隨機數或隨機事件是在某次產生過程中是按照實驗過程中表現的分佈概率隨機產生的，其結果是不可預測的，不可見的。而電腦中的隨機函數是按一定的演算法模擬產 ...


22. 常用內置模塊

22.1 random模塊

    隨機數據可以用於數學、測試、安全、演算法等領域中。內置random模塊，可用於生成偽隨機數。

真正意義上的隨機數或隨機事件是在某次產生過程中是按照實驗過程中表現的分佈概率隨機產生的，其結果是不可預測的，不可見的。而電腦中的隨機函數是按一定的演算法模擬產生，對於正常隨機而言，會出現某個事件出現多次的情況。而偽隨機，是在事件觸發前設定好，各個事件各發生一次，僅順序不同而已。

    在使用random模塊前，需要導入其模塊，用法如下所示：

import random

22.1.1 random

random() - 用於生成0~1的隨機符點數，若用n表示隨機生成的數，則0<=n<1.0

    示例用法如下所示：

>>> import random
>>> random.random()
0.8907589330748479
>>> [round(random.random(),2) for i in range(10)]
[0.83, 0.83, 0.73, 0.53, 0.67, 0.39, 0.23, 0.57, 0.4, 0.39]

22.1.2 randint

randint(start,end):用於生成指定範圍內的整數，start為起始數字範圍，end為結束數字範圍，若用n表示隨機生成的數，則start<=n<=end

    示例用法如下所示：

>>> random.randint(1,20)
16
>>> [random.randint(1,20) for i in range(10)]
[15, 3, 13, 17, 12, 5, 14, 9, 15, 17]

22.1.3 randrange

randrange([start],stop,[step]):按指定步長生成隨機數，與range類似，若start未指定，預設人0開始，step可為正，也可以為負

    示例用法如下所示：

>>> [random.randrange(20) for i in range(20)]
[1, 9, 4, 11, 8, 10, 12, 6, 3, 16, 4, 10, 16, 19, 13, 0, 18, 2, 8, 1]
>>> [random.randrange(30,20,-2) for i in range(20)]
[28, 30, 28, 28, 30, 28, 28, 26, 26, 26, 30, 28, 22, 28, 28, 24, 30, 30, 28, 22]
>>> [random.randrange(20,30,2) for i in range(20)]
[24, 20, 26, 28, 22, 22, 26, 22, 20, 28, 20, 24, 22, 28, 28, 28, 22, 22, 20, 26]

22.1.4 choice&choices

choice(seq)：從非空序列seq中隨機選擇一個元素，seq需要可為字元串、列表和元組

choices(population, weights=None, *, cum_weights=None, k=1)：從population中進行k次隨機選擇，每次選取一個元素（可能會出現同一個元素被多次選中的情況）

  • weights：相對權重值，population中有幾個元素就要有相對應的權重值，
  • cum_weights：累計權重值，如相對權重值為[1,2,3,5]，則累計權重值為[1,3,6,11]

    示例用法如下所示：

>>> random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9,0])
1
>>> random.choice((1,2,3,4,5,6,7,8,9,0))
9
>>> random.choice("abcdefgh")
'b'
>>> temp=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]
>>> random.choices(temp,k=10)
[6, 0, 6, 7, 2, 5, 4, 4, 3, 5]
>>> random.choices(temp,weights=temp,k=10)
[8, 9, 8, 3, 2, 8, 5, 9, 9, 6]   # 9的相對權重為最大，經過多次選擇後，被選中的概率也越大
>>> random.choices(temp,weights=[2,2,2,2,2,2,2,2,2,2],k=10)
[8, 1, 5, 4, 4, 8, 4, 5, 2, 1]
>>> random.choices(temp,cum_weights=[2,2,2,2,2,2,2,2,2,2],k=10)
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]

22.1.5 sample

sample(population, k):從population選擇k個元素並組成新的序列，常用於不重覆的隨機抽樣。與choics的不同之處在於choices是選擇k次，而sample是選取k個元素。 k不能大於population的元素個數

    示例用法如下所示：

>>> temp=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]
>>> random.sample(temp,3)
[5, 9, 2]
>>> random.sample(temp,3)
[6, 5, 7]
>>> random.sample(range(1,100),3)
[94, 96, 62]

22.1.6 shuffle

shuffle(x, random=None):常用於打亂列表中的元素，僅適用於可變序列。

    示例用法如下所示：

>>> temp=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]
>>> random.shuffle(temp)
>>> temp
[1, 8, 4, 7, 5, 9, 6, 3, 2, 0]

22.1.7 uniform

uniform(a, b):產生一個大小介於ab或ba的隨機浮點數。

>>> random.uniform(10,20)
12.92109250364504
>>> random.uniform(100,20)
61.262911331961085
>>> random.uniform(-100,20)
8.388580711375894
>>> random.uniform(-100,0)
-36.12620029902773

22.2 時間日期模塊

22.2.1 時間模塊

    Python內置的time模塊可以讀取系統的當前時間，方便處理時間相關的內容。

22.2.1.1 sleep函數

    如果需要在程式運行階段，暫停一會程式，則可以使用sleep函數，暫停的時間單位為秒，其使用方法也非常簡單，如下所示：

>>> import time
>>> time.sleep(5)
22.2.1.2 time函數

    Unix紀元是編程中經常參考的時間，其時間為1970-01-01 00:00:00，也被稱為世界協調時間（UTC），而time函數返回的值為當前系統時間與UTC之間的差值，稱之為UNIX時間戳，單位為秒。如下所示：

>>> import time
>>> time.time()
1590306522.6944528

    UNIX時間戳可以用於測量代碼的運行時間，如下所示：

import time
import random

def calcTimeDiff(func):
    def wrapper():
        startTime=time.time()
        func()
        endTime=time.time()
        print(f"程式共耗時{endTime-startTime} s")
    return wrapper


@calcTimeDiff
def testCode():
    res=[random.uniform(-1000,9999) for i in range(9999)]
    time.sleep(5)

if __name__ == '__main__':
    testCode()

輸出結果如下所示：

程式共耗時5.011289596557617 s
22.2.1.3 localtime函數

    將時間戳轉換為struct_time格式，如果傳入參數為空，則取系統當前時間，示例如下所示：

>>> time.localtime()
time.struct_time(tm_year=2020, tm_mon=5, tm_mday=24, tm_hour=16, tm_min=11, tm_sec=9, tm_wday=6, tm_yday=145, tm_isdst=0)
>>> time.localtime(1590306522.6944528)
time.struct_time(tm_year=2020, tm_mon=5, tm_mday=24, tm_hour=15, tm_min=48, tm_sec=42, tm_wday=6, tm_yday=145, tm_isdst=0)
22.2.1.4 mktime函數

    將元組格式的轉換為時間戳格式，如下所示：

>>> time.mktime(time.localtime())
1590308257.0
>>> time.mktime((2020, 5, 24, 16, 20, 38, 1, 48, 0))
1590308438.0
22.2.1.5 asctime函數

    將元組格式的時間轉換為字元串格式，如果未傳入參數，則預設調用time.localtime()，示例如下所示：

>>> time.asctime((2020, 5, 24, 16, 20, 38, 1, 48, 0))
'Tue May 24 16:20:38 2020'
>>> time.asctime()
'Sun May 24 16:23:04 2020'
22.2.1.6 strftime

    指導指定的字元串轉換為指定格式的字元串，如未傳入表示時間字元串參數，則調用time.localtime()，如果傳入的參數不能代表時間或越辦，則拋出異常。其定義格式如下所示：

strftime(format, p_tuple=None)

    示例如下所示：

>>> time.strftime("%Y-%m-%d")
'2020-05-24'
>>> time.strftime("%Y-%m-%d",time.localtime())
'2020-05-24'
>>> time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S",time.localtime())
'2020-05-24 16:28:48'

    常見的格式字元如下所示：

column column
%a 本地星期名稱簡稱
%A 本地星期名稱全稱
%b 本地月份簡稱
%B 本地月份全稱
%d 顯示對應的日期和星期
%Y 顯示完整的年份，格式為YYYY
%m 顯示完整的月份，格式為mm
%d 顯示天數，格式為dd
%H 顯示小時，24小時制
%M 顯示分鐘
%S 顯示秒
%I 顯示小時，12小時制
%j 顯示當前天數在一年之內屬於第幾天
%p 顯示am或pm
%U 顯示當前星期在一年之內屬於第幾個星期
%w 顯示一個星期中的第幾天（0代表星期天）
%Z 顯示本地的時區

22.2.2 datetime

    time常用於獲取時間戳或程式暫停。如果需要更方便的處理日期，則使用內置模塊datetime。

22.2.2.1 獲取當前系統時間now方法
>>> from datetime import datetime
>>> datetime.now()
datetime.datetime(2020, 5, 24, 18, 16, 56, 582298)

    在調用now方法之後，返回一個datetime對象，表示當前的系統時間，包含年、月、日、時、分、秒、微秒等信息，通過以下下方式可以單獨獲取其值，如下所示：

>>> dt=datetime.now()
>>> dt.year,dt.month,dt.day
(2020, 5, 24)
>>> dt.hour,dt.minute,dt.second,dt.microsecond
(18, 19, 13, 437783)
22.2.2.2 轉換時間戳為時間fromtimestamp
import time
>>> from datetime import datetime
>>> timeStamp=time.time()
>>> datetime.fromtimestamp(timeStamp)
datetime.datetime(2020, 5, 24, 18, 21, 53, 958894)
22.2.2.3 轉換時間為時間戳timestamp
>>> dt=datetime.now()
>>> dt.timestamp()
1590316238.912804
>>> datetime.now().timestamp()
1590316265.052493
22.2.2.4 格式化日期strftime

    strftime將日期格式的日期按格式化要求轉換為相應的字元串格式日期。這裡的日期格式化與time模塊的格式非常像，示例如下所示：

>>> datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f")
'2020-05-24 18:34:13.628337'
>>> dt=datetime(2020,5,24,18,35,20,123456)
>>> dt.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f")
'2020-05-24 18:35:20.123456'

%f:表示格式化微秒，需要註意與time模塊的區別

22.2.2.5 格式化日期strptime

    strptime與strftime相反，是將字元串格式的日期按格式化要求轉換為相應的日期格式的日期，註意，必須是日期格式的字元串才能轉換。

>>> dt="2020-05-24 18:34:13.628337"
>>> datetime.strptime(dt,"%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f")
datetime.datetime(2020, 5, 24, 18, 34, 13, 628337)
>>> datetime.strptime("2020-05-24","%Y-%m-%d")
datetime.datetime(2020, 5, 24, 0, 0)
>>> datetime.strptime("18:44:20","%H:%M:%S")
datetime.datetime(1900, 1, 1, 18, 44, 20)

22.2.3 timedelta

    tiemdelta主要用於計算兩個datetime對象的差值。通常只保留days、seconds、microseconds三個值

22.2.3.1 計算時間差
>>> from datetime import datetime
>>> from datetime import timedelta
>>> now=datetime.now()
>>> now
datetime.datetime(2020, 5, 24, 18, 53, 36, 859069)
>>> addDay=now+timedelta(days=1)
>>> addDay
datetime.datetime(2020, 5, 25, 18, 53, 36, 859069)
>>> subDay=now-timedelta(days=1)
>>> subDay
datetime.datetime(2020, 5, 23, 18, 53, 36, 859069)
>>> now+timedelta(days=-10)
datetime.datetime(2020, 5, 14, 18, 53, 36, 859069)

&esmp;   雖然timedelta提供計算時間差，但卻沒有提供計算月份的時間差，使用time模塊來進行計算，如下所示：

>>> import time
>>> nowMonth=time.localtime()[1]
>>> nowMonth
5
>>> nowMonth-1 # 上一個月
4
>>> nowMonth+1 # 下一個月
6
22.2.3.2 獲取時間差總數
>>> from datetime import datetime
>>> from datetime import timedelta
>>> import time
>>> timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=100000)
>>> timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=100000).days
2
>>> timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=100000).seconds
10800
>>> timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=100000).microseconds
100000
timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=100000).total_seconds()
>>> 183600.1
>>> timedelta(days=2,hours=2,minutes=60,microseconds=1000000).total_seconds()
183601.0
>>> startTime=datetime.now()
>>> startTime
datetime.datetime(2020, 5, 24, 19, 12, 0, 242072)
>>> endTime=datetime.now()
>>> endTime
datetime.datetime(2020, 5, 24, 19, 12, 34, 331050)
>>> (endTime-startTime).total_seconds()
34.088978
>>> (endTime-startTime).microseconds
88978

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