【新人系列】Python 入门（二十九）：常用标准库 - 下

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📚 专栏简介：在这个专栏，我将带着大家从 0 开始入门 Python 的学习。在这个 Python 的新人系列专栏下，将会总结 Python 入门基础的一些知识点，方便大家快速入门学习~

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4. itertools 模块

4.1 itertools 定义

官方文档：https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/itertools.html

编程中会用到很多需要迭代的地方，强大的 Python 已经为我们提供了 itertools 内置库，用来帮助开发人员更便捷的编码。

导入方式：

python 复制代码

import itertools

4.2 使用方法

迭代计数 - itertools.count()

python 复制代码

import itertools

# 计数：从 1 开始，按照步长为 2 的间距迭代至 100 为止
c = itertools.count(start=1, step=2)
for i in c:
    if i> 10:
        break
    else:
        print(i)

循环迭代 - itertools.cycle()

python 复制代码

import itertools

# itertools.cycle 传入一个可迭代对象，然后无限循环迭代
list1 = [1, 2, 3]
num = 0
for i in itertools.cycle(list1):
    print(i)
    num = num + 1
    if num == 7:
        break

重复迭代 - itertools.repeat()

python 复制代码

import itertools

# itertools.repeat 重复迭代一个可迭代对象，如果不指定 times，则会迭代无数次，也可以通过 times 参数指定迭代的次数
for i in itertools.repeat('hello world', 5):
    print(i)

拼接迭代器 - itertools.chain()

python 复制代码

import itertools

# itertools.chain 连接多个列表或者迭代器，把传入的多个 iterable 拼接一个迭代器，并且按传入顺迭代
list1 = [1, 2, 3]
list2 = ('a', 'b', 'c')
for i in itertools.chain(list1, list2):
    print(i)

排列组合 - itertools.permutations()

python 复制代码

import itertools

l1 = list(itertools.permutations([1, 2, 3]))
print(l1)

指定元素组合 - itertools.combinations()

python 复制代码

import itertools

# itertools.combinations 元素组合
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
x = itertools.combinations(list1, 2)
print(list(x))

# itertools.combinations_with_replacement 允许重复元素组合
x = itertools.combinations_with_replacement(list1, 2)
print(list(x))

求笛卡尔积 - itertools.product()

python 复制代码

import itertools

# itertools.product 用于求多个可迭代对象的笛卡尔积（Cartesian Product）
A = [1, 2, 3]
B = [100, 200, 300]
for item in itertools.product(A, B):
    print(item)

Tips：笛卡尔积、元素组合以及排列组合之间的区别

笛卡尔积：

笛卡尔积是两个或多个集合中元素的所有可能有序对的集合。
它强调的是不同集合之间元素的配对，并且顺序是重要的。
例如，集合 A = {1, 2} 和集合 B = {a, b} 的笛卡尔积是 {(1, a), (1, b), (2, a), (2, b)}。

元素组合：

组合是从给定的集合中选取一定数量的元素形成子集，不考虑元素的顺序。
例如，从集合 {1, 2, 3} 中选取 2 个元素的组合有 {1, 2} 、{1, 3} 、{2, 3}。

排列组合：

排列是从给定的集合中选取一定数量的元素进行排列，元素的顺序是重要的。
例如，从集合 {1, 2, 3} 中选取 2 个元素的排列有 12、21、13、31、23、32。

总结来说，笛卡尔积是不同集合元素的配对；组合只关注选取的元素集合，不考虑顺序；排列则既关注选取的元素集合，又考虑元素的顺序。

5. collections 模块

5.1 collections 定义

官方文档：https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/collections.html

Collections 模块 -- Python 标准库，是数据结构常用模块。

导入方式：

python 复制代码

import collections

5.2 使用方法

计数功能

python 复制代码

from collections import *


# Counter 计数功能
list1 = ["a", "b", "c", "c", "a", "a"]
count = Counter(list1)
print(count)            # Counter({'a': 3, 'c': 2, 'b': 1})
print(count.keys())     # dict_keys(['a', 'b', 'c'])
print(count.values())   # dict_values([3, 1, 2])
print(count['a'])       # 3

# most_common，返回一个列表，包含 counter 中 n 个最大数目的元素
print(Counter("aabbcaedds").most_common())      # [('a', 3), ('b', 2), ('d', 2), ('c', 1), ('e', 1), ('s', 1)]
print(Counter("aabbcaedds").most_common(2))     # [('a', 3), ('b', 2)]

队列模拟

Deque 模块是 Python 标准库 collections 中的一项，它提供了两端都可以操作的序列，这意味着你可以在序列前后都执行添加或删除，并且可以限制队列容量。

常规操作：

python 复制代码

import collections

# 创建双向队列
d = collections.deque()

# deque 提供了类似 list 的操作方法
# 往右添加元素
d.append(1)
d.append(2)
print(d)     # deque([1, 2])

# 往左添加元素
d.appendleft(5)
print(d)     # deque([5, 1, 2])

# 在指定位置添加元素
d.insert(1, 'a')
print(d)     # deque([5, 'a', 1, 2])

# 获取最右边一个元素，并在队列中删除
x = d.pop()
print(x, d)  # 2 deque([5, 'a', 1])

限制队列最大长度：

python 复制代码

import collections

# 还可以显示 deque 的长度，当限制长度的 deque 增加超过限制数的项时，另一边的项会自动删除
d = collections.deque(maxlen=3)
d.append(1)
d.append(2)
d.append(3)
print(d)     # deque([1, 2, 3], maxlen=3)
d.append(4)
print(d)     # deque([2, 3, 4], maxlen=3)

6. inspect 模块

6.1 inspect 定义

官方文档：https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/inspect.html

inspect 模块用于收集 python 对象的信息，可以获取类或函数的参数的信息和源码、解析堆栈、对对象进行类型检查等。

导入方式：

python 复制代码

import insepct

inspect 模块主要提供了四种用处：

对是否是模块、框架、函数进行类型检查
获取源码
获取类或者函数的参数信息
解析堆栈

6.2 使用方法

获取源码

python 复制代码

import inspect
from unittest import TestCase

# 获取源码
def add(x, y):
    print('add function')
    return x + y

print(inspect.getsource(add))
print(inspect.getsource(TestCase))

获取函数路径及文档字符串

python 复制代码

import inspect

def add(x, y):
    "这是一个 add 函数"
    print('add function')
    return x + y

print(inspect.getsourcefile(add))   # /Users/Desktop/project/test_python/test/test.py
print(inspect.getdoc(add))          # 这是一个 add 函数

获取模块的所有类

python 复制代码

import inspect
import unittest

# 获取该模块的所有类
for name, obj in inspect.getmembers(unittest):
    """获取该模块的所有类"""
    if inspect.ismodule(obj):
        print('是否是一个模块:' + obj.__name__)
    if inspect.isclass(obj):
        print('是否是一个类:'+obj.__name__)
    if inspect.ismethod(obj):
        print('是否是一个方法:'+obj.__name__)

7. csv 模块

7.1 csv 定义

csv模块是用于处理逗号分隔值（Comma-Separated Values，CSV）文件的工具模块，使用场景如下：

数据导入和导出：当需要从外部数据源（如电子表格、数据库导出等）读取数据或将数据导出到其他应用程序时，CSV 格式通常是一种简单且广泛支持的格式。csv模块可以方便地读取和写入这些 CSV 文件，以便在 Python 程序中进行进一步的处理。
数据处理和分析：如果需要对大量的数据进行处理和分析，而这些数据以 CSV 格式存储，csv模块可以帮助快速读取数据，并进行各种操作，如筛选、转换、聚合等。可以使用 reader 和 writer 对象结合其他 Python 数据处理库来实现复杂的数据处理流程。
与其他工具和系统集成：许多其他软件工具和系统支持 CSV 格式作为输入或输出。通过使用 csv模块，Python 程序可以与这些工具进行交互，读取它们生成的 CSV 文件或生成 CSV 文件供它们使用。例如，可以将 Python 程序生成的数据导出为 CSV 文件，以便在电子表格软件中进行进一步的分析和可视化。

导入方式：

python 复制代码

import csv

另外，csv 和 excel 比较相似，但 csv 是纯文本格式，且结构简单仅存储数据，无格式和公式等，易被编程处理；而 excel 文件格式丰富，可含多个工作表及格式、公式、图表等，功能强大但相对复杂。

7.2 使用方法

写入文件

python 复制代码

import csv

header = ['姓名', '年纪', '国家']
data = [
    ['张三', 18, '中国'],
    ['李四', 19, '小日本'],
    ['王五', 20, '美国']
]

with open("data.csv", "w") as file:
    write = csv.writer(file)
    write.writerow(header)
    write.writerows(data)

执行上述代码后，会在本地创建一个 'data.csv' 文件，并往里面写入数据。

读取文件

python 复制代码

import csv

header = ['姓名', '年纪', '国家']
data = [
    ['张三', 18, '中国'],
    ['李四', 19, '小日本'],
    ['王五', 20, '美国']
]

with open("data.csv", "r") as file:
    reader = csv.reader(file)
    for row in reader:
        print(row)