Python基礎-22常用內置模塊

22. 常用內置模塊

22.1 random模塊

? ? 隨機資料可以用于數學、測驗、安全、演算法等領域中，內置random模塊，可用于生成偽亂數，

真正意義上的亂數或隨機事件是在某次產生程序中是按照實驗程序中表現的分布概率隨機產生的，其結果是不可預測的，不可見的，而計算機中的隨機函式是按一定的演算法模擬產生，對于正常隨機而言，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，需要匯入其模塊，用法如下所示：

import random

22.1.1 random

random() - 用于生成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):用于生成指定范圍內的整數，start為起始數字范圍，end為結束數字范圍，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]):按指定步長生成亂數，與range類似，若start未指定，默認人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需要可為字串、串列和元組

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，經過多次選擇后，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個元素并組成新的序列，常用于不重復的隨機抽樣，與choics的不同之處在于choices是選擇k次，而sample是選取k個元素，
k不能大于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):常用于打亂串列中的元素，僅適用于可變序列，

? ? 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):產生一個大小介于a~b或b~a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函式

? ? 如果需要在程式運行階段，暫停一會程式，則可以使用sleep函式，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函式

? ? 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函式回傳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時間戳可以用于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函式

? ? 將時間戳轉換為struct_time格式，如果傳入引數為空，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函式

? ? 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函式

? ? 將元組格式的時間轉換為字串格式，如果未傳入引數，則默認呼叫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

? ? 指導指定的字串轉換為指定格式的字串，如未傳入表示時間字串引數，則呼叫time.localtime()，如果傳入的引數不能代表時間或越辦，則拋出例外，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'

? ? 常見的格式字符如下所示：

22.2.2 datetime

? ? time常用于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)

? ? 在呼叫now方法之后，回傳一個datetime物件，表示當前的系統時間，包含年、月、日、時、分、秒、微秒等資訊，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串格式日期，這里的日期格式化與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，需要注意與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，注意，必須是日期格式的字串才能轉換，

>>> 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主要用于計算兩個datetime物件的差值，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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標籤：Python

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