Python基础--Task11：模块与datetime模块

模块

在前面我们脚本是用 Python 解释器来编程，如果你从 Python 解释器退出再进入，那么你定义的所有的方法和变量就都消失了。

为此 Python 提供了一个办法，把这些定义存放在文件中，为一些脚本或者交互式的解释器实例使用，这个文件被称为模块（Module）。

模块是一个包含所有你定义的函数和变量的文件，其后缀名是.py。模块可以被别的程序引入，以使用该模块中的函数等功能。这也是使用 Python 标准库的方法。

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1. 什么是模块

• 容器 -> 数据的封装

• 函数 -> 语句的封装

• 类 -> 方法和属性的封装

• 模块 -> 程序文件

【例子】创建一个 hello.py 文件

# hello.py
def hi():
    print('Hi everyone, I love lsgogroup!')

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2. 命名空间

命名空间因为对象的不同，也有所区别，可以分为如下几种：

• 内置命名空间（Built-in Namespaces）：Python 运行起来，它们就存在了。内置函数的命名空间都属于内置命名空间，所以，我们可以在任何程序中直接运行它们，比如id(),不需要做什么操作，拿过来就直接使用了。

• 全局命名空间（Module：Global Namespaces）：每个模块创建它自己所拥有的全局命名空间，不同模块的全局命名空间彼此独立，不同模块中相同名称的命名空间，也会因为模块的不同而不相互干扰。

• 本地命名空间（Function & Class：Local Namespaces）：模块中有函数或者类，每个函数或者类所定义的命名空间就是本地命名空间。如果函数返回了结果或者抛出异常，则本地命名空间也结束了。

上述三种命名空间的关系

程序在查询上述三种命名空间的时候，就按照从里到外的顺序，即：Local Namespaces --> Global Namesspaces --> Built-in Namesspaces。

【例子】

import hello
​
hello.hi()  # Hi everyone, I love lsgogroup!
hi()  # NameError: name 'hi' is not defined

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3. 导入模块

【例子】创建一个模块 TemperatureConversion.py

# TemperatureConversion.py
def c2f(cel):
    fah = cel * 1.8 + 32
    return fah
​
​
def f2c(fah):
    cel = (fah - 32) / 1.8
    return cel
​

• 第一种：import 模块名

【例子】

import TemperatureConversion
​
print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % TemperatureConversion.c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % TemperatureConversion.f2c(99))
​
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

• 第二种：from 模块名 import 函数名

【例子】

from TemperatureConversion import c2f, f2c
​
print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % f2c(99))
​
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

下面的方式不推荐

【例子】

from TemperatureConversion import *
​
print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % f2c(99))
​
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

• 第三种：import 模块名 as 新名字

【例子】

import TemperatureConversion as tc
​
print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % tc.c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % tc.f2c(99))
​
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

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4. if __name__ == '__main__'

对于很多编程语言来说，程序都必须要有一个入口，而 Python 则不同，它属于脚本语言，不像编译型语言那样先将程序编译成二进制再运行，而是动态的逐行解释运行。也就是从脚本第一行开始运行，没有统一的入口。

假设我们有一个 const.py 文件，内容如下：

PI = 3.14
​
​
def main():
    print("PI:", PI)
​
​
main()
​
# PI: 3.14

现在，我们写一个用于计算圆面积的 area.py 文件，area.py 文件需要用到 const.py 文件中的 PI 变量。从 const.py 中，我们把 PI 变量导入 area.py：

from const import PI
​
​
def calc_round_area(radius):
    return PI * (radius ** 2)
​
​
def main():
    print("round area: ", calc_round_area(2))
​
​
main()
​
'''
PI: 3.14
round area:  12.56
'''

我们看到 const.py 中的 main 函数也被运行了，实际上我们不希望它被运行，因为 const.py 提供的 main 函数只是为了测试常量定义。这时if __name__ == '__main__'派上了用场，我们把 const.py 改一下，添加if __name__ == "__main__"：

PI = 3.14
​
def main():
    print("PI:", PI)
​
if __name__ == "__main__":
    main()

运行 const.py，输出如下：

PI: 3.14

运行 area.py，输出如下：

round area:  12.56

__name__：是内置变量，可用于表示当前模块的名字。

import const
​
print(__name__)
# __main__
​
print(const.__name__)
# const

由此我们可知：如果一个 .py 文件（模块）被直接运行时，其__name__值为__main__，即模块名为__main__。

所以，if __name__ == '__main__'的意思是：当 .py 文件被直接运行时，if __name__ == '__main__'之下的代码块将被运行；当 .py 文件以模块形式被导入时，if __name__ == '__main__'之下的代码块不被运行。

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5. 搜索路径

当解释器遇到 import 语句，如果模块在当前的搜索路径就会被导入。

【例子】

import sys
​
print(sys.path)
​
# ['C:\\ProgramData\\Anaconda3\\DLLs', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\lib', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\lib\\site-packages',...]

我们使用 import 语句的时候，Python 解释器是怎样找到对应的文件的呢？

这就涉及到 Python 的搜索路径，搜索路径是由一系列目录名组成的，Python 解释器就依次从这些目录中去寻找所引入的模块。

这看起来很像环境变量，事实上，也可以通过定义环境变量的方式来确定搜索路径。

搜索路径是在 Python 编译或安装的时候确定的，安装新的库应该也会修改。搜索路径被存储在 sys 模块中的 path 变量中。

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6. 包（package）

包是一种管理 Python 模块命名空间的形式，采用"点模块名称"。

创建包分为三个步骤：

• 创建一个文件夹，用于存放相关的模块，文件夹的名字即包的名字。

• 在文件夹中创建一个 __init__.py 的模块文件，内容可以为空。

• 将相关的模块放入文件夹中。

 

不妨假设你想设计一套统一处理声音文件和数据的模块（或者称之为一个"包"）。

现存很多种不同的音频文件格式（基本上都是通过后缀名区分的，例如： .wav，.aiff，.au），所以你需要有一组不断增加的模块，用来在不同的格式之间转换。

并且针对这些音频数据，还有很多不同的操作（比如混音，添加回声，增加均衡器功能，创建人造立体声效果），所以你还需要一组怎么也写不完的模块来处理这些操作。

这里给出了一种可能的包结构（在分层的文件系统中）:

sound/                          顶层包
      __init__.py               初始化 sound 包
      formats/                  文件格式转换子包
              __init__.py
              wavread.py
              wavwrite.py
              aiffread.py
              aiffwrite.py
              auread.py
              auwrite.py
              ...
      effects/                  声音效果子包
              __init__.py
              echo.py
              surround.py
              reverse.py
              ...
      filters/                  filters 子包
              __init__.py
              equalizer.py
              vocoder.py
              karaoke.py
              ...

在导入一个包的时候，Python 会根据 sys.path 中的目录来寻找这个包中包含的子目录。

目录只有包含一个叫做 __init__.py 的文件才会被认作是一个包，最简单的情况，放一个空的 __init__.py 就可以了。

import sound.effects.echo

这将会导入子模块 sound.effects.echo。 他必须使用全名去访问:

sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种导入子模块的方法是：

from sound.effects import echo

这同样会导入子模块: echo，并且他不需要那些冗长的前缀，所以他可以这样使用：

echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量：

from sound.effects.echo import echofilter

同样的，这种方法会导入子模块: echo，并且可以直接使用他的 echofilter() 函数：

echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

注意当使用 from package import item 这种形式的时候，对应的 item 既可以是包里面的子模块（子包），或者包里面定义的其他名称，比如函数，类或者变量。

设想一下，如果我们使用 from sound.effects import * 会发生什么？

Python 会进入文件系统，找到这个包里面所有的子模块，一个一个的把它们都导入进来。

导入语句遵循如下规则：如果包定义文件 __init__.py 存在一个叫做 __all__ 的列表变量，那么在使用 from package import * 的时候就把这个列表中的所有名字作为包内容导入。

这里有一个例子，在 sounds/effects/__init__.py中包含如下代码：

__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]

这表示当你使用 from sound.effects import *这种用法时，你只会导入包里面这三个子模块。

如果 __all__ 真的没有定义，那么使用from sound.effects import *这种语法的时候，就不会导入包 sound.effects 里的任何子模块。他只是把包 sound.effects 和它里面定义的所有内容导入进来（可能运行__init__.py里定义的初始化代码）。

这会把 __init__.py 里面定义的所有名字导入进来。并且他不会破坏掉我们在这句话之前导入的所有明确指定的模块。

import sound.effects.echo
import sound.effects.surround
from sound.effects import *

这个例子中，在执行 from...import 前，包 sound.effects 中的 echo 和 surround 模块都被导入到当前的命名空间中了。

通常我们并不主张使用 * 这种方法来导入模块，因为这种方法经常会导致代码的可读性降低。

 

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参考文献：

• https://www.runoob.com/python3/python3-tutorial.html

• https://www.bilibili.com/video/av4050443

• https://blog.csdn.net/u010820857/article/details/85330778

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练习题：

1、怎么查出通过 from xx import xx导⼊的可以直接调⽤的⽅法？

2、了解Collection模块，编写程序以查询给定列表中最常见的元素。

题目说明：

输入：language = ['PHP', 'PHP', 'Python', 'PHP', 'Python', 'JS', 'Python', 'Python','PHP', 'Python']

输出：Python

"""
Input file
language = ['PHP', 'PHP', 'Python', 'PHP', 'Python', 'JS', 'Python', 'Python','PHP', 'Python']
   
Output file
Python
"""
def most_element(language):
    """ Return a list of lines after inserting a word in a specific line. """
   
    # your code here
​
​

datetime模块

datetime 是 Python 中处理日期的标准模块，它提供了 4 种对日期和时间进行处理的类：datetime、date、time 和 timedelta。

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1. datetime类

class datetime(date):
    def __init__(self, year, month, day, hour, minute, second, microsecond, tzinfo)
        pass
    def now(cls, tz=None):
        pass
    def timestamp(self):
        pass
    def fromtimestamp(cls, t, tz=None):
        pass
    def date(self):
        pass
    def time(self):
        pass
    def year(self):
        pass
    def month(self):
        pass
    def day(self):
        pass
    def hour(self):
        pass
    def minute(self):
        pass
    def second(self):
        pass
    def isoweekday(self):
        pass
    def strftime(self, fmt):
        pass
    def combine(cls, date, time, tzinfo=True):
        pass

• datetime.now(tz=None) 获取当前的日期时间，输出顺序为：年、月、日、时、分、秒、微秒。

• datetime.timestamp() 获取以 1970年1月1日为起点记录的秒数。

• datetime.fromtimestamp(tz=None) 使用 unixtimestamp 创建一个 datetime。

 

【例子】如何创建一个 datetime 对象？

import datetime
​
dt = datetime.datetime(year=2020, month=6, day=25, hour=11, minute=23, second=59)
print(dt)  # 2020-06-25 11:23:59
print(dt.timestamp())  # 1593055439.0
​
dt = datetime.datetime.fromtimestamp(1593055439.0)
print(dt)  # 2020-06-25 11:23:59
print(type(dt)) # 
​
dt = datetime.datetime.now()
print(dt)  # 2020-06-25 11:11:03.877853
print(type(dt))  # 

• datetime.strftime(fmt) 格式化 datetime 对象。

符号	说明
%a	本地简化星期名称（如星期一，返回 Mon）
%A	本地完整星期名称（如星期一，返回 Monday）
%b	本地简化的月份名称（如一月，返回 Jan）
%B	本地完整的月份名称（如一月，返回 January）
%c	本地相应的日期表示和时间表示
%d	月内中的一天（0-31）
%H	24小时制小时数（0-23）
%I	12小时制小时数（01-12）
%j	年内的一天（001-366）
%m	月份（01-12）
%M	分钟数（00-59）
%p	本地A.M.或P.M.的等价符
%S	秒（00-59）
%U	一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始
%w	星期（0-6），星期天为星期的开始
%W	一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始
%x	本地相应的日期表示
%X	本地相应的时间表示
%y	两位数的年份表示（00-99）
%Y	四位数的年份表示（0000-9999）
%Z	当前时区的名称（如果是本地时间，返回空字符串）
%%	%号本身

 

【例子】如何将 datetime 对象转换为任何格式的日期？

import datetime
​
dt = datetime.datetime(year=2020, month=6, day=25, hour=11, minute=51, second=49)
s = dt.strftime("'%Y/%m/%d %H:%M:%S")
print(s)  # '2020/06/25 11:51:49
​
s = dt.strftime('%d %B, %Y, %A')
print(s)  # 25 June, 2020, Thursday

【练习】如何将给定日期转换为 "mmm-dd, YYYY" 的格式？

# 输入
d1 = datetime.date('2010-09-28')
​
# 输出
'Sep-28,2010'

【参考答案】

import datetime
​
d1 = datetime.date(2010, 9, 28)
print(d1.strftime('%b-%d,%Y'))
# Sep-28,2010

• datetime.date() Return the date part.

• datetime.time() Return the time part, with tzinfo None.

• datetime.year 年

• datetime.month 月

• datetime.day 日

• datetime.hour 小时

• datetime.minute 分钟

• datetime.second 秒

• datetime.isoweekday 星期几

【例子】datetime 对象包含很多与日期时间相关的实用功能。

import datetime
​
dt = datetime.datetime(year=2020, month=6, day=25, hour=11, minute=51, second=49)
print(dt.date())  # 2020-06-25
print(type(dt.date()))  # 
print(dt.time())  # 11:51:49
print(type(dt.time()))  # 
print(dt.year)  # 2020
print(dt.month)  # 6
print(dt.day)  # 25
print(dt.hour)  # 11
print(dt.minute)  # 51
print(dt.second)  # 49
print(dt.isoweekday())  # 4

在处理含有字符串日期的数据集或表格时，我们需要一种自动解析字符串的方法，无论它是什么格式的，都可以将其转化为 datetime 对象。这时，就要使用到 dateutil 中的 parser 模块。

• parser.parse(timestr, parserinfo=None, **kwargs)

【例子】如何在 python 中将字符串解析为 datetime对象？

from dateutil import parser
​
s = '2020-06-25'
dt = parser.parse(s)
print(dt)  # 2020-06-25 00:00:00
print(type(dt))  # 
​
s = 'March 31, 2010, 10:51pm'
dt = parser.parse(s)
print(dt)  # 2010-03-31 22:51:00
print(type(dt))  # 

【练习】如何将字符串日期解析为 datetime 对象？

# 输入
s1 = "2010 Jan 1"
s2 = '31-1-2000'
s3 = 'October10, 1996, 10:40pm'
​
# 输出
2010-01-01 00:00:00
2000-01-31 00:00:00
2019-10-10 22:40:00

【参考答案】

from dateutil import parser

s1 = "2010 Jan 1"
s2 = '31-1-2000'
s3 = 'October10, 1996, 10:40pm'

dt1 = parser.parse(s1)
dt2 = parser.parse(s2)
dt3 = parser.parse(s3)

print(dt1)  # 2010-01-01 00:00:00
print(dt2)  # 2000-01-31 00:00:00
print(dt3)  # 1996-10-10 22:40:00

【练习】计算以下列表中连续的天数。

# 输入
['Oct, 2, 1869', 'Oct, 10, 1869', 'Oct, 15, 1869', 'Oct, 20, 1869','Oct, 23, 1869']

# 输出
[8, 5, 5, 3]

【参考答案】

import numpy as np
from dateutil import parser

dateString = ['Oct, 2, 1869', 'Oct, 10, 1869', 'Oct, 15, 1869', 'Oct, 20, 1869', 'Oct, 23, 1869']
dates = [parser.parse(i) for i in dateString]
td = np.diff(dates)
print(td)
# [datetime.timedelta(days=8) datetime.timedelta(days=5)
#  datetime.timedelta(days=5) datetime.timedelta(days=3)]
d = [i.days for i in td]
print(d)  # [8, 5, 5, 3]

 

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2. date类

class date:
    def __init__(self, year, month, day):
        pass
    def today(cls):
        pass

• date.today() 获取当前日期信息。

【例子】如何在 Python 中获取当前日期和时间？

import datetime

d = datetime.date(2020, 6, 25)
print(d)  # 2020-06-25
print(type(d))  # 

d = datetime.date.today()
print(d)  # 2020-06-25
print(type(d))  # 

【练习】如何统计两个日期之间有多少个星期六？

# 输入
d1 = datetime.date(1869, 1, 2)
d2 = datetime.date(1869, 10, 2)

# 输出
40

【参考答案】

import datetime

d1 = datetime.date(1869, 1, 2)
d2 = datetime.date(1869, 10, 2)
dt = (d2 - d1).days
print(dt)
print(d1.isoweekday())  # 6
print(dt // 7 + 1)  # 40

 

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3. time类

class time:
    def __init__(self, hour, minute, second, microsecond, tzinfo):
        pass

【例子】如何使用 datetime.time() 类？

import datetime

t = datetime.time(12, 9, 23, 12980)
print(t)  # 12:09:23.012980
print(type(t))  # 

注意：

• 1秒 = 1000 毫秒（milliseconds）

• 1毫秒 = 1000 微妙（microseconds）

【练习】如何将给定日期转换为当天开始的时间？

# 输入
import datetime
date = datetime.date(2019, 10, 2)

# 输出
2019-10-02 00:00:00

【参考答案】

import datetime

date = datetime.date(2019, 10, 2)
dt = datetime.datetime(date.year, date.month, date.day)
print(dt)  # 2019-10-02 00:00:00

dt = datetime.datetime.combine(date, datetime.time.min)
print(dt)  # 2019-10-02 00:00:00

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4. timedelta类

timedelta 表示具体时间实例中的一段时间。你可以把它们简单想象成两个日期或时间之间的间隔。

它常常被用来从 datetime 对象中添加或移除一段特定的时间。

class timedelta(SupportsAbs[timedelta]):
    def __init__(self, days, seconds, microseconds, milliseconds, minutes, hours, weeks,):
        pass
    def days(self):
        pass
    def total_seconds(self):
        pass

 

【例子】如何使用 datetime.timedelta() 类？

import datetime

td = datetime.timedelta(days=30)
print(td)  # 30 days, 0:00:00
print(type(td))  # 
print(datetime.date.today())  # 2020-07-01
print(datetime.date.today() + td)  # 2020-07-31

dt1 = datetime.datetime(2020, 1, 31, 10, 10, 0)
dt2 = datetime.datetime(2019, 1, 31, 10, 10, 0)
td = dt1 - dt2
print(td)  # 365 days, 0:00:00
print(type(td))  # 

td1 = datetime.timedelta(days=30)  # 30 days
td2 = datetime.timedelta(weeks=1)  # 1 week
td = td1 - td2
print(td)  # 23 days, 0:00:00
print(type(td))  # 

如果将两个 datetime 对象相减，就会得到表示该时间间隔的 timedelta 对象。

同样地，将两个时间间隔相减，可以得到另一个 timedelta 对象。

【练习】

1. 距离你出生那天过去多少天了？

2. 距离你今年的下一个生日还有多少天？

3. 将距离你今年的下一个生日的天数转换为秒数。

# 输入
bday = 'Oct 2, 1969'

【参考答案】

from dateutil import parser
import datetime

bDay = 'Oct 2, 1969'
dt1 = parser.parse(bDay).date()
dt2 = datetime.date.today()
dt3 = datetime.date(dt2.year, dt1.month, dt1.day)
print(dt1)  # 1969-10-02
print(dt2)  # 2020-07-01
print(dt3)  # 2020-10-02

td = dt2 - dt1
print(td.days)  # 18535
td = dt3 - dt2
print(td.days)  # 93
print(td.days * 24 * 60 * 60)  # 8035200
print(td.total_seconds())  # 8035200.0

 

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练习题：

1、假设你获取了用户输入的日期和时间如2020-1-21 9:01:30，以及一个时区信息如UTC+5:00，均是str，请编写一个函数将其转换为timestamp：

题目说明:

"""
   
Input file
example1: dt_str='2020-6-1 08:10:30', tz_str='UTC+7:00'
example2: dt_str='2020-5-31 16:10:30', tz_str='UTC-09:00'
   
Output file
result1: 1590973830.0
result2: 1590973830.0
"""
   
   
def to_timestamp(dt_str, tz_str):
    # your code here
        pass

2、编写Python程序以选择指定年份的所有星期日。

题目说明:

"""
   
Input file
   2020
   
Output file
   2020-01-05                         
   2020-01-12              
   2020-01-19                
   2020-01-26               
   2020-02-02     
   -----
   2020-12-06               
   2020-12-13                
   2020-12-20                
   2020-12-27 
"""
   
def all_sundays(year):
    # your code here