Python常用模块

math模块

Python官方提供的 math 模块进行数学运算，如指数、对数、平方根和三角函数等运算。math 模块中的函数只是整数和浮点，不包括复数，复数计算需要使用 cmath模块。在使用 math 模块前要先导入 math 模块。

舍入函数

函数名	说明
math.ceil(a)	返回大于或等于 a 的最小整数
math.floor(a)	返回小于或等于 a 的最大整数
round(a)	对 a 进行四舍五入运算

示例代码如下

import math
a = 1.6
b = 1.4
a1 = math.ceil(a)
a2 = math.floor(a)
a3 = round(a)
b1 = round(b)
print(a1,a2,a3,b1)

代码运行结果

2 1 2 1Process finished with exit code 0

幂和对数函数

示例代码如下

import math
a1 = math.log(16,2) # 以 2为底的 16 的对数
a2 = math.sqrt(16)
a3 = math.pow(2,4)
a4 = math.log(100) # 以自然数对数为底的 100 的对数
print(a1,a2,a3,a4)

代码运行结果

4.0 4.0 16.0 4.605170185988092Process finished with exit code 0

三角函数

函数名	说明
math.sin(a)	返回弧度 a 的三角正弦
math.cos(a)	返回弧度 a 的三角余弦
math.tan(a)	返回弧度 a 的三角正切
math.asin(a)	返回弧度 a 的反正弦
math.acos(a)	返回弧度 a 的反余弦
math.atan(a)	返回弧度 a 的反正切
math.degrees(a)	将弧度 a 转为角度
math.radians(a)	将角度 a 转为弧度
math.isclose(a,b)	比较两个浮点数是否足够接近（检查两个数是否在一定的容忍度内相等）

示例代码如下

import math
a1 = math.degrees(math.pi) # 将π转为角度
print(a1)
a2 = math.radians(180/math.pi)
print(a2)
a3 = math.sin(math.pi)
a4 = math.cos(math.pi)
a5 = math.tan(math.pi)
print(a3,a4,a5)
'''
输出结果为1.2246467991473532e-16 -1.0 -1.2246467991473532e-16
当在代码中使用 math.sin(math.pi) 和 math.tan(math.pi) 时
由于浮点数的精度限制，结果可能会有非常小的非零值
这是因为在计算机中，π 的表示可能不会精确到无限小数点后的所有位数
导致计算结果出现轻微的误差。
在 Python 中，math.pi 提供的是 π 的一个近似值
当它被用于 math.sin 和 math.tan 函数时
由于浮点数的这种不精确性，结果可能会有非常微小的非零值
这就是为什么 a3 和 a5 的输出不是精确的 0，而是接近 0 的一个非常小的数
要解决这个问题，可以使用 Python 的 math.isclose 函数来比较两个浮点数是否足够接近
'''
print(math.isclose(a3, 0))  # True
print(math.isclose(a5, 0))  # Truea6 = math.asin(1)
a7 = math.acos(-1)
a8 = math.atan(math.pi/4)
print(a6,a7,a8)

代码运行结果

180.0
1.0
1.2246467991473532e-16 -1.0 -1.2246467991473532e-16
False
False
1.5707963267948966 3.141592653589793 0.6657737500283538Process finished with exit code 0

random模块

random模块提供了一些生成随机数的函数

函数名	说明
random.random()	返回在范围大于或等于0.0，且小于1.0内的随机数
random.randrange(stop)	返回在范围大于或等于0，且小于 stop 内，步长为1的随机整数
random.randrange(start,stop[,step])	返回在范围内大于或等于 start ，且小于 stop 内，步长为 step 的随机整数
random.randint(a,b)	返回在范围内大于或等于 a，且小于或等于 b 之间的随机整数

示例代码如下

import randoma1 = random.random()
print(a1)
a2 = random.randrange(10)
print(a2)
a3 = random.randrange(5,25,5)
print(a3)
a4 = random.randint(5,10)
print(a4)

代码运行结果

0.00197103160217893
9
5
7Process finished with exit code 0

datetime模块

Python官方提供的日期和时间模块主要有 time 和 datetime 模块。time 偏重于底层平台，模块中大多数函数会调用本地平台上的C链接库，因此有些函数运行的结果，在不同的平台上会有所不同。datetime模块对 time 模块进行了封装，提供了高级API。

datetime模块中提供了以下几个类：

datetime：包含日期和时间

date：只包含日期

time：只包含时间

timedelta：计算时间跨度

tzinfo：时区信息

datetime、date和time类

（1）datetime类

一个datetime对象可以表示日期和时间等信息，创建datetime对象可以用如下构造方法：

datetime.datetime(year,month,day,hour=0,minute=0,second=0,microsecond=0,tzinfo=None)# 其中year、month、day三个参数不能省略；tzinfo是时区参数，默认值是None表示不指定时区

除了 tzinfo 外，其他的参数全为合理范围内的整数。这些参数的取值范围如下表所示，一旦超过该范围就会抛出 ValueError。

参数	取值范围	说明
year	datetime.MINYEAR<=year<=datetime.MAXYEAR	datetime.MINYEAR常量是最小年，datetime.MAXYEAR常量是最大年
month	1<=month<=12
day	1<=day<=给定年份和月份时，改月的最大正整数	此处需要注意闰年二月是比较特殊的，有29天
hour	0<=hour<=24
minute	0<=minute=60
second	0<=second<=60
microsecond	0<=microsecond<1000000

除了通过构造方法创建并初始化 datetime 对象，还可以通过 datetime 类提供的一些类方法获得 datetime 对象

类方法	说明
datetime.today()	返回当前本地日期和时间
datetime.now(tz=None)	返回指定时区的本地当前日期和时间，如果参数tz为None或未指定，则等同于today()
datetime.utcnow()	返回当前UTC日期和时间
datetime.fromtimestamp(timestamp,tz=None)	返回与UNIX时间戳对应的本地日期和时间（已经被弃用，因为 Python 计划在未来的版本中移除它）
datetime.utcfromtimestamp(timestamp)	返回与UNIX时间戳对应的UTC日期和时间（已经被弃用，因为 Python 计划在未来的版本中移除它）

示例代码如下

import datetimea = datetime.datetime(2024,6,26)
print(a)
a1 = datetime.datetime.today()
print(a1)
a2 = datetime.datetime.now()
print(a2)
a3 = datetime.datetime.utcnow()
print(a3)
a4 = datetime.datetime.fromtimestamp(999999)
a5 = datetime.datetime.utcfromtimestamp(999999)
print(a4,a5)

代码运行结果

2024-06-26 00:00:00
2024-06-26 19:20:46.141310
2024-06-26 19:20:46.141310
2024-06-26 11:20:46.141310
1970-01-12 21:46:39 1970-01-12 13:46:39
D:\creation\PythonStudy\Pythonproject\mypro01\mypy01.py:9: DeprecationWarning: datetime.datetime.utcnow() is deprecated and scheduled for removal in a future version. Use timezone-aware objects to represent datetimes in UTC: datetime.datetime.now(datetime.UTC).a3 = datetime.datetime.utcnow()
D:\creation\PythonStudy\Pythonproject\mypro01\mypy01.py:12: DeprecationWarning: datetime.datetime.utcfromtimestamp() is deprecated and scheduled for removal in a future version. Use timezone-aware objects to represent datetimes in UTC: datetime.datetime.fromtimestamp(timestamp, datetime.UTC).a5 = datetime.datetime.utcfromtimestamp(999999)Process finished with exit code 0

注意：

在Python语言中时间戳单位是“秒”，所以会有小数部分。而其他语言如Java单位是“毫秒”，当跨平台计算时间时需要注意这个差别。
UTC即协调世界时间，它以原子时为基础，是时刻上尽量接近世界时的一种时间计量系统。UTC比GMT更加精确（GMT即格林尼治标准时间，是19世纪中叶大英帝国的标准时间，也是世界基准时间）。
UNIX时间戳自UTC时间1970年1月1日00:00:00以来至现在的总秒数。

（2）date类

一个 date 对象可以表示日期等信息，创建 date 对象可以使用如下构造方法：

datetime.date(year,month,day)# 其中year、month和day三个参数不能省略

在使用时需要导入 datetime 模块，除了使用构造方法创建并初始化 date 对象外，也可以通过 date 类提供的一些类方法获得 date 对象

类方法	说明
date.today()	返回当前本地日期
date.fromtimestamp(timestamp)	返回与UNIX时间戳对应的本地日期

示例代码如下

import datetimea = datetime.date(2024,6,26)
print(a)
a1 = datetime.date.today()
print(a1)
a2 = datetime.date.fromtimestamp(999999999.999)
print(a2)

代码运行结果

2024-06-26
2024-06-26
2001-09-09

（3）time类

一个 time 对象可以表示一天中时间信息创建 time 对象可以使用如下构造方法

datetime.date(hour=0,minute=0,second=0,microsecond=0,tzinfo=None)

示例代码如下

import datetimea = datetime.time(19,40)
print(a)

代码运行结果

19:40:00Process finished with exit code 0

日期时间计算

timedelta 对象用于计算 datetime、date 和 time 对象时间间隔。timedelta 类构造方法如下：

datetime.timedelta(days=0,seconds=0,microsecond=0,milliseconds=0,mintes=0,hours=0,weeks=0)

所有参数都素可选的，参数可以是整数或浮点数、正数或负数。在 timedelta 内部只保存 days （天）、seconds（秒）和 microseconds（微秒）变量，因此其他参数都应换算为这三个参数。

示例代码如下

import datetime
d = datetime.date.today() # 获得本地时间
print(d)
delta = datetime.timedelta(10) # 创建10天的timedelta对象
d += delta
print(d)
d1 = datetime.date(2024,6,26) # 创建2024年6月26日对象
print(d1)
delta1 = datetime.timedelta(weeks=6) # 创建5周的timedelta对象
d1 -= delta1
print(d1)

代码运行结果

2024-06-26
2024-07-06
2024-06-26
2024-05-15Process finished with exit code 0

日期时间格式化和解析

无论是日期还是时间，当显示在界面上时，都需要进行格式化输出，使它能够符合当地人查看日期和时间的习惯。与日期时间格式化输出相反的操作为日期时间的解析，当用户使用应用程序界面输入日期时，计算机能够读入的是字符串，经过解析这些字符串获得日期时间对象。Python中日期时间格式化使用 strftime（）方法，date、datetime 和 time 三个类中都有一个实例方法 strftime（format）；而日期时间解析使用datetime.striptime(date_string,format)类方法，date 和 time 没有striptime（）方法。方法 strftime（）和strptime（）中都有一个格式化参数 format，用来控制日期时间的格式。

常用的日期和时间格式控制符
指令	含义	示例
%m	两位月份表示	01
%y	两位年份表示	24
%Y	四位年份表示	2024
%d	两位表示月内中的一天	26
%H	两位小时表示（24小时制）	20
%I	两位小时表示（12小时制）	01
%p	AM或PM区域性设置	AM、PM
%M	两位分钟表示	01
%S	两位秒表示	01
%f	以6为数表示微秒	000000
%z	+HHMM或-HHMM形式的UTC偏移	+0000
%Z	时区名称	UTC、EST、CST，如果没有设置时区为空

示例代码如下

import datetimed = datetime.datetime.today()
d.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print(d)str_date = '2024-06-26 20:26:30'
date = datetime.datetime.strptime(str_date,'%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print(date)

代码运行结果

2024-06-26 20:28:02.663327
2024-06-26 20:26:30

时区

datetime 和 time 对象只是单纯地表示本地的日期和时间，没有时区信息。如果想带有时区信息，可以使用 timezone 类，它是 tzinfo 的子类，提供了UTC偏移时区的实现。timezone 类构造方法如下：

datetime.timezone(offset,name=None)

其中 offset 是UTC偏移量，+8是东八区，北京在此时区；-5是西五区，纽约在此时区；0是零时区，伦敦在此时区。name是时区名字。

示例代码如下

from datetime import datetime,timezone,timedeltautc_dt = datetime(2024,6,26,12,59,59,tzinfo=timezone.utc)
print(utc_dt)
a1 = utc_dt.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z')
print(a1)
a2 = utc_dt.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S %z')
print(a2)bj_tz = timezone(offset=timedelta(hours=8),name='Asia/Beijing')
print(bj_tz)
bj_dt = utc_dt.astimezone(bj_tz)
print(bj_dt)

代码运行结果

2024-06-26 12:59:59+00:00
2024-06-26 12:59:59 UTC
2024-06-26 12:59:59 +0000
Asia/Beijing
2024-06-26 20:59:59+08:00