Встроенные библиотеки Python

Представьте, что вы получили новый смартфон. Сразу после покупки на нём уже установлены календарь, калькулятор, камера и другие полезные приложения. Встроенные библиотеки Python работают похожим образом! 🧰

Встроенные библиотеки — это модули, которые поставляются вместе с Python и доступны сразу после его установки. Они предоставляют готовые решения для самых распространённых задач программирования.

Что такое встроенные библиотеки?

Встроенные библиотеки (стандартная библиотека) — это набор модулей, которые включены в дистрибутив Python и могут использоваться без дополнительной установки.

Стандартная библиотека Python включает:

• Модули для работы с системой
• Инструменты для обработки данных
• Утилиты для работы с сетью
• Средства для создания пользовательских интерфейсов
• И многое другое

Основные встроенные библиотеки

Давайте рассмотрим несколько наиболее полезных встроенных библиотек Python.

math — математические функции

Модуль math предоставляет доступ к математическим функциям, определенным в стандарте языка C:

Python 3.13
>>> import math

# Константы
>>> print(f"Число π: {math.pi}")
>>> print(f"Число e: {math.e}")
Число π: 3.141592653589793
Число e: 2.718281828459045

# Тригонометрические функции
>>> angle = math.pi / 4  # 45 градусов в радианах
>>> print(f"Синус 45°: {math.sin(angle):.4f}")
>>> print(f"Косинус 45°: {math.cos(angle):.4f}")
Синус 45°: 0.7071
Косинус 45°: 0.7071

# Другие функции
>>> print(f"Факториал 5: {math.factorial(5)}")
>>> print(f"Наибольший общий делитель 12 и 18: {math.gcd(12, 18)}")
Факториал 5: 120
Наибольший общий делитель 12 и 18: 6

random — генерация случайных чисел

Модуль random предоставляет функции для генерации случайных чисел и выбора случайных элементов:

Python 3.13
>>> import random

# Генерация случайного целого числа в диапазоне
>>> print(f"Случайное число от 1 до 10: {random.randint(1, 10)}")
Случайное число от 1 до 10: 7

# Случайное число с плавающей точкой от 0 до 1
>>> print(f"Случайное число от 0 до 1: {random.random():.4f}")
Случайное число от 0 до 1: 0.3528

# Выбор случайного элемента из последовательности
>>> fruits = ["яблоко", "банан", "апельсин", "груша"]
>>> print(f"Случайный фрукт: {random.choice(fruits)}")
Случайный фрукт: апельсин

# Перемешивание последовательности
>>> numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> random.shuffle(numbers)
>>> print(f"Перемешанные числа: {numbers}")
Перемешанные числа: [3, 1, 5, 2, 4]

datetime — работа с датами и временем

Модуль datetime предоставляет классы для работы с датами и временем:

Python 3.13
>>> import datetime

# Текущая дата и время
>>> now = datetime.datetime.now()
>>> print(f"Текущая дата и время: {now}")
Текущая дата и время: 2023-07-15 15:42:23.123456

# Создание конкретной даты
>>> specific_date = datetime.date(2023, 12, 31)
>>> print(f"Заданная дата: {specific_date}")
Заданная дата: 2023-12-31

# Разница между датами
>>> today = datetime.date.today()
>>> new_year = datetime.date(today.year + 1, 1, 1)
>>> days_until_new_year = (new_year - today).days
>>> print(f"Дней до Нового года: {days_until_new_year}")
Дней до Нового года: 170

# Форматирование даты
>>> formatted_date = now.strftime("%d.%m.%Y %H:%M")
>>> print(f"Отформатированная дата: {formatted_date}")
Отформатированная дата: 15.07.2023 15:42

os — взаимодействие с операционной системой

Модуль os предоставляет функции для взаимодействия с операционной системой:

Python 3.13
>>> import os

# Получение текущей рабочей директории
>>> print(f"Текущая директория: {os.getcwd()}")
Текущая директория: /Users/username/projects

# Список файлов и папок в директории
>>> files = os.listdir('.')
>>> print(f"Первые 3 файла в текущей директории: {files[:3]}")
Первые 3 файла в текущей директории: ['file1.txt', 'folder1', 'file2.py']

# Информация о системе
>>> print(f"Имя операционной системы: {os.name}")
Имя операционной системы: posix

# Существует ли файл или директория
>>> file_exists = os.path.exists('example.txt')
>>> print(f"Файл example.txt существует: {file_exists}")
Файл example.txt существует: False

json — работа с форматом JSON

Модуль json предоставляет функции для работы с данными в формате JSON:

Python 3.13
>>> import json

# Словарь Python
>>> person = {
...     "name": "Иван",
...     "age": 30,
...     "city": "Москва",
...     "languages": ["Python", "JavaScript", "SQL"]
... }

# Преобразование словаря в строку JSON
>>> person_json = json.dumps(person, ensure_ascii=False, indent=4)
>>> print("JSON строка:")
>>> print(person_json)
JSON строка:
{
    "name": "Иван",
    "age": 30,
    "city": "Москва",
    "languages": [
        "Python",
        "JavaScript",
        "SQL"
    ]
}

# Преобразование строки JSON в объект Python
>>> json_string = '{"name": "Мария", "age": 25, "city": "Санкт-Петербург"}'
>>> person_dict = json.loads(json_string)
>>> print(f"Имя: {person_dict['name']}, Возраст: {person_dict['age']}")
Имя: Мария, Возраст: 25

collections — специализированные типы данных

Модуль collections предоставляет альтернативные структуры данных для Python:

Python 3.13
>>> from collections import Counter, defaultdict, namedtuple

# Counter - подсчет элементов
>>> text = "Программирование на Python это интересно и приятно"
>>> character_count = Counter(text.lower())
>>> print("Три самых частых символа:")
>>> for char, count in character_count.most_common(3):
...     print(f"'{char}': {count}")
Три самых частых символа:
' ': 5
'о': 5
'н': 4

# defaultdict - словарь со значением по умолчанию
>>> fruit_categories = defaultdict(list)
>>> fruit_categories["желтые"].append("банан")
>>> fruit_categories["красные"].append("яблоко")
>>> fruit_categories["красные"].append("клубника")
>>> print(f"Желтые фрукты: {fruit_categories['желтые']}")
>>> print(f"Зеленые фрукты: {fruit_categories['зеленые']}")  # Пустой список
Желтые фрукты: ['банан']
Зеленые фрукты: []

# namedtuple - именованные кортежи
>>> Person = namedtuple('Person', ['name', 'age', 'job'])
>>> alice = Person('Алиса', 30, 'инженер')
>>> print(f"{alice.name}, {alice.age} лет, работает как {alice.job}")
Алиса, 30 лет, работает как инженер

Проверка понимания

Давайте проверим, насколько хорошо вы усвоили тему встроенных библиотек:

Какая библиотека лучше всего подходит для работы с датами в Python?