30天学会Python编程:16. Python常用标准库使用教程

16.1 collections模块

16.1.1 高级数据结构

16.1.2 示例

from collections import defaultdict, Counter, deque

# 默认字典
word_counts = defaultdict(int)
for word in ['apple', 'banana', 'apple']:
    word_counts[word] += 1

# 计数器
inventory = Counter(apple=10, banana=5)
inventory.update(['apple', 'orange'])

# 双端队列
d = deque(maxlen=3)
d.extend([1,2,3])
d.appendleft(0)  # 自动移除最右端元素

16.2 itertools模块

16.2.1 迭代器工具分类

表16-1 itertools主要功能

类别

函数

描述

无限迭代器

count()

数字序列


cycle()

循环迭代


repeat()

重复元素

组合迭代器

product()

笛卡尔积


permutations()

排列


combinations()

组合

实用工具

chain()

连接迭代器


groupby()

分组操作


zip_longest()

长压缩

16.2.2 示例

import itertools

# 分组操作
data = sorted([('A', 1), ('B', 2), ('A', 3)], key=lambda x: x[0])
for key, group in itertools.groupby(data, key=lambda x: x[0]):
    print(f"{key}: {list(group)}")

# 排列组合
print(list(itertools.permutations('ABC', 2)))

16.3 functools模块

16.3.1 核心功能解析

from functools import partial, lru_cache, reduce

# 偏函数
base_two = partial(int, base=2)
print(base_two('1010'))  # 10

# 缓存装饰器
@lru_cache(maxsize=128)
def fibonacci(n):
    return n if n < 2 else fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

# 累积计算
product = reduce(lambda x,y: x*y, range(1,6))  # 120

16.3.2 singledispatch

from functools import singledispatch

@singledispatch
def process(data):
    raise NotImplementedError("未实现类型")

@process.register(str)
def _(text):
    return f"处理字符串: {text.lower()}"

@process.register(int)
def _(number):
    return f"处理数字: {number**2}"

print(process("Hello"))  # 处理字符串: hello
print(process(5))       # 处理数字: 25

16.4 contextlib模块

16.4.1 上下文管理器工具

from contextlib import contextmanager, suppress, redirect_stdout
import io

# 自定义上下文管理器
@contextmanager
def timer():
    import time
    start = time.time()
    try:
        yield
    finally:
        print(f"耗时: {time.time()-start:.2f}s")

with timer():
    sum(range(1000000))

# 忽略指定异常
with suppress(FileNotFoundError):
    open('nonexist.txt')

# 重定向输出
f = io.StringIO()
with redirect_stdout(f):
    print("Hello")
print(f"捕获的输出: {f.getvalue()}")

16.5 日期时间处理

16.5.1 datetime深度使用

from datetime import datetime, timedelta, timezone

# 时区处理
utc_now = datetime.now(timezone.utc)
beijing_time = utc_now.astimezone(timezone(timedelta(hours=8)))

# 时间运算
next_week = datetime.now() + timedelta(weeks=1)

# 精确计时
start = datetime.now()
# 执行操作...
elapsed = datetime.now() - start

16.5.2 日历操作

import calendar

# 生成月历
cal = calendar.HTMLCalendar()
html_cal = cal.formatmonth(2023, 7)

# 日期计算
print(calendar.monthrange(2023, 2))  # (2, 28) 周起始和天数

16.6 正则表达式

16.6.1 re模块高级用法

import re

# 命名捕获组
text = "Date: 2023-07-20"
pattern = r"Date: (?P<year>\d{4})-(?P<month>\d{2})-(?P<day>\d{2})"
match = re.search(pattern, text)
if match:
    print(match.groupdict())  # {'year': '2023', 'month': '07', 'day': '20'}

# 编译正则提高性能
email_re = re.compile(r'[\w\.-]+@[\w\.-]+')
emails = email_re.findall("Contact: a@b.com, x@y.org")

16.7 应用举例

案例1:日志分析

from collections import Counter
import re
from datetime import datetime

def analyze_logs(log_file):
    """分析日志文件"""
    ip_pattern = re.compile(r'(\d+\.\d+\.\d+\.\d+)')
    date_pattern = re.compile(r'\[(\d{2}/\w{3}/\d{4})')
    status_pattern = re.compile(r'HTTP/\d\.\d" (\d{3})')
    
    ip_counter = Counter()
    status_counter = Counter()
    daily_requests = {}
    
    with open(log_file) as f:
        for line in f:
            # 提取IP
            ip_match = ip_pattern.search(line)
            if ip_match:
                ip_counter[ip_match.group(1)] += 1
            
            # 提取日期
            date_match = date_pattern.search(line)
            if date_match:
                date_str = date_match.group(1)
                date = datetime.strptime(date_str, '%d/%b/%Y').date()
                daily_requests[date] = daily_requests.get(date, 0) + 1
            
            # 提取状态码
            status_match = status_pattern.search(line)
            if status_match:
                status_counter[status_match.group(1)] += 1
    
    return {
        'top_ips': ip_counter.most_common(5),
        'status_codes': dict(status_counter),
        'daily_requests': sorted(daily_requests.items())
    }

案例2:数据批处理

from itertools import islice, chain
from functools import partial
import csv

def batch_processor(data, process_func, batch_size=100):
    """批量数据处理器"""
    iterator = iter(data)
    while True:
        batch = list(islice(iterator, batch_size))
        if not batch:
            break
        yield process_func(batch)

def process_users(users):
    """用户数据处理函数"""
    return [{'name': u['name'].upper(), 'age': int(u['age'])+1} for u in users]

def read_csv(file_path):
    """CSV文件读取器"""
    with open(file_path) as f:
        reader = csv.DictReader(f)
        yield from reader

# 构建处理管道
data_pipeline = chain(
    read_csv('users.csv'),
    partial(batch_processor, process_func=process_users),
    lambda batches: (user for batch in batches for user in batch)
)

# 执行处理
for user in data_pipeline:
    print(user)

16.8 知识图谱


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