کتابخانه استاندارد

۱. سه شکل import

ماژول یک فایل پایتون است پر از توابع آماده. برای استفاده از آن باید اول واردش کنید.

# Way 1: import the whole module, then use 'module.name'
import random
print(random.randint(1, 6))

# Way 2: import it under a shorter name
import random as rnd
print(rnd.randint(1, 6))

# Way 3: import only what we need, then use the name directly
from random import randint, choice
print(randint(1, 6))
print(choice(['red', 'green', 'blue']))

# 'from module import *' imports everything. Avoid it: you no longer know
# where a name comes from, and it can silently overwrite your own names.

سه شکل وارد کردن: نمونه 01_import_styles.py

۲. عدد تصادفی صحیح

import random

# randint(a, b) -> a whole number between a and b, BOTH included.
x = random.randint(1, 6)
y = random.randint(1, 6)
print(f'{x}, {y}')

# randrange() works like range(): the last value is NOT included.
print(random.randrange(1, 10))        # 1..9
print(random.randrange(0, 100, 5))    # 0, 5, 10, ... 95

عدد تصادفی صحیح: نمونه 02_random_integers.py

تفاوت مهم: در randint هر دو سر بازه شامل هستند، ولی randrange مثل range عمل می‌کند و عدد آخر را شامل نمی‌شود. برای تاس، randint(1, 6) درست است.

۳. عدد تصادفی اعشاری

import random

# random() -> a decimal number between 0.0 and 1.0 (1.0 excluded)
print(random.random())

# uniform(a, b) -> a decimal number between a and b
print(random.uniform(5, 10))

# A percentage with two decimals:
print(round(random.random() * 100, 2))

عدد تصادفی اعشاری: نمونه 03_random_floats.py

۴. انتخاب تصادفی از یک مجموعه

import random

colors = ['red', 'green', 'blue']

# choice() -> ONE item
print(random.choice(colors))

# sample() -> k DIFFERENT items (no repetition)
print(random.sample(colors, 2))

# choices() -> k items WITH repetition allowed
print(random.choices(colors, k=5))

# choices() can also be given weights.
print(random.choices(colors, weights=[10, 1, 1], k=5))

# shuffle() mixes a list IN PLACE and returns None.
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)
print(numbers)

انتخاب تصادفی: نمونه 04_random_choice.py

باز هم آن دام آشنا: shuffle مثل sort خود لیست را عوض می‌کند و None برمی‌گرداند. ننویسید numbers = random.shuffle(numbers).

۵. دانه تصادفی

import random

# The "random" numbers of a computer are computed from a starting value
# called the seed. With the same seed we always get the same sequence -
# which is exactly what we want while testing a program.
random.seed(42)
print([random.randint(1, 100) for _ in range(5)])

random.seed(42)
print([random.randint(1, 100) for _ in range(5)])   # the same five numbers

# Without a seed, Python uses the current time, so the numbers change.
random.seed()
print([random.randint(1, 100) for _ in range(5)])

دانه: نمونه 05_random_seed.py

اعداد تصادفی کامپیوتر در عمل شبه‌تصادفی هستند: از یک عدد شروع می‌شوند و با فرمولی محاسبه می‌شوند. اگر همان عدد شروع را بدهید، همان دنباله را می‌گیرید. این برای آزمایش برنامه بسیار مفید است، چون می‌توانید باگ را دوباره تولید کنید.

۶. بازی تاس

'''A small dice game: the player and the computer roll two dice.'''

import random


def roll_two_dice() -> int:
    'Roll two dice and return their total.'
    return random.randint(1, 6) + random.randint(1, 6)


def main() -> None:
    player_score = 0
    computer_score = 0

    for round_number in range(1, 4):
        input(f'Round {round_number} - press Enter to roll...')

        player = roll_two_dice()
        computer = roll_two_dice()

        print(f'You: {player}   Computer: {computer}')

        if player > computer:
            player_score += 1
            print('You win this round!')
        elif computer > player:
            computer_score += 1
            print('The computer wins this round!')
        else:
            print('Draw.')

    print(f'\nFinal score - you: {player_score}, computer: {computer_score}')


if __name__ == '__main__':
    main()

بازی تاس: نمونه 06_dice_game.py

نکته ظریف: input() اینجا بدون ذخیره کردن نتیجه به کار رفته است. فقط می‌خواهیم برنامه منتظر بماند تا کاربر اینتر بزند. این ترفند ساده‌ای است برای مکث دادن به برنامه‌های متنی.

۷. ماژول math

import math

print(math.pi)              # 3.141592653589793
print(math.e)

print(math.sqrt(16))        # 4.0  -> square root
print(math.pow(2, 10))      # 1024.0 (a float; the operator ** gives an int)
print(2 ** 10)              # 1024

print(math.factorial(5))    # 120
print(math.gcd(12, 18))     # 6  -> greatest common divisor

print(math.floor(3.7))      # 3  -> down
print(math.ceil(3.2))       # 4  -> up
print(math.fabs(-5))        # 5.0

# Area of a circle.
radius = float(input('Radius of the circle: '))
print('Area:', math.pi * radius ** 2)

ماژول math: نمونه 07_math_module.py

در فصل‌های قبل فاکتوریل و بزرگ‌ترین مقسوم‌علیه مشترک را با دست نوشتیم. حالا می‌بینید که هر دو آماده‌اند. باز هم همان درس: اول بفهمید چطور کار می‌کند، بعد از نسخه آماده استفاده کنید.

۸. گرد کردن

import math

value = 3.567

print(round(value))         # 4     -> nearest whole number
print(round(value, 2))      # 3.57  -> two decimals
print(math.floor(value))    # 3     -> always down
print(math.ceil(value))     # 4     -> always up
print(int(value))           # 3     -> simply cuts the decimals

# Careful with negative numbers: int() and floor() are NOT the same.
print(int(-3.7), math.floor(-3.7))    # -3  and  -4

# Python uses "banker's rounding": .5 goes to the nearest EVEN number.
print(round(2.5), round(3.5))         # 2  and  4

گرد کردن: نمونه 08_rounding.py

۹. تاریخ و زمان

from datetime import datetime, date

# The current date and time.
now = datetime.now()
print(now)
print(now.year, now.month, now.day)
print(now.hour, now.minute, now.second)

# Only the date.
today = date.today()
print(today)

# Building a specific date.
birthday = date(2005, 3, 21)
print(birthday)

# strftime() turns a date into text the way we want it.
print(now.strftime('%Y/%m/%d'))
print(now.strftime('%d %B %Y'))
print(now.strftime('%H:%M:%S'))

# strptime() does the opposite: it reads a date out of a text.
parsed = datetime.strptime('2026-09-08', '%Y-%m-%d')
print(parsed)

تاریخ و زمان: نمونه 09_datetime_basics.py

دو تابع را با هم اشتباه نگیرید: strftime تاریخ را به متن تبدیل می‌کند و strptime متن را به تاریخ. حرف f یعنی format و حرف p یعنی parse.

۱۰. اختلاف دو تاریخ

from datetime import date, timedelta

today = date.today()
birthday = date(2005, 3, 21)

# Subtracting two dates gives a timedelta.
age = today - birthday
print('Days lived:', age.days)
print('Approximate age:', age.days // 365)

# Adding a duration to a date.
print('In 100 days:', today + timedelta(days=100))
print('One week ago:', today - timedelta(weeks=1))

# A small program: how many days until the end of the year?
end_of_year = date(today.year, 12, 31)
print('Days left this year:', (end_of_year - today).days)

اختلاف تاریخ: نمونه 10_datetime_difference.py

تفریق دو تاریخ یک timedelta می‌دهد که یعنی «مدت زمان». صفت .days تعداد روزهایش را می‌دهد. برای جمع زدن هم همین نوع را می‌سازید و به تاریخ اضافه می‌کنید.

۱۱. ماژول time

import time

print('Start')
time.sleep(1)          # pause the program for one second
print('One second later')

# Measuring how long a piece of code takes.
start = time.time()

total = 0
for i in range(3_000_000):
    total += i

end = time.time()
print(f'The loop took {end - start:.3f} seconds.')

# perf_counter() is more precise for measuring short durations.
start = time.perf_counter()
sum(range(3_000_000))
print(f'sum() took {time.perf_counter() - start:.3f} seconds.')

ماژول time: نمونه 11_time_module.py

Start
One second later
The loop took 0.187 seconds.
sum() took 0.043 seconds.

شرح مثال

• sleep(n) برنامه را n ثانیه متوقف می‌کند. برای انیمیشن‌های متنی و برای مکث بین درخواست‌های شبکه به کار می‌آید.
• اندازه‌گیری زمان الگوی ساده‌ای دارد: زمان را پیش و پس از کد بگیرید و تفریق کنید.
• نتیجه جالب است: sum(range(...)) چند برابر سریع‌تر از حلقه دستی است، چون داخل خود پایتون و به زبان C پیاده‌سازی شده است.
• نوشتن 3_000_000 با زیرخط کاملاً مجاز است و فقط برای خوانایی است. پایتون زیرخط‌ها را نادیده می‌گیرد.

۱۲. آرگومان‌های خط فرمان

'''Reading the arguments typed on the command line.

Run it like this:
    python 12_sys_argv.py 12 30
'''

import sys


def main() -> None:
    # sys.argv[0] is the name of the file itself.
    print('All the arguments:', sys.argv)

    if len(sys.argv) < 3:
        print('Usage: python 12_sys_argv.py <number1> <number2>')
        sys.exit(1)          # stop the program with an error code

    num1 = float(sys.argv[1])
    num2 = float(sys.argv[2])

    print('Sum:', num1 + num2)


if __name__ == '__main__':
    main()

خط فرمان: نمونه 12_sys_argv.py

$ python 12_sys_argv.py 12 30
All the arguments: ['12_sys_argv.py', '12', '30']
Sum: 42.0

شرح مثال

• sys.argv لیستی از رشته‌هاست: عضو صفرم نام خود فایل است و بقیه، آرگومان‌های کاربر.
• همه اعضا رشته هستند، پس مثل input باید تبدیلشان کنید.
• بررسی طول لیست ضروری است، وگرنه اگر کاربر آرگومان ندهد IndexError می‌گیرید.
• sys.exit(1) برنامه را با کد خطا تمام می‌کند. عدد صفر یعنی موفقیت و هر عدد دیگری یعنی خطا؛ این قرارداد سیستم‌عامل است.
• برای برنامه‌های جدی، ماژول argparse بسیار بهتر است و خودش راهنما و اعتبارسنجی می‌سازد.

خلاصه فصل