《計算機二級Python語言程序設計考試》第11章：Python第三方庫縱覽

scrapy是Python開發(fā)的一個快速的、高層次的Web獲取框架。不同于簡單的網(wǎng)絡爬蟲功能，scrapy框架本身包含了成熟網(wǎng)絡爬蟲系統(tǒng)所應該具有的部分共用功能，
scrapy用途廣泛，可以應用于專業(yè)爬蟲系統(tǒng)的構建、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡監(jiān)控和自動化測試等領域。
安裝scrapy庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install scrapy

2、數(shù)據(jù)分析方向

數(shù)據(jù)分析是Python的一個優(yōu)勢方向，具有大批高質(zhì)量的第三方庫。這里僅介紹3個最常用的生態(tài)庫：numpy、scipy和pandas。

numpy

numpy是Python的一種開源數(shù)值計算擴展第三方庫，用于處理數(shù)據(jù)類型相同的多維數(shù)組（ndarray），簡稱“數(shù)組”。
這個庫可用來存儲和處理大型矩陣，比Python語言提供的列表結構要高效的多。numpy提供了許多高級的數(shù)值編程工具，如：矩陣運算、矢量處理、N維數(shù)據(jù)變換等。
numpy內(nèi)部是C語言編寫，對外采用Python語言進行封裝，因此，在進行數(shù)據(jù)運算時，基于numpy的Python程序可以達到接近C語言的處理速度。numpy也成為Python數(shù)據(jù)分析方向各其他庫的基礎依賴庫，已經(jīng)成為了科學計算事實上的“標準庫”。
安裝numpy庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install numpy

scipy

scipy是一款方便、易于使用、專為科學和工程設計的Python工具包。在numpy庫的基礎上增加了眾多的數(shù)學、科學以及工程計算中常用的庫函數(shù)。它包括統(tǒng)計、優(yōu)化、整合、線性代數(shù)、傅里葉變換、信號分析、圖像處理、常微分方程求解等眾多模塊。
安裝scipy庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install scipy

pandas

pandas是基于numpy擴展的一個重要第三方庫，它是為了解決數(shù)據(jù)分析任務而創(chuàng)建的。Pandas提供了一批標準的數(shù)據(jù)模型和大量快速便捷處理數(shù)據(jù)的函數(shù)和方法，提供了高效地操作大型數(shù)據(jù)集所需的工具。
pandas 提供兩種最基本的數(shù)據(jù)類型：Series和DataFrame，分別代表一維數(shù)組和二維數(shù)組類型。
安裝pandas庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pandas

3、文本處理方向

Python語言非常適合處理文本，因此，在這個方向也形成了大量有價值的第三方庫。這里介紹4個最常用的生態(tài)庫：pdfminer、openpyxl、python-docx、beautifulsoup4。

pdfminer

pdfminer是一個可以從PDF文檔中提取各類信息的第三方庫。與其他PDF相關的工具不同，它能夠完全獲取并分析P D F 的文本數(shù)據(jù)。Pdfminer能夠獲取PDF中文本的準確位置、字體、行數(shù)等信息，能夠?qū)DF文件轉(zhuǎn)換為HTML及文本格式。
pdfminer包含兩個重要的工具： pdf2txt.py 和dumppdf.py。
pdf2txt.py能夠從PDF文件中提取所有文本內(nèi)容。dumppdf.py能夠把PDF文件內(nèi)容變成XML格式，并進一步提取其中的圖片。
安裝pdfminer庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pdfminer

openpyxl

openpyxl是一個處理Microsoft Excel文檔的Python第三方庫，它支持讀寫Excel的xls、xlsx、xlsm、xltx、xltm等格式文件，并進一步能處理Excel文件中excel工作表、表單和數(shù)據(jù)單元。
安裝openpyxl庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install openpyxl

python-docx

python-docx是一個處理Microsoft Word文檔的Python第三方庫，它支持讀取、查詢以及修改doc、docx等格式文件，并能夠?qū)ord常見樣式進行編程設置，包括：字符樣式、段落樣式、表格樣式等，進一步可以使用這個庫實現(xiàn)添加和修改文本、圖像、樣式和文檔等功能。
安裝python-docx庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install openpyxl

beautifulsoup4

beautifulsoup4庫，也稱為Beautiful Soup庫或bs4庫，用于解析和處理HTML和XML。需要注意，它不是BeautifulSoup庫。它的最大優(yōu)點是能根據(jù)HTML和XML語法建立解析樹，進而高效解析其中的內(nèi)容。
beautifulsoup4庫將數(shù)據(jù)從HTML和XML文件中解析出來，它能夠提供一種符合習慣的方法去遍歷搜索和修改解析樹，將專業(yè)的Web頁面格式解析部分封裝成函數(shù)，提供了若干有用且便捷的處理函數(shù)。
安裝beautifulsoup4庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install beautifulsoup4

4、數(shù)據(jù)可視化方向

數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化指根據(jù)數(shù)據(jù)特點將其展示為易于理解圖形的過程。Python語言在數(shù)據(jù)可視化方面具有較強的優(yōu)勢。這里介紹3個最常用的生態(tài)庫：matplotlib、TVTK、mayavi。

matplotib

matplotlib是提供數(shù)據(jù)繪圖功能的第三方庫，主要進行二維圖表數(shù)據(jù)展示，廣泛用于科學計算的數(shù)據(jù)可視化。使用這個庫可以利用Python程序繪制超過100種數(shù)據(jù)可視化效果。
安裝matplotlib庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install matplotlib

TVTK

TVTK庫在標準的VTK庫之上用Traits庫進行封裝的Python第三方庫。視覺工具函數(shù)庫（VTK）是一個開源、跨平臺、支持平行處理的圖形應用函數(shù)庫，它是專業(yè)可編程的三維可視化工具。TVTK在Python生態(tài)系統(tǒng)中被等同于VTK。
安裝matplotlib庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install vtk

mayavi基于VTK開發(fā)，完全用Python編寫，提供了一個更為方便實用的可視化軟件，可以簡潔地嵌入到用戶編寫的Python程序中，或者直接使用其面向腳本的API快速繪制三維可視化圖形。值得注意的是，mayavi也被稱為mayavi2。
mayavi庫在Windows平臺上暫時不能方便的使用pip命令安裝，建議使用文件安裝，請下載mayavi對應版本文件，然后在本地安裝。

5、用戶圖形界面方向

Python標準庫內(nèi)置了一個GUI庫——tkinter，這個庫基于Tck/Tk開發(fā)，然而，這個庫十分陳舊，提供的開發(fā)控件也很有限，編寫出來的GUI風格與現(xiàn)代程序GUI風格相差甚遠，從用戶體驗角度說，tkinter庫并不成熟。
這里介紹3個高質(zhì)量的用戶圖形界面Python生態(tài)庫：pyqt5、wxpython、pygtk。

pyqt5

pyqt5是Qt5應用框架的Python第三方庫，它有超過6 2 0個類和近6 0 0 0個函數(shù)和方法。它是Python中最為成熟的商業(yè)級GUI第三方庫。這個庫是Python語言當前最好的GUI第三方庫，它可以在Windows、Linux和Mac OS X等操作系統(tǒng)上跨平臺使用。
pyqt5采用“信號-槽”機制將事件和對應的處理程序進行綁定。pyqt5窗體有很多內(nèi)置信號，也可以自定義信號。
安裝pyqt5庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pyqt5

wxpython

wxPython是Python語言的一套優(yōu)秀的GUI圖形庫，它是跨平臺GUI庫wxWidgets的Python封裝，可以使Python程序員能夠輕松地創(chuàng)建健壯可靠、功能強大的圖形用戶界面的程序。

安裝wxpython庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install wxpython

pygtk是基于GTK+的Python語言封裝，它提供了各式的可視元素和功能，能夠輕松創(chuàng)建具有圖形用戶界面的程序。pygtk具有跨平臺性,利用它編寫的代碼能夠不加修改地穩(wěn)定運行在各操作系統(tǒng)中，如Windows、MacOS、Linux等。
安裝wxpython庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pygtk

6、機器學習方向

機器學習是人工智能領域的一個重要分支，Python語言也是機器學習和人工智能的重要基礎語言。這里介紹3個高質(zhì)量的機器學習框架：
Scikit-learn、TensorFlow、Theano。

Scikit-learn

Scikit-learn是一個簡單且高效的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析工具，它基于NumPy、SciPy和matplotlib構建。Scikitlearn的基本功能主要包括6個部分：分類，回歸，聚類，數(shù)據(jù)降維，模型選擇和數(shù)據(jù)預處理。Scikit-learn也被稱為sklearn。
安裝Scikit-learn庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install scikit-learn

Tensorflow

TensorFlow是谷歌公司基于DistBelief進行研發(fā)的第二代人工智能學習系統(tǒng)，也是用來支撐著名的AlphaGo系統(tǒng)的后臺框架。Tensor（張量）指N維數(shù)組，F(xiàn)low（流）指基于數(shù)據(jù)流圖的計算，TensorFlow描述張量從流圖的一端流動到另一端的計算過程。
安裝TensorFlow庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install tensorflow

Theano

Theano為執(zhí)行深度學習中大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡算法的運算而設計，擅長處理多維數(shù)組。Theano開發(fā)始于2007，可以理解它是一個運算數(shù)學表達式的編譯器，并可以高效運行在GPU或CPU上。Theano是一個偏向底層開發(fā)的庫，更像一個研究平臺而非單純的深度學習庫。
安裝Theano庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install theano

7、Web開發(fā)方向

Web開發(fā)是Python語言流行的一個重要方向，主要用于服務器后端開發(fā)。根據(jù)Python Web開發(fā)框架的復雜程度，這里依次介紹3個Python第三方生態(tài)庫：Django、Pyramid、Flask。

Django

Django是Python生態(tài)中最流行的開源Web應用框架。Django采用模型、模板和視圖的編寫模式，稱為MTV模式。Django中提供了開發(fā)網(wǎng)站經(jīng)常用到的模塊，Django的開發(fā)理念是DRY(Don't Repeat Yourself)，用于鼓勵快速開發(fā)，進而減少程序員可以建立一個高性能Web應用所花費的時間和精力，形成一種一站式解決方案。
安裝Django庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install django

Pyramid

Pyramid是一個通用、開源的Python Web應用程序開發(fā)框架。它主要的目的是讓Python開發(fā)者更簡單的創(chuàng)建Web應用，相比Django，Pyramid是一個相對小巧、快速、靈活的開源Python Web框架。Pyramid仍然面向較大規(guī)模的Web應用，但它更關注靈活性，開發(fā)者可以靈活選擇所使用的數(shù)據(jù)庫、模板風格、URL結構等內(nèi)容。
安裝Pyramid庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pyramid

Flask

Flask是輕量級Web應用框架，相比Django和Pyramid，它也被稱為微框架。使用Flask開發(fā)Web應用十分方便，甚至幾行代碼即可建立一個小型網(wǎng)站。Flask核心十分簡單，并不直接包含諸如數(shù)據(jù)庫訪問等的抽象訪問層，而是通過擴展模塊形式來支持。
安裝Flask庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install flask

8、游戲開發(fā)方向

Web開發(fā)方向

游戲開發(fā)是一個有趣的方向，在游戲邏輯和功能實現(xiàn)層面，Python已經(jīng)成為重要的支撐性語言。這里介紹3個Python第三方生態(tài)庫：Pygame、Panda3D、cocos2d。

Pygame

Pygame是在SDL庫基礎上進行封裝的、面向游戲開發(fā)入門的Python第三方庫，除了制作游戲外，還用于制作多媒體應用程序。其中，SDL（Simple DirectMedia Layer）是開源、跨平臺的多媒體開發(fā)庫，通過OpenGL和Direct3D底層函數(shù)提供對音頻、鍵盤、鼠標和圖形硬件的簡潔訪問。
Pygame是一個游戲開發(fā)框架，提供了大量與游戲相關的底層邏輯和功能支持，非常適合作為入門庫理解并實踐游戲開發(fā)。
安裝Pygame庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pygame

Panda3D

Panda3D是一個開源、跨平臺的3D渲染和游戲開發(fā)庫,簡答說，它是一個3D游戲引擎，由迪士尼和卡耐基梅隆大學娛樂技術中心共同進行開發(fā)。Panda3D支持Python和C++兩種語言，但對Python支持更全面。
Panda3D支持很多當代先進游戲引擎所支持的特性：法線貼圖、光澤貼圖、HDR、卡通渲染和線框渲染等。
安裝Panda3D庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install panda3d

cocos2d

cocos2d是一個構建2D游戲和圖形界面交互式應用的框架，它包括C++、JavaScript、Swift、Python等多個版本。cocos2d基于OpenGL進行圖形渲染，能夠利用GPU進行加速。cocos2d引擎采用樹形結構來管理游戲?qū)ο螅粋€游戲劃分為不同場景，一個場景又分為不同層，每個層處理并響應用戶事件。
安裝cocos2d庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install cocos2d

9、更多第三方庫

Python語言有超過12萬個第三方庫，覆蓋信息技術幾乎所有領域。即使在每個方向，也會有大量的專業(yè)人員開發(fā)多個第三方庫來給出具體設計。除了本章所提到的方向外，這里再列出5個有趣且有用的Python第三方庫，展示Python在工程實踐方面強大的魅力。

PIL

PIL庫是Python語言在圖像處理方面的重要第三方庫，支持圖像存儲、顯示和處理，它能夠處理幾乎所有圖片格式，可以完成對圖像的縮放、剪裁、疊加以及向圖像添加線條、圖像和文字等操作。
PIL庫主要可以完成圖像歸檔和圖像處理兩方面功能需求：

圖像歸檔：對圖像進行批處理、生成圖像預覽等；
圖像處理：圖像基本處理、像素處理、顏色處理等。

安裝PIL庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：

:\>pip install pillow

SymPy

SymPy是一個支持符號計算的Python第三方庫，它是一個全功能的計算機代數(shù)系統(tǒng)。SymPy代碼簡潔、易于理解，支持符號計算、高精度計算、模式匹配、繪圖、解方程、微積分、組合數(shù)學、離散數(shù)學、幾何學、概率與統(tǒng)計、物理學等領域計算和應用。
安裝SymPy庫在Windows的cmd命令行使用如下命令：