万字长文,Python的应用领域有哪些?

简介: 万字长文,Python的应用领域有哪些?

Python的应用领域实在是太多了

网络上很多似懂非懂的人,总是要么说Python被眼中高估了,要么说Python不值得学,就是脚本语言

其实他们都没有看到Python语言的精华

现如今,随着互联网技术的发展,Python进一步走入人们的视线,也在越来越多的领域发挥着不可替代的作用

Web开发

这个应用领域,往往被很多人忽略,毕竟Java在这个领域太耀眼了,但是也丝毫不能遮掩Python在Web开发领域的强大实力

最流行的框架包括Django和Flask

而且最最重要的是,用Python编写Web应用,主打的方便快捷

实战例子

5分钟,完成一个Web应用

基本功能

1、安装 Flask

在命令行中输入 pip install flask 即可安装 Flask。

2、创建 Flask 应用

在 Python 文件中,首先需要导入 Flask 模块,然后创建一个 Flask 应用对象。

示例代码如下:

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

这个代码会创建一个名为 app 的 Flask 应用对象。

3、编写路由

在 Flask 应用中,路由用于指定请求的 URL 与相应的处理函数之间的关系。可以使用 @app.route() 装饰器来定义路由。

示例代码如下:

@app.route('/')
def index():
    return 'Hello, World!'

这个代码定义了一个名为 index() 的路由,它处理根路径 / 的请求,并返回字符串 'Hello, World!'。

4、运行应用

在命令行中输入 python app.py,其中 app.py 是你的 Python 文件名。这会启动 Flask 应用,并监听默认端口号(80)。

在浏览器中访问 http://localhost:5000,就可以看到页面上显示的 "Hello, World!" 的文本。

增强功能

下面我们增加一些高级功能,比如表单和提交

我们使用 Flask 中的 form 模块,这个模块提供了处理表单数据的方法和工具。

使用 Flask 和 form 模块创建一个简单的表单页面,并将表单数据提交到数据库中

from flask import Flask, render_template, request
from flask_wtf import FlaskForm
from wtforms import StringField, SubmitField
from wtforms.validators import DataRequired
app = Flask(__name__)
app.config['SECRET_KEY'] = 'mysecretkey'
class UserForm(FlaskForm):
    name = StringField('Name', validators=[DataRequired()])
    email = StringField('Email', validators=[DataRequired()])
    submit = SubmitField('Submit')
@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def index():
    form = UserForm()
    if form.validate_on_submit():
        # 将表单数据保存到数据库中
        user = User(name=form.name.data, email=form.email.data)
        db.session.add(user)
        db.session.commit()
        return redirect(url_for('index'))
    return render_template('index.html', form=form)
if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

在上面的代码中,我们首先导入了需要的模块和类。然后定义了一个名为 UserForm 的表单类,它包含了三个字段:name、email 和 submit。其中 name 和 email 分别使用了 StringField 和 StringField,而 submit 则使用了 SubmitField。在表单类中还定义了一些验证器,用于确保表单数据的合法性。

接下来,我们在路由函数中创建了一个 UserForm 实例,并将其传递给模板进行渲染。如果用户提交了表单数据,并且表单验证通过,我们就会将表单数据保存到数据库中,并重定向到主页。否则,我们会将表单呈现给用户进行填写。

最后,我们在主函数中启动了应用,并开启了调试模式。这样就可以在本地运行应用,并访问 http://localhost:5000/来测试表单功能了。

好了,代码非常简单,5分钟直接搞定!

数据科学和机器学习

Python在数据科学和机器学习领域中非常流行,甚至可以说是御用语言也不为过,因为在这个领域有许多强大的库和框架,如NumPy、Pandas、Matplotlib、Scikit-learn和TensorFlow,这些作为支撑,使得人们进行机器学习等工作是会事半功倍

实战例子

一个简单的数据可视化示例,使用了Pandas和Matplotlib库

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
# 读取数据
data = pd.read_csv('data.csv')
# 绘制柱状图
plt.bar(data['category'], data['value'])
# 添加标题和标签
plt.title('Data Visualization')
plt.xlabel('Category')
plt.ylabel('Value')
# 显示图形
plt.show()

自动化和脚本

由于 Python 语法简介,所以非常适合编写自动化脚本,用于处理文件、执行系统任务和管理服务器,这些都非常适合运维和测试的同学试用

实战例子

下面分享一个真实的自动化办公案例,希望各位 Python 爱好者能够从中得到些许启发,在自己的工作生活中更多的应用 Python,使得工作事半功倍!

需求

需要从 PDF 中取出几页并将其保存为新的 PDF,为了后期使用方便,这个工具需要做成傻瓜式的带有 GUI 页面的形式

选择源 pdf 文件,再指定下生成的新的 pdf 文件名称及保存位置,和需要拆分的 page 信息,就可以得到新的 pdf 文件了

需求解析

对于 Python GUI,我们有太多种选择了,下面我们先来横向的简单对比下

从高层次上看,大的 GUI 工具有:

  • Qt
  • WxWindows
  • Tkinter
  • Customer libraries(Kivy,Toga等)
  • Web相关(HTML,Flask等)

不过今天,我们选择的工具是 appJar,这是一个由一位从事教育工作的大神发明的,所以它可以提供一个更加简单的 GUI 创建过程,而且是完全基于 Tkinter 的,Python 默认支持

代码实现

首先为了实现 PDF 操作,我这里选择了 pypdf2 库

我们先硬编码一个输入输出的示例

from PyPDF2 import PdfFileWriter, PdfFileReader
infile = "Input.pdf"
outfile = "Output.pdf"
page_range = "1-2,6"

接下来我们实例化 PdfFileWriter 和 PdfFIleReader 对象,并创建实际的 Output.pdf 文件

output = PdfFileWriter()
input_pdf = PdfFileReader(open(infile, "rb"))
output_file = open(outfile, "wb")

下面一个比较复杂的点就是需要拆分 pdf,提取页面并保存在列表中

page_ranges = (x.split("-") for x in page_range.split(","))
range_list = [i for r in page_ranges for i in range(int(r[0]), int(r[-1]) + 1)]

最后就是从原始文件中拷贝内容到新的文件

for p in range_list:
    output.addPage(input_pdf.getPage(p - 1))
output.write(output_file)

下面来构建 GUI 界面

对于这个拆分 PDF 的小工具,需要具有如下功能:

  • 可以通过标准文件浏览器选择 pdf 文件
  • 可以选择输出文件的位置及文件名称
  • 可以自定义提取哪些页面
  • 有一些错误检查

通过 PIP 安装好 appJar 后,我们就可以编码了

from appJar import gui
from PyPDF2 import PdfFileWriter, PdfFileReader
from pathlib import Path

创建 GUI 窗口

app = gui("PDF Splitter", useTtk=True)
app.setTtkTheme("default")
app.setSize(500, 200)

这里我使用了默认主题,当然也可以切换各种各样的主题模式

下面是添加标签和数据输入组件

app.addLabel("Choose Source PDF File")
app.addFileEntry("Input_File")
app.addLabel("Select Output Directory")
app.addDirectoryEntry("Output_Directory")
app.addLabel("Output file name")
app.addEntry("Output_name")
app.addLabel("Page Ranges: 1,3,4-10")
app.addEntry("Page_Ranges")

接下来添加按钮,“处理”和“退出”,按下按钮,调用如下函数

app.addButtons(["Process", "Quit"], press)

最后就是运行这个 app 啦

# start the GUI
app.go()

这要我们就完成了 GUI 的搭建,下面编写内部处理逻辑。程序读取任何输入,判断是否为 PDF,并拆分

def press(button):
    if button == "Process":
        src_file = app.getEntry("Input_File")
        dest_dir = app.getEntry("Output_Directory")
        page_range = app.getEntry("Page_Ranges")
        out_file = app.getEntry("Output_name")
        errors, error_msg = validate_inputs(src_file, dest_dir, page_range, out_file)
        if errors:
            app.errorBox("Error", "\n".join(error_msg), parent=None)
        else:
            split_pages(src_file, page_range, Path(dest_dir, out_file))
    else:
        app.stop()

如果单击 “处理(Process)”按钮,则调用 app.getEntry() 检索输入值,每个值都会被存储,然后通过调用 validate_inputs() 进行验证

来看看 validate_inputs 函数

def validate_inputs(input_file, output_dir, range, file_name):
    errors = False
    error_msgs = []
    # Make sure a PDF is selected
    if Path(input_file).suffix.upper() != ".PDF":
        errors = True
        error_msgs.append("Please select a PDF input file")
    # Make sure a range is selected
    if len(range) < 1:
        errors = True
        error_msgs.append("Please enter a valid page range")
    # Check for a valid directory
    if not(Path(output_dir)).exists():
        errors = True
        error_msgs.append("Please Select a valid output directory")
    # Check for a file name
    if len(file_name) < 1:
        errors = True
        error_msgs.append("Please enter a file name")
    return(errors, error_msgs)

这个函数就是执行一些检查来确保输入有数据并且有效

在收集验证了所以数据后,就可以调用 split 函数来处理文件了

def split_pages(input_file, page_range, out_file):
    output = PdfFileWriter()
    input_pdf = PdfFileReader(open(input_file, "rb"))
    output_file = open(out_file, "wb")
    page_ranges = (x.split("-") for x in page_range.split(","))
    range_list = [i for r in page_ranges for i in range(int(r[0]), int(r[-1]) + 1)]
    for p in range_list:
        # Need to subtract 1 because pages are 0 indexed
        try:
            output.addPage(input_pdf.getPage(p - 1))
        except IndexError:
            # Alert the user and stop adding pages
            app.infoBox("Info", "Range exceeded number of pages in input.\nFile will still be saved.")
            break
    output.write(output_file)
    if(app.questionBox("File Save", "Output PDF saved. Do you want to quit?")):
        app.stop()

这样我们就完成了一个简易的 GUI 拆分 PDF 文件的工具喽

网络爬虫

这个领域又是Python的一个主攻方向,可以说网络上的各种Python代码,都少不了Python的身影

实战例子

一个简单的实战例子

import requests
from bs4 import BeautifulSoup
url = 'https://www.baidu.com'
response = requests.get(url)
html = response.text
soup = BeautifulSoup(html, 'html.parser')
title = soup.title.string
print(title)

当然,从总的爬虫流程来看,爬虫主要分为三部分,请求、解析和存储

1、发送请求

使用 Python 的 requests 库发送 HTTP 请求,获取网页内容。

import requests
url = 'https://www.baidu.com'
response = requests.get(url)
html = response.text
print(html)

2、解析 HTML

使用 Beautiful Soup 或 lxml 等库解析 HTML,提取出需要的信息。

from bs4 import BeautifulSoup
html = """
<div>
  <h1>百度一下,你就知道</h1>
  <p>百度一下,全球最大的中文搜索引擎、致力于让网民更便捷地获取信息,找到所求。</p>
</div>
"""
soup = BeautifulSoup(html, 'html.parser')
title = soup.title.string
print(title)

3、存储数据

将提取的数据保存到本地文件或数据库中。

import json
data = {
    'title': '百度一下,你就知道',
    'description': '百度一下,全球最大的中文搜索引擎、致力于让网民更便捷地获取信息,找到所求。',
    'link': 'https://www.baidu.com'
}
with open('data.json', 'w') as f:
    json.dump(data, f)

游戏开发

基于 Python 第三方库 Pygame,我们可以完成众多小游戏的开发

实战例子

吃金币

import os
import cfg
import sys
import pygame
import random
from modules import *
'''游戏初始化'''
def initGame():
    # 初始化pygame, 设置展示窗口
    pygame.init()
    screen = pygame.display.set_mode(cfg.SCREENSIZE)
    pygame.display.set_caption('catch coins —— 九歌')
    # 加载必要的游戏素材
    game_images = {}
    for key, value in cfg.IMAGE_PATHS.items():
        if isinstance(value, list):
            images = []
            for item in value: images.append(pygame.image.load(item))
            game_images[key] = images
        else:
            game_images[key] = pygame.image.load(value)
    game_sounds = {}
    for key, value in cfg.AUDIO_PATHS.items():
        if key == 'bgm': continue
        game_sounds[key] = pygame.mixer.Sound(value)
    # 返回初始化数据
    return screen, game_images, game_sounds
'''主函数'''
def main():
    # 初始化
    screen, game_images, game_sounds = initGame()
    # 播放背景音乐
    pygame.mixer.music.load(cfg.AUDIO_PATHS['bgm'])
    ...
'''run'''
if __name__ == '__main__':
    while main():
        pass


桌面应用程序

我们乐园使用框架如PyQt或Tkinter,来编写桌面应用程序,同样是非常方便的

实战例子

可能在在人们的眼中,Python 构建的 GUI 程序都是比较 low 的,下面我们先忽略掉功能,着眼于页面的美化,来看看纯 Python 的编写的 GUI 程序也可以很美观!

页面布局

我们首先完成一个基本的 GUI 布局

假设我们想要做一个进制转换的工具,那么大致的布局可以入下图

上图是完全通过 Python 自带的 GUI 库 tkinter 来编写的

部分代码如下

from tkinter import ttk
from tkinter import *
class Transform():
    def __init__(self):
        self.root = Tk()
        self.root.title("进制转换工具")
        self.root.geometry("600x280")
        self.root.resizable(False, False)
        self.var = StringVar()
        self.values = ['2', '8', '10', '16', '32', '36', '58', '62']
        self.myWidget()
        self.myLayout()
    def myWidget(self):
        self.container = Frame(self.root)
        # 转换设置区域
        self.lf_group1 = LabelFrame(master=self.container, text="转换设置")
        self.cb = Checkbutton(self.lf_group1, text="是否自动转换")
        self.cb.invoke()
        self.bt = Button(self.lf_group1, text='转换')
        self.en = Entry(self.lf_group1, text='warning')
        # 进制选择区域
        self.lf_group2 = LabelFrame(master=self.container, text="进制选择")
        self.lb1 = Label(self.lf_group2, text="请选择待转换的进制")
        self.cbo1 = ttk.Combobox(
            master=self.lf_group2,
            values=self.values
        )
        self.cbo1.set(self.values[2])
        self.lb2 = Label(self.lf_group2, text="请选择转换后的进制")
        self.cbo2 = ttk.Combobox(
            master=self.lf_group2,
            values=self.values,
        )
        self.cbo2.set(self.values[0])
        # 进制输出区域
        self.txt = Text(master=self.container, height=5, width=50)
    def myLayout(self):
        self.container.pack(side=LEFT, fill=BOTH, expand=YES, padx=5)
        self.lf_group1.pack(fill=X, side=TOP)
        self.lf_group2.pack(fill=X, pady=10, side=TOP)
        self.cb.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
        self.bt.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
        self.en.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
        self.lb1.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5)
        self.cbo1.pack(side=LEFT, expand=YES, pady=5)
        self.lb2.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5)
        self.cbo2.pack(side=LEFT, expand=YES, pady=5)
        self.txt.pack(side=LEFT, anchor=NW, pady=5, fill=BOTH, expand=YES)
    def run(self):
        self.container.mainloop()
if __name__ == '__main__':
    trans = Transform()
    trans.run()

代码并不复杂,布局也是使用的最基本的 pack 方式,整个 GUI 程序虽然看起来比较整齐,但是颜色单调,各个组件也不是十分美观,下面我们就来进行美化

页面美化

我们首先通过手工设置 CSS 的方式来美化页面,这里主要用到了 tkonter 库的 config 属性

首先我们设置背景颜色

self.container.config(bg='#073642')

对于整体 container 容器,我们设置背景色为#073642

接下来再分别设置各个组件的样式

self.lf_group1.config(bg='#073642', fg="white")
self.lf_group2.config(bg='#073642', fg="white")
self.cb.config(bg='#073642', selectcolor='#073642', activebackground='#073642',
               activeforeground='#073642', fg="white")
self.bt.config(bg="azure3")
self.en.config(highlightbackground="#0b5162", highlightcolor="#0b5162",
               insertofftime=500, insertontime=500, fg="Gainsboro", insertbackground="Gainsboro",
               bg="#073642", highlightthickness=2, relief="solid")
self.lb1.config(bg='#073642', activebackground='#073642',
                activeforeground='#073642', fg="white")
self.lb2.config(bg='#073642', activebackground='#073642',
                activeforeground='#073642', fg="white")
self.txt.config(insertofftime=500, insertontime=500, fg="Gainsboro", insertbackground="Gainsboro",
                wrap="none", bg='#073642')

都是通过 config 来设置,对于颜色的选择,可以通过在线的颜色选择器来选择

https://tools.kalvinbg.cn/dev/colorPicker

接下来我们进行下拉框样式的设置,对于下拉框组件,还是有些特殊的

该组件属于 ttk 组件,所以设置样式需要通过主题来进行,代码如下

combostyle = ttk.Style()
combostyle.theme_create('combostyle', parent='alt',
                        settings={'TCombobox':
                            {'configure':
                                {
                                    'foreground': 'white',
                                    'selectbackground': '#073642',  # 选择后的背景颜色
                                    'fieldbackground': '#073642',  # 下拉框颜色
                                    'background': '#073642',  # 下拉按钮背景颜色
                                    "font": 10,  # 字体大小
                                }}}
                        )
combostyle.theme_use('combostyle')

这样我们整体 GUI 程序的样式就设置完成了,来看下最终的效果

可以明显看出,颜值那是提升了好几个档次!

使用 ttkbootstrap 美化页面

当然我们还有更加简单有效的美化方法,就是使用 ttkbootstrap 库来进行页面美化

首先通过 pip 安装 ttkbootstrap 库

pip install ttkbootstrap

然后在项目中引用该库

import ttkbootstrap as ttk
from ttkbootstrap.constants import *
class MainCreator(ttk.Window):
    def __init__(self):
        super().__init__("进制转换工具", themename="solar", resizable=(False, False))  # 设置一个主题

此时当我们完成组件的布局的时候,页面整体风格也就变成了主题solar的样式了,当然我们还是可以为不同的组件添加bootstyle属性来达到更多样式效果

def create_frame(self):
    """Create all the frame widgets"""
    container = ttk.Frame(self)
    container.pack(side=LEFT, fill=BOTH, expand=YES, padx=5)
    color_group = ttk.Labelframe(
        master=container, text="转换设置", padding=10
    )
    color_group.pack(fill=X, side=TOP)
    self.cb = ttk.Checkbutton(color_group, text="是否自动转换", variable=self.cbvar)
    self.cb.invoke()
    self.bt = ttk.Button(color_group, text='转换', bootstyle='success')
    self.en = ttk.Entry(color_group, text='warning', bootstyle='warning')
    self.cb.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
    self.bt.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
    self.en.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5, fill=X)
    cr_group = ttk.Labelframe(
        master=container, text="进制选择", padding=10
    )
    cr_group.pack(fill=X, pady=10, side=TOP)
    values = ['2', '8', '10', '16', '32', '36', '58', '62']
    cr3 = ttk.Label(cr_group, text="请选择待转换的进制")
    cr3.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5)
    self.cbo1 = ttk.Combobox(
        master=cr_group,
        values=values,
    )
    self.cbo1.pack(side=LEFT, expand=YES, pady=5)
    self.cbo1.set(values[2])
    cr5 = ttk.Label(cr_group, text="请选择转换后的进制")
    cr5.pack(side=LEFT, expand=YES, padx=5)
    self.cbo2 = ttk.Combobox(
        master=cr_group,
        values=values,
    )
    self.cbo2.pack(side=LEFT, expand=YES, pady=5)
    self.cbo2.set(values[0])
    self.txt = ttk.Text(master=container, height=5, width=50, wrap="none")
    self.txt.pack(side=LEFT, anchor=NW, pady=5, fill=BOTH, expand=YES)

最终效果如下:

可以看出,使用该库的整体效果还是要比我们手工添加 CSS 样式要更加美观,同时也更加便捷!

图像处理和计算机视觉

Python 在图片处理方面同样拥有不俗的能力,必然 OpenCV,就是计算机视觉和图像处理的绝佳帮手

实战例子

这个脚本会将你的照片转换为 Cartonize 格式

# pip install opencv-python
import cv2
img = cv2.imread('img.jpg')
grayimg = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
grayimg  = cv2.medianBlur(grayimg, 5)
edges = cv2.Laplacian(grayimg , cv2.CV_8U, ksize=5)
r,mask =cv2.threshold(edges,100,255,cv2.THRESH_BINARY_INV)
img2 = cv2.bitwise_and(img, img, mask=mask)
img2 = cv2.medianBlur(img2, 5)
cv2.imwrite("cartooned.jpg", mask)


好了,以上就是今天分享的全部内容,总之,Python语言可以经久不衰,自然是有它独到之处的,是一门非常值得我们学习和钻研的编程语言

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API 数据处理 调度
Python中的异步编程与协程应用
传统的Python编程在处理IO密集型任务时常常面临效率低下的问题,而异步编程和协程技术的引入为解决这一问题提供了有效的途径。本文将介绍Python中异步编程的基本概念,深入探讨asyncio库的使用以及协程在实际项目中的应用,旨在帮助开发者更好地理解和运用异步编程技术。
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21天前
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缓存 程序员 Python
深入理解Python装饰器:从概念到应用
Python装饰器是函数,用于在不修改原代码的情况下为函数添加新功能。它们基于Python的函数一阶对象特性,通过`@decorator`语法应用。装饰器工作原理是接收函数作为参数,创建新函数对象并在调用时执行额外操作。常见应用场景包括日志记录、性能分析、权限校验和缓存。装饰器增强了代码的可读性和可维护性。
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23天前
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数据采集 存储 Web App开发
一键实现数据采集和存储:Python爬虫、Pandas和Excel的应用技巧
一键实现数据采集和存储:Python爬虫、Pandas和Excel的应用技巧
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23天前
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安全 Python
Python封装:深入解析与应用
封装是Python面向对象编程的关键,通过隐藏对象属性和实现细节,提供公共访问方式,确保代码安全和可维护。实现封装主要通过类和对象,使用私有属性(__前缀)及访问器/修改器方法。封装能隐藏内部状态、统一接口、复用代码和增强扩展性。示例展示了如何用私有属性和访问器方法控制属性访问。掌握封装有助于编写高效、灵活的代码。