万字长文，Python的应用领域有哪些?-阿里云开发者社区

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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