如何在 Python 中使用库以用更少的代码做更多的事情

与其他编程语言一样，Python 也有库可以简化编码任务。以下是您如何利用它们以及如何创建自己的库的方法。

什么是Python库？

库是共享代码的集合。在Python中，它们非常常见，也被称为“模块”，但在其他编程语言中也无处不在。库定义了任何程序员可以在自己程序中使用的函数，类似于公共图书馆为任何人提供其材料的访问。

使用库的优点在于，您可以节省时间和精力，无需自己编写解决方案。库通常经过比您自己想出的任何东西更好的测试和调试。它们还将让您做到更多，而不是仅仅依靠自己。

在Python中，有许多库用于图形、游戏开发等任务。我最喜欢的库通常是用于数据分析的。由于可用于这些任务的大量库，Python在统计和数据科学方面尤其受欢迎。

如何安装Python库

在您的系统上安装Python库有几种方法。如果您使用的是Linux发行版，您的发行版的软件包管理器中通常会包含Python库。例如，在Debian和Ubuntu系统上，库通常以"python-"或"python3-"开头。这将全局安装库，因此您需要具有管理员权限。

如果您在系统上没有根或管理访问权限，仍然有方法可以在本地安装 Python 库。

您可以使用 pip 工具来安装列在 Python 包索引（PyPi）中的 Python 库。

例如，要安装NumPy:

pip install numpy
    

您可以使用 virtualenv 工具在虚拟环境中按项目安装库。

您可以使用 Mamba 进一步拓展 virtualenv 的概念，而 Mamba 正好是我选择的方法。Mamba 是一种在数据科学家和分析师中很受欢迎的工具，它允许您创建项目特定的环境。

我已经有一个用于统计计算的Mamba环境，其中包含一些流行的数据分析库。我可以在命令行中激活它：

mamba activate stats
    

许多 Python 库会随语言一起提供。这是 Python 文化的一项自豪之处。Python 标准库有很多模块，可以处理从与操作系统交互到处理时间和日期的各种任务。这就是为什么 Python 程序员喜欢说这门语言“自带电池”。

导入整个 Python 库

要在脚本中或在交互式 Python 模式中导入整个 Python 库，请使用 import 命令。

例如，要导入NumPy模块，请使用以下命令:

import numpy
    

导入库后，您可以访问该模块中的函数。这就像您定义了一堆函数。这些函数在它们自己的命名空间下被导入。这意味着默认情况下，库中的任何函数与 Python 中的内置命令是分开的。我将向您展示一些更改此默认行为的方法，但在大多数情况下，默认行为更好。

要使用这些功能，您可以调用您刚刚导入的模块。如果您理解面向对象编程的工作原理，它实际上就是一个对象。这些函数是与我们通过导入库刚刚创建的对象私有的方法。

例如，要使用 NumPy 计算数组的算术平均数或平均值，我们可以输入如下内容：

numpy.mean(numbers)
    

这调用了NumPy中的平均值函数。

你可能认为每次想访问函数时输入 "numpy" 是太麻烦了，你是对的。你可以用其他名称导入库作为快捷方式。你会看到的一个常见例子是将 NumPy 的名称缩短为 "np" 在导入语句中：

import numpy as np
    

现在你可以把numpy称为 "np." 让我们重写之前的平均值计算：

np.mean(numbers)
    

导入库的一部分（仅限交互式 Python！）

很多时候，当你在一个交互式 Python 环境中工作，比如标准的交互式 Python 解释器或 IPython 时，你通常只会想从一个大型库中导入一两个函数，特别是当你想在会话中反复使用它们时。这在 Python 中也很简单。

要将NumPy中的单个函数导入主命名空间，可以使用以下构造：

from library import function
    

例如，从 NumPy 导入 mean 函数：

from numpy import mean
    

您还可以通过用逗号分隔来导入多个函数。例如，要从NumPy导入均值和中位数函数：

from numpy import mean, median
    

导入这些函数后，你就不需要在它们前面加上 "numpy" 或 "np." 了。你可以直接使用它们，就好像它们是默认的 Python 函数一样。

例如，计算一组数字的平均值

mean(numbers)
    

中位数是:

median(numbers)
    

单独导入函数更适合交互式 Python 会话，因为这可以减少输入。在脚本中也可以这样做，但不推荐这样做。你可能会覆盖默认 Python 函数使用的名称空间，这可能会导致脚本出现错误。如果你在论坛或IRC聊天中寻求帮助，其他Python开发者可能会感到困惑。因此，你应该尽量避免在脚本中使用这种导入方式。

创建和导入您自己的 Python 库

导入您自己的 Python 库也是很简单的。您可以在不需要成为 Python 专家的情况下做到这一点。您只需一个文本编辑器和使用终端的能力即可。

Python模块最终只是定义在Python中的函数集合。你可以创建一个以.py结尾的文件，就像你编写脚本一样。如果你创建了自己的Python函数，可以将它们放在一个文件中并导入，就像其他内置或安装的Python模块一样。

要导入一个模块，请确保它具有执行权限。您可以在类 Unix 系统中使用 chmod 命令，包括 Linux 和 macOS 终端：

chmod +x my_library.py
    

您可以使用之前描述的方法导入库。如果您与模块在同一目录下，可以直接使用导入语句。例如，要导入库：

import my_library
    

如果库在另一个目录中，有几种方法可以更改搜索路径。第一种方法是使用 PYTHONPATH 环境变量。它是一个目录列表，Python 将使用这些目录来查找模块。您可以在系统 shell 中修改这个变量，既可以在命令行中，也可以在启动文件中，例如 Bash 中的 .bashrc 文件。它是一个以冒号（:）字符分隔的目录列表，类似于 Linux 系统上的 PATH 环境变量。

在Linux终端中，你可以使用echo命令查看它：

echo $PYTHONPATH
    

要更改它，最好是追加它。

export PYTHONPATH="$PYTHONPATH:/path/to/my/modules"
    

这将确保在添加您自己的目录之前，任何现有的模块搜索路径都被保留。

您还可以使用内置的 sys 模块修改搜索路径。在交互式 Python 会话中导入它：

import sys
    

然后检查它:

sys.path
    

要将目录添加到搜索路径中，请使用 append 方法:

sys.path.append('/path/to/my/modules')
    

由于 Python 脚本与模块或库之间没有真正的区别，您可以轻松地将其相互转换。将操作分解为更小的函数是一种良好的编程风格。您还可以从另一个脚本或交互部分调用它们，但如果您有一个脚本呢？您只需在一个 "main" 函数中定义脚本的操作。

if __name__ == "__main__":
    

这将检查 Python 解释器是否作为脚本而不是导入来执行脚本。然后，您可以将所有希望在脚本中执行的内容放在这一部分之后，同时将可能在另一个脚本或交互会话中导入的函数留在前面。

通过使用模块的能力，您可以利用Python大量可用模块的资源。您将能够做更多的事情，超出您曾经认为自己所能做到的。与从头编写代码相比，您将节省大量时间和精力。