等考二級python-第8章-Python標準庫概覽

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Python語言程序設(shè)計

(2018年版)【第8章】

Python標準庫概覽標準庫:turtle庫(必選)標準庫:random庫(必選)、time庫(可選）考綱考點知識導圖turtle庫概述turtle（海龜）是Python重要的標準庫之一，它能夠進行基本的圖形繪制。turtle庫繪制圖形有一個基本框架：一個小海龜在坐標系中爬行，其爬行軌跡形成了繪制圖形。對于小海龜來說，有“前進”、“后退”、“旋轉(zhuǎn)”等爬行行為，對坐標系的探索也通過“前進方向”、“后退方向”、“左側(cè)方向”和“右側(cè)方向”等小海龜自身角度方位來完成。turtle庫概述使用import保留字對turtle庫的引用有如下三種方式第一種，importturtle，則對turtle庫中函數(shù)調(diào)用采用turtle.<函數(shù)名>()形式。turtle庫概述

12importturtleturtle.circle(200)

第二種，fromturtleimport*，則對turtle庫中函數(shù)調(diào)用直接采用<函數(shù)名>()形式，不在使用turtle.作為前導。turtle庫概述

12fromturtleimport*circle(200)

第三種，importturtleast，則對turtle庫中函數(shù)調(diào)用采用更簡潔的t.<函數(shù)名>()形式，保留字as的作用是將turtle庫給予別名t。turtle庫概述

12importturtleastt.circle(200)

turtle庫包含100多個功能函數(shù)，主要包括窗體函數(shù)、畫筆狀態(tài)函數(shù)、畫筆運動函數(shù)等三類。turtle庫與基本繪圖turtle.setup(width,height,startx,starty)窗體函數(shù)作用：設(shè)置主窗體的大小和位置參數(shù)：width

：窗口寬度，如果值是整數(shù)，表示的像素值；如果值是小數(shù)，表示窗口寬度與屏幕的比例；height:窗口高度，如果值是整數(shù)，表示的像素值；如果值是小數(shù)，表示窗口高度與屏幕的比例；startx：窗口左側(cè)與屏幕左側(cè)的像素距離，如果值是None，窗口位于屏幕水平中央；starty：窗口頂部與屏幕頂部的像素距離，如果值是None，窗口位于屏幕垂直中央；畫筆狀態(tài)函數(shù)函數(shù)描述pendown()放下畫筆penup()提起畫筆，與pendown()配對使用pensize(width)設(shè)置畫筆線條的粗細為指定大小color()設(shè)置畫筆的顏色begin_fill()填充圖形前，調(diào)用該方法end_fill()填充圖形結(jié)束filling()返回填充的狀態(tài)，True為填充，F(xiàn)alse為未填充clear()清空當前窗口，但不改變當前畫筆的位置reset()清空當前窗口，并重置位置等狀態(tài)為默認值screensize()設(shè)置畫布的長和寬hideturtle()隱藏畫筆的turtle形狀showturtle()顯示畫筆的turtle形狀isvisible()如果turtle可見，則返回Truewrite(str，font=None)輸出font字體的字符串turtle中的畫筆（即小海龜）可以通過一組函數(shù)來控制，其中turtle.penup()和turtle.pendown()是一組，它們分別表示畫筆的和落下，函數(shù)定義如下：畫筆狀態(tài)函數(shù)turtle.penup()別名

turtle.pu(),turtle.up()作用：抬起畫筆，之后，移動畫筆不繪制形狀參數(shù)：無

turtle.pendown()別名

turtle.pd(),turtle.down()作用：落下畫筆，之后，移動畫筆將繪制形狀參數(shù)：無turtle.pensize()函數(shù)用來設(shè)置畫筆尺寸畫筆狀態(tài)函數(shù)turtle.pensize(width)別名

turtle.width()作用：設(shè)置畫筆寬度，當無參數(shù)輸入時返回當前畫筆寬度參數(shù)：width

：設(shè)置的畫筆線條寬度，如果為None或者為空，函數(shù)則返回當前畫筆寬度。turtle.pencolor()函數(shù)給畫筆設(shè)置顏色turtle.pencolor(colorstring)

或者

turtle.pencolor((r,g,b))作用：設(shè)置畫筆顏色，當無參數(shù)輸入時返回當前畫筆顏色參數(shù)：colorstring

：表示顏色的字符串，例如："purple"、"red"、"blue"等(r,g,b):顏色對應(yīng)RGB的01數(shù)值，例如：1,0.65,0

畫筆運動函數(shù)函數(shù)描述forward()沿著當前方向前進指定距離backward()沿著當前相反方向后退指定距離right(angle)向右旋轉(zhuǎn)angle角度left(angle)向左旋轉(zhuǎn)angle角度goto(x,y)移動到絕對坐標（x,y）處setx()將當前x軸移動到指定位置sety()將當前y軸移動到指定位置setheading(angle)設(shè)置當前朝向為angle角度home()設(shè)置當前畫筆位置為原點，朝向東。circle(radius,e)繪制一個指定半徑r和角度e的圓或弧形dot(r,color)繪制一個指定半徑r和顏色color的圓點undo()撤銷畫筆最后一步動作speed()設(shè)置畫筆的繪制速度，參數(shù)為0-10之間turtle.fd()函數(shù)最常用，它控制畫筆向當前行進方向前進一個距離畫筆狀態(tài)函數(shù)turtle.seth()函數(shù)用來改變畫筆繪制方向turtle.fd(distance)別名

turtle.forward(distance)作用：向小海龜當前行進方向前進distance距離參數(shù)：distance：行進距離的像素值，當值為負數(shù)時，表示向相反方向前進。turtle.seth(to_angle)別名

turtle.setheading(to_angle)作用：設(shè)置小海龜當前行進方向為to_angle，該角度是絕對方向角度值。參數(shù)：to_angle

：角度的整數(shù)值。turtle.circle()函數(shù)用來繪制一個弧形畫筆狀態(tài)函數(shù)turtle.circle(radius,extent=None)作用：根據(jù)半徑radius繪制extent角度的弧形。參數(shù)：radius：弧形半徑，當值為正數(shù)時，半徑在小海龜左側(cè)，當值為負數(shù)時，半徑在小海龜右側(cè)；extent:繪制弧形的角度，當不給該參數(shù)或參數(shù)為None時，繪制整個圓形。random庫概述使用random庫主要目的是生成隨機數(shù)這個庫提供了不同類型的隨機數(shù)函數(shù)，其中最基本的函數(shù)是random.random()，它生成一個[0.0,1.0)之間的隨機小數(shù)，所有其他隨機函數(shù)都是基于這個函數(shù)擴展而來。random庫概述>>>fromrandomimport*>>>random()0.5780913011344704>>>random()0.20609823213950174random庫的常用函數(shù)random庫與隨機數(shù)運用函數(shù)描述seed(a=None)初始化隨機數(shù)種子，默認值為當前系統(tǒng)時間random()生成一個[0.0,1.0)之間的隨機小數(shù)randint(a,b)生成一個[a,b]之間的整數(shù)getrandbits(k)生成一個k比特長度的隨機整數(shù)randrange(start,stop[,step])生成一個[start,stop)之間以step為步數(shù)的隨機整數(shù)uniform(a,b)生成一個[a,b]之間的隨機小數(shù)choice(seq)從序列類型(例如：列表)中隨機返回一個元素shuffle(seq)將序列類型中元素隨機排列，返回打亂后的序列sample(pop,k)從pop類型中隨機選取k個元素，以列表類型返回random庫使用random.seed(a)對后續(xù)產(chǎn)生的隨機數(shù)設(shè)置種子a。random庫與隨機數(shù)運用>>>fromrandomimport*>>>seed(10)>>>random()0.5714025946899135>>>random()0.4288890546751146>>>seed(10)#再次設(shè)置相同的種子，則后續(xù)產(chǎn)生的隨機數(shù)相同>>>random()0.5714025946899135>>>random()0.4288890546751146設(shè)置隨機數(shù)種子的好處是可以準確復現(xiàn)隨機數(shù)序列，用于重復程序的運行軌跡。對于僅使用隨機數(shù)但不需要復現(xiàn)的情形，可以不用設(shè)置隨機數(shù)種子。如果程序沒有顯式設(shè)置隨機數(shù)種子，則使用隨機數(shù)生成函數(shù)前，將默認以當前系統(tǒng)的運行時間為種子產(chǎn)生隨機序列。random庫與隨機數(shù)運用time庫概述處理時間是程序最常用的功能之一，time庫是Python提供的處理時間標準庫。time庫提供系統(tǒng)級精確計時器的計時功能，可以用來分析程序性能，也可讓程序暫停運行時間。time庫概述>>>importtime>>>time.localtime()time.struct_time(tm_year=2017,tm_mon=12,tm_mday=2,tm_hour=14,tm_min=44,tm_sec=9,tm_wday=4,tm_yday=26,tm_isdst=0)time庫的功能主要分為3個方面：時間處理、時間格式化和計時。時間處理主要包括4個函數(shù)：time.time()、time.gmtime()、time.localtime()、time.ctime()。時間格式化主要包括3個函數(shù)：time.mktime()、time.strftime()、time.strptime()。計時主要包括3個函數(shù)：time.sleep()、time.monotonic()、time.perf_counter()time庫概述使用time.time()獲取當前時間戳使用time.gmtime(secs)獲取當前時間戳對應(yīng)的struct_time對象time庫概述>>>importtime>>>time.time()1516939876.6022282>>>time.gmtime(now)time.struct_time(tm_year=2018,tm_mon=1,tm_mday=26,tm_hour=4,tm_min=11,tm_sec=16,tm_wday=4,tm_yday=26,tm_isdst=0)使用time.localtime(secs)獲取當前時間戳對應(yīng)的本地時間的struct_time對象注意結(jié)果與gmtime的區(qū)別，UTC時間已自動轉(zhuǎn)換為北京時間。time庫概述>>>time.localtime(now)time.struct_time(tm_year=2018,tm_mon=1,tm_mday=26,tm_hour=12,tm_min=11,tm_sec=16,tm_wday=4,tm_yday=26,tm_isdst=0)使用time.ctime(secs)獲取當前時間戳對應(yīng)的易讀字符串表示，內(nèi)部會調(diào)用time.localtime()函數(shù)以輸出當?shù)貢r間。time庫概述>>>time.ctime(now)'FriJan2612:11:162018'time庫使用time.mktime()、time.strftime()、time.strptime()進行時間格式化。time庫概述使用time.mktime(t)將struct_time對象t轉(zhuǎn)換為時間戳，注意t代表當?shù)貢r間。struct_time對象的元素如下time庫概述下標屬性值0tm_year年份，整數(shù)1tm_mon月份[1,12]2tm_mday日期[1,31]3tm_hour小時[0,23]4tm_min分鐘[0,59]5tm_sec秒[0,61]6tm_wday星期[0,6]（0表示星期一）7tm_yday該年第幾天[1,366]8tm_isdst是否夏時令，0否,1是,-1未知調(diào)用time.mktime(t)函數(shù)time.strftime()函數(shù)是時間格式化最有效的方法，幾乎可以以任何通用格式輸出時間。該方法利用一個格式字符串，對時間格式進行表達。time庫概述>>>t=time.localtime(now)>>>time.mktime(t)1516939876.0>>>time.ctime(time.mktime(t))'FriJan2612:11:162018'>>>lctime=time.localtime()>>>lctimetime.struct_time(tm_year=2018,tm_mon=1,tm_mday=26,tm_hour=12,tm_min=55,tm_sec=20,tm_wday=4,tm_yday=26,tm_isdst=0)>>>time.strftime("%Y-%m-%d%H:%M:%S",lctime)'2018-01-2612:55:20'strftime()方法的格式化控制符time庫概述格式化字符串日期/時間值范圍和實例%Y年份0001~9999，例如：1900%m月份01~12，例如：10%B月名January~December，例如：April%b月名縮寫Jan~Dec，例如：Apr%d日期01~31，例如：25%A星期Monday~Sunday，例如：Wednesday%a星期縮寫Mon~Sun，例如：Wed%H小時（24h制）00~23，例如：12%I小時（12h制）01~12，例如：7%p上/下午AM,PM，例如：PM%M分鐘00~59，例如：26%S秒00~59，例如：26strptime()方法與strftime()方法完全相反，用于提取字符串中時間來生成strut_time對象，可以很靈活的作為time模塊的輸入接口time庫概述>>>timeString='2018-01-2612:55:20'>>>time.strptime(timeString,"%Y-%m-%d%H:%M:%S")time.struct_time(tm_year=2018,tm_mon=1,tm_mday=26,tm_hour=12,tm_min=55,tm_sec=20,tm_wday=4,tm_yday=26,tm_isdst=-1)time庫與程序計時程序計時是非常常用的功能，尤其是對于運行時間較長的程序，往往需要先進行小規(guī)模（短時間）的實驗，并根據(jù)實驗結(jié)果預估最終程序的大致運行時間。程序計時主要要包含三個要素：程序開始/結(jié)束時間、程序運行總時間、程序各核心模塊運行時間。下面以1千萬次循環(huán)計時為例介紹程序計時的實現(xiàn)，并進一步理解time模塊相關(guān)函數(shù)的運用。time庫與程序計時以1千萬次循環(huán)為主體，模擬實際程序的核心模塊，用time.sleep()來模擬實際程序的其他模塊。time庫與程序計時

123456789101112importtimedef

coreLoop():limit=10**8while(limit>0):limit-=1

defotherLoop1():

time.sleep(0.2)

defotherLoop2():

time.sleep(0.4)

time庫與程序計時

1314151617181920212223242526272829303132333435def

main():

startTime=time.localtime()

print('程序開始時間：',time.strftime('%Y-%m-%d%H:%M:%S',startTime))

startPerfCounter=time.perf_counter()otherLoop1()otherLoop1PerfCounter=time.perf_counter()otherLoop1Perf=otherLoop1PerfCounter-startPerfCounter

coreLoop()

coreLoopPerfCounter=time.perf_counter()

coreLoopPerf=coreLoopPerfCounter-otherLoop1PerfCounterotherLoop2()otherLoop2PerfCounter=time.perf_counter()

otherLoop2Perf=otherLoop2PerfCounter-coreLoopPerfCounter

endPerfCounter=time.perf_counter()

totalPerf=endPerfCounter-startPerfCounter

endTime=time.localtime()print("模塊1運行時間是:{}秒".format(otherLoop1Perf))print("核心模塊運行時間是:{}秒".format(coreLoopPerf))print("模塊2運行時間是:{}秒".format(otherLoop2Perf))print("程序運行總時間是:{}秒".format(totalPerf))print('程序結(jié)束時間：',time.strftime('%Y-%m-%d%H:%M:%S',endTime))

main()

time庫與程序計時程序開始時間：2017-12-2613:46:39模塊1運行時間是:0.20003105182731706秒核心模塊運行時間是:5.987101639820927秒模塊2運行時間是:0.40018931343066555秒程序運行總時間是:6.587323585324574秒程序結(jié)束時間：

2017-12-2613:46:45程序運行的輸出效果如下實例解析：雪景藝術(shù)繪圖turtle圖形藝術(shù)，指利用turtle庫畫筆創(chuàng)造性繪制絢麗多彩藝術(shù)圖形的過程。turtle圖形藝術(shù)效果中隱含著很多隨機元素，如隨機顏色、尺寸、位置和數(shù)量等。在圖形藝術(shù)繪制中需要引入隨機函數(shù)庫random。常用randint()函數(shù)，生成指定范圍內(nèi)的隨機數(shù)，雪景藝術(shù)繪圖“雪景”圖形藝術(shù)背景為黑色，分為上下兩個區(qū)域，上方是漫天彩色雪花，下方是由遠及近的灰色橫線漸變。該圖運用了隨機元素，如雪花位置、顏色、大小、花瓣數(shù)目、地面灰色線條長度、線條位置等，需要使用turtle庫和random庫。雪景藝術(shù)繪圖繪制分為三個步驟構(gòu)建圖的背景繪制雪花效果繪制雪地效果雪景藝術(shù)繪圖第一步，構(gòu)建圖的背景設(shè)定窗體大小為800x600像素，窗體顏色為black。然后，定義上方雪花繪制函數(shù)drawSnow()和下方雪地繪制函數(shù)drawGround()。雪景藝術(shù)繪圖第二步，繪制雪花效果。為體現(xiàn)藝術(shù)效果，drawSnow()函數(shù)首先隱藏turtle畫筆、設(shè)置畫筆大小、繪制速度，然后使用for循環(huán)繪制100朵雪花。雪花大小snowsize、雪花花瓣數(shù)dens都分別設(shè)定為一定數(shù)值范圍隨機數(shù)。最后通過for循環(huán)繪制出多彩雪花。雪景藝術(shù)繪圖第三步，繪制雪地效果。drawGround()函數(shù)使用for循環(huán)繪制地面400個小橫線，畫筆大小pensize、位置坐標x、y、線段長度均通過randint()函數(shù)作為隨機數(shù)產(chǎn)生。雪景藝術(shù)繪圖雪景藝術(shù)繪圖實例9.1

1234567891011121314151617181920#SnowView.pyfromturtleimport*fromrandomimport*def

drawSnow():

hideturtle()

pensize(2)for