1. 什么是模塊和包？

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• 模塊是一個包含python代碼的文件（后綴名.py），內容可以包括函數、類、變量等

# 文件名為hello.py
def func():print("hello world!")
func()

使用模塊

import hello

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• 包是包含多個模塊的目錄，它通過__init__.py文件(可以是空文件)來標識這是一個Python包。

mypackage/
│── __init__.py
│── module1.py
│── module2.py
└── subpackage/│── __init__.py│── module3.py

使用包

from mypackage import module1,module2
from mypackage.subpackage import module3

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2. 常見的模塊及其用法

本文主要講解模塊有：time random os sys json

1. time 時間處理
2. random 生成隨機數和實現隨機選擇功能
3. os 操作系統交互
4. sys 系統相關功能
5. json JSON 數據處理

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2.1 time

時間處理

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概覽

方法	功能	示例
time()	時間戳，1970年1月1日00:00:00 UTC至今的秒數	1753161307.4428105
ctime()	獲取可讀的時間字符串	“Tue Jul 22 13:15:07 2025"
localtime()	獲取結構化時間對象（包含年、月、日等字段）	time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=7, tm_mday=22, tm_hour=13, tm_min=15, tm_sec=7, tm_wday=1, tm_yday=203, tm_isdst=0)
strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S",struct_time)	時間格式化（字符串）	“2025-07-22 13:33:09”
strptime(“2025-07-22”)	時間解析	“time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=7, tm_mday=22, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=1, tm_yday=203, tm_isdst=-1)”
perf_counter())	精確計時（性能測試）	耗時時間
sleep(2.5)	程序暫停	停頓2.5秒
localtime()	時間戳 -> struct_time	時間類型轉化
mktime()	struct_time -> 時間戳	時間類型轉化

2.1.1 時間獲取方法

1. time.time()

• 功能：獲取當前的時間戳（1970年1月1日00:00:00 UTC至今的秒數）
• 示例：

  import time
  print(time.time())  # 輸出：1753161307.4428105（當前時間）
  

2. time.ctime()

• 功能：獲取可讀的時間字符串
• 示例：

print(time.ctime()) 
# 輸出：“Tue Jul 22 13:15:07 2025”

3. time.localtime()

• 功能：獲取結構化時間對象（包含年、月、日等字段）
• 示例：

struct_time = time.localtime()
print(struct_time.tm_year, struct_time.tm_mon,struct_time.tm_mday) 
# 輸出：2025 7 22

2.1.2 時間格式化與解析

1. time.strftime()

• 功能：時間格式化
• 示例：

struct_time = time.localtime()
formatted = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S",struct_time)
# 輸出 2025-07-22 13:33:09

2. time.strptime()

• 功能：時間解析（字符串 -> struct_time）
• 示例：

parsed_time = time.strptime("2025-07-22", "%Y-%m-%d") 
print(parsed_time)
# 輸出:
# time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=7, tm_mday=22, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=1, tm_yday=203, tm_isdst=-1)

2.1.3 程序計時與延遲

1. time.pref_counter()

• 功能：精確計時（性能測試）
• 示例：

start = time.perf_counter()
time.sleep(2)
end = time.perf_counter()
print(f"執行耗時：{end - start:.4f}秒")
# 輸出:
# 執行耗時：2.0003秒

2. time.sleep()

• 功能：程序暫停
• 示例：

start = int(time.time())
time.sleep(2)
end = int(time.time())
print(f"停頓{end - start:.2f}秒")# 輸出:
# 停頓2.00秒

2.1.4 時間轉換

1. 時間戳 -> struct_time

• 方法：time.localtime()
• 示例：

timestamp = time.time()
ts_to_struct = time.localtime(timestamp)
print(ts_to_struct)# 輸出:
# time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=7, tm_mday=22, tm_hour=13, tm_min=50, tm_sec=49, tm_wday=1, tm_yday=203, tm_isdst=0)

2. struct_time -> 時間戳

• 方法：time.mktime()
• 示例：

struct_time = time.localtime()
struct_to_ts = time.mktime(struct_time)
print(struct_to_ts)# 輸出:
# 1753163493.0

2.2 random

生成隨機數和實現隨機選擇功能

概覽

方法	功能	示例
random()	[0.0, 1.0) 的隨機浮點數	0.374501
uniform(a, b)	[a, b] 的隨機浮點數	7.823
randint(a, b)	[a, b] 的隨機整數	4
randrange(start, stop, step)	指定范圍的隨機整數	45
choice(seq)	序列中的隨機元素	“green”
choices(population, k)	有放回抽樣	[‘B’, ‘C’]
sample(population, k)	無放回抽樣	[3, 1, 5]
shuffle(seq)	原地打亂序列	[‘K’, ‘A’, ‘J’, ‘Q’]
gauss(mu, sigma)	高斯分布隨機數	0.735
seed(a)	初始化隨機種子	固定隨機序列
getstate() / setstate()	保存/恢復狀態	重現隨機序列

2.2.1 基本隨機數

1. random.random()

• 功能：生成 [0.0, 1.0) 之間的隨機浮點數。
• 示例：

  import random
  print(random.random())  # 輸出：0.374501（隨機值）
  

控制小數位數

1. 內置函數/四舍五入
   round(random.random(), 3) # 默認 3 位小數
2. 格式化
   formatted = f{random.random():.3f} # 默認 3 位小數

2. random.uniform(a, b)

• 功能：生成 [a, b] 之間的隨機浮點數。
• 示例：

  print(random.uniform(2, 10))  # 輸出：7.342（隨機浮點數）
  

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2.2.2 隨機整數

1. random.randint(a, b)

• 功能：生成 [a, b] 之間的隨機整數（包含兩端）。
• 示例：

  print(random.randint(1, 10))  # 輸出：3
  

2. random.randrange(start, stop, step)

• 功能：從 range(start, stop, step) 中隨機選擇一個整數 [start, stop) 左開右閉。
• 示例：

  print(random.randrange(0, 100, 5))  # 輸出：45（0,5,10,...,95 中的隨機數）
  

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2.2.3 序列操作

1. random.choice(seq)

• 功能：從非空序列中隨機選擇一個元素。
• 示例：

  colors = ['red', 'green', 'blue']
  print(random.choice(colors))  # 輸出：'green'（隨機顏色）
  

2. random.choices(population, weights=None, k=1)

• 功能：從序列中有放回地隨機抽取 k 個元素（可設置權重）。
• 示例：

  result = random.choices(['A', 'B', 'C'], weights=[0.2, 0.5, 0.3], k=2)
  print(result)  # 輸出：['B', 'C']（權重越高越可能被選中）
  

3. random.sample(population, k)

• 功能：從序列中無放回地隨機抽取 k 個唯一元素。
• 示例：

  numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
  print(random.sample(numbers, 3))  # 輸出：[3, 1, 5]（隨機不重復的3個數）
  

4. random.shuffle(seq)

• 功能：將序列原地隨機打亂（修改原序列）。
• 示例：

  cards = ['A', 'K', 'Q', 'J']
  random.shuffle(cards)
  print(cards)  # 輸出：['K', 'A', 'J', 'Q']（順序隨機）
  

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2.2.4 概率分布

1. random.gauss(mu, sigma)

• 功能：生成高斯分布（正態分布）的隨機數，mu 為均值，sigma 為標準差。
• 示例：

  print(random.gauss(0, 1))  # 輸出：0.735（標準正態分布中的隨機值）
  

2. random.expovariate(lambd)

• 功能：生成指數分布的隨機數，lambd 是事件發生率的倒數。
• 用途： 多用于建模隨機事件之間的時間間隔，尤其適合那些平均間隔已知但具體時間不確定的場景。
• 示例：

  print(random.expovariate(1.0/5))  # 輸出：3.2（模擬平均每5秒發生一次的事件間隔）
  

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2.2.5 隨機種子

1. random.seed(a=None)

• 功能：初始化隨機數生成器，相同種子生成相同隨機序列（用于可重復性）。
• 示例：

  random.seed(42)  # 固定種子
  print(random.random())  # 輸出：0.6394（每次運行結果相同）
  

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2.2.6 狀態管理

1. random.getstate() 和 random.setstate(state)

• 功能：保存/恢復隨機數生成器的內部狀態。
• 原理： 這是偽隨機數生成器的典型行為，用于保證生成的隨機數序列具有不可預測性和多樣性
• 示例：

  state = random.getstate()  # 保存當前狀態
  print(random.random())     # 隨機數1
  random.setstate(state)     # 恢復狀態
  print(random.random())     # 再次輸出相同的隨機數1
  

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2.3 os

操作系統交互

概覽

方法	功能	備注
mkdir()	創建單級目錄	存在時創建的目錄會報錯
makedirs()	創建多級目錄	exist_ok = True 已存在創建的目錄不會報錯
rename()	重命名
remove()	刪除文件
scandir()	目錄遍歷
walk()	遞歸遍歷目錄
os.path.join()	路徑拼接
os.path.dirname() 、os.path.basename()、os.path.splitext()	路徑分解
os.path.exists、os.path.isfile()、os.path.isdir()	路徑檢查
os.getcwd()	獲取當前路徑
os.chdir()	修改工作目錄
os.environ.get()	獲取環境變量
os.system()	執行系統命令

2.3.1 文件與目錄操作

1. 創建目錄

• 方法：os.mkdir() / os.makedirs()
• 示例：

import os
os.mkdir("1") # 創建單級目錄 | 文件已存在會報錯
os.makedirs("test/1", exist_ok=True) # 創建多級目錄，exist_ok=True，當文件已存在時不報錯

2. 文件操作

• 方法：os.rename() / os.remove()
• 示例：

import os
os.rename("old.txt","new.txt") # 重命名
os.remove("test/1.txt") # 刪除文件

3. 目錄遍歷

• 方法：os.scandir()
• 示例：

import os
for entry in os.scandir("."): # . 遍歷當前目錄下的所有 文件 和 子目錄 if entry.is_file():print("文件：",entry)
# 輸出：
# 文件： <DirEntry '1.py'>

2.3.2 路徑處理

1. 路徑分解

• 方法：os.path.dirname() | os.path.basename() | os.path.splitext()
• 示例：

import ospath = "/home/user/documents/report.txt"# 獲取路徑組成部分
dir_path = os.path.dirname(path)  # 目錄路徑: "/home/user/documents"
file_name = os.path.basename(path)  # 完整文件名: "report.txt"
file_root, file_ext = os.path.splitext(file_name)  # 分離主名和擴展名: ("report", ".txt")# 完整路徑拆分
head, tail = os.path.split(path)  # ("/home/user/documents", "report.txt")

2. 路徑拼接

• 方法：os.path.join()
• 示例：

full_path = os.path.join("dir","subdir","file.txt")

3. 路徑檢查

• 方法：os.path.exists() | os.path.isfile() | os.path.isdir()
• 示例：

print(os.path.exists("1.txt"))  # 是否存在
print(os.path.isfile("1.txt"))  # 是否是文件
print(os.path.isdir("1.txt"))  # 是否是目錄# 輸出答案（根據個人本地要查詢的文件為主）
# True
# True
# False

2.3.3 系統信息與環境

1. os.getcwd()

• 功能：獲取當前工作目錄
• 示例：

 cwd = os.getcwd()

2. os.chdir()

• 功能：修改工作目錄
• 示例：

 cwd = os.chdir("/new/path")

3. os.environ.get()

• 功能：獲取環境變量
• 示例：

home_dir = os.enciron.get("HOME","default") # 查找 HOME 值，沒有則返回默認值 default
print(home_dir)

4. os.system()

• 功能：執行系統命令
• 示例：

os.system("ls -l")

2.4 sys

系統相關功能

概覽

方法	功能	備注
sys.argv	獲取命令行參數
sys.stdout	重定向輸出
sys.stdin.readline().strip()	讀取標準輸入
sys.version	獲取Python版本信息
sys.path	獲取模塊搜索路徑
sys.exit(1)	退出程序并返回狀態碼	非0狀態碼表示異常退出
sys.stdout.flush()	刷新輸出緩沖區	確保立即顯示

2.4.1 命令行參數處理

1. sys.argv

• 功能：獲取命令行參數
• 示例：

# 假設執行：python scripts.py arg1 arg2 --option=value
print(sys.argv) # ['script.py', 'arg1', 'arg2', '--option=value']
# 實際應用：處理命令行選項
if len()sys.argv) > 1:action = sys.argv[1] # arg1if action == "start":print("")elif action == "stop":print("")

2.4.2 標準輸入/輸出控制

1. sys.stdout

• 功能：重定向輸出
• 示例：

with open('1.txt','w',encoding="utf-8-sig") as f:sys.stdout = f # 重定向標準輸出到文件print("這條信息將寫入文件")sys.stdout = sys._stdout__ # 恢復標準輸出
# 會將print中的內容寫進 1.txt文件內

2. sys.stdin.readline().strip()

• 功能：讀取標準輸入
• 示例：

print("請輸入內容：")
user_input = sys.stdin.readline().strip()
print(f"您輸入了：{user_input}")# 輸出：
"""
請輸入內容：
1 2 3 
您輸入了：1 2 3
"""

2.4.3 系統信息與配置

1. sys.version

• 功能：獲取Python版本信息
• 示例：

print(sys.version)
# 輸出
"""
3.11.9 (tags/v3.11.9:de54cf5, Apr  2 2024, 10:12:12) [MSC v.1938 64 bit (AMD64)]
"""

2. sys.path

• 功能：獲取模塊搜索路徑
• 示例：

print(sys.path) # 輸出列表形式，包含Python查找模塊的路徑

3. sys.platform

• 功能：獲取操作系統平臺
• 示例：

print(sys.platform) # 'win32', 'linux', 'darwin' (macOS)
# 輸出 
"""
win32
"""

2.4.4 程序流程控制

1. sys.exit(n)

• 功能：退出程序并返回狀態碼（n=0時，正常退出；n=1《或是其它數字》時表示異常退出）
• 場景：通常用于腳本或程序中發生錯誤時提前退出，表示異常終止
• 示例：

if error_occurred:sys.exit(1) # 非0狀態碼表示異常退出

2. sys.stdout.flush()

print("處理中...", end="")
sys.stdout.flush()
# 執行耗時操作...
print("完成！")

2.5 json

JSON 數據處理

概覽

方法	功能
json.dumps()	Python -> JSON字符串
json.loads()	JSON字符串 -> Python
json.dump	寫入JSON文件
json.load()	讀取JSON文件

2.5.1 基本序列化與反序列化

1. Python -> JSON字符串

• 方法：json.dumps()
• 示例：

import json
data = {"name": "Alice","age": 30,"hobbies": ["reading"],"is_student": False,
}
json_str = json.dumps(data, indent=2)
print(json_str)# 輸出：
"""
{"name": "Alice","age": 30,"hobbies": ["reading","hiking"],"is_student": false
}
"""

2. JSON字符串 -> Python

• 方法：json.loads()
• 示例：

restored_data = json.loads(json_str)
print(restored_data["name"]) # "Alice"

2.5.2 文件讀寫操作

1. json.dump()

• 功能：寫入JSON文件
• 示例：

with open("data.json", "w") as f:json.dump(data, f, indent=4) # 控制為 4 縮進空格

2. json.load()

• 功能：讀取JSON文件
• 示例：

with open("data.json") as f:loaded_data = json.load(f)

2.5.3 高級序列化控制

# 處理自定義對象
class User:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = age# 自定義序列化方法
def user_encoder(obj):if isinstance(obj, User): # 判斷 obj 是否是 User 的實例return {"name": obj.name, "age": obj.age}raise TypeError(f"Object of type {obj.__class__.__name__} is not JSON serializable")user = User("Bob", 40)
user_json = json.dumps(user, default=user_encoder)  # {"name": "Bob", "age": 40}# 自定義反序列化方法
def user_decoder(dct):if "name" in dct and "age" in dct:return User(dct["name"], dct["age"])return dctrestored_user = json.loads(user_json, object_hook=user_decoder)
print(restored_user.name)  # "Bob"
```