欢迎来到第十课。前面我们学会了编写自己的程序，但编程的世界很大，有很多功能别人已经帮我们写好了。今天我们要学习如何使用这些现成的工具，它们叫做模块和包。就像你要做饭，不需要自己种菜、榨油、磨面粉，直接去超市买现成的材料就可以了。

第一部分 什么是模块和包

想象一下，你有一个工具箱：

1. 锤子模块：专门敲钉子

2. 螺丝刀模块：专门拧螺丝

3. 尺子模块：专门测量长度

每个模块都有专门的功能。把这些模块放在一个工具箱里，这个工具箱就是包。

在Python中：

• 模块：一个.py文件，包含了一些函数和变量

• 包：一个文件夹，里面包含多个模块

第二部分 使用内置模块

Python自带了很多模块，我们叫它们标准库。让我们看看怎么使用。

使用math模块做数学计算

代码部分：
使用math模块
import math

print("数学计算示例")
print("圆周率π =", math.pi)
print("自然常数e =", math.e)

计算
print("\n计算示例：")
print("4的平方根 =", math.sqrt(4))
print("2的3次方 =", math.pow(2, 3))
print("sin(30度) =", math.sin(math.radians(30))) 注意要先转换成弧度
print("log(100) =", math.log(100, 10)) 以10为底100的对数

向上取整和向下取整
print("\n取整示例：")
print("3.14向上取整 =", math.ceil(3.14))
print("3.14向下取整 =", math.floor(3.14))
print("3.14四舍五入 =", round(3.14))

使用random模块生成随机数

代码部分：
使用random模块
import random

print("随机数示例")
print("\n生成0到1之间的随机小数：")
for i in range(3):
print(f"第{i+1}次：", random.random())

print("\n生成指定范围的随机整数：")
print("1到10的随机数：", random.randint(1, 10))
print("1到100的随机数：", random.randint(1, 100))

print("\n从列表中随机选择：")
水果列表 = ["苹果", "香蕉", "橙子", "葡萄", "西瓜"]
print("随机水果：", random.choice(水果列表))
print("随机选择2个水果：", random.sample(水果列表, 2))

打乱列表顺序
print("\n打乱列表顺序：")
牌组 = ["红桃A", "红桃2", "红桃3", "红桃4", "红桃5"]
print("原始牌组：", 牌组)
random.shuffle(牌组)
print("洗牌后：", 牌组)

使用datetime模块处理时间

代码部分：
使用datetime模块
import datetime

print("日期时间示例")

获取当前时间
现在 = datetime.datetime.now()
print("当前完整时间：", 现在)
print("当前日期：", 现在.date())
print("当前时间：", 现在.time())
print("年份：", 现在.year)
print("月份：", 现在.month)
print("日期：", 现在.day)
print("小时：", 现在.hour)
print("分钟：", 现在.minute)
print("秒：", 现在.second)

格式化时间
print("\n格式化时间：")
格式1 = 现在.strftime("%Y年%m月%d日 %H时%M分%S秒")
格式2 = 现在.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
格式3 = 现在.strftime("%A, %B %d, %Y") 英文格式
print("中文格式：", 格式1)
print("标准格式：", 格式2)
print("英文格式：", 格式3)

时间计算
print("\n时间计算：")
今天 = datetime.date.today()
print("今天是：", 今天)

一天 = datetime.timedelta(days=1)
一周 = datetime.timedelta(weeks=1)

明天 = 今天 + 一天
昨天 = 今天 - 一天
下周 = 今天 + 一周

print("明天：", 明天)
print("昨天：", 昨天)
print("下周今天：", 下周)

第三部分 导入模块的不同方式

导入模块有几种方法，适用于不同场景。

方法1：import 模块名

代码部分：
方法1：import 模块名
import math
import random
import datetime

这样使用
结果 = math.sqrt(16)
print("16的平方根：", 结果)

随机数 = random.randint(1, 100)
print("1-100随机数：", 随机数)

现在 = datetime.datetime.now()
print("当前时间：", 现在)

方法2：import 模块名 as 别名

代码部分：
方法2：import 模块名 as 别名
import math as m
import datetime as dt

这样使用
结果 = m.sqrt(25)
print("25的平方根：", 结果)

现在 = dt.datetime.now()
print("当前时间：", 现在)

当模块名很长时，用别名很方便
import numpy as np
import pandas as pd
这是数据科学生态中常用的别名

方法3：from 模块名 import 功能名

代码部分：
方法3：from 模块名 import 功能名
from math import sqrt, pi
from random import randint, choice

这样使用，不需要写模块名
print("圆周率：", pi)
结果 = sqrt(36)
print("36的平方根：", 结果)

随机数 = randint(1, 50)
print("1-50随机数：", 随机数)

方法4：from 模块名 import *

代码部分：
方法4：from 模块名 import *
from math import *

这样使用，所有功能都可以直接使用
print("π =", pi)
print("e =", e)
print("sin(π/2) =", sin(pi/2))
print("2的3次方 =", pow(2, 3))

注意：这种方法可能会引起命名冲突，一般不推荐

第四部分 创建自己的模块

我们也可以创建自己的模块，供其他程序使用。

第一步：创建第一个模块
新建一个文件，保存为"我的工具.py"

代码部分：
文件：我的工具.py
我的第一个模块

版本信息
version = "1.0.0"
作者 = "Python学习者"

函数定义
def 问好(名字):
简单的问候函数
return f"你好，{名字}！欢迎使用我的工具。"

def 计算圆面积(半径):
计算圆面积
import math
return math.pi * 半径 * 半径

def 计算圆周长(半径):
计算圆周长
import math
return 2 * math.pi * 半径

def 判断素数(数字):
判断一个数是否是素数
if 数字 < 2:
return False
for i in range(2, int(数字**0.5) + 1):
if 数字 % i == 0:
return False
return True

def 生成斐波那契数列(长度):
生成斐波那契数列
if 长度 <= 0:
return []
elif 长度 == 1:
return [0]
elif 长度 == 2:
return [0, 1]

数列 = [0, 1]
for i in range(2, 长度):
    下一个数 = 数列[i-1] + 数列[i-2]
    数列.append(下一个数)
return 数列

测试代码
if name == "main":
print("测试我的工具模块：")
print(问好("小明"))
print("半径为5的圆面积：", 计算圆面积(5))
print("半径为5的圆周长：", 计算圆周长(5))
print("17是素数吗？", 判断素数(17))
print("前10个斐波那契数：", 生成斐波那契数列(10))

第二步：使用自己的模块
新建另一个文件，保存为"使用我的工具.py"

代码部分：
文件：使用我的工具.py
使用我们自己创建的模块

导入模块
import 我的工具

使用模块中的函数
print(我的工具.问好("小红"))

print("半径为3的圆面积：", 我的工具.计算圆面积(3))
print("半径为3的圆周长：", 我的工具.计算圆周长(3))

print("检查素数：")
for 数字 in [2, 3, 4, 17, 20, 29]:
结果 = 我的工具.判断素数(数字)
print(f"{数字}是素数吗？{结果}")

print("斐波那契数列：")
print("前5个：", 我的工具.生成斐波那契数列(5))
print("前8个：", 我的工具.生成斐波那契数列(8))

访问模块信息
print("\n模块信息：")
print("版本：", 我的工具.version)
print("作者：", 我的工具.作者)

第五部分 理解 if name == "main"

在模块中，我们经常看到这行代码，它有什么作用呢？

代码部分：
理解 if name == "main"

创建测试文件 test.py
def 测试函数():
print("这是一个测试函数")

print("name 的值是：", name)

if name == "main":
print("这个文件被直接运行")
测试函数()
else:
print("这个文件被导入为模块")

运行这个文件，会看到：
name 的值是：main
这个文件被直接运行
这是一个测试函数

在另一个文件中导入它：
import test
会看到：
name 的值是：test
这个文件被导入为模块

作用：

• 当文件被直接运行时，name 等于 "main"

• 当文件被导入时，name 等于 模块名

• 这样可以让代码既可作为模块使用，也可直接运行测试

第六部分 创建包

当模块很多时，我们可以把它们组织成包。

创建包的步骤：

1. 创建一个文件夹（包名）

2. 在文件夹中创建 init.py 文件（可以是空的）

3. 在文件夹中创建多个模块文件

示例：创建数学工具包

第一步：创建文件夹结构
数学工具包/
init.py
基本运算.py
几何计算.py
统计分析.py

第二步：创建 init.py

代码部分：
文件：数学工具包/init.py
数学工具包的初始化文件

版本信息
version = "1.0.0"
author = "Python学习者"

简化导入
from .基本运算 import *
from .几何计算 import *
from .统计分析 import *

print(f"数学工具包 {version} 已加载")

第三步：创建基本运算模块

代码部分：
文件：数学工具包/基本运算.py
基本数学运算

def 加法(a, b):
return a + b

def 减法(a, b):
return a - b

def 乘法(a, b):
return a * b

def 除法(a, b):
if b == 0:
return "错误：除数不能为零"
return a / b

def 阶乘(n):
if n == 0:
return 1
result = 1
for i in range(1, n + 1):
result *= i
return result

第四步：创建几何计算模块

代码部分：
文件：数学工具包/几何计算.py
几何计算

import math

def 圆面积(半径):
return math.pi * 半径 * 半径

def 圆周长(半径):
return 2 * math.pi * 半径

def 矩形面积(长, 宽):
return 长 * 宽

def 矩形周长(长, 宽):
return 2 * (长 + 宽)

def 三角形面积(底, 高):
return 0.5 * 底 * 高

def 球体积(半径):
return (4/3) * math.pi * (半径 ** 3)

第五步：创建统计分析模块

代码部分：
文件：数学工具包/统计分析.py
统计分析工具

def 平均值(数字列表):
if not 数字列表:
return 0
return sum(数字列表) / len(数字列表)

def 中位数(数字列表):
if not 数字列表:
return 0

排序列表 = sorted(数字列表)
n = len(排序列表)

if n % 2 == 1:  奇数个
    return 排序列表[n // 2]
else:  偶数个
    mid = n // 2
    return (排序列表[mid-1] + 排序列表[mid]) / 2

def 众数(数字列表):
if not 数字列表:
return None

频率 = {}
for 数字 in 数字列表:
    if 数字 in 频率:
        频率[数字] += 1
    else:
        频率[数字] = 1

最大频率 = max(频率.values())
众数列表 = [数字 for 数字, 频次 in 频率.items() if 频次 == 最大频率]

return 众数列表

def 标准差(数字列表):
if len(数字列表) < 2:
return 0

平均值 = sum(数字列表) / len(数字列表)
方差 = sum((x - 平均值) ** 2 for x in 数字列表) / (len(数字列表) - 1)
return 方差 ** 0.5

第六步：使用包

代码部分：
文件：使用数学工具包.py
使用我们自己创建的包

导入整个包
import 数学工具包

使用包中的功能
print("基本运算：")
print("5 + 3 =", 数学工具包.加法(5, 3))
print("5的阶乘 =", 数学工具包.阶乘(5))

print("\n几何计算：")
print("半径3的圆面积：", 数学工具包.圆面积(3))
print("长4宽3的矩形面积：", 数学工具包.矩形面积(4, 3))

print("\n统计分析：")
数据 = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 5]
print("数据：", 数据)
print("平均值：", 数学工具包.平均值(数据))
print("中位数：", 数学工具包.中位数(数据))
print("众数：", 数学工具包.众数(数据))
print("标准差：", 数学工具包.标准差(数据))

第七部分 安装第三方包

Python最强大的地方是有海量的第三方包。让我们学习如何安装和使用它们。

使用pip安装包

pip是Python的包管理工具，可以安装、升级、卸载包。

在命令行中运行：

pip install 包名

常用命令：

pip install requests  安装requests包
pip install numpy    安装numpy包
pip install pandas   安装pandas包
pip list            查看已安装的包
pip show 包名        查看包信息
pip uninstall 包名   卸载包

安装和使用requests包

代码部分：
安装requests包后使用
import requests

print("使用requests访问网页")

尝试访问一个网站
try:
响应 = requests.get("https://www.baidu.com")
print("状态码：", 响应.status_code)
print("编码：", 响应.encoding)
print("前100个字符：", 响应.text[:100])

if 响应.status_code == 200:
    print("访问成功！")
else:
    print("访问失败")
    

except Exception as e:
print("出错：", e)

第八部分 小项目 天气查询程序

让我们用第三方包做一个实用的天气查询程序。

第一步：安装必要的包
在命令行运行：pip install requests

第二步：创建天气查询程序

代码部分：
天气查询程序
import requests
import json

def 获取天气(城市):
获取城市天气信息

try:
    使用天气API
    这里使用一个免费的天气API
    API地址 = f"http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city={城市}"
    
    发送请求
    响应 = requests.get(API地址, timeout=5)
    
    检查响应
    if 响应.status_code == 200:
        解析JSON数据
        数据 = 响应.json()
        
        if 数据.get("status") == 1000:  请求成功
            return 解析天气数据(数据["data"])
        else:
            return "城市不存在或无法获取天气信息"
    else:
        return "网络请求失败，请检查网络连接"
        
except requests.exceptions.Timeout:
    return "请求超时，请稍后重试"
except requests.exceptions.ConnectionError:
    return "网络连接错误"
except Exception as e:
    return f"获取天气失败：{str(e)}"

def 解析天气数据(天气数据):
解析天气数据，返回格式化的字符串

基本信息
城市 = 天气数据.get("city", "未知城市")
当前温度 = 天气数据.get("wendu", "未知")

构建结果字符串
结果 = f"城市：{城市}\n"
结果 += f"当前温度：{当前温度}℃\n"

天气预报
预报列表 = 天气数据.get("forecast", [])

if 预报列表:
    结果 += "\n天气预报：\n"
    for 预报 in 预报列表[:3]:  只显示最近3天
        日期 = 预报.get("date", "未知日期")
        天气 = 预报.get("type", "未知天气")
        高温 = 预报.get("high", "未知").replace("高温 ", "")
        低温 = 预报.get("low", "未知").replace("低温 ", "")
        风向 = 预报.get("fengxiang", "未知风向")
        
        结果 += f"{日期}：{天气}，{低温}~{高温}，{风向}\n"

其他建议
建议 = 天气数据.get("ganmao", "")
if 建议:
    结果 += f"\n温馨提示：{建议}"

return 结果

def 主程序():
print("=" * 50)
print(" 天气查询程序")
print("=" * 50)
print("支持查询全国大部分城市天气")
print("输入'退出'结束程序")
print("=" * 50)

while True:
    城市 = input("\n请输入城市名称：").strip()
    
    if not 城市:
        print("请输入城市名称！")
        continue
        
    if 城市 == "退出":
        print("感谢使用天气查询程序，再见！")
        break
    
    print(f"\n正在查询 {城市} 的天气...")
    天气信息 = 获取天气(城市)
    
    print("\n" + "=" * 50)
    print(天气信息)
    print("=" * 50)

if name == "main":
try:
主程序()
except KeyboardInterrupt:
print("\n\n程序被中断，退出。")
except Exception as e:
print(f"程序出错：{e}")

第九部分 常用第三方包介绍

Python有很多强大的第三方包，这里介绍几个常用的：

1. requests：网络请求，获取网页内容

2. numpy：数值计算，处理数组和矩阵

3. pandas：数据分析，处理表格数据

4. matplotlib：数据可视化，绘制图表

5. beautifulsoup4：网页解析，提取网页信息

6. openpyxl：操作Excel文件

7. pygame：游戏开发

8. flask：Web开发框架

第十部分 今天学到了什么

今天的内容非常实用，我们学会了：

1. 使用内置模块：math、random、datetime

2. 导入模块的不同方式

3. 创建自己的模块和包

4. 理解 if name == "main" 的作用

5. 安装和使用第三方包

6. 实际应用：制作天气查询程序

第十一部分 练习任务

任务1：制作生日计算器
编写一个程序，计算：

• 距离下一个生日还有多少天

• 出生到现在已经多少天

• 下一个生日是星期几

任务2：随机密码生成器
编写一个密码生成器：

• 可以指定密码长度

• 可以选择包含数字、字母、特殊符号

• 生成多个密码供选择

任务3：简易计算器包
创建一个计算器包，包含：

• 基本运算模块（加减乘除）

• 科学计算模块（三角函数、对数等）

• 单位换算模块（长度、重量、温度等）

任务4：网页内容抓取器
使用requests和beautifulsoup4：

• 抓取网页标题

• 提取所有链接

• 提取特定内容（如新闻标题）

第十二部分 下节课预告

下节课是我们的最后一课，我们将做一个综合项目：智能聊天机器人。这个项目会用到我们学过的所有知识：

• 变量和数据类型

• 条件判断和循环

• 函数和模块

• 文件操作

• 错误处理

通过这个项目，你会看到如何把学过的知识组合起来，做出一个真正有用的程序。

学习建议

模块和包是Python编程的重要组成部分，建议你：

1. 多练习使用内置模块

2. 尝试将你的代码组织成模块

3. 学会查找和使用第三方包

4. 阅读优秀开源项目的代码

5. 了解虚拟环境的使用（后续学习）

记住，编程不是从零开始造轮子，而是站在巨人的肩膀上。学会使用现有的模块和包，能大大提高你的编程效率。

你已经学会了如何使用Python的强大生态系统，这是成为专业程序员的重要一步。继续加油，我们下节课再见！

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