資源簡介

(共54張PPT)
3.3 模塊及其運(yùn)用
甘肅教育版八年級(jí)上冊
教學(xué)目標(biāo)
1、理解 Python 模塊的概念；
2、掌握 Python 模塊的調(diào)用方法；
3、學(xué)會(huì)運(yùn)用模塊解決簡單問題；
4、掌握第三方擴(kuò)展庫的安裝方法。
新知導(dǎo)入
新知導(dǎo)入
什么是 Python 模塊？如何在 Python 程序中運(yùn)用模塊呢
模塊從表象看是一組組 Python 代碼的源文件，本質(zhì)上則是具有特定通用功能的 Python 編程工具的分類集合體。
進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)可以通過調(diào)用模塊及其工具實(shí)現(xiàn)快速編程，通過大量模塊擴(kuò)展和壯大了自身的編程功能，特別在繪圖方面具有顯著優(yōu)勢。
3.3.1 Python 模塊
新知導(dǎo)入
Python中，包含Python代碼的源文件 (通常包含用戶自定義的變量函數(shù)和類)稱為模塊 (Module)，其擴(kuò)展名為“.py”。
新知導(dǎo)入
模塊是一種代碼組織形式，是某一類功能代碼的集合，它將彼此有關(guān)系的 Python 代碼組織到一個(gè)個(gè)文件中。
模塊中包含：
（1）可執(zhí)行代碼；
（2）函數(shù)；
（3）類；
（4）其他類型的代碼組織；
（5）各類代碼組織的組合。
新知導(dǎo)入
函數(shù) (Function) 就是一段代碼塊。
新知導(dǎo)入
類（Class）就是含有函數(shù)的代碼塊，用來描述具有相同屬性和方法的對象的集合。
新知講解
將眾多具有相關(guān)功能的模塊文件結(jié)構(gòu)化組合形成“包”(Package)。包體現(xiàn)了模塊的結(jié)構(gòu)化管理思想。
包中的模塊通過<包名.模塊名>來區(qū)分和指定。
新知講解
Python中具有某些功能的模塊和包都可以被稱作“庫”(Library)模塊由諸多函數(shù)組成，包由諸多模塊結(jié)構(gòu)化組成。
新知講解
庫中包含：
（1）包模塊
（2）數(shù)學(xué)函數(shù)；
（3）數(shù)學(xué)常量（以賦值變量形式表示）；
（4）常用表達(dá)式；
（5）作圖工具（亮點(diǎn)）。
新知講解
Python 語言編程中，通過 import語可以導(dǎo)入模塊并使用其定義的功能。
導(dǎo)入和使用模塊功能的基本形式如下：
形式1
import<模塊名> # 導(dǎo)入模塊
<模塊名>.<函數(shù)名> # 使用模塊的全限定名稱調(diào)用模塊中的函數(shù)
<模塊名>.<變量名> # 使用模塊的全限定名稱訪問模塊中的變量
新知講解
形式2
from<模塊名>import * # 導(dǎo)入模塊中所有項(xiàng)目
from<模塊名>import<函數(shù)名> # 導(dǎo)入模塊中指定函數(shù)
from<模塊名> import <變量名> # 導(dǎo)入模塊中指定變量
<函數(shù)名> # 直接調(diào)用模塊中的函數(shù)
<變量名> # 直接訪問模塊中的變量
注意：對于某些特定模塊，<模塊名>需要表達(dá)為<包名.模塊名>。
3.3.2 Python 標(biāo)準(zhǔn)庫
新知講解
Python系統(tǒng)自帶有一些內(nèi)置模塊，統(tǒng)一存放在一個(gè)“庫”里，稱為Python 標(biāo)準(zhǔn)庫。
新知講解
Python常用的內(nèi)置函數(shù)可直接調(diào)用。
新知講解
Python常用的內(nèi)置模塊如下：
新知講解
（1）Math模塊
除了加減乘除四則運(yùn)算，還有開方、對數(shù)、三角函數(shù)等大多數(shù)函數(shù)運(yùn)算和數(shù)學(xué)常數(shù)。
調(diào)用代碼如下：
import math 或者 from math import *
新知講解
已知圓的面積S(平方米)，求圓的半徑 r(米)，打開程序代碼編輯器，編輯、保存、運(yùn)行程序段 p31.py。
練一練
將程序段 p31.py 中第一條導(dǎo)入模塊語句替換為from math import * ，那么，其后每條語句應(yīng)該怎么改寫 請重新編輯后保存為 p32.py。
新知講解
（2）random模塊
random調(diào)用格式和math相同。模塊random 常用的函數(shù)如下：
random()：用于生成一個(gè)0到1的隨機(jī)點(diǎn)數(shù) n(0<= n<1.0)。
uniform(a,b)：用于生成一個(gè)指定范圍的隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)n，a與b的大小關(guān)系不限。
randint(a,b)：用于生成一個(gè)指定范圍[a,b] 內(nèi)的整數(shù)n(a=n<=b)。
練一練
編寫一個(gè)進(jìn)行整數(shù) (100 以內(nèi)) 加法計(jì)算訓(xùn)練的程序。
算法分析：利用計(jì)算機(jī)完成工作是從任務(wù)開始的設(shè)計(jì)完成任務(wù)的方法和步驟 (即算法) 是關(guān)鍵。
算法可以用自然語言和流程圖兩種形式描述。它的兩個(gè)加數(shù)是由隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)。
開始
結(jié)束
導(dǎo)入內(nèi)置隨機(jī)數(shù)模塊
data1=int(random.random()*100)
data2=int(random.random()*100)
sum=data1+data2
練習(xí)者輸入心算答案
輸出正確答案
加法程序流程圖
練一練
Python 集成式語言環(huán)境下打開序代碼編輯器，編輯、保存、運(yùn)行程序段 p33.py。
練一練
多次運(yùn)行程序段p33.py，發(fā)現(xiàn)每次加法計(jì)算題目都不同，因?yàn)閞andom模塊每次生成不同的隨機(jī)數(shù)。
練一練
練一練
假如你是一位小學(xué)生，需要心算加法練習(xí)，在Python系統(tǒng)下運(yùn)行p33.py 程序，你對這個(gè)程序滿意嗎？你認(rèn)為還需要做哪些改進(jìn)？
不是特別滿意。
因?yàn)橐坏┧沐e(cuò)了，不能更改，也不能告訴算錯(cuò)的原因，可以增加再次輸入正確結(jié)果的操作。
新知講解
（3）datetime模塊
datetime模塊用于處理日期和時(shí)間的模塊，其調(diào)用格式和math相同，采用同名雙層嵌套，其中日期、時(shí)間等函數(shù)調(diào)用格式就比math中多了一層。
調(diào)用代碼如下：
import datetime 或者 from datetime import *
新知講解
在Python集成式語言環(huán)境下打開程序代碼編輯器，編輯、保存、運(yùn)行程序段p34.py，其功能是提取并顯示當(dāng)前日期、時(shí)間和當(dāng)天星期幾。
練一練
如果將程序段 p34.py 中第一條導(dǎo)入模塊語句變?yōu)閒rom datetime import *，通過思考和推理，你能猜測出后面兩條函數(shù)調(diào)用語句如何簡化嗎？ 請調(diào)試程序(命名為 p35.py)驗(yàn)證你的猜測是否正確。
新知講解
（4）海龜繪圖模塊
海龜繪圖 (Turtle Graphics)本來是 LOGO語言中很有特色的繪圖工具，Python 內(nèi)置的turtle模塊，基本上還原了原版海龜繪圖的所有功能。
新知講解
模塊或函數(shù) 功能說明
turtle # 海龜繪圖(turtle)模塊
pensize( width) # 設(shè)置筆尖大小
hideturtle( ) # 使海龜隱形(隱藏海龜)
colormode( cmode) # 設(shè)置顏色模式，cmode 值為 1至255之間的整數(shù)
color(r,g,b) # 設(shè)置畫筆顏色
penup( ) # 抬起筆
goto(x,y) # 把筆定位到坐標(biāo)(x,y)
pendown() # 放下筆
新知講解
模塊或函數(shù) 功能說明
begin_fill() # 開始填充顏色
end_fill() # 顏色填充結(jié)束
circle( radius,extent=None,steps=None)forward(n) # 畫出圓弧；# 參數(shù)分別為半徑、弧度和畫圓弧線段的數(shù)量；#弧度默認(rèn)為 360 度，將畫出一個(gè)圓；#弧度為負(fù)數(shù)，則反方向畫弧
Forward(n) # 向前移動(dòng)n 個(gè)像素點(diǎn)
right(d) #右(順時(shí)針)轉(zhuǎn)d 度
left(d) #左(順時(shí)針)轉(zhuǎn)d度
新知講解
在 Python 集成式語言環(huán)境下打開程序代碼編輯器，編輯、保存、運(yùn)行程序段 p36.py，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)繪有文字“!勇往直前!”及一條帶箭頭下劃線的繪圖窗口。
箭頭代表小海龜函數(shù)
goto (x,y)表示移動(dòng)小海龜?shù)侥繕?biāo)坐標(biāo)位置
新知講解
如何繪制下圖所示的“笑臉”表情圖案
“笑臉”由一個(gè)圓、兩只眼睛和弧形的嘴巴組成，眼睛由兩個(gè)大小不相等的圓組成，其中小圓填充黑色，嘴巴由左右對稱的兩條弧線組成。畫各部分前需要先使用penup()提起筆，再使用 goto 語句定位。開始畫時(shí)，要先使用pendown()放下筆再使用 goto 語移動(dòng)筆 (海龜)畫出線條。
新知講解
在Python集成式語言環(huán)境下打開程序代碼編輯器，按照初設(shè)繪圖工具、畫臉、畫嘴、畫右眼、畫左眼的順序編輯程序段 p37.py。
3.3.3 Python 擴(kuò)展庫
新知講解
Python的特點(diǎn)：
（1）簡潔；
（2）開源；
（3）包容。
所以Python語言又叫膠水語言。
新知講解
Python可以通過安裝第三方提供的擴(kuò)展模塊來增強(qiáng)自身的功能弱項(xiàng)，這些模塊也會(huì)被分類打包在不同的“庫”中，稱之為擴(kuò)展庫。
新知講解
常用的 Python 的第三方擴(kuò)展庫有：
新知講解
（1）NumPy (Numerical Python) 是構(gòu)建科學(xué)計(jì)算環(huán)境最基礎(chǔ)的擴(kuò)展庫為 Python 中的 n 維數(shù)組和矩陣的操作提供了大量有用的功能。該庫還提供了數(shù)組與向量化計(jì)算功能，可以提升程序運(yùn)算性能，加快執(zhí)行速度。
（2）SciPy 是工程和科學(xué)軟件庫，包含線性代數(shù)、優(yōu)化、集成和統(tǒng)計(jì)等功能模塊，通過特定的子模塊提供高效的數(shù)值例程操作如數(shù)值積分等。
新知講解
（3）Pandas 通過標(biāo)記 (labeled)和關(guān)系 (relational)數(shù)據(jù)工作，簡單直觀，是數(shù)據(jù)處理和分析的有效工具，可用于進(jìn)行快速簡單的數(shù)據(jù)操作、聚合和可視化。庫中有兩個(gè)主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一維數(shù)組 (Series)和二維數(shù)組 (DataFrame) 結(jié)構(gòu)。
（4）Matplotlib是一個(gè)2D繪圖庫，它以各種硬拷貝格式和跨平臺(tái)的交互式環(huán)境生成高質(zhì)量的圖形，可以生成折線圖、直方圖、條形圖、散點(diǎn)圖等圖像。
新知講解
第三方提供的上述這類模塊擴(kuò)展庫需要安裝后才能使用，具體方法是:
（1）在 Windows 系統(tǒng)的 cmd 命令行窗口下鍵入命令
Python -m pip install <擴(kuò)展庫名>。
新知講解
（2）查看已經(jīng)安裝的庫，可鍵入命令 Python -m pip list。
新知講解
安裝NumPy 擴(kuò)展庫。
Python -m pip install NumPy
正確安裝NumPy 擴(kuò)展庫
課堂練習(xí)
用 Python 繪圖模塊擴(kuò)展庫 Matplotlib 制作函數(shù)圖像。
（1）在 Windows 系統(tǒng)的 cmd 命令行窗口“>”提示符下鍵入命令Python -m pip install Matplotlib，完成擴(kuò)展庫Matplotlib 的安裝。
課堂練習(xí)
鍵入命令：Python -m pip list，查看擴(kuò)展庫Matplotlib是否安裝成功。
課堂練習(xí)
（2）在Python集成式語言環(huán)境下打開程序代碼編輯器，編輯、保存運(yùn)行程序段p38.py，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)繪有直角坐標(biāo)系及曲線y=x2上的一條曲線段的繪圖窗口。
課堂總結(jié)
本次課首先介紹了Python 模塊的概念； Python 模塊的調(diào)用方法；接著講授了運(yùn)用模塊解決簡單問題；最后探討了第三方擴(kuò)展庫的安裝方法。
板書設(shè)計(jì)
模塊及其運(yùn)用
一、Python 模塊
1、Python 模塊的概念
2、Python 模塊的內(nèi)容
3、Python 類、包、庫的概念
4、Python 模塊的形式
二、Python 標(biāo)準(zhǔn)庫
1、Python 常用的內(nèi)置函數(shù)
2、Python 常用的內(nèi)置模塊
3、Python 標(biāo)準(zhǔn)庫的應(yīng)用
三、Python 擴(kuò)展庫
1、常用的 Python 的第三方擴(kuò)展庫
2、第三方擴(kuò)展庫的安裝方法
3、第三方擴(kuò)展庫的安裝方法的應(yīng)用
布置作業(yè)
1、參考繪制曲線 y=x**2 圖像的程序段 p38.py，編寫出繪制直線y=-2x+9 (0≤ x≤5) 的程序段 (命名為p39.py)。
布置作業(yè)
2、利用模塊 Matplotlib.pyplot 和 NumPy 中的繪圖工具，沿曲線 y=x2(0≤x≤5) 上每間隔1的點(diǎn)向橫坐標(biāo)軸繪制直方圖的程序段 p3a.py 和運(yùn)行結(jié)果。
謝謝
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