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(共54张PPT)
3.3 模块及其运用
甘肃教育版八年级上册
教学目标
1、理解 Python 模块的概念；
2、掌握 Python 模块的调用方法；
3、学会运用模块解决简单问题；
4、掌握第三方扩展库的安装方法。
新知导入
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什么是 Python 模块？如何在 Python 程序中运用模块呢
模块从表象看是一组组 Python 代码的源文件，本质上则是具有特定通用功能的 Python 编程工具的分类集合体。
进行程序设计时可以通过调用模块及其工具实现快速编程，通过大量模块扩展和壮大了自身的编程功能，特别在绘图方面具有显著优势。
3.3.1 Python 模块
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Python中，包含Python代码的源文件 (通常包含用户自定义的变量函数和类)称为模块 (Module)，其扩展名为“.py”。
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模块是一种代码组织形式，是某一类功能代码的集合，它将彼此有关系的 Python 代码组织到一个个文件中。
模块中包含：
（1）可执行代码；
（2）函数；
（3）类；
（4）其他类型的代码组织；
（5）各类代码组织的组合。
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函数 (Function) 就是一段代码块。
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类（Class）就是含有函数的代码块，用来描述具有相同属性和方法的对象的集合。
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将众多具有相关功能的模块文件结构化组合形成“包”(Package)。包体现了模块的结构化管理思想。
包中的模块通过<包名.模块名>来区分和指定。
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Python中具有某些功能的模块和包都可以被称作“库”(Library)模块由诸多函数组成，包由诸多模块结构化组成。
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库中包含：
（1）包模块
（2）数学函数；
（3）数学常量（以赋值变量形式表示）；
（4）常用表达式；
（5）作图工具（亮点）。
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Python 语言编程中，通过 import语可以导入模块并使用其定义的功能。
导入和使用模块功能的基本形式如下：
形式1
import<模块名> # 导入模块
<模块名>.<函数名> # 使用模块的全限定名称调用模块中的函数
<模块名>.<变量名> # 使用模块的全限定名称访问模块中的变量
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形式2
from<模块名>import * # 导入模块中所有项目
from<模块名>import<函数名> # 导入模块中指定函数
from<模块名> import <变量名> # 导入模块中指定变量
<函数名> # 直接调用模块中的函数
<变量名> # 直接访问模块中的变量
注意：对于某些特定模块，<模块名>需要表达为<包名.模块名>。
3.3.2 Python 标准库
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Python系统自带有一些内置模块，统一存放在一个“库”里，称为Python 标准库。
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Python常用的内置函数可直接调用。
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Python常用的内置模块如下：
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（1）Math模块
除了加减乘除四则运算，还有开方、对数、三角函数等大多数函数运算和数学常数。
调用代码如下：
import math 或者 from math import *
新知讲解
已知圆的面积S(平方米)，求圆的半径 r(米)，打开程序代码编辑器，编辑、保存、运行程序段 p31.py。
练一练
将程序段 p31.py 中第一条导入模块语句替换为from math import * ，那么，其后每条语句应该怎么改写 请重新编辑后保存为 p32.py。
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（2）random模块
random调用格式和math相同。模块random 常用的函数如下：
random()：用于生成一个0到1的随机点数 n(0<= n<1.0)。
uniform(a,b)：用于生成一个指定范围的随机浮点数n，a与b的大小关系不限。
randint(a,b)：用于生成一个指定范围[a,b] 内的整数n(a=n<=b)。
练一练
编写一个进行整数 (100 以内) 加法计算训练的程序。
算法分析：利用计算机完成工作是从任务开始的设计完成任务的方法和步骤 (即算法) 是关键。
算法可以用自然语言和流程图两种形式描述。它的两个加数是由随机函数产生的随机整数。
开始
结束
导入内置随机数模块
data1=int(random.random()*100)
data2=int(random.random()*100)
sum=data1+data2
练习者输入心算答案
输出正确答案
加法程序流程图
练一练
Python 集成式语言环境下打开序代码编辑器，编辑、保存、运行程序段 p33.py。
练一练
多次运行程序段p33.py，发现每次加法计算题目都不同，因为random模块每次生成不同的随机数。
练一练
练一练
假如你是一位小学生，需要心算加法练习，在Python系统下运行p33.py 程序，你对这个程序满意吗？你认为还需要做哪些改进？
不是特别满意。
因为一旦算错了，不能更改，也不能告诉算错的原因，可以增加再次输入正确结果的操作。
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（3）datetime模块
datetime模块用于处理日期和时间的模块，其调用格式和math相同，采用同名双层嵌套，其中日期、时间等函数调用格式就比math中多了一层。
调用代码如下：
import datetime 或者 from datetime import *
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在Python集成式语言环境下打开程序代码编辑器，编辑、保存、运行程序段p34.py，其功能是提取并显示当前日期、时间和当天星期几。
练一练
如果将程序段 p34.py 中第一条导入模块语句变为from datetime import *，通过思考和推理，你能猜测出后面两条函数调用语句如何简化吗？ 请调试程序(命名为 p35.py)验证你的猜测是否正确。
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（4）海龟绘图模块
海龟绘图 (Turtle Graphics)本来是 LOGO语言中很有特色的绘图工具，Python 内置的turtle模块，基本上还原了原版海龟绘图的所有功能。
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模块或函数 功能说明
turtle # 海龟绘图(turtle)模块
pensize( width) # 设置笔尖大小
hideturtle( ) # 使海龟隐形(隐藏海龟)
colormode( cmode) # 设置颜色模式，cmode 值为 1至255之间的整数
color(r,g,b) # 设置画笔颜色
penup( ) # 抬起笔
goto(x,y) # 把笔定位到坐标(x,y)
pendown() # 放下笔
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模块或函数 功能说明
begin_fill() # 开始填充颜色
end_fill() # 颜色填充结束
circle( radius,extent=None,steps=None)forward(n) # 画出圆弧；# 参数分别为半径、弧度和画圆弧线段的数量；#弧度默认为 360 度，将画出一个圆；#弧度为负数，则反方向画弧
Forward(n) # 向前移动n 个像素点
right(d) #右(顺时针)转d 度
left(d) #左(顺时针)转d度
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在 Python 集成式语言环境下打开程序代码编辑器，编辑、保存、运行程序段 p36.py，系统将会自动弹出一个绘有文字“!勇往直前!”及一条带箭头下划线的绘图窗口。
箭头代表小海龟函数
goto (x,y)表示移动小海龟到目标坐标位置
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如何绘制下图所示的“笑脸”表情图案
“笑脸”由一个圆、两只眼睛和弧形的嘴巴组成，眼睛由两个大小不相等的圆组成，其中小圆填充黑色，嘴巴由左右对称的两条弧线组成。画各部分前需要先使用penup()提起笔，再使用 goto 语句定位。开始画时，要先使用pendown()放下笔再使用 goto 语移动笔 (海龟)画出线条。
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在Python集成式语言环境下打开程序代码编辑器，按照初设绘图工具、画脸、画嘴、画右眼、画左眼的顺序编辑程序段 p37.py。
3.3.3 Python 扩展库
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Python的特点：
（1）简洁；
（2）开源；
（3）包容。
所以Python语言又叫胶水语言。
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Python可以通过安装第三方提供的扩展模块来增强自身的功能弱项，这些模块也会被分类打包在不同的“库”中，称之为扩展库。
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常用的 Python 的第三方扩展库有：
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（1）NumPy (Numerical Python) 是构建科学计算环境最基础的扩展库为 Python 中的 n 维数组和矩阵的操作提供了大量有用的功能。该库还提供了数组与向量化计算功能，可以提升程序运算性能，加快执行速度。
（2）SciPy 是工程和科学软件库，包含线性代数、优化、集成和统计等功能模块，通过特定的子模块提供高效的数值例程操作如数值积分等。
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（3）Pandas 通过标记 (labeled)和关系 (relational)数据工作，简单直观，是数据处理和分析的有效工具，可用于进行快速简单的数据操作、聚合和可视化。库中有两个主要的数据结构一维数组 (Series)和二维数组 (DataFrame) 结构。
（4）Matplotlib是一个2D绘图库，它以各种硬拷贝格式和跨平台的交互式环境生成高质量的图形，可以生成折线图、直方图、条形图、散点图等图像。
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第三方提供的上述这类模块扩展库需要安装后才能使用，具体方法是:
（1）在 Windows 系统的 cmd 命令行窗口下键入命令
Python -m pip install <扩展库名>。
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（2）查看已经安装的库，可键入命令 Python -m pip list。
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安装NumPy 扩展库。
Python -m pip install NumPy
正确安装NumPy 扩展库
课堂练习
用 Python 绘图模块扩展库 Matplotlib 制作函数图像。
（1）在 Windows 系统的 cmd 命令行窗口“>”提示符下键入命令Python -m pip install Matplotlib，完成扩展库Matplotlib 的安装。
课堂练习
键入命令：Python -m pip list，查看扩展库Matplotlib是否安装成功。
课堂练习
（2）在Python集成式语言环境下打开程序代码编辑器，编辑、保存运行程序段p38.py，系统将会自动弹出一个绘有直角坐标系及曲线y=x2上的一条曲线段的绘图窗口。
课堂总结
本次课首先介绍了Python 模块的概念； Python 模块的调用方法；接着讲授了运用模块解决简单问题；最后探讨了第三方扩展库的安装方法。
板书设计
模块及其运用
一、Python 模块
1、Python 模块的概念
2、Python 模块的内容
3、Python 类、包、库的概念
4、Python 模块的形式
二、Python 标准库
1、Python 常用的内置函数
2、Python 常用的内置模块
3、Python 标准库的应用
三、Python 扩展库
1、常用的 Python 的第三方扩展库
2、第三方扩展库的安装方法
3、第三方扩展库的安装方法的应用
布置作业
1、参考绘制曲线 y=x**2 图像的程序段 p38.py，编写出绘制直线y=-2x+9 (0≤ x≤5) 的程序段 (命名为p39.py)。
布置作业
2、利用模块 Matplotlib.pyplot 和 NumPy 中的绘图工具，沿曲线 y=x2(0≤x≤5) 上每间隔1的点向横坐标轴绘制直方图的程序段 p3a.py 和运行结果。
谢谢
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