Язык программирования Python. Основные встроенные модули

Модуль random
Модуль random управляет генерацией случайных чисел. Его основные функции:
random(): генерирует случайное число от 0.0 до 1.0
randint(): возвращает случайное число из определенного диапазона
randrange(): возвращает случайное число из определенного набора чисел
shuffle(): перемешивает список
choice(): возвращает случайный элемент списка

import random
number = random.random() # значение от 0.0 до 1.0
print(number)
number = random.random() * 100 # значение от 0.0 до 100.0
print(number)
Функция random() возвращает случайное число с плавающей точкой в промежутке от 0.0 до 1.0.

import random
number = random.randint(20, 35) # значение от 20 до 35
print(number)
Функция randint(min, max) возвращает случайное целое число в промежутке между двумя значениями min и max.

Функция randrange() возвращает случайное целое число из определенного набора чисел. Она имеет три формы:
randrange(stop): в качестве набора чисел, из которых происходит извлечение случайного значения, будет использоваться диапазон от 0 до числа stop
randrange(start, stop): набор чисел представляет диапазон от числа start до числа stop
randrange(start, stop, step): набор чисел представляет диапазон от числа start до числа stop, при этом каждое число в диапазоне отличается от предыдущего на шаг step

import random
number = random.randrange(10) # значение от 0 до 10
print(number)
number = random.randrange(2, 10) # значение в диапазоне 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
print(number)
number = random.randrange(2, 10, 2) # значение в диапазоне 2, 4, 6, 8, 10
print(number)

Работа со списком
Для работы со списками в модуле random определены две функции: функция shuffle()перемешивает список случайным образом, а функция choice() возвращает один случайный элемент из списка:
import random
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
random.shuffle(numbers)
print(numbers) # 1
random_number = random.choice(numbers)
print(random_number)
[7, 4, 3, 6, 5, 1, 8, 2]
8

Модуль math
Встроенный модуль math в Python предоставляет набор функций для выполнения математических, тригонометрических и логарифмических операций. Некоторые из основных функций модуля:
pow(num, power): возведение числа num в степень power
sqrt(num): квадратный корень числа num
ceil(num): округление числа до ближайшего наибольшего целого
floor(num): округление числа до ближайшего наименьшего целого
factorial(num): факториал числа
degrees(rad): перевод из радиан в градусы
radians(grad): перевод из градусов в радианы
cos(rad): косинус угла в радианах
sin(rad): синус угла в радианах
tan(rad): тангенс угла в радианах
acos(rad): арккосинус угла в радианах
asin(rad): арксинус угла в радианах
atan(rad): арктангенс угла в радианах
log(n, base): логарифм числа n по основанию base
log10(n): десятичный логарифм числа n

import math
# возведение числа 2 в степень 3
n1 = math.pow(2, 3)
print(n1) # 8
# ту же самую операцию можно выполнить так
n2 = 2**3
print(n2)
# возведение в квадрат
print(math.sqrt(9)) # 3
# ближайшее наибольшее целое число
print(math.ceil(4.56)) # 5
# ближайшее наименьшее целое число
print(math.floor(4.56)) # 4
# перевод из радиан в градусы
print(math.degrees(3.14159)) # 180

# перевод из градусов в радианы
print(math.radians(180)) # 3.1415.....
# косинус
print(math.cos(math.radians(60))) # 0.5
# cинус
print(math.sin(math.radians(90))) # 1.0
# тангенс
print(math.tan(math.radians(0))) # 0.0
print(math.log(8,2)) # 3.0
print(math.log10(100)) # 2.0

import math
radius = 30
# площадь круга с радиусом 30
area = math.pi * math.pow(radius, 2)
print(area)
# натуральный логарифм числа 10
number = math.log(10, math.e)
print(number)

Модуль locale
# англосаксонская система
1,234.567
# европейская система
1.234,567

И для решения проблемы форматирования под определенную культуру в Python имеется встроенный модуль locale.
Для установки локальной культуры в модуле locale определена функция setlocale(). Она принимает два параметра:
Первый параметр указывает на категорию, к которой применяется функция - к числам, валютам или и числам, и валютам. В качестве значения для параметра мы можем передавать одну из следующих констант:
LC_ALL: применяет локализацию ко всем категориям - к форматированию чисел, валют, дат и т.д.
LC_NUMERIC: применяет локализацию к числам
LC_MONETARY: применяет локализацию к валютам
LC_TIME: применяет локализацию к датам и времени
LC_CTYPE: применяет локализацию при переводе символов в верхний или нижний регистр
LC_COLLIATE: применяет локаль при сравнении строк

Второй параметр функции setlocale указывает на локальную культуру, которую надо использовать. На ОС Windows можно использовать код станы по ISO из двух символов, например, для США - "us", для Германии - "de", для России - "ru". Но на MacOS необходимо указывать код языка и код страны, например, для английского в США - "en_US", для немецкого в Германии - "de_DE", для русского в России - "ru_RU". По умолчанию фактически используется культура "en_US".

Непосредственно для форматирования чисел и валют модуль locale предоставляет две функции:
currency(num): форматирует валюту
format(str, num): подставляет число num вместо плейсхолдера в строку str
Применяются следующие плейсхолдеры:
d: для целых чисел
f: для чисел с плавающей точкой
e: для экспоненциальной записи чисел
Перед каждым плейсхолдером ставится знак процента %, например:
"%d"

Применим локализацию чисел и валют в немецкой культуре:
import locale
locale.setlocale(locale.LC_ALL, "de") # для Windows
# locale.setlocale(locale.LC_ALL, "de_DE") # для MacOS
number = 12345.6789
formatted = locale.format("%f", number)
print(formatted) # 12345,678900
formatted = locale.format("%.2f", number)
print(formatted) # 12345,68
formatted = locale.format("%d", number)
print(formatted) # 12345
formatted = locale.format("%e", number)
print(formatted) # 1,234568e+04
money = 234.678
formatted = locale.currency(money)
print(formatted) # 234,68 €

Модуль decimal
При работе с числами с плавающей точкой (то есть float) мы сталкиваемся с тем, что в результате вычислений мы получаем не совсем верный результат:
number = 0.1 + 0.1 + 0.1
print(number) # 0.30000000000000004
Проблему может решить использование функции round(), которая округлит число. Однако есть и другой способ, который заключается в использовании встроенного модуля decimal.

from decimal import Decimal
number = Decimal("0.1")
number = number + number + number
print(number) # 0.3

Округление чисел
from decimal import Decimal
number = Decimal("0.444")
number = number.quantize(Decimal("1.00"))
print(number) # 0.44
number = Decimal("0.555678")
print(number.quantize(Decimal("1.00"))) # 0.56
number = Decimal("0.999")
print(number.quantize(Decimal("1.00"))) # 1.00

from decimal import Decimal, ROUND_HALF_EVEN
number = Decimal("10.025")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_EVEN)) # 10.02
number = Decimal("10.035")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_EVEN)) # 10.04

number = Decimal("10.026")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_DOWN)) # 10.03
number = Decimal("10.025")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_DOWN)) # 10.02

number = Decimal("10.021")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_CEILING)) # 10.03
number = Decimal("10.025")
print(number.quantize(Decimal("1.00"), ROUND_CEILING)) # 10.03