Python编程实战 - 函数与模块化编程 - Python内置模块（math、os、sys、random等）

一、math 模块 —— 数学运算工具箱

math 模块提供了大量数学函数和常数，可以帮助我们更方便地进行各种计算。

1. 导入方式

import math

2. 常用函数

import math

print(math.sqrt(16))    # 平方根 -> 4.0
print(math.pow(2, 3))   # 幂运算 -> 8.0
print(math.ceil(4.2))   # 向上取整 -> 5
print(math.floor(4.8))  # 向下取整 -> 4
print(math.fabs(-5))    # 绝对值 -> 5.0

3. 常用数学常数

print(math.pi)   # 圆周率 3.1415926...
print(math.e)    # 自然常数 e

应用场景示例：计算圆的面积

import math

r = 5
area = math.pi * math.pow(r, 2)
print(f"半径为 {r} 的圆面积是 {area:.2f}")

二、os 模块 —— 与操作系统交互

os 模块主要用于文件、目录操作以及获取系统信息。

1. 获取当前工作目录

import os
print(os.getcwd())

2. 列出当前目录下的文件和文件夹

print(os.listdir('.'))

3. 创建与删除文件夹

os.mkdir('test_folder')       # 创建文件夹
os.rmdir('test_folder')       # 删除文件夹

4. 路径操作

path = os.path.join('folder', 'file.txt')
print(path)                   # 输出 folder/file.txt
print(os.path.exists(path))   # 判断路径是否存在

应用场景示例：批量重命名文件

import os

for filename in os.listdir('.'):
    if filename.endswith('.txt'):
        new_name = 'new_' + filename
        os.rename(filename, new_name)

三、sys 模块 —— Python 解释器接口

sys 模块提供与 Python 解释器相关的功能，例如访问命令行参数、退出程序、查看路径等。

1. 命令行参数

import sys

print(sys.argv)  # 获取命令行参数列表

例如执行：

python test.py hello world

输出：

['test.py', 'hello', 'world']

2. 退出程序

sys.exit("程序终止")

3. 查看模块搜索路径

print(sys.path)

4. 获取 Python 版本信息

print(sys.version)

应用场景示例：命令行传参

import sys

if len(sys.argv) < 2:
    print("请传入一个参数")
else:
    print(f"你输入的参数是：{sys.argv[1]}")

四、random 模块 —— 随机数与随机选择

random 模块是 Python 的随机工具，常用于模拟、抽奖、随机抽样等场景。

1. 生成随机整数

import random

print(random.randint(1, 10))  # 1~10 之间的随机整数

2. 生成随机浮点数

print(random.random())        # 0~1 之间的随机浮点数
print(random.uniform(1.5, 5)) # 1.5~5 之间的随机浮点数

3. 从序列中随机选择

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
print(random.choice(fruits))

4. 打乱列表顺序

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)
print(numbers)

应用场景示例：模拟抽奖系统

import random

users = ['Alice', 'Bob', 'Cindy', 'David']
winner = random.choice(users)
print(f"幸运用户是：{winner}")

五、其他常用内置模块简要介绍

1. datetime —— 时间与日期处理

import datetime

now = datetime.datetime.now()
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))

2. time —— 时间戳与延时

import time

print(time.time())  # 当前时间戳
time.sleep(2)       # 暂停 2 秒

3. json —— 处理 JSON 数据

import json

data = {"name": "Tom", "age": 25}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)  # 转换为 JSON 字符串

六、总结

七、实战案例：综合使用多个模块

import os
import random
import datetime

# 随机生成一个文件名
file_name = f"log_{datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M%S')}_{random.randint(100,999)}.txt"

# 保存路径
path = os.path.join(os.getcwd(), file_name)

# 写入内容
with open(path, 'w') as f:
    f.write("这是自动生成的日志文件n")

print(f"文件已生成：{path}")

这个例子中，我们综合使用了 os、random 和 datetime 模块，实现了一个自动命名日志文件的小工具。

八、结语

Python 的标准库是它最宝贵的资源之一，它让开发者能以极少的代码完成复杂的任务。 掌握 math、os、sys、random 等核心模块，是从入门走向实战的必经之路。 未来，当你熟悉了这些模块，再去探索如 re（正则表达式）、json、datetime、pathlib 等更多模块时，你会真正感受到 Python “自带瑞士军刀”的威力。