Перейти к содержанию

Стандартная библиотека Python. Модули pprint, sys, decimal

Внутренние и внешние пакеты

Одним из достоинств Python является то, что для решения разного рода задач, скорее всего, существует уже готовый модуль или пакет. Программисту не нужно заново писать код и, в таком случае, он может воспользоваться уже готовым решением. Вместе с Python устанавливается и стандартная библиотека Python. Другие пакеты, не входящие в нее, можно установить отдельно.

Встроенные модули устанавливаются вместе с Python в виде стандартной библиотекой (Python standard library). Их можно использовать без дополнительных условий. Со стандартной библиотекой Python можно ознакомиться по ссылке.

Python standard library

python_standart_lib.png

Примеры некоторых модулей библиотеки:

  • sys – взаимодействие с интерпретатором
  • decimal – дробные числа повышенной точности
  • random – генерация случайных чисел
  • time и datetime – работа с датой и временем
  • re – поиск с помощью регулярных выражений
  • И другие.

Импорт встроенной функции pprint

В том случае, если мы пытаемся импортировать имя из встроенного пакета, то предварительно не нужно его устанавливать. Вы имеете доступ к ним из любого модуля Python. Модуль pprint содержит функцию pprint, которая позволяет красиво отображать длинные списки и словари. При этом сохраняется структура объекта и отображение, которое выводит pprint, можно использовать для создания объекта.

## функция pprint для красивого вывода длинных списков и словарей
from pprint import pprint

pprint(dir(__builtins__))

Модуль sys и stdin

Модуль sys необходим для регулирования работы интерпретатора Python, например, для контроля словарей имен переменных. Функция stdin используется для интерактивного ввода с консоли, включая вызовы input(). В случае запуска функции stdin вы можете вводить данные в консоль.

## для ввода с консоли
from sys import stdin

lines = []
for line in stdin:
    lines.append(line)

print(lines)

Как прервать исполнение кода?

Чтобы завершить ввод, нажмите сочетание клавиш Ctrl + Z(D для Mac), затем Enter. Данная комбинация запустит End of line и завершит код.

Модуль decimal

Решение проблемы потери точности

Как известно, числа с плавающей точкой (float) имеют точность хранения в памяти – 8 или 16 байт. Но даже в этом объеме не получается учесть все вариации десятичных дробей. Поэтому возникает проблема потери точности.

4.31 == 4.3099999999999996  # True

В таком случае, для контроля точности можно использовать тип данных Decimal — в нем можно контролировать нужную точность и способы округления.

Рассмотрим пример сложения в случае с float.

print(0.3 + 0.3 + 0.3 + 0.1)

В случае с Decimal,

from decimal import Decimal, getcontext

print(Decimal('0.3') + Decimal('0.3') + Decimal('0.3') + Decimal('0.1'))

Decimal хранит заданное количество знаков после запятой, которое можно настроить.

getcontext().prec = 50

Задача №1. Точность подсчетов

Условие задачи

Внимательно прочтите условие задачи и скопируйте в среду разработки.

## имеем список строк доходов в долларах
## посчитайте сумму налога к выплате в рублях
## переведите значения списка в float и отдельно в Decimal
exchange_rate_rubles_in_dollars = 0.01
profit_tax_rate = 0.13

Примечание:

  • Cписок строк доходов в долларах вы можете скачать по ссылке.
  • Создайте списки из float и Decimal.
  • Для расчета суммы налога вам необходимо exchange_rate*tax_rate*sum(income)
Решение 
from decimal import Decimal
from income import income # предварительно скачайте файл income

# Исходные данные
exchange_rate_rubles_in_dollars = 0.01
profit_tax_rate = 0.13

## Создаем функцию расчета суммы налога
def tax_calculation(income_in_dollars, exchange_rate, tax_rate):
    return tax_rate * exchange_rate * sum(income_in_dollars)

## Генерируем списки из float и Decimal через списковое включение
f_income = [float(i) for i in income]
d_income = [Decimal(i) for i in income]

## Вызываем функцию tax_calculation для двух списоков
profit_tax_amount = tax_calculation(f_income, exchange_rate_rubles_in_dollars, profit_tax_rate)
print(f'Итоговая сумма налога {profit_tax_amount}')

d_profit_tax_amount = tax_calculation(d_income, Decimal(exchange_rate_rubles_in_dollars), Decimal(profit_tax_rate))
print(f'Ещё одная сумма налога {d_profit_tax_amount}')

Зачастую разница незаметна, но она есть!

print(f'Разница в одном таком расчёте: {d_profit_tax_amount - Decimal(profit_tax_amount)}')

Задача №2. Округления

Условие задачи

Внимательно прочтите условие задачи и скопируйте в среду разработки.

## В отчете значения доходов не могут выглядеть так
## 1.6559281935215...
## округлите полученные ранее значения до сотых для float и для Decimal.

Примечание:

  • Обратите внимание на остатки при суммировании.
  • Будут ли равны результаты суммировании?
Решение 
from decimal import Decimal
## используйте списки f_income и d_income из Задачи 1
## для округления используем функцию round

## округление для float
## могут возникать странные остатки при суммировании float
print([round(p, 2) for p in f_income][:3])
print(sum([round(p, 2) for p in f_income]))

## округление для Decimal
print([round(p, 2) for p in d_income][:3])
print(sum([round(p, 2) for p in d_income])) # результат суммирования

Округления round() и quantize() в Decimal

Вспомним пример округления.

print(round(3.5) - round(2.5) == 1)  # False

При арифметическом округлении в большую сторону округляются 5,6,7,8,9, в меньшую 1,2,3,4. Однако, в реальности мы работаем не со случайным набором чисел, а с конечным. Таким образом, выходит, что больше чисел округляется вверх. Случайная ошибка такого подхода при случайной выборке довольно высока. Решением является банковский метод округления числа к ближайшему четному числу. Данный метод реализован в Python 3.

Стандарт IEEE 754 описывает способы округления. В Decimal существует quantize(), который реализует следующие способы округления.

Название Обозначение
round-down усечение по направлению к нулю
round-half-up арифметическое округление
round-half-even банковское округление
round-ceiling округление к плюс-бесконечности
round-floor округление к минус-бесконечности

Примеры Decimal().quantize()

from decimal import Decimal, ROUND_HALF_EVEN, ROUND_HALF_UP, ROUND_FLOOR

## банковский метод округления
print(Decimal("10.025").quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_EVEN))

## арифметический метод округления
print(Decimal("10.025").quantize(Decimal("1.00"), ROUND_HALF_UP))

## округление вниз
print(Decimal("10.025").quantize(Decimal("1.00"), ROUND_FLOOR))

Промежуточные итоги

  • Python использует стандартную библиотеку модулей и пакетов, которая расширяет возможности языка.
  • Модуль decimal позволяет контролировать точность чисел с плавающей точкой.