پایتون (Python) یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین زبان‌های برنامه نویسی است. از مهمترین دلایل محبوبیت این زبان طیف گسترده‌ی کتابخانه‌های آن است که هم رایگان بوده و هم استفاده از آن‌ها آسان است. در این پست به بررسی و معرفی کتابخانه های پایتون و کاربرد آن‌ها می‌پردازیم.

کتابخانه های پایتون چیست؟

کتابخانه ها شامل ماژول‌ها، کلاس‌ها و روش‌های کاربردی هستند که در هنگام کدنویسی می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید. در واقع کتابخانه ها چند قطعه کد آماده هستند که استفاده از آن‌ها از نوشتن کدهای پیچیده و وقت‌گیر جلوگیری می‌کند. در سراسر یک برنامه می‌توانید چندین‌بار کتابخانه ها را فراخوانی کنید و به این صورت تمرکز خود را روی بخش‌های مهمتر برنامه بگذارید زیرا دیگر نیازی نیست کل برنامه را کدنویسی کنید. از آن‌جا که پایتون در زمینه‌های متنوعی کاربرد دارد، تقریبا برای هر هدفی کتابخانه در آن وجود دارد.

معرفی کتابخانه های پایتون و کاربرد آن ها

بیش از 137000 کتابخانه در پایتون وجود دارد که در این پست 15 تا از محبوب‌ترین‌های آن را به شما معرفی می‌کنیم و کاربرد آن‌ها را با هم بررسی می‌کنیم.

کتابخانه محبوب Request در پایتون

در این کتابخانه با استفاده از پروتکل‌های HTTP می‌توانید درخواست مورد نظر را ارسال و جواب آن را دریافت کنید. کتابخانه Requests پیچیدگی های متعدد ایجاد درخواست های HTTP را در یک API ساده خلاصه می‌کند تا توسعه دهندگان بتوانند بیشتر بر تعامل با سرویس‌ها تمرکز کنند. در واقع از Request برای برقراری ارتباط با اینترنت استفاده می‌شود.

کتابخانه Requests علاوه بر ارسال درخواست های HTTP به سرور، امکان افزودن فرم دیتا (Form Data)، محتوا، هدر (header)، فایل های چند قسمتی و… را نیز به توسعه دهندگان می‌دهد. هم‌چنین با استفاده از کتابخانه‌ی ریکوئست، دیگر نیازی به افزودن پرس و جو (Query) به URL یا کدگذاری فرم دیتای POST به صورت دستی ندارند.

کتابخانه‌ی Pillow برای کار با فایل‌های تصویری

Python Imaging Library یا PIL یک کتابخانه‌ی رایگان پایتون است که توانایی پردازش تصویر را به مفسر پایتون اضافه می‌کند. به زبان ساده، PIL امکان دستکاری، باز کردن و ذخیره فرمت‌های مختلف فایل‌های تصویری در پایتون را ایجاد می‌کند. Pillow که توسط الکس کلارک و سایر مشارکت کنندگان ایجاد شده است، شاخه ای از کتابخانه PIL است. علاوه بر ارائه‌ی قابلیت‌های پردازش تصویر قدرتمند، Pillow قابلیت نمایش داخلی موثر و پشتیبانی گسترده از فرمت فایل را نیز ارائه می‌دهد.

Tensor flow کتابخانه‌ای برای یادگیری ماشین و یادگیری عمیق

TensorFlow یکی دیگر از کتابخانه‌های منبع‌باز پایتون است که در ابتدا توسط محققان گوگل توسعه یافته است. فریم ورک (Framework) و معماری این کتابخانه بسیار انعطاف‌پذیر است و هم با CPU و هم GPU استفاده می‌شود اما برای استفاده از تمام توان TensorFlow، باید با یک TPU (واحد پردازش Tensor) کار کنید. از ابزارهای داخلی TensorFlow معمولا برای ساخت مدل‌های یادگیری ماشین (Machine Learning) و یادگیری عمیق (Deep Learning) در مدت زمان کمتر استفاده می‌شود اما در مباحث تجزیه و تحلیل و پیش‌بینی‌های آماری نیز کاربرد دارد. از کاربردهای تنسورفلو کمک به توسعه دهندگان مبتدی و حرفه‌ای برای ساخت شبکه‌های عصبی در یادگیری ماشین است. این کتابخانه به کامپیوترهای رومیزی محدود نمی شود و می‌توانید از آن در تلفن‌های هوشمند و سرورها نیز استفاده کنید.

Theano کتابخانه‌ی کار با عبارت‌های ریاضی

یک کتابخانه برای بهینه‌سازی کامپایلر برای ارزیابی و تسهیل در دستکاری عبارت‌های ریاضی از جمله آرایه‌های چندبعدی. هنگامی که Theano به جای CPU (واحد پردازش مرکزی) همراه با یک GPU (واحد پردازش گرافیکی، مانند کارت گرافیک) استفاده می‌شود، می‌تواند محاسبات فشرده‌ی خود را تا 140 برابر سریع‌تر انجام دهد. اکثر توسعه‌دهندگان از این کتابخانه در زمینه‌ی یادگیری ماشین (Machine Learning) و یادگیری عمیق (ِDeep Learning) استفاده می‌کنند.

کتابخانه‌ی Numpy برای کار با ماتریس‌ها و آرایه‌ها

NumPy یکی از بهترین ماژول‌های منبع‌باز (Open-source) پایتون برای محاسبات علمی و عددی و تجزیه و تحلیل داده‌ها و هم‌چنین پایه و اساس چند کتابخانه‌ی دیگر پایتون مانند SciPy و Sci-Kit Learn است.

کتابخانه‌ی NumPy اغلب برای عملیات ریاضی با ماتریس‌ها و آرایه‌ها استفاده می‌شود. به لطف محاسبات کارآمد و در عین حال سریع NumPy و همچنین پردازش آرایه‌های چند بعدی این کتابخانه منتخب بسیاری از دانشمندانی است که تجزیه و تحلیل داده‌ها را برای پروژه های AI (هوش مصنوعی) و ML (یادگیری ماشین) انجام می‌دهند.

Pandas، کتابخانه‌ی علوم داده

کتابخانه‌ی پانداس در علوم داده برای:

• انجام محاسبات آماری روی داده‌ها مانند محاسبه‌‌ی بزرگترین و کوچکترین مقدار، محاسبه‌ی میانگین و…؛
• بررسی نحوه‌ی توزیع داده‌ها در یک ستون؛
• بررسی وابستگی ستون‌ها؛
• پاک سازی داده‌ها مانند حذف ردیف‌هایی که مقادیر ناقص دارند یا حذف بخش‌های خالی، یا مرتب‌سازی و فیلتر ستون‌های خاص بر اساس شروط خاص.

استفاده می‌شود. در نهایت با همکاری و استفاده از ابزارهای کتابخانه‌ی matpolitlab (که در ادامه توضیح خواهیم داد) می‌توان برای نمایش یا اصطلاحاً بصری سازی (Visualization) این اطلاعات روی نمودارهای مختلف اقدام کرد.

رسم نمودارها و اجسام سه بعدی با Matplotlib

با استفاده از کتابخانه‌ی Matplotlib امکان ترسیم هر نوع نمودار دوبعدی و سه بعدی و حتی ساخت انیمیشن از ترسیمات در زبان پایتون عملی شده است. استفاده از این کتابخانه در کدنویسی نرم‌افزاری مانند سالیدورک (SolidWork) امکان طراحی اجسام سه بعدی بسیار پیچیده را به کاربران می‌دهد. این کتابخانه با استفاده از داده‌هایی که توسط کتابخانه‌های کار با داده در پایتون به دست آمده‌است به ترسیم اشکال و نمودارها می‌پردازد.

SciPy، کتابخانه‌ی پایه برای زبان برنامه نویسی

SciPy نیز یک کتابخانه‌ی رایگان و اپن سورس بر اساس NumPy است که نقش مهمی در مهندسی و تجزیه و تحلیل علمی و هم‌چنین برای محاسبات فنی و کار با مجموعه‌های بزرگی از داده‌ها و اطلاعات ایفا می‌کند، به همین دلیل است که به عنوان یک کتابخانه‌ی مهم در پایتون در نظر گرفته می‌شود. حتی برخی آن را یک کتابخانه‌ی پایه برای زبان برنامه نویسی می‌دانند.

Tkinter، کتابخانه‌ای برای ایجاد رابط گرافیکی

پایتون با استفاده از کتابخانه‌ی Tkinter یک راه سریع و آسان برای ایجاد برنامه‌های رابط کاربری گرافیکی ارائه می‌دهد. تیکینتر بیش از 15 نوع ابزارک یا ویجت (widget) از جمله دکمه‌ها، برچسب‌ها و جعبه‌های متن دارد که هر یک از آن‌ها به برخی از روش‌های مدیریت هندسه خاص دسترسی دارند و سازماندهی ویجت‌ها در سراسر ناحیه ویجت والد را انجام می‌دهند.

 KIVY زبان میانی برای توصیف تعاملات

توسعه دهندگان پایتون برای ساخت برنامه‌های تلفن همراه و نرم‌افزارهای کاربردی چندلمسی (Multi-tuch) با رابط کاربری طبیعی (NUI)، به کتابخانه‌ی Kivy متکی هستند. این کتابخانه‌ی پایتون رایگان و منبع‌باز (Open-source) بوده و تحت مجوز MIT روی لینوکس، ویندوز، اندروید، iOS و macOS اجرا می‌شود.

در واقع Kivy تکامل پروژه PyMT است. این پروژه شامل تمام عناصر لازم برای ساخت یک برنامه‌ی کاربردی چندلمسی بصری است، یعنی:

• کتابخانه گرافیکی؛
• طیف گسترده ای از ویجت ها با پشتیبانی چند لمسی؛
• زبان میانی (Kv)؛
• پشتیبانی گسترده ورودی.

Kv یا زبان Kivy یک زبان میانی است که به توصیف تعاملات و رابط کاربری اختصاص دارد و ایجاد یک رابط کاربری کامل و افزودن تعامل (ها) به آن را آسان می‌کند.

ترسیم نقشه‌های جغرافیایی با Geopy

GeoPy یکی از کتابخانه‌های کاربردی پایتون برای ترسیم نقشه‌های جغرافیایی است. واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API) بیشتر سرویس‌های ارائه دهنده‌ی خدمات جغرافیایی در این کتابخانه جمع‌آوری شده‌اند و با استفاده از آن می‌توان مختصات جغرافیایی یک نقطه (طول و عرض جغرافیایی)، آدرس کامل یا ارتفاع یک محل خاص را به دست آورد. این اطلاعات برای محاسبه‌ی فاصله‌ی بین دو نقطه یا کوتاه‌ترین فاصله بین آن‌ها و… مفید است.

Django، کتابخانه‌ی محبوب برای احراز هویت

اگر به دنبال ابزار یا روشی برای احراز هویت کاربر، مدیریت امن حساب‌های کاربری و رمزهای عبور، ایجاد پنل مدیریت برای وبسایت، فرم‌ها، راهی برای آپلود فایل‌ها، نقشه سایت و… در سایت خود هستید جنگو (Django) کتابخانه‌ای است که تمام این امور را انجام می‌دهد. این کتابخانه به دلیل سرعت و انعطاف بالا قابلیت کنترل سایت‌های با ترافیک سنگین را دارد و هم‌چنین از طریق سیستم داخلی بین‌الملی‌سازی، از توسعه وب‌سایت‌های چندزبانه پشتیبانی می‌کند. در این لینک چند سایت پر طرفدار که با کتابخانه‌ی جنگو پیاده‌سازی شده‌اند را معرفی کرده‌ایم.

OpenCV، کاربردی در پردازش تصویر

OpenCV یکی از کتابخانه‌های پایتون است که می‌تواند ورودی‌های مختلف را از تصاویر یا حتی ویدیوها دریافت و پردازش کند. هم‌چنین OpenCV می‌تواند چهره‌ها، دست‌خط‌ها و اشیا را شناسایی کند. در آموزش پردازش تصویر با پایتون (کتابخانه OpenCV) نحوه‌ی کار با این کتابخانه‌ی فوق‌العاده را به صورت رایگان از لیموناد بیاموزید.

با Docx مجموعه‌ای از فایل‌های ورد را ویرایش کنید

در اکثر کسب‌وکارها ممکن است نیاز داشته باشید اطلاعاتی را از یک منبع دریافت و در یک فایل ورد (Microsoft Word) ویرایش کنید یا اطلاعاتی از یک فایل ورد را در یک بانک اطلاعاتی وارد کنید. گاهی نیز ممکن است بخواهید یکسری دستکاری‌های خاص را روی مجموعه‌ای از اطلاعات در فایل‌های ورد اعمال کنید بدون اینکه بخواهید تک‌تک فایل‌ها را باز کنید. کتابخانه‌ی Docx در پایتون این امکان را برای شما فراهم می‌کند.

Python Telegram Bot برای ساخت ربات تلگرام

ربات‌های تلگرام برای اهداف مختلفی مانند پشتیبانی مشتریان، بازاریابی، دسترسی به متون و تصاویر و موزیک، خودکارسازی امور، سرگرمی و… ایجاد می‌شوند. در پایتون با استفاده از کتابخانه‌ی محبوب Python Telegram Bot می‌توانید اتصال با APIهای مختلف را برقرار و ربات تلگرام دلخواه خود را بسازید.

آشنایی با کتابخانه های پایتون و کاربرد آن‌ها این امکان را به شما می‌دهد که از این زبان استفاده‌ی بهینه‌تری داشته‌باشید و در زمان خود برای ایجاد نرم‌افزارها، اپلیکیشن‌ها، بازی‌های رایانه‌ای و… صرفه‌جویی کنید. کتابخانه‌ها شما را به یک توسعه‌دهنده (Developer) عالی تبدیل می‌کنند که می‌تواند از تمام پتانسیل زبان پایتون استفاده کند.