Day 30：模块和库的导入

一、Python库的分类与选择

在开始学习导入之前，我们先了解一下Python生态中的主要库类型：

类别	典型库	解决的问题	学习门槛
基础工具	os、sys、json	操作系统交互、序列化数据（如读写 JSON 文件）	低
科学计算	numpy、scipy	数值计算、线性代数、信号处理	中
数据分析	pandas、matplotlib	数据清洗、转换、可视化（如绘制折线图、柱状图）	中
Web 开发	Django、Flask	快速搭建 Web 应用（如网站后台、API 接口）	中高
机器学习	scikit-learn、TensorFlow	机器学习算法（分类、回归、深度学习）	高
自动化脚本	pyautogui、pytest	自动化测试、桌面操作自动化（如模拟鼠标键盘操作）	低
网络爬虫	requests、Scrapy	从网页提取数据（需注意反爬机制和法律合规）	中

核心原则：按需学习，用到什么学什么库即可。

二、导入官方库的三种方式

2.1 标准导入：导入整个库

这是最基本也是最常见的导入方式，使用import语句导入整个模块。

# 方式1：导入整个模块
import mathprint("方式1：使用 import math")
print(f"圆周率π的值：{math.pi}")
print(f"2的平方根：{math.sqrt(2)}")

特点：

• 需要使用库名.函数名的方式调用
• 命名空间清晰，不会造成污染
• 适合需要使用库中多个功能的场景

2.2 从库中导入特定项

当只需要使用库中的特定函数或变量时，可以使用from...import语法。

# 方式2：导入特定的函数或变量
from math import pi, sqrtprint("方式2：使用 from math import pi, sqrt")
print(f"圆周率π的值：{pi}")
print(f"2的平方根：{sqrt(2)}")

特点：

• 可以直接使用函数名，无需前缀
• 节省内存，只导入需要的部分
• 适合大型库如sklearn：from sklearn.model_selection import train_test_split

2.3 导入库中所有内容（不推荐）

使用from...import *可以导入库中所有公开的函数和变量。

from math import *print(f"圆周率π的值：{pi}")
print(f"2的平方根：{sqrt(2)}")

注意事项：

• 命名空间污染：可能与其他库的函数名冲突
• 可维护性差：难以判断函数来源
• 一般不推荐使用，除非在交互式环境中快速测试

三、模块与包的概念

3.1 基本定义

模块（Module）

• 本质：以.py结尾的单个文件，包含Python代码（函数、类、变量等）
• 作用：将代码拆分到不同文件中，避免代码冗余，方便复用和维护

包（Package）

• 本质：有层次的文件目录结构（即文件夹），用于组织多个模块和子包
• 核心特征：包的根目录下必须包含一个__init__.py文件（可以为空），用于标识该目录是一个包
• 注意：在Python中，包就是库

3.2 实际案例

让我们通过一个计算圆面积的例子来理解模块的使用：

创建模块文件 circle.py：

# circle.py
import mathdef calculate_area(radius):return math.pi * radius ** 2

四、不同目录结构下的导入方式

理解Python的导入机制核心在于：找到根目录。IDE通常会将项目文件夹设为根目录，Python从这个根目录开始查找模块。

4.1 场景1：同一目录下的导入

目录结构：

项目根目录/
├── main.py
└── circle.py

main.py 内容：

# main.py
from circle import calculate_area
# 或者: import circle (然后用 circle.calculate_area)radius = 5
area = calculate_area(radius)
print(f"半径为 {radius} 的圆，面积是: {area}")

运行方式：

python main.py

4.2 场景2：子目录中的导入

目录结构：

项目根目录/
└── model/├── __init__.py   (推荐添加)├── main.py└── circle.py

model/main.py 内容：

# model/main.py
from circle import calculate_arearadius = 5
area = calculate_area(radius)
print(f"半径为 {radius} 的圆，面积是: {area}")

运行方式：

# 方式1：
python model/main.py# 方式2：
cd model
python main.py

4.3 场景3：跨目录导入

目录结构：

项目根目录/
├── main.py
└── model/├── __init__.py   (必需添加)└── circle.py

main.py 内容：

# main.py
from model.circle import calculate_area
# 或者: from model import circle (然后用 circle.calculate_area)radius = 5
area = calculate_area(radius)
print(f"半径为 {radius} 的圆，面积是: {area}")

运行方式：

python main.py

4.4 场景4：复杂目录结构

目录结构：

项目根目录/
├── circle2.py
├── utils/
│   ├── __init__.py
│   └── circle.py
└── model/└── main.py

运行方式：

python -m model.main

注意：使用python -m model.main而不是python model/main.py，因为前者会将当前目录添加到sys.path的开头。

五、源代码查看与文档学习

5.1 纯Python库

对于纯Python编写的库，可以通过以下方式查看源代码：

• 在IDE中按住Ctrl点击函数名
• 使用调试器逐步查看函数内部实现

5.2 C++编写的库（如OpenCV）

许多高性能库（如OpenCV、NumPy等）的核心是用C++编写的：

特点：

• 二进制文件：预先编译好的机器语言，无法直接查看源代码
• 接口封装：Python中只能看到函数接口，不能看到实现细节
• 性能优势：C++实现提供更好的性能
• 知识产权保护：二进制形式保护了源代码

学习策略：

• 查看官方文档：这是最重要的学习资源
• GitHub仓库：查看开源库的C++源代码
• API说明书：理解函数参数和返回值

六、知识点回顾

6.1 导入官方库的三种方式

1. 标准导入：import math - 导入整个库，使用时需加前缀
2. 特定导入：from math import pi, sqrt - 只导入需要的部分
3. 全部导入：from math import * - 导入所有内容（不推荐）

6.2 导入自定义库/模块的方式

• 同目录：直接import 模块名
• 子目录：需要__init__.py文件，使用包路径导入
• 跨目录：使用完整的包路径，如from model.circle import function

6.3 导入的核心逻辑

• 根目录识别：Python从项目根目录开始查找模块
• 路径问题：注意Python解释器的工作目录与终端目录可能不一致
• 运行方式：选择合适的运行命令（python file.py vs python -m module.main）

@浙大疏锦行