Le biblioteche

Ultimo aggiornamento il 2025-11-06 | Modifica questa pagina

Panoramica

Domande

  • Come si può utilizzare il software scritto da altri?
  • Come posso scoprire cosa fa questo software?

Obiettivi

  • Spiegare cosa sono le librerie software e perché i programmatori le creano e le usano.
  • Scrivere programmi che importano e utilizzano moduli della libreria standard di Python.
  • Trovare e leggere la documentazione della libreria standard in modo interattivo (nell’interprete) e online.

La maggior parte della potenza di un linguaggio di programmazione è nelle sue librerie.

  • Una libreria è una raccolta di file (chiamati moduli) che contiene funzioni utilizzabili da altri programmi.
    • Può contenere anche valori di dati (ad esempio, costanti numeriche) e altro.
    • I contenuti della libreria dovrebbero essere correlati, ma non c’è modo di farlo rispettare.
  • La libreria standard di Python è un’ampia suite di moduli fornita con Python stesso.
  • Molte altre librerie sono disponibili su PyPI (l’indice dei pacchetti Python).
  • Vedremo più avanti come scrivere nuove librerie.
Richiamo

Librerie e moduli

Una libreria è un insieme di moduli, ma i termini sono spesso usati in modo intercambiabile, soprattutto perché molte librerie sono costituite da un solo modulo, quindi non preoccupatevi se li mischiate.

Un programma deve importare un modulo di libreria prima di utilizzarlo.

  • Usare import per caricare un modulo di libreria nella memoria di un programma.
  • Quindi fare riferimento agli elementi del modulo come module_name.thing_name.
    • Python usa . per indicare “parte di”.
  • Utilizzo di math, uno dei moduli della libreria standard:

PYTHON 

import math

print('pi is', math.pi)
print('cos(pi) is', math.cos(math.pi))

OUTPUT 

pi is 3.141592653589793
cos(pi) is -1.0
  • Bisogna fare riferimento a ogni elemento con il nome del modulo.
    • math.cos(pi) non funziona: il riferimento a pi non “eredita” in qualche modo il riferimento della funzione a math.

Usare help per conoscere il contenuto di un modulo di libreria.

  • funziona come l’aiuto per una funzione.

PYTHON 

help(math)

OUTPUT 

Help on module math:

NAME
    math

MODULE REFERENCE
    http://docs.python.org/3/library/math

    The following documentation is automatically generated from the Python
    source files.  It may be incomplete, incorrect or include features that
    are considered implementation detail and may vary between Python
    implementations.  When in doubt, consult the module reference at the
    location listed above.

DESCRIPTION
    This module is always available.  It provides access to the
    mathematical functions defined by the C standard.

FUNCTIONS
    acos(x, /)
        Return the arc cosine (measured in radians) of x.
⋮ ⋮ ⋮

Importare elementi specifici da un modulo di libreria per abbreviare i programmi.

  • Usare from ... import ... per caricare solo elementi specifici da un modulo di libreria.
  • quindi fare riferimento ad essi direttamente senza il nome della libreria come prefisso.

PYTHON 

from math import cos, pi

print('cos(pi) is', cos(pi))

OUTPUT 

cos(pi) is -1.0

Creare un alias per un modulo di libreria quando lo si importa per accorciare i programmi.

  • Usare import ... as ... per dare a una libreria un breve alias durante l’importazione.
  • Quindi fare riferimento agli elementi della libreria usando questo nome abbreviato.

PYTHON 

import math as m

print('cos(pi) is', m.cos(m.pi))

OUTPUT 

cos(pi) is -1.0
  • comunemente usato per le librerie usate di frequente o con nomi lunghi.
    • Ad esempio, la libreria per grafici matplotlib è spesso indicata con l’alias mpl.
  • Ma può rendere i programmi più difficili da capire, poiché i lettori devono imparare gli alias del programma.
Sfida

Esplorazione del modulo math

  1. Quale funzione del modulo math si può usare per calcolare una radice quadrata senza usare sqrt?
  2. Poiché la libreria contiene questa funzione, perché esiste sqrt?

  1. Usando help(math) vediamo che abbiamo pow(x,y) in aggiunta a sqrt(x), quindi potremmo usare pow(x, 0.5) per trovare una radice quadrata.

  2. La funzione sqrt(x) è probabilmente più leggibile di pow(x, 0.5) nell’implementazione delle equazioni. La leggibilità è una pietra miliare della buona programmazione, quindi ha senso fornire una funzione speciale per questo specifico caso comune.

Inoltre, il design della libreria math di Python ha origine nello standard C, che include sia sqrt(x) che pow(x,y), quindi un po’ di storia della programmazione si ritrova nei nomi delle funzioni di Python.

Sfida

Individuazione del modulo giusto

Si vuole selezionare un carattere casuale da una stringa:

PYTHON 

bases = 'ACTTGCTTGAC'
  1. Quale modulo della libreria standard potrebbe aiutarvi?
  2. Quale funzione scegliereste da quel modulo? Ci sono alternative?
  3. Provate a scrivere un programma che utilizzi la funzione.

Il modulo random sembra essere utile.

La stringa ha 11 caratteri, ognuno dei quali ha un indice posizionale da 0 a 10. Si possono usare le funzioni random.randrange o random.randint per ottenere un numero intero casuale compreso tra 0 e 10, e poi selezionare il carattere bases a quell’indice:

PYTHON 

from random import randrange

random_index = randrange(len(bases))
print(bases[random_index])

o in modo più compatto:

PYTHON 

from random import randrange

print(bases[randrange(len(bases))])

Forse avete trovato la funzione random.sample? Consente di risparmiare di digitare troppo, ma potrebbe essere un po’ più difficile da capire leggendo:

PYTHON 

from random import sample

print(sample(bases, 1)[0])

Si noti che questa funzione restituisce un elenco di valori. Impareremo a conoscere gli elenchi in [episodio 11] (11-lists.md).

La soluzione più semplice e breve è la funzione random.choice che fa esattamente quello che vogliamo:

PYTHON 

from random import choice

print(choice(bases))
Sfida

Jigsaw Puzzle (problema di Parson)

Riorganizzare le seguenti istruzioni in modo da stampare una base di DNA casuale e il suo indice nella stringa. Non tutte le istruzioni sono necessarie. Sentitevi liberi di usare/aggiungere variabili intermedie.

PYTHON 

bases="ACTTGCTTGAC"
import math
import random
___ = random.randrange(n_bases)
___ = len(bases)
print("random base ", bases[___], "base index", ___)

PYTHON 

import math 
import random
bases = "ACTTGCTTGAC" 
n_bases = len(bases)
idx = random.randrange(n_bases)
print("random base", bases[idx], "base index", idx)
Sfida

Quando è disponibile l’aiuto?

Quando un vostro collega digita help(math), Python segnala un errore:

ERRORE 

NameError: name 'math' is not defined

Cosa ha dimenticato di fare?

Importazione del modulo matematico (import math)

Sfida

Importazione con gli alias

  1. Riempire gli spazi vuoti in modo che il programma sottostante stampi 90.0.
  2. Riscrivere il programma in modo che usi import senza as.
  3. Quale forma trovate più facile da leggere?

PYTHON 

import math as m
angle = ____.degrees(____.pi / 2)
print(____)

PYTHON 

import math as m
angle = m.degrees(m.pi / 2)
print(angle)

può essere scritto come

PYTHON 

import math
angle = math.degrees(math.pi / 2)
print(angle)

Dal momento che avete appena scritto il codice e avete familiarità con esso, potreste trovare la prima versione più facile da leggere. Ma quando si cerca di leggere un molte righe di codice, scritte da qualcun altro, o quando si rivede dopo diversi mesi, i nomi non abbreviati sono spesso più facili, a meno che non ci siano chiare convenzioni di abbreviazione.

Sfida

Ci sono molti modi per importare le librerie!

Abbinare le seguenti istruzioni di stampa alle chiamate di libreria appropriate.

Comandi di stampa:

  1. print("sin(pi/2) =", sin(pi/2))
  2. print("sin(pi/2) =", m.sin(m.pi/2))
  3. print("sin(pi/2) =", math.sin(math.pi/2))

Chiamate di libreria:

  1. from math import sin, pi
  2. import math
  3. import math as m
  4. from math import *
  1. Chiamate di libreria 1 e 4. Per fare riferimento direttamente a sin e pi senza il nome della libreria come prefisso, è necessario usare l’istruzione from ... import .... Mentre la chiamata di libreria 1 importa specificamente le due funzioni sin e pi, la chiamata di libreria 4 importa tutte le funzioni del modulo math.
  2. Chiamata alla libreria 3. In questo caso, sin e pi sono indicati con il nome abbreviato di libreria m invece di math. La chiamata di libreria 3 fa esattamente questo usando la sintassi import ... as ...: crea un alias per math sotto forma di nome abbreviato m.
  3. Chiamata di libreria 2. Qui sin e pi sono indicati con il normale nome di libreria math, quindi è sufficiente la normale chiamata import ....

Nota: sebbene la chiamata di libreria 4 funzioni, importare tutti i nomi da un modulo usando un’importazione con caratteri jolly è sconsigliato, in quanto rende poco chiaro quali nomi del modulo sono usati nel codice. In generale, è meglio rendere le importazioni il più specifiche possibile e importare solo ciò che il codice utilizza. Nella chiamata di libreria 1, la dichiarazione import ci dice esplicitamente che la funzione sin è importata dal modulo math, ma la chiamata di libreria 4 non fornisce questa informazione.

Sfida

Importazione di elementi specifici

  1. Riempire gli spazi vuoti in modo che il programma sottostante stampi 90.0.
  2. Trovate quale version è più facile da leggere rispetto alle precedenti.
  3. Perché i programmatori non dovrebbero usare sempre questa forma di import?

PYTHON 

____ math import ____, ____
angle = degrees(pi / 2)
print(angle)

PYTHON 

from math import degrees, pi
angle = degrees(pi / 2)
print(angle)

Molto probabilmente questa versione è più facile da leggere, perché è meno densa. La ragione principale per non usare questa forma di importazione è quella di evitare scontri di nomi. Per esempio, non si importerebbe degrees in questo modo se si volesse usare anche il nome degrees per una propria variabile o funzione. O se si importasse anche una funzione chiamata degrees da un’altra libreria.

Sfida

Lettura dei messaggi di errore

  1. Leggete il codice qui sotto e cercate di identificare gli errori senza eseguirlo.
  2. Eseguite il codice e leggete il messaggio di errore. Di che tipo di errore si tratta?

PYTHON 

from math import log
log(0)

OUTPUT 

---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-1-d72e1d780bab> in <module>
      1 from math import log
----> 2 log(0)

ValueError: math domain error
  1. Il logaritmo di x è definito solo per x > 0, quindi 0 è fuori dal dominio della funzione.
  2. Si ottiene un errore del tipo ValueError, che indica che la funzione ha ricevuto un valore di argomento inappropriato. Il messaggio aggiuntivo “errore del dominio matematico” chiarisce il problema.
Punti Chiave
  • La maggior parte della potenza di un linguaggio di programmazione è nelle sue librerie.
  • Un programma deve importare un modulo di una libreria per poterlo utilizzare.
  • Usare help per conoscere il contenuto di un modulo di libreria.
  • Importazione di elementi specifici da una libreria per abbreviare i programmi.
  • Creare un alias per una libreria quando la si importa per abbreviare i programmi.