شاید از علل محبوبیت برنامه نویسی با پایتون، کتابخانه‌های متنوع آن باشد که در این مقاله قصد داریم به آنها بپردازیم و برخی از کتابخانه های پایتون را بیشتر بررسی کنیم.
کتابخانه در پایتون به چه معناست؟
کتابخانه در پایتون مجموعهای از ماژول (Module)ها یا پکیج (Package)های مرتبط است. ماژولها و پکیجها هم خود مجموعهای از کدهای ذخیرهشده هستند که دیگران آنها را نوشتهاند و برنامه نویس میتواند بنا به کاربرد آنها و نیاز خودش، از آنها استفاده کند. ماژول و کتابخانه در پایتون کارکرد بسیار مهمی دارند و کدهای مرتبط را یکجا گرد هم میآورند. ماژول‌های پایتون را معمولا در قالب فایلی با فرمت py. ذخیره میکنند.
در ادامه برخی از کتابخانه های مهم پایتون را بررسی می‌کنیم.
کتابخانه های مهم پایتون
پایتون از کتابخانه های متنوعی برخوردار است، اما شاید مهترین کتابخانه های پایتون را در حوزه علم داده توسعه داده باشند. برخی از کتابخانه های عالی پایتون برای مبتدیان عبارتند از:
- کتابخانه Random در پایتون: برای تولید اعداد تصادفی بهره می‌گیریم.
- کتابخانه Math در پایتون: نماینده بسیاری از توابع مهم ریاضی مثل سینوس (sin)، کسینوس (cos)، جذر اعداد (sqrt) و... است.
- کتابخانه Datetime در پایتون: از این کتابخانه پایتون برای کار کردن با تاریخ و ساعت استفاده می‌کنیم.
- کتابخانه Pandas در پایتون: را برای دستکاری داده ها توسعه داده‌اند، زیرا به کاربر اجازه خوانش و تغییر داده ها را می‌دهد.
- کتابخانه NumPy در پایتون:عملکرد خوبی در محاسبات سریع دارد. Pandas برای برخی از محاسبات خود در واقع از NumPy بهره می‌گیرد.
- کتابخانه Scikit-Learn در پایتون: در زمینه یادگیری ماشین کاربرد زیادی دارد و حاوی تمام الگوریتم های لازم برای پیاده‌سازی رگرسیون، طبقه‌بندی و یادگیری بدون نظارت است.
- کتابخانه Matplotlib و Seaborn در پایتون: برای مصورسازی داده ها استفاده میکنند و هر دو در این راستا کارآمد هستند.
دوره برنامه نویسی پایتون
نمونه فیلم‌هایی از جلسات برنامه نویسی پایتون
مهمترین کتابخانه های پایتون برای علم داده
در ادامه چون کتابخانه های پایتون در زمینه علم داده بیشتر از همه موارد شهرت یافته‌اند، مهمترین آنها یعنی NumPy و Pandas را بیشتر بررسی می‌کنیم.
NumPy و تسریع فرایندهای مبتنی بر آرایه
NumPy را اساسا برای کار با آرایه (Array)ها نوشتهاند. آرایه‌ها را اغلب در علم داده استفاده میکنند، یعنی جایی که سرعت و منابع بسیار پراهمیت است. البته NumPy توابعی هم برای کار در حوزه جبر خطی، تبدیل فوریه و ماتریس‌ها دارد. NumPy را Travis Oliphant در سال 2005 ایجاد کرد که پروژه‌ای است و میتوان آزادانه از آن بهره برد. NumPy مخفف Numerical Python است. هدف از NumPy، حصول شی مبتنی بر آرایه است که تا 50 برابر سریعتر از لیست (List)های سنتی پایتون باشد. شی آرایه در NumPy را به نام ndarray می‌شناسند. این کتابخانه از توابع زیادی پشتیبانی می‌کند که کار با ndarray را بسیار آسان می‌سازد.
تسهیل تجزیه و تحلیل داده با Pandas
Pandas یکی از کتابخانه های پایتون برای تجزیه و تحلیل داده های متن باز (Open Source) است و به ما این امکان را می‌دهد که داده های بزرگ را تجزیه و تحلیل و بر اساس تئوری‌های آماری نتیجه‌گیری کنیم. با استفاده از Pandas میتوان مجموعه داده‌های نامرتب را تمیز و آنها را خوانا و مرتبط کرد. مثلا یکی از کارایی‌های مهم Pandas در این است که میتواند ردیف داده های نامرتبط یا خالی (null) را حذف و پاکسازی داده ها را تسهیل کند.
کتابخانه TensorFlow در پایتون
کتابخانه TensorFlow را گوگل با همکاری Brain Team توسعه داد. اگر در زمینه یادگیری ماشین مطالعاتی داشته‌اید، قطعاً نام TensorFlow به گوشتان خورده است. این پروژه متن باز کار با شبکه های عصبی و تانسورها را راحت‌تر و داده ها را در ماتریس‌های n-بعدی ذخیره و پردازش می‌گذارد.
کتابخانه SciPy در پایتون
SciPy کتابخانه‌ای برای یادگیری ماشین، مخصوص مهندسان نرم افزار و توسعه‌دهندگان است و ماژول‌های جامعی برای بهینه‌سازی، جبر خطی، انتگرال و آمار دارد. بنابراین روشن است که بیشترین کاربردش در زمینه ریاضیات و معادلات مربوط به آن باشد. ساختمان داده اصلی SciPy مبتنی بر آرایه‌های NumPy است.
کتابخانه PyTorch در پایتون
PyTorch را در اصل Meta AI توسعه داد و در حال حاضر، پروژه‌ای متن باز و بخشی از بنیاد لینوکس است. این کتابخانه پایتون در حوزههای بینایی ماشین (Computer Vision) و پردازش زبان طبیعی (Natural Language Processing) کاربرد زیادی دارد و در این زمینه محبوب است.
کتابخانه Theano در پایتون
این کتابخانه را در اصل برای یادگیری ماشین توسعه داده‌اند، چراکه از پس محاسبات عددی، بهینه‌سازی و محاسبات مبتنی بر ماتریکس به‌خوبی برمی‌آید، بنابراین برای ساخت مدل‌های یادگیری عمیق و به‌کارگیری الگوریتم‌های پیچیده شبکه عصبی، کتابخانه مناسبی است. Theano و NumPy می‌توانند مکمل یکدیگر باشند، ضمن اینکه قدرت پردازش Theano را میتوان از GPU گرفت، در نتیجه سرعت محاسبات داده های سنگین را تا 140 برابر افزایش می‌دهد.
نمونه فیلم‌های دوره‌های مهارتی
کتابخانه Keras در پایتون
Keras، کتابخانه‌ای متن باز (Open Source) در پایتون و هدفش تسهیل کار با شبکه های عصبی در مدل‌های مرتبط با یادگیری ماشین و یادگیری عمیق است. این کتابخانه میتواند عملیاتش را مبتنی بر Theano و TensorFlow انجام دهد، بنابراین ایجاد و پردازش شبکه‌های عصبی را با کد زدن کمتری به‌دست می‌دهد. CPU و GPU، هر دو می‌توانند پردازش عملیات Keras را در دست بگیرند، ضمناً گستره انواع داده‌ها در Keras بسیار زیاد است.
دوره‌های مهارتی رشته کامپیوتر
جمع بندی
طبقه‌بندی و گردآوری بخش‌های مختلف کد و برنامه در برنامه نویسی امر مهمی است که به‌واسطه ماژولها، پکیجها و کتابخانهها انجام می‌شود. پایتون هم بهعنوان یکی از محبوب ترین زبان های برنامه نویسی دنیای امروز، از کتابخانه‌های مختلفی بهره می‌برد که در زمینه‌های مختلف به کمک‌مان می‌آیند و بار زیادی از دوش‌مان برمی‌دارند. در این مطلب کوشیدیم به کلیات کتابخانه های پایتون بپردازیم و برخی از مهمترین آنها را شرح دهیم.
کتابخانه در پایتون چیست؟
ماژولها و پکیجها مجموعهای از کدهای ذخیرهشده هستند که دیگران نوشتهاند و برنامه نویس میتواند بسته به کاربرد آنها و نیاز خودش، از آنها استفاده کند. کتابخانه در پایتون مجموعهای از ماژول (Module)ها یا پکیج (Package)های مرتبط است. ماژول و کتابخانه در پایتون کارکرد بسیار مهمی دارند و کدهای مرتبط را یکجا گرد هم میآورند. ماژول های پایتون را معمولا در قالب فایلی با فرمت .py ذخیره میکنند.
مهمترین کتابخانه های پایتون کداماند؟
زبان برنامه نویسی پایتون در حوزههای متفاوتی کاربرد دارد، کتابخانهها را هم بسته به کاربرد، برای حوزههای مختلفی نوشتهاند و توسعه دادهان، اما شاید مهمترین کاربرد پایتون در حوزه علم داده باشد، بنابراین میتوان کتابخانههایی نظیر NumPy ،Pandas ،Scikit-learn ،PyTorch ،Scipy و... را بهعنوان مهم ترین کتابخانه های پایتون برشمرد.
