آشنایی با محبوب‌ترین و پرکاربردترین کتابخانه‌های پایتون

1. کتابخانه pandas

پانداس (pandas) یک کتابخانه متن باز و قدرتمند است که برای تحلیل داده‌ها و انجام عملیات مربوط به داده‌های ساختار یافته استفاده می‌شود. pandas از عبارت "Panel Data" الهام گرفته شده است که به داده‌هایی با ساختار چند بعدی اشاره دارد. از پانداس می‌توان برای خواندن، نوشتن، تحلیل و تبدیل داده‌های ساختار یافته مانند جداول داده (DataFrames) و سری‌های زمانی (Time Series) استفاده کرد.

DataFrame یکی از مولفه‌های کلیدی پانداس است که امکان ساخت و مدیریت جداول داده را فراهم می‌کند. DataFrame متشکل از ستون‌ها و ردیف‌ها است و امکان دسترسی، تحلیل و تغییرات را در داده‌ها فراهم می‌کند. پانداس شامل مجموعه‌ای از عملیات تحلیلی است که بر روی داده‌ها قابل اعمال است. این عملیات شامل محاسبه میانگین، جمع، حاصل‌ضرب، مرتب‌سازی، فیلترکردن، تجمیع، گروه‌بندی و دیگر عملیات مرتبط با تحلیل داده‌ها است. پانداس قابلیت‌های بسیار قوی برای کار با داده‌های زمانی را فراهم می‌کند که شامل تبدیل و آنالیز سری‌های زمانی، مدیریت دوره‌های زمانی، ترکیب و تجزیه‌ داده‌های زمانی و بسیاری از عملیات مرتبط با زمان است. جالب آن‌که پانداس از نوع داده‌های متنوعی مثل اعداد صحیح، اعداد اعشاری، رشته‌ها، تاریخ‌ها و زمان‌ها، داده‌های بولی و غیره پشتیبانی می‌کند و امکاناتی برای مدیریت و پردازش داده‌های ناقص فراهم می‌کند که شامل تشخیص و حذف داده‌های از دست رفته، جایگزینی داده‌های ناقص و پر کردن داده‌های خالی با مقادیر مناسب است.

2. کتابخانه OpenCV

کتابخانه OpenCV سرنام (Open Source Computer Vision Library) یک کتابخانه متن باز است که در زمینه بینایی ماشین و پردازش تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کتابخانه به زبان برنامه‌نویسی سی‌پلاس‌پلاس نوشته شده است، اما رابط برنامه‌نویسی (API) برای زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر مانند پایتون نیز در دسترس است. OpenCV ابزارها و توابعی را برای پردازش تصاویر، تشخیص الگو، استخراج ویژگی‌ها، تشخیص چهره، تشخیص اجسام، افزودن افکت‌ها و تصویربرداری در زمان واقعی فراهم می‌کند. این کتابخانه در بسیاری از حوزه‌های بینایی ماشین مورد استفاده قرار می‌گیرد که از آن جمله باید به رباتیک، شناسایی الگو، تشخیص حرکت، تحلیل تصویر پزشکی و بسیاری دیگر از برنامه‌ها اشاره کرد. توسعه‌دهندگام می‌توانند از ابزارها و توابع OpenCV برای پردازش تصاویر استفاده کنند. شما می‌توانید تصاویر را بارگیری، ذخیره، تغییر اندازه، تغییر رنگ، تبدیل فضای رنگی، فیلترگذاری کرده و تغییرات مختلفی روی تصاویر اعمال کنید. همچنین، OpenCV قابلیت تشخیص الگو و ویژگی‌ها را فراهم می‌کند. شما می‌توانید الگوهای خاص را در تصاویر جستجو کرده، ویژگی‌های مشخصه را استخراج کنید و با استفاده از روش‌های تطبیق الگو، الگوهای مشابه را در تصاویر پیدا کنید. جالب است بدانید که OpenCV ابزارها و توابعی را برای تشخیص چهره در تصاویر و ویدئوها فراهم می‌کند. شما می‌توانید چهره‌ها را تشخیص داده، ویژگی‌های چهره را استخراج کنید و اقداماتی مانند تشخیص لبخند را انجام دهید. یکی دیگر از قابلیت‌های کاربردی OpenCV ارائه ابزارها و توابعی است که برای تشخیص اجسام در تصاویر و ویدئوها استفاده می‌شوند. شما می‌توانید اجسام را تشخیص داده، موقعیت مکانی آنها را مشخص کنید، مرزهای آنها را تشخیص دهید و عملیاتی مانند ردیابی اجسام را انجام دهید.

3. کتابخانه Scrapy

Scrapy یکی از قدرتمندترین و محبوب‌ترین کتابخانه‌ها برای برنامه‌نویسی در زمینه استخراج اطلاعات از وب (Web scraping) است. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید به طور خودکار و به شکل مستمر و‌بسایت‌ها را بررسی کرده، داده‌ها و اطلاعات مورد نیاز خود را از آن‌ها استخراج کنید. Scrapy یک چارچوب کامل برای توسعه خزنده‌های وب (web crawlers) و اسکرپرها (scrapers) است. برخلاف روش‌های رایج مثل مورد استفاده در کتاب‌خانه‌هایی مثل (request) و بازیابی اطلاعات از صفحات وب، Scrapy امکانات بسیاری را برای مدیریت و کنترل بر فرآیند استخراج داده فراهم می‌کند. به طور مثال، این کتابخانه از مدل‌سازی ساختار وب‌سایت با استفاده از قالب‌های اعلان (XPath یا CSS) پشتیبانی می‌کند، به طوری که می‌توانید ساختار صفحات وب‌سایت‌ها را به‌صورت سلسله مراتبی مدل‌سازی کنید و به طور دقیق به اجزای مختلف صفحات دسترسی پیدا کنید. همچنین، قابلیت کاوش و استخراج موازی را در اختیارتان قرار می‌دهد. Scrapy اجازه می‌دهد برنامه‌های شما بر روی چند صفحه وب به صورت موازی کار کنند که عملکرد و سرعت استخراج داده را بهبود می‌بخشد. شما می‌توانید قوانین خاصی را برای استخراج داده‌ها تعریف کنید، مانند محدودیت‌های دسترسی، تنظیمات زمانبندی، قوانین پیروی از robots.txt و غیره. یکی دیگر از قابلیت‌های خوبی که این کتابخانه در اختیارتان قرار می‌دهد، پردازش و فیلترکردن داده‌ها است. ا استفاده از قابلیت‌های Scrapy می‌توانید داده‌های استخراج شده را پالایش، فیلتر و به‌صورت ساختارمند ذخیره‌سازی کنید.

4. کتابخانه Asyncio

کتابخانه asyncio در زمینه برنامه‌نویسی همروند و غیرهمزمان (concurrent and asynchronous programming) استفاده می‌شود. asyncio امکان برنامه‌نویسی مبتنی بر رویداد (event-based) و فراخوانی‌های غیر همزمان (asynchronous calls) را ارائه می‌کند. به طور مثال، به توسعه‌دهندگان اجازه کار با رویدادها و فراخوانی‌های غیر همزمان را می‌دهد. به طوری که بتوانند از الگوی برنامه‌نویسی غیر همزمان استفاده ‌کنند و با استفاده از کلیدواژه async و await امکان ایجاد توالی‌های غیر همزمان را در برنامه‌های کاربردی به وجود آورند. این قابلیت به شما امکان می‌دهد عملیات‌های طولانی‌مدت را بدون مسدود شدن ریسمان اجرای اصلی انجام دهید. asyncio به طور خاص برای برنامه‌نویسی شبکه‌محور مانند سرورهای شبکه، کلاینت‌های شبکه و پروتکل‌های شبکه مانند HTTP و WebSocket مناسب است. با استفاده از asyncio می‌توانید برنامه‌های شبکه خود را به صورت همروند و ناهمزمان پیاده‌سازی کنید. همچننی، امکان انجام وظایف به شکل موازی را فراهم می‌کند. به بیان دقیق‌تر، asyncio امکان اجرای وظایف موازی را با استفاده از ریسمان‌ها (threads) یا فرآیندها (processes) فراهم می‌کند که باعث می‌شود برنامه‌های شما بتوانند از طریق اجرای همروند و موازی وظایف، عملکرد بهتری داشته باشند. یکی دیگر از قابلیت‌های کلیدی کتابخانه فوق پشتیبانی از کتابخانه‌های مختلفی مثل aiohttp (برای برنامه‌نویسی شبکه)، aiomysql (برای دسترسی به پایگاه داده MySQL) و asyncio_redis (برای کار با Redis) است که امکان استفاده همزمان از آن‌ها را فراهم می‌کند.

مطلب پیشنهادی

برای آن‌ها که از برنامه‌نویسی هیچ نمی‌دانند (و می‌دانند)

شبکه منتشر کرد: کتاب الکترونیکی دوره مقدماتی آموزش پایتون

5. کتابخانه Tkinter

Tkinter از استاندارد پایتون است که برای توسعه برنامه‌های رابط کاربر گرافیکی (GUI) استفاده می‌شود. Tkinter مخفف "Tk interface" به معنای رابط Tk است. Tkinter بر پایه کتابخانه Tcl/Tk توسعه داده شده است که یک کتابخانه قدرتمند برای ساخت برنامه‌های GUI است. با استفاده از Tkinter، شما می‌توانید پنجره‌ها، دکمه‌ها، فرم‌ها، منوها و عناصر دیگر رابط کاربری را ایجاد و کنترل کنید. توسعه دهندگان می‌توانند برنامه‌های کاربردی چندسکویی، ابزارهای مدیریت داده و برنامه‌های دسکتاپ را با استفاده از Tkinter ایجاد کنند.

6. کتابخانه aiohttp

کتابخانه aiohttp برای توسعه برنامه‌های شبکه و وب استفاده می‌شود. aiohttp مخفف "Asynchronous HTTP" به این معنی که این کتابخانه اجازه می‌دهد عملیات شبکه را به صورت غیر همزمان و همروند انجام دهید. یکی از ویژکی‌های شاخص کتابخانه فوق، پشتیبانی از الگوی برنامه‌نویسی غیر همزمان است. aiohttp بر پایه asyncio که یک کتابخانه برنامه‌نویسی غیر همزمان است، توسعه داده شده است و به شما امکان می‌دهد درخواست‌ها و پاسخ‌های HTTP را به صورت غیر همزمان و همروند انجام دهید، بدون اینکه ریسمان اجرای اصلی برنامه مسدود شود. aiohttp قابلیت ارسال و دریافت درخواست‌ها و پاسخ‌های HTTP را فراهم می‌کند. همچنین، از طریق کتابخانه asyncio، امکان کار با پروتکل‌های شبکه دیگری مانند WebSocket را نیز فراهم می‌شود. aiohttp به شما اجازه می‌دهد با سرویس‌های وب و API‌های مختلف ارتباط برقرار کنید و درخواست‌های GET، POST، PUT و DELETE را به صورت غیر همزمان ارسال کرده و پاسخ‌ها را پردازش کنید. همچنین از ارتباطات مبتنی بر SSL پشتیبانی می‌کند. شما می‌توانید از ارتباطات مبتنی بر پروتکل HTTPS استفاده کنید و از مکانیزم‌های رمزنگاری و احراز هویت برای افزایش امنیت استفاده کنید.

7. کتابخانه Pygame

Pygame یک کتابخانه گرافیکی و صوتی است که برای توسعه بازی‌های ویدیویی و برنامه‌های چندرسانه‌ای استفاده می‌شود. Pygame بر پایه کتابخانه SDL سرنام (Simple DirectMedia Layer) توسعه داده شده است و امکانات گوناگونی را برای کنترل صفحه نمایش، ورودی کاربر، صدا، تصاویر و ترسیم اشیا فراهم می‌کند. یکی از ویژگی‌های کاربردی این کتابخانه کنترل صفحه نمایش است. Pygame به شما امکان می‌دهد صفحه نمایش را کنترل کنید و تصاویر و شکل‌ها را روی آن رسم کنید. شما می‌توانید پنجره‌ها، تمام صفحه‌ها، لایه‌ها (layers) و سایر المان‌های گرافیکی را مدیریت کنید و ورودی کاربر را کنترل کنید. شما می‌توانید واکنش‌هایی را به رویدادهای ورودی کاربر مانند فشار دکمه یا حرکت موس اضافه کنید. همچنین، اجازه می‌دهد اشیا را تعریف کرده و آن‌ها را در صفحه نمایش نمایش دهید. شما می‌توانید اشیا را حرکت داده، تغییر اندازه دهید و با آن‌ها تعامل داشته باشید. همچنین، امکان ترسیم خطوط، مستطیل‌ها، دایره‌ها، عکس‌ها و سایر شکل‌ها را نیز فراهم می‌شود. جالب آن‌که، کتابخانه فوق قابلیت پخش و کنترل فایل‌های صوتی را دارد. شما می‌توانید صداها، موسیقی و افکت‌های صوتی را در برنامه‌های خود استفاده کنید.

مطلب پیشنهادی

زبان برنامه‌نویسی پایتون

با زبان برنامه‌نویسی پایتون چه کارهایی می‌توان انجام داد

8. کتابخانه Kivy

Kivy یک کتابخانه متن باز و چندسکویی (cross-platform) برای توسعه برنامه‌های چندرسانه‌ای و رابط کاربری (UI) است. Kivy ابزارها و قابلیت‌هایی برای توسعه برنامه‌هایی برای مختلف پلتفرم‌ها مانند ویندوز، لینوکس، مک‌اواس و اندروید فراهم می‌کند. به طور مثال، رابط کاربری چندلمسی برای توسعه برنامه‌هایی با رابط کاربری لمسی مناسب است. این کتابخانه ابزارها و عناصری را ارائه می‌دهد که به شما امکان می‌دهد با لمس صفحه نمایش یا با استفاده از ماوس با برنامه تعامل برقرار کنید. Kivy به شما اجازه می‌دهد شکل‌ها، تصاویر و سایر المان‌های گرافیکی را روی صفحه نمایش نمایش دهید. شما می‌توانید اشیا گرافیکی را تعریف کرده، آن‌ها را حرکت دهید، تغییر اندازه دهید و با آن‌ها تعامل کنید. یکی دیگر از قابلیت‌های کاربردی کتابخانه فوق پشتیبانی از چندپلتفرمی است. با استفاده از Kivy، می‌توانید برنامه‌هایی را برای انواع پلتفرم‌ها توسعه دهید، از جمله ویندوز، لینوکس، مک‌اواس و اندروید. به بیان دقیق‌تر، می‌توانید با استفاده از کد یکسان، برنامه‌هایی را برای چندین سیستم عامل بسازید. همچنین، ابزارها و کلاس‌هایی را برای کار با پایگاه‌های داده ارائه می‌دهد. شما می‌توانید از پایگاه‌های داده محلی مانند SQLite یا پایگاه‌های داده ابری مانند Firebase استفاده کنید. در نهایت اگر به دنبال انیمیشن و افکت‌ها هستید، Kivy امکان ایجاد انیمیشن‌ها و افکت‌های ویژه را برای المان‌های گرافیکی فراهم می‌کند. شما می‌توانید المان‌ها را به صورت متحرک نشان دهید، تغییرات رنگ و اندازه آن‌ها را به طور پویا کنترل کنید و افکت‌های جذابی را به برنامه اضافه کنید.

9. کتابخانه Pillow

کتابخانه Pillow یکی دیگر از کتابخانه‌های قدرتمند پایتون است که برای پردازش تصاویر استفاده می‌شود. این کتابخانه به شکل گسترده‌ای توسط برنامه‌نویسان و متخصصان هوش مصنوعی استفاده می‌شود و قابلیت‌های مختلفی را برای کار با تصاویر در اختیار متخصصان قرار می‌دهد. متخصصان می‌توانند برای ایجاد و ویرایش تصاویر از آن استفاده کنند، تصاویر جدید بسازند یا تصاویر موجود را تغییر دهنده، مقیاس‌بندی کنند، تصاویر را بچرخانند، برش دهند و فیلترها و افکت‌های مختلف به تصاویر اضافه کنند. علاوه بر این، قابلیت پردازش پیکسل‌ها را دارد. به طوری که اجازه می‌دهد با پیکسل‌های تصویر مستقیما تعامل داشته باشید، رنگ‌ها را تغییر دهید، پیکسل‌ها را با هم ترکیب کنید، مقدار روشنایی و کنتراست را تنظیم کنید و عملیات دیگری روی پیکسل‌ها انجام دهید. این کتابخانه پشتیبانی از فرمت‌های تصویر را ارائه می‌کند. کتابخانه Pillow از انواع فرمت‌های تصویری مانند JPEG، PNG، TIFF، BMP و GIF پشتیبانی می‌کند. همچنین می‌توانید تصاویر را در فرمت‌های مختلف ذخیره کنید. توسعه‌دهندگان می‌توانند متن‌هایی را به تصاویر تبدیل کنند و برعکس، تصاویر را به متن‌ها تبدیل کنید. همچنین می‌توانید متن‌ها را در تصاویر قرار دهید و تنظیمات مختلفی بر روی آن‌ها اعمال کنید.

10. کتابخانه Requests

Requests یکی از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون برای ارسال درخواست‌های HTTP است. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید از تکنیک‌های ارسال درخواست‌ مثل GET، POST، PUT، DELETE به همراه روش‌های دیگر ارسال کنید و پاسخ‌های HTTP را دریافت کنید. کتابخانه Requests سهولت در استفاده را به همراه دارد، به این معنا که برای ایجاد و مدیریت درخواست‌های HTTP یک رابط بسیار ساده و آسان ارائه می‌دهد. همچنین، توانایی پشتیبانی از متدهای مختلف مثل GET، POST، PUT، DELETE و غیره را دارد و امکان ارسال پارامترها را فراهم می‌کند. شما می‌توانید پارامترها را به درخواست اضافه کنید، مانند پارامترهای Query String یا پارامترهای فرم درخواست POST. علاوه بر این، امکان مدیریت سرآیندها را فراهم می‌کند. می‌توانید سرآیندهای مورد نیاز را به درخواست خود اضافه کنید، آن‌ها را دریافت کنید و با آن‌ها کار کنید. در صورتی که نیاز به مدیریت کوکی‌ها دارد، ابزارهای قدرتمندی برای مدیریت، دریافت و کار با کوکی‌ها ارائه می‌کند. یکی از ویژگی‌های قدرتمند این کتابخانه، مدیریت جلسات است. Requests به شما امکان می‌دهد جلسات را مدیریت کنید و اطلاعات وضعیت جلسه را در هر درخواست حفظ کنید.