青少年Python编程系列30：Python常用内置标准库入门
上节课我们讲了Python中的内置函数。除了内置函数外，还有很多非常有用的函数都放在一些内置标准库中，我们需要引入这些库后才可以使用，这里我们挑一些非常常用的内置库给大家讲解。我们正式进入这节课的内容吧。
一、math库
从math库的名字，我们就可以看出来这里面的函数都是跟数学计算相关的函数。很多时候我们做一些计算的时候需要引入math库。考虑到部分函数超出小学和初中阶段知识的范围，我这里做一些简单的讲解。
1.1 math库中的常量
在math库中定义了几个数学上的常量，分别是math.pi、math.e、math.inf、math.nan。我们分别介绍一下这几个常量。
math.pi就是圆周率，数学上写作π，在数学课上老师让大家记忆π≈3.14，在Python中它的精度高一些，取值为3.141592653589793
>>> import math
>>> math.pi
3.141592653589793math.e是自然对数，对数的概念在高中数学上会讲到，这里做一个了解。在数学上写作e，e≈2.718。在Python中取值为2.718281828459045
>>> import math
>>> math.e
2.718281828459045math.inf是无穷大，无穷大的概念在大学高等数学里面会讲到，数学上写做∞，它不是一个我们正常看到的数字。math.nan代表非合法浮点数，也是一个抽象的数。这两个常量仅仅做一个了解，它们的类型都是浮点数。
>>> import math
>>> math.inf
inf
>>> type(math.inf)
<class 'float'>
>>> math.nan
nan
>>> type(math.nan)
<class 'float'>1.2 floor()函数和ceil()函数
floor()函数和ceil()函数分别对应我们数学上学到的取近似值的“去尾法”和“进一法”，参数为一个浮点数，返回值为一个整数。
>>> import math
>>> math.floor(3.8)
3
>>> math.floor(3.2)
3
>>> math.ceil(3.8)
4
>>> math.ceil(3.2)
4在解决实际问题时，我们经常需要用到“去尾法”和“进一法”。比如说船的荷载重量÷体重=限载人数，我们需要去尾；水果数量÷每筐放的水果数量=需要筐子的数量，我们需要进一。
1.3 sqrt()函数
sqrt()函数可以计算一个数的平方根，平方根是初中数学的知识。如果小学阶段接触到这个知识，可以理解为已知一个正方形的面积，求正方形的边长。比如，面积为9㎡的正方形，边长是3m；面积为3㎡的正方形，边长≈1.732m。
我们看具体的使用：
>>> import math
>>> math.sqrt(4)
2.0
>>> math.sqrt(2)
1.41421356237309511.4 radians()函数和degrees()函数
了解这两个函数之前，我们先要了解一下弧度的概念。在小学和初中阶段，一个角的大小我们都是使用角度表示的。一周是360°，一条直线是180°，直角是90°……角的大小还有另一种单位，叫做弧度。在弧度制中，一周是2π，一条直线是π，直角是π/2。radians()函数时将角度转换为弧度、degrees()函数是将弧度转换为角度。
我们看具体的使用：
>>> import math
>>> math.radians(90)
1.5707963267948966
>>> math.radians(180)
3.141592653589793
>>> math.degrees(math.pi)
180.0
>>> math.degrees(math.pi / 2)
90.01.5 sin()函数、cos()函数和tan()函数
这三个函数分别叫正弦、余弦、正切，都是三角函数。初中的同学在数学课可能已经学过这个函数，没学过的不要紧，这里做一个简单的介绍。
一个直角三角形，一个角的大小相同的情况下，三条边之间的比值也是固定的。与角相对的直角边称为对边、与角相邻的直角边称为邻边、与直角相对的边称为斜边
sin() - 正弦：对边与斜边长度的比值
cos() - 余弦：邻边与斜边长度的比值
tan() - 正切：对边与邻边长度的比值
这三个函数的使用非常简单，但是要注意，参数是角的弧度值，不是角度值。 如果我们知道的是角度，还要使用radians()函数做转换。
>>> import math
>>> math.sin(math.radians(30))
0.49999999999999994
>>> math.cos(math.radians(30))
0.8660254037844387
>>> math.tan(math.radians(30))
0.5773502691896257这三个函数在有数学基础，并且熟练掌握turtle画图的情况下，可以画出很多复杂漂亮的图形。
math库中除了以上函数外，还有pow()函数与内置函数pow()完全相同，fabs()函数可以计算绝对值，与内置函数abs()的区别在于math库中的fabs()的返回值永远为浮点数。其他关于求阶乘、最小公约数、最大公倍数等等函数使用较少这里不做讲解了，有兴趣的同学可以自己查看官方文档。还有求对数、自然对数等等超出初中阶段数学知识太多，这里也不做讲解了。
二、random库
random库是一个用于生成随机数的内置库，当我们程序中需要使用到随机取一个数的值的时候，我们就需要用到这个库。随机数有很多种不同的取法，分别使用不同的函数来实现。这里面我们来做一个介绍。
2.1 random()函数
random()函数可以生成一个0.0到1.0之间的随机小数。我们看一下它的使用：
>>> import random as r
>>> r.random()
0.6433657372034377
>>> r.random()
0.9585189984282626每次使用得到的随机数都不一样。
2.2 randint()函数
randint()函数可以生成一个区间在a和b两个数之间的随机整数。函数需要给两个参数，开始值和结束值。随机数的取值范围包含开始值和结束值。我们看它的使用方法：
>>> import random as r
>>> r.randint(1, 10)
5
>>> r.randint(1, 10)
5
>>> r.randint(1, 10)
4
>>> r.randint(1, 10)
72.3 randrange()函数
randrange()函数可以在a和b之间以一定步长取随机整数。函数必须给两个参数，起始值和结束值，第三个参数步长为可选参数，默认值为1。随机数的取值范围包含开始值不包含结束值。我们看它的用法：
>>> import random
>>> random.randrange(0, 100, 10)
20
>>> random.randrange(0, 100, 10)
70
>>> random.randrange(0, 100, 10)
402.4 uniform()函数
uniform()函数可以生成在区间a和b之间的随机浮点数。函数需要给定两个参数，起始值和结束值。随机数的取值范围包含开始值和结束值。我们看它的使用方法：
>>> import random
>>> random.uniform(1, 100)
63.29831379003603
>>> random.uniform(1, 100)
47.44958448512939
>>> random.uniform(1, 100)
49.639034192508682.5 choice()函数
choice()函数可以从序列中随机选取元素。函数的参数为一个可迭代对象。我们看它的用法：
>>> import random
>>> a = [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
>>> random.choice(a)
2
>>> random.choice(a)
7
>>> random.choice(a)
32.6 shuffle()函数
shuffle()函数可以将序列进行随机打乱次序。函数的参数为一个列表。我们看它的用法：
>>> import random
>>> a = [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
>>> random.shuffle(a)
>>> print(a)
[2, 7, 3, 4, 8, 6, 5]
>>> random.shuffle(a)
>>> print(a)
[7, 6, 3, 4, 5, 8, 2]2.7 seed()函数
seed()函数可以生成一个随机数的种子，我们生成随机数可以不生成种子，系统会自动以系统时间作为种子。如果我们指定了随机数种子，种子相同的情况下生成的随机数也相同。我们看具体的例子：
>>> import random
>>> random.seed(1) # 种子为1
>>> random.random()
0.13436424411240122
>>> random.seed(2) # 种子为2
>>> random.random()
0.9560342718892494
>>> random.seed(1) # 种子为1
>>> random.random()
0.13436424411240122从上面的代码中我们可以看出，当种子相同时，生成的随机数也是相同的。
三、综合应用实例
刚刚讲了这么多，我们结合随机库、海龟画图和函数递归调用，可以画出非常漂亮的画。而且程序每次运行后画出来的画都不一样哦！我们来看一下樱花树的例子：
import random
import turtle
__Pen = turtle.Pen()
# “画树”函数
# 参数分别是树枝长度、画笔
def tree(branchLen, t):
if (branchLen > 3):
if (8 <= branchLen and branchLen <= 12) :
if (random.randint(0, 2) == 0) :
t.pencolor('snow')
else :
t.pencolor('lightcoral')
t.pensize((branchLen / 3))
elif (branchLen < 8) :
if (random.randint(0, 1) == 0) :
t.pencolor('snow')
else :
t.pencolor('lightcoral')
t.pensize((branchLen / 2))
else :
t.pencolor('sienna')
t.pensize((branchLen / 10))
t.forward(branchLen)
a = (1.5 * (random.random()))
t.right((20 * a))
b = (1.5 * (random.random()))
tree(branchLen - 10 * b, t)
t.left((40 * a))
tree(branchLen - 10 * b, t)
t.right((20 * a))
t.penup()
t.backward(branchLen)
t.pendown()
# 绘制树下花瓣，参数分别是画板数、画笔
def petal(m, t):
for i in range(m):
a = (200 - 400 * (random.random()))
b = (10 - 20 * (random.random()))
t.penup()
t.forward(b)
t.left(90)
t.forward(a)
t.pendown()
t.pencolor('lightcoral')
t.circle(1)
t.penup()
t.backward(a)
t.right(90)
t.backward(b)
def main():
t = turtle.Pen()
__Pen.hideturtle()
t.speed(0)
turtle.bgcolor('wheat')
t.left(90)
t.penup()
t.backward(150)
t.pendown()
t.pencolor('sienna')
tree(60, t)
petal(100, t)
turtle.done()
main()四、课后思考题
1、编程题
编写一个猜数字的游戏。程序随机生成一个1到100之间的整数。用户输入一个整数，根据用户输入输入的数字并提示“猜大了”或者“猜小了”。用户输入正确答案时提示“恭喜你猜对了”，程序运行结束。
2、编程题
使用海龟画图在屏幕的任意位置画五角星，五角星的个数为20个。五角星每条边的长度为30到80之间的随机数；五角星的线条颜色为红色（red）、绿色（green）、黄色（yellow）、紫色（violet）、蓝色（blue）、紫罗兰（purple）、麦黄色（wheat）、橙色（orange）中的随机一种颜色。
五、上节课思考题答案
1、C
2、错（返回值类型是元组，不是列表）
3、参考代码：
def transit(license):
last = license[-1]
return (last != '1' and last != '6')
licenses = ['省A23321', '省A87212', '省A66528', '省A01767', '省A54234', '省A32179']
trans = list(filter(transit, licenses))
print(trans)4、参考代码：
def double(n):
return 2 * n
s = list(map(int, input().split()))
ds = list(map(double, s))
print(ds)
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