3_2_stdlib_libs.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
================================================================
  第三阶段：标准库与工程化必备
  3.2 常用标准库进阶（datetime、random、re、math）
================================================================

【课程属性】L1/L2 · 必修 · 预计 60～120 分钟
【前置要求】完成 3.1 文件、路径、JSON 与 CSV

【学习目标】
  1. 掌握日期时间处理（datetime）
  2. 掌握随机数生成（random）
  3. 掌握正则表达式（re）的常用匹配方式
  4. 了解数学计算（math, decimal, fractions）

【本课 Python 知识点】
  - datetime/strftime/strptime    - random 常用方法
  - re 模块 match/search/findall/sub
  - math/decimal/fractions

【参考链接】
  re 官方文档: https://docs.python.org/zh-cn/3/library/re.html
  正则表达式教程: https://regex101.com/（在线测试）
  datetime: https://docs.python.org/zh-cn/3/library/datetime.html
"""

# ============================================================
#  第一部分：日期时间 datetime
# ============================================================

from datetime import datetime, date, timedelta

# 获取当前时间
now = datetime.now()
# print(now)                  # 2025-06-15 14:30:00.123456

# 创建指定时间
dt = datetime(2025, 6, 15, 14, 30, 0)

# 格式化输出：strftime（datetime → 字符串）
print(dt.strftime("%Y-%m-%d"))            # 2025-06-15
print(dt.strftime("%Y年%m月%d日 %H:%M"))  # 2025年06月15日 14:30
print(dt.strftime("%A"))                  # Sunday（星期几，英文）

# 解析字符串：strptime（字符串 → datetime）
# date_str = "2025-06-15 14:30:00"
# parsed = datetime.strptime(date_str, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")

# 常用格式化符号：
# %Y 四位年  %m 月  %d 日  %H 时  %M 分  %S 秒
# %A 星期全称 %a 星期简称 %B 月份全称

# 日期运算：timedelta
tomorrow = now + timedelta(days=1)
one_week_ago = now - timedelta(weeks=1)
delta = tomorrow - now
print(delta.days)                         # 1

# 只取日期或时间：
print(now.date())                         # 2025-06-15
print(now.time())                         # 14:30:00

# ============================================================
#  第二部分：随机数 random
# ============================================================

import random

random.random()                # 0.0 ~ 1.0 之间的浮点
random.randint(1, 100)         # 1 ~ 100 之间的整数（含两端）
random.choice(["石头", "剪刀", "布"])  # 从序列中随机选一个
random.uniform(0, 1)           # 0~1 均匀分布浮点

# 从列表中随机取多个：
cards = ["A", "2", "3", "4", "5"]
hand = random.sample(cards, k=3)       # 不重复抽取3个
random.shuffle(cards)                  # 原地打乱列表

# 设置种子：让随机可复现（测试用）
random.seed(42)
print(random.randint(1, 100))          # 每次运行都一样
random.seed(42)
print(random.randint(1, 100))          # 相同的值

# ============================================================
#  第三部分：正则表达式 re —— 文本处理重点
# ============================================================

import re

# 常用函数：
# re.match(pattern, s)：从开头匹配
# re.search(pattern, s)：搜索第一个匹配
# re.findall(pattern, s)：找全部匹配，返回列表
# re.sub(pattern, repl, s)：替换

# 基本元字符：
# .  任意字符（除换行）
# *  前一个字符 0 次或多次
# +  前一个字符 1 次或多次
# ?  前一个字符 0 次或 1 次
# ^  开头    $ 结尾
# [] 字符集  [0-9] [a-z]
# \d 数字   \w 字母数字下划线   \s 空白
# {n} 恰好 n 次   {n,m} n 到 m 次

# 1. 匹配电话号码：1[3-9]\d{9}
phone = "我的电话是13812345678"
match = re.search(r"1[3-9]\d{9}", phone)
if match:
    print(match.group())               # 13812345678

# 2. findall 提取邮箱
text = "联系 a@test.com 或 b@example.org"
emails = re.findall(r"[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}", text)
# ['a@test.com', 'b@example.org']

# 3. 分组提取（用括号）
date_text = "今天2025-06-15发布"
m = re.search(r"(\d{4})-(\d{2})-(\d{2})", date_text)
if m:
    year, month, day = m.groups()      # ('2025', '06', '15')

# 4. 替换
censored = re.sub(r"\d{11}", "******", phone)
# "我的电话是******"

# 5. 常用验证（手机号、邮箱、身份证）
def is_valid_phone(phone_number: str) -> bool:
    """验证 11 位手机号"""
    return bool(re.fullmatch(r"1[3-9]\d{9}", phone_number))

print(is_valid_phone("13812345678"))   # True
print(is_valid_phone("12345"))         # False

# 原始字符串 r"..."：正则表达式里的反斜杠不需要转义
# 不加 r 要写 \\d，加了 r 直接写 \d（推荐）

# ============================================================
#  第四部分：数学计算
# ============================================================

import math

math.sqrt(16)                  # 4.0
math.floor(3.7)                # 3（向下取整）
math.ceil(3.2)                 # 4（向上取整）
math.pow(2, 10)                # 1024.0
math.pi                        # 3.14159...
math.inf                       # 正无穷

# decimal：解决浮点精度问题（1.2 课的 0.1+0.2）
from decimal import Decimal

print(0.1 + 0.2)                       # 0.30000000000000004
print(Decimal("0.1") + Decimal("0.2")) # 0.3（精确！）
# 注意：Decimal 要用字符串构造，Decimal(0.1) 反而会保留二进制误差

# 思考：什么时候用 Decimal？
# 金融计算（钱！）、需要精确小数的场景
# 普通科学计算用 float 就行（快）

# fractions：分数运算
from fractions import Fraction
print(Fraction(1, 3) + Fraction(1, 6))  # 1/2

# ============================================================
#  本课小结
# ============================================================
#
# [ ] 会 strftime/strptime 互转
# [ ] 知道 random.seed 的用途
# [ ] 能写出手机号和邮箱的正则
# [ ] 知道 Decimal 解决什么问题

# ============================================================
#  课后练习（见 exercises/3_2_stdlib.py）
# ============================================================