18 Введение
просто для развлечения. По мере выполнения проектов вы будете накапливать знания о библиотеках Python и модулях, а также узнаете новые полезные приемы, функции и техники. Мы не будем зацикливаться на отдельных фрагментах кода; вместо этого вы научитесь создавать полноценные программы для решения реальных задач, используя реальные данные.
Почему Python?
Python — это высокоуровневый интерпретируемый язык общего назначения. Он свободно распространяемый, интерактивный и совместимый со всеми ведущими платформами, а также микроконтроллерами, например с Raspberry Pi. Python поддерживает и функциональное, и объектно-ориентированное программирование, а также способен взаимодействовать с кодом, написанным на других языках, например на C++.
Поскольку Python вполне доступен для начинающих и полезен для экспертов, он широко применяется в школах, университетах, крупных корпорациях, финансовых учреждениях и практически во всех областях науки. Сегодня этот язык наиболее популярен для машинного обучения, в областях, связанных с наукой о данных и искусственным интеллектом.
План книги
Итак, краткий обзор глав этой книги. Вам не обязательно изучать их все последовательно, но я буду объяснять новые модули и техники более подробно при их первом упоминании.
Глава 1. Спасение моряков с помощью теоремы Байеса. Используем теорему Байеса, чтобы эффективно направить береговую охрану для поиска и спасения моряков у мыса Python. Набираемся опыта в применении OpenCV, NumPy и модуля itertools.
Глава 2. Установление авторства с помощью стилометрии. Используем обработку естественного языка для определения автора романа «Затерянный мир» — был ли это сэр Артур Конан Дойл или же Герберт Джордж Уэллс? Практикуемся в работе с NLTK, matplotlib и такими стилометрическими техниками, как стоп-слова, части речи, лексическое богатство и коэффициент Жаккара.
Глава 3. Суммаризация текста с помощью обработки естественного языка. Делаем скрапинг известных речей из интернета и автоматическое обобщение их важных моментов. Преобразуем текст романа в аннотацию для рекламы или промоматериала. Расширяем навыки
План книги 19
работы с BeautifulSoup, Requests, regex, NLTK, Collections, wordcloud и matplotlib.
Глава 4. Отправка суперсекретных сообщений с помощью книжного шифра. Делимся невзламываемыми шифрами с друзьями путем цифрового воссоздания метода «одноразового блокнота», использованного в шпионском романе Кена Фоллетта «Ключ к Ребекке». Учимся работать с модулем Collections.
Глава 5. Поиск Плутона. Воссоздаем блинк-компаратор, с помощью которого Клайд Томбо открыл Плутон в 1930 году. Затем используем современное компьютерное зрение для автоматического поиска и отслеживания слаборазличимых транзиентов, таких как кометы и астероиды, перемещающихся относительно звездного поля. Получаем опыт работы с OpenCV и NumPy.
Глава 6. Победа в лунной гонке с помощью «Аполлона-8». Принимаем участие в приключении и помогаем США победить в лунной гонке, первыми достигнув Луны на корабле «Аполлон-8». Составляем и реализуем грамотный план обратного полета, который в ретроспективе убедил NASA отправиться в полет на год раньше и по факту нанес удар по советской космической программе. Набираемся опыта в использовании модуля turtle.
Глава 7. Выбор мест высадки на Марсе. Оцениваем потенциальные места посадки для марсохода на основе реальных задач миссии. Отображаем предполагаемые точки на карте Марса вместе с их сводной статистикой. Совершенствуем навыки работы с OpenCV, Python Imaging Library, NumPy
и tkinter.
Глава 8. Обнаружение далеких экзопланет. Моделируем проход экзопланеты на фоне ее солнца, отображаем график итоговых изменений относительной яркости и оцениваем диаметр этой планеты. В завершение симулируем прямое наблюдение экзопланеты с помощью нового телескопа Джеймса Уэбба, включая оценку длительности ее дня. Используем OpenCV, NumPy и matplotlib.
Глава 9. Как различить своих и чужих. Программируем роботизированную пушку-стража на визуальное распознавание космических пехотинцев и злых мутантов. Применяем OpenCV, NumPy, playsound, pyttsx и datetime.
Глава 10. Ограничение доступа по принципу распознавания лиц. Реализуем ограничение доступа в секретную лабораторию через распознавание лиц. Используем OpenCV, NumPy, playsound, pyttsx и datetime.
Глава 11. Создание интерактивной карты побега от зомби. Создаем карту плотности популяции, которая поможет выжившим в ТВ-шоу «Ходячие
20 Введение
мертвецы» выбраться из Атланты на безопасную территорию Запада США. Совершенствуемся в работе с pandas, bokeh, holoviews и webbrowser.
Глава 12. Находимся ли мы в компьютерной симуляции? Определяем способ для симулированных существ — возможно, это мы сами — отыскать свидетельства того, что они живут в компьютерной симуляции. Используем для этого turtle, statistics и perf_counter.
Каждая глава завершается как минимум одним практическим или усложненным проектом. Их решения вы найдете в приложении или онлайн. Учтите, что эти решения не единственные и не обязательно лучшие. Так что, возможно, вам удастся придумать что-то более эффективное.
Что же касается усложненных проектов, то здесь все зависит только от вас. В них я реализую принцип «плыви или тони», который здорово помогает в обучении. Надеюсь, моя книга сможет мотивировать вас на создание собственных проектов, а такие задачи играют роль триггеров, которые взбудоражат ваше воображение.
Можете скачать весь код книги, включая решения к практическим проектам, с сайта https://nostarch.com/real-world-python/. Там же я публикую список опечаток и всевозможные будущие обновления.
Невозможно написать подобную книгу без недочетов. Если вы обнаружите, что в книге что-то не так, пожалуйста, отправьте описание проблемы издателю по адресу errata@nostarch.com. Мы будем вносить все необходимые правки в список опечаток и включим исправление в переиздания, а вы получите вечное признание и славу.
Версия Python, платформа и IDE
Все проекты этой книги я создавал на Python v3.7.2 в Microsoft Windows 10. Если вы используете другую операционную систему, то это не проблема: там, где необходимо, я предлагаю совместимые модули для других платформ.
Примеры кода в книге взяты либо из текстового редактора Python IDLE, либо из интерактивнойоболочки.IDLE(IntegratedDevelopmentandLearningEnvironment) означает «интегрированная среда разработки и обучения». Это та же интегрированная среда разработки (IDE), но с добавленной L, которая делает акроним созвучным фамилии актера Eric Idle, участника творческой группы Monty Python. Интерактивная оболочка, также называемая интерпретатором, — окно, позволяющее вам мгновенно выполнять команды и тестировать код, не создавая файл.
У IDLE множество недостатков, например отсутствует нумерация строк, но при этом она бесплатна и связана с Python, что дает каждому доступ к ней. Вы можете без проблем использовать любую IDE по своему желанию. Среди наиболее
План книги 21
популярных могу назвать Visual Studio Code, Atom, Geany (произносится «джини»), PyCharm и Sublime Text. Они работают в разных операционных системах, включая Linux, macOS и Windows. Еще одна IDE, PyScripter, работает только в Windows. Подробный список доступных редакторов Python и совместимых платформ вы найдете на https://wiki.python.org/moin/PythonEditors/.
Установка Python
Вы можете установить Python на свою машину через дистрибутив. Если же вы решите это сделать напрямую, то инструкции для вашей операционной системы вы найдете на https://www.python.org/downloads/. На машинах с Linux и macOS Python уже обычно предустановлен. С каждой новой версией языка некоторые возможности в него добавляются, а другие исключаются, поэтому я рекомендую обновить вашу версию, если она ниже v3.6.
Щелчок на кнопке скачивания на сайте Python (рис. 1) по умолчанию устанавливает 32-битный Python.
Рис. 1. Страница скачивания Python.org с удобной кнопкой для платформы Windows
Если же вам нужна 64-битная версия, то промотайте страницу вниз до списка конкретных версий (рис. 2) и щелкните на ссылке с тем же номером версии.
Откроется окно, показанное на рис. 3. Здесь щелкните по 64-битному исполняемому файлу, который запустит мастер установки. Следуйте инструкциям и соглашайтесь с настройками по умолчанию.
Для реализации некоторых проектов в этой книге требуются нестандартные библиотеки, которые придется устанавливать отдельно. Это несложно, но можно все упростить, установив дистрибутив Python, который эффективно загружает