12. 표준 모듈

12.1 수학

재사용 가능한 부품, 코드블럭을 모듈이라고 한다. 파이썬에서는 파일이 그러하다.

• 임포트

모듈은 파이썬 코드를 작성해 놓은 스크립트 파일이며 이 안에 함수, 변수, 클래스 등이 정의되어 있다. 파이썬은 자주 사용하는 기능을 표준 모듈(파이썬에서 제공하는 모듈)로 제공하므로 모든 것을 다 만들어 쓸 필요 없이 가져와 사용하면 된다.

외부의 모듈을 가져와 사용할 때는 import 명령을 사용한다.

이 명령에 의해 모듈에 정의된 코드가 현재 소스로 읽혀진다.

대신 어느 함수가 어느 모듈에 있는지 알아야 쓸 수 있기 때문에 어떤 함수가 어느 모듈에 있는지 알고 있어야 한다.

import math

print(math.sqrt(2)) # 2의 제곱근

1.4142135623730951

import math 선언은 math 모듈에 작성된 모든 상수와 함수를 다 가져온다.

만일 import math 구문이 없으면 sqrt 함수는 정의되지 않은 것으로 에러 처리된다.

파일명은 곧 모듈명이다.

모듈의 함수를 호출할 때는 함수명 앞에 모듈명을 붙여 math.sqrt()식으로 소속을 밝힌다. 소속을 밝히면 다른 모듈에 같은 이름의 함수가 있더라도 이름충동을 면할 수 있다.

그러나 매번 math.를 붙여야 하는 불편함이 있다. 이럴 경우 아래의 예와 같이 from, import을 사용한다.

from 모듈 import 함수명 # 몇 개만 쓸 경우

같은 모듈 소속의 함수는 콤마로 구분해 여러 개를 불러올 수 있다.

모듈의 모든 함수를 다 불러올 때는 함수명 자리에 * 문자를 사용한다.

from math import sqrt

print(sqrt(2)) # math.sqrt()를 쓰지 않아도 된다.

1.4142135623730951

함수를 직접 임포트했으므로 소속을 밝힐 필요 없이 함수명으로 바로 호출할 수 있다.

그러나 sqrt 함수만 임포트했기 때문에 math에 속한 다른 함수는 사용할 수 없다.

이때는 from math import *으로 math에 속한 모든 함수를 다 임포트하면 된다.

너무 많은 함수를 임포트하면 다른 모듈과 이름충돌이 발생할 수 있기 때문에 가급적이면 소속을 밝히고 쓰는 것이 안전하다.

모듈 이름이 길면 함수명 앞에 모듈 명을 일일이 붙이는 일은 번거롭기 때문에 as 문을 사용해 별칭을 붙인다.

import 모듈 [as 별칭]

ex)

import math as m

print(m.sqrt(2))

1.4142135623730951

함수의 이름 또한 별칭을 지칭할 수도 있다.

from 모듈 import 함수명 as 별칭

ex)

from math import sqrt as sq

print(sq(2))

1.4142135623730951

파일명을 지정할 때 모듈명으로 짓지 않도록 조심해야 한다.

import한 모듈명과 같은 파일명으로 지정하게 되면, 내 디렉토리부터 찾고 무한루프로 프로그램이 종료된다.

또한 import는 소스 중간에서도 사용할 수 있다.

• math 모듈

math 모듈은 수학 연산에 필요한 상수와 연산 함수를 제공한다.

파이썬은 C로 구현되어 있고, C 표준 라이브러리를 랩핑했기 때문에 C 언어에 친숙하면 다루기 쉽다.

상수	설명
pi	원주율 상수
tau	원주율의 2배 되는 상수. pi는 지름과 원둘레의 비율인데 비해 tau는 반지름과 원둘레의 비율이다. 파이썬 3.6에 추가됐다.
e	자연 대수 상수
inf	무한대 값
nan	숫자가 아닌 값을 의미한다. (not a number)

정밀도를 위해서 3.14 같은 상수를 직접 쓰기보다 math.pi가 훨씬 정확하다.

다음은 수학식을 계산하는 함수들이다.

일부 특수한 함수를 제외하고 대부분의 함수는 정밀한 계산을 위해 실수 타입의 float를 리턴한다.

함수	설명
sqrt(x)	x의 제곱근을 구한다. 세제곱근은 1/3승을 계산해 구한다.
pow(x, y)	x의 y승을 계산한다. **연산자와 기능은 같지만 인수를 모두 실수로 바꾼 후 연산한다는 차이가 있다.
hypot(x, y)	피타고라스 정리에 의거 x제곱 + y제곱의 제곱근을 구한다.
factorial(x)	x의 계승을 구한다. 인수 x는 양의 정수만 가능하다.
sin(x), cos(x), tan(x)	삼각함수를 계산한다. 인수 x는 라디안 값이다.
asin(x), acos(x), atan(x), atan2(y,x)	역삼각함수를 계산한다. 인수 x는 라디안 값이다.
sinh(x), cosh(x), tanh(x)	쌍곡선 삼각함수를 계산한다. 인수 x는 라디안 값이다.
asinh(x), acosh(x), atanh(x)	쌍곡선 역삼각함수를 계산한다. 인수 x는 라디안 값이다.
degrees(x)	라디안 값을 각도로 바꾼다.
radians(x)	각도를 라디안 값으로 바꾼다.
ceil(x)	수직선 오른쪽의 올림 값을 찾는다.
floor(x)	수직선 왼쪽의 내림 값을 찾는다.
fabs(x)	x의 절대값을 구한다.
trunc(x)	x의 소수점 이하를 버린다.
log(x, base)	base에 대한 x의 로그를 구한다. base가 생략되면 자연로그를 구한다.
log10(x)	10의 로그를 구한다. log(x, 10)과 같다.
gcd(a, b)	a, b의 최대공약수를 구한다.

파이썬 기본 제공으로 round() 반올림 함수도 있다.

ex)

import math

print(math.sin(math.radians(45)))
print(math.sqrt(2))
print(math.factorial(5))

0.7071067811865476
1.4142135623730951
120

• 통계

statistics 모듈은 3.4 버전에서 새로 추가됐다.

편균, 분산 등의 통계 값을 계산한다.

수학 함수로도 구할 수 있지만, 통계 함수는 정확한 값을 효율적으로 계산해낸다.

함수	설명
mean	평균을 구한다.
harmonic_mean	조화평균을 구한다.
median	중앙값을 구한다. 짝수인 경우 보간 값을 계산한다.
median_low	중앙값을 구한다. 집합 내의 낮은 값을 선택한다.
median_high	중앙값을 구한다. 집합 내의 높은 값을 선택한다.
median_grouped	그룹 연속 중앙값을 구한다.
mode	최빈값을 구한다.
pstdev	모표준편차를 구한다.
stdev	표준편차를 구한다.
variance	분산을 구한다.

ex)

import statistics

score = [30, 40, 60, 70, 80, 90]
print(statistics.mean(score))
print(statistics.harmonic_mean(score))
print(statistics.median(score))
print(statistics.median_low(score))
print(statistics.median_high(score))

61.666666666666664
53.14586994727592
65.0
60
70

12.2 시간

• 시간 조사

time 모듈은 날짜와 시간 관련 기능을 제공한다. 대표적인 함수는 현재 시간을 조사하는 time이다.

유닉스는 1970년 1월 1일 자정을 기준으로 경과한 시간을 초 단위로 표현하는데 이를 에폭(Epoch) 시간 또는 유닉스 시간이라고 부른다.

import time

time.time() # 에폭 시간 리턴

1611910759.21229

위의 숫자는 1970년부터 2018년까지 16억 초가 지났다는 말이다.

시간을 딱 하나의 수치값으로 1차원화해 간단히 표현할 수 있어 계산이나 저장이 간편하고 다른 시스템과의 통신에도 유리하다.

import time

time.ctime() # 에폭 시간을 문자열 형태로 변환해서 리턴

하지만 현재 날짜와 시간을 바로 알아보기는 어렵다.

ctime은 문자열 형태로 변환해 사람이 읽을 수 있도록 도와준다.

인수로 에폭 시간을 넘기면 문자열로 바꿔준다.

ex)

import time

t = time.time()
print(time.ctime(t))

Fri Jan 29 18:02:04 2021

문자열로 시간을 확인할 수 있지만 시간 요소의 순서와 영문 표기가 보기에 직관적이지 못하다.

시간 요소를 분리하는 함수는 localtime 과 gmtime이 있다.

gmtime은 세계 표준 시간인 UTC 시간을 구하므로, 현지 시간을 표현하는 localtime 함수를 주로 쓴다.

import time

time.localtime()
time.gmtime()

ex)

import time

t = time.time()
print(time.localtime(t))

time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=1, tm_mday=29, tm_hour=18, tm_min=11, tm_sec=40, tm_wday=4, tm_yday=29, tm_isdst=0)

에폭 시간을 인수로 주면 localtime은 struct_time 객체를 리턴한다.

이 객체를 이용해 원하는 형태의 시간으로 출력 가능하다.

import time

now = time.localtime()
print(f"{now.tm_year}년 {now.tm_mon}월 {now.tm_mday}일")
print(f"{now.tm_hour}:{now.tm_min}:{now.tm_sec}")

2021년 1월 29일
18:16:29

time 모듈 대신 datetime 모듈의 now 함수(또는 today 함수)를 사용해도 현재 지역 시간을 구할 수 있다.

같은 시간을 구하지만 멤버 이름이 더 짧고 직관적이라 사용하기 쉽다.

import datetime

datetime.datetime.now()
datetime.datetime.today()

ex)

import datetime

now = datetime.datetime.now() # 모듈명.객체명.메서드
print(f"{now.year}년 {now.month}월 {now.day}일")
print(f"{now.hour}:{now.minute}:{now.second}")

2021년 1월 29일
18:19:36

mktime 함수는 반대로 struct_time 객체를 에폭 시간으로 바꾼다.

• 실행 시간 측정

time 함수가 구하는 시간은 컴퓨터에 내장된 시계를 기준으로 한다.

time을 이용해 두 지점 간의 경과 시간을 측정할 수 있다.

밑의 예제는 0에서 999까지 출력하는 데 걸린 시간을 측정한다.

import time

start = time.time()
for a in range(1000):
    print(a)
end = time.time()
print(end - start)

1
2
...
999
1.166801929473877

소프트웨어 성능 테스트, 알고리즘 성능 테스트에 쓸 수 있다.

sw 성능을 높이기 위해서는 입출력을 최소화시켜야 한다. 데이터를 모아서 입출력을 한 번에 해버리도록 한다.

sleep 함수는 CPU를 지정한 시간만큼 잠재워 아무것도 하지 않고 시간을 끈다.

인수로 초 값을 주며, 실수로 소수점 이하의 정밀한 값으로 초 단위보다 더 짧은 시간을 지정할 수도 있다.

import time

time.sleep()

ex)

import time

print("안녕하세요")
time.sleep(1)
print("밤에 성시경이 두 명 있으면 뭘까요?")
time.sleep(5)
print("야간투시경입니다.")

안녕하세요
# 1초 대기
밤에 성시경이 두 명 있으면 뭘까요?
# 5초 대기
야간투시경입니다.

• 달력

calendar 모듈은 유닉스의 cal 명령과 유사한 달력 기능을 제공한다.

calendar 함수는 인수로 받은 년도의 달력 객체를 리턴하고 month 함수는 년도와 달을 인구로 받아 해당 월의 달력 객체를 리턴한다.

ex)

import calendar

print(calendar.calendar(2018))
print(calendar.month(2021, 1))
# calendar.prcal(2018)
# calendar.prmonth(2021, 1)

                                  2018

      January                   February                   March
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
 1  2  3  4  5  6  7                1  2  3  4                1  2  3  4
 8  9 10 11 12 13 14       5  6  7  8  9 10 11       5  6  7  8  9 10 11
15 16 17 18 19 20 21      12 13 14 15 16 17 18      12 13 14 15 16 17 18
22 23 24 25 26 27 28      19 20 21 22 23 24 25      19 20 21 22 23 24 25
29 30 31                  26 27 28                  26 27 28 29 30 31

       April                      May                       June
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
                   1          1  2  3  4  5  6                   1  2  3
 2  3  4  5  6  7  8       7  8  9 10 11 12 13       4  5  6  7  8  9 10
 9 10 11 12 13 14 15      14 15 16 17 18 19 20      11 12 13 14 15 16 17
16 17 18 19 20 21 22      21 22 23 24 25 26 27      18 19 20 21 22 23 24
23 24 25 26 27 28 29      28 29 30 31               25 26 27 28 29 30
30

        July                     August                  September
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
                   1             1  2  3  4  5                      1  2
 2  3  4  5  6  7  8       6  7  8  9 10 11 12       3  4  5  6  7  8  9
 9 10 11 12 13 14 15      13 14 15 16 17 18 19      10 11 12 13 14 15 16
16 17 18 19 20 21 22      20 21 22 23 24 25 26      17 18 19 20 21 22 23
23 24 25 26 27 28 29      27 28 29 30 31            24 25 26 27 28 29 30
30 31

      October                   November                  December
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
 1  2  3  4  5  6  7                1  2  3  4                      1  2
 8  9 10 11 12 13 14       5  6  7  8  9 10 11       3  4  5  6  7  8  9
15 16 17 18 19 20 21      12 13 14 15 16 17 18      10 11 12 13 14 15 16
22 23 24 25 26 27 28      19 20 21 22 23 24 25      17 18 19 20 21 22 23
29 30 31                  26 27 28 29 30            24 25 26 27 28 29 30
                                                    31

    January 2021
Mo Tu We Th Fr Sa Su
             1  2  3
 4  5  6  7  8  9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31

calendar, month 함수는 달력을 직접 출력하지 않고 객체만 리턴하기 때문에 print 함수로 객체를 전달해야 볼 수 있다.

prcal, prmonth 함수는 달력을 직접 출력하기 때문에 print를 쓰지 않아도 된다.

달력의 첫 요일을 바꾸고 싶다면 setfirstweekday를 사용하면 된다.

인수로 월(0), 화(1), ...., 토(5), 일(6)의 숫자를 주면 된다.

ex)

import calendar

calendar.setfirstweekday(6)
print(calendar.month(2021, 1))

    January 2021
Su Mo Tu We Th Fr Sa
                1  2
 3  4  5  6  7  8  9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31

weekday 함수는 특정 날짜가 무슨 요일인지 조사한다.

import calendar

calendar.weekday(2021, 1, 29) # 대신 요일을 숫자로 리턴

ex)

import calendar

yoil = ["월", "화", "수", "목", "금", "토", "일"]
day = calendar.weekday(2021,1,29)
print(f"2021년 1월 29일은 {yoil[day]}요일입니다.")

2021년 1월 29일은 금요일입니다.

이외에도 달력을 2차 배열로 구해주는 monthcalendar 함수, 달의 첫 요일과 날수를 구해주는 monthrange 함수, 윤년 여부를 조사해주는 isleap 함수가 있다.

import calendar

calendar.monthcalendar()
calendar.monthrange()
calendar.isleap()

ex)

import calendar

print(calendar.monthcalendar(2021, 1)) # 2021년 1월 달력을 2차 배열로 리턴
print(calendar.monthrange(2021, 1)) # 2021년 1월의 첫 요일과 날짜 수 리턴
print(calendar.isleap(2021)) # 2021년이 윤년 여부 조사한 후 부울 리턴

[[0, 0, 0, 0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17], [18, 19, 20, 21, 22, 23, 24], [25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]]
(4, 31)
False

12.3 난수

• random

random은 어떤 수가 나올지 예측할 수 없는 0에서 1미만의 실수 난수를 균등한 확률로 생성해 반환한다.

import random

random.random() # random 함수는 0에서 1미만의 실수 하나를 생성한다. (0, 1]

ex)

import random

for i in range(5):
    print(random.random())

0.9437792155603566
0.8437271725026501
0.4314232287867853
0.5452470820991135
0.4448491958176032

매번 호출할 때마다 무작위 수를 만들어 내므로 결과는 실행할 때마다 달라지며 다섯 개의 숫자에 일정한 규칙이 없다.

정수 난수를 사용하기 위해선 randint 함수를 사용한다.

import random

random.randint(begin, end) # randint 함수는 begin에서 end 이하의 정수 난수를 하나 생성한다. (begin, end)
random.randrange([begin,] end[, step]) # randrange 함수는 begin에서 end 미만의 정수 난수를 하나 생성한다. (begin, end], step은 증가값을 지정할 수 있다.
# ex, 짝수 중에서 추출하고 싶다면 step에 2를 넣으면 된다

ex)

import random

for i in range(5):
    print(random.randint(1, 10)) # 1~10까지 정수 난수

print()

for i in range(5):
    print(random.randrange(1, 10)) # 1~9까지 정수 난수

7
6
3
10
2

8
6
6
9
5

범위 내의 실수 난수를 생성할 때는 uniform 함수를 사용한다.

import random

ramdom.uniform(begin, end) # uniform 함수는 begin에서 end까지의 실수 난수를 생성한다.
# (begin, end)

uniform은 begin + (end - begin) * random()의 수식과 같다.

ex)

import random

for i in range(5):
    print(random.uniform(1, 100)) # 1~100 사이의 실수 난수 생성한다. (1,100]

93.80983703665369
98.03389202067036
27.961503110509867
49.2422618681396
7.5621563993808945

choice 함수는 시퀀스에서 임의의 요소를 하나 골라 리턴한다.

시퀀스에 저장되어 있는 여러 개의 후보 중 하나를 고를 때 편리하다.

import random

random.choice(literable)

ex)

import random

s = "사랑해"
food = ["짜장면", "짬뽕", "군만두"]
print(random.choice(s))
print()
print(random.choice(food))

랑

짜장면

choice 함수는 다음과 과 같이 구현되어 있다.

i = random.randrange(len(food))
return food[i]

shuffle 함수는 시퀀스의 요소를 무작위로 섞는다.

import random

random.shuffle() # 원본을 섞는다. call by reference. 문자열은 오류가 난다.

ex)

import random

food = ["짬뽕", "짜장", "군만두", "탕수육"]
print(food)
random.shuffle(food)
print(food)

['짬뽕', '짜장', '군만두', '탕수육']
['군만두', '짜장', '탕수육', '짬뽕']

sample 함수는 시퀀스의 항복 중 n개를 무작위로 뽑아 새로운 리스트를 만든다.

import random

random.sample(sequence, n) # 시퀀스에서 n개를 무작위로 뽑아 새로운 리스트 만든 후 리턴
# 문자열 가능

ex)

import random

nums = random.sample(range(1, 46), 6) # 복권 번호 추출
nums.sort()
print(nums)
s = random.sample("사랑해", 1)
print(s)

[14, 27, 28, 33, 40, 41]
['해']

12.4 sys 모듈

• 시스템 정보

sys 모듈은 파이썬 해석기가 실행되는 환경과 해석기의 여러가지 기능을 조회하고 관리하는 모듈이다.

import sys

sys.version
sys.platform
sys.getwindowsversion()
sys.byteorder # 네트워크 통신에 필요
sys.path
sys.exit() # 프로그램 강제 종료, 0이면 정상 종료, 디폴트갑 0.

ex)

import sys

print("버전 :", sys.version)
print("플랫폼 :", sys.platform)
if(sys.platform == "win32"):
    print(sys.getwindowsversion())
print("바이트 순서 :", sys.byteorder)
print("모듈 경로 :", sys.path)
sys.exit(0)

버전 : 3.8.5 (default, Aug  5 2020, 09:44:06) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)]
플랫폼 : win32
sys.getwindowsversion(major=10, minor=0, build=19041, platform=2, service_pack='')
바이트 순서 : little
모듈 경로 : ['c:\\workspace\\JAVA_Python_C++\\Python\\chapter12 표준 모듈', 'c:\\python_lib', 'c:\\workspace\\tf\\models\\research', 'c:\\workspace\\tf\\models\\research\\slim', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\wonpython\\python38.zip', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\wonpython\\DLLs', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\wonpython\\lib', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\wonpython', 'C:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\wonpython\\lib\\site-packages']

• 명령행 인수

파이썬 프로그램은 명령행에서 직접 실행할 수 있는 실행파일이다.

실행 파일 뒤에 인수를 전달할 수 있다.

ex)

$ copy a.txt b.txt

명령행 인수의 값을 읽기 위해선 sys.argv를 쓴다. 명령행의 인수가 문자열 리스트로 전달된다.

ex) sysargv.py

import sys

print(sys.argv)

$ python sysargv.py hi jongah

['sysargv.py', 'hi', 'jongah']

argv[0]에 실행파일의 전체 경로가 들어가고 이후의 인수는 argv[1], argv[2]로 전달된다.

argv의 인수 개수는 len(sys.argv)로 구하면 된다.