آموزش جامع پایتون از صفر تا تخصص/جلسه هفتم : زمینه های کاربردی

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی چندمنظوره است. این زبان برای توسعه انواع مختلف برنامه‌های نرم‌افزاری مناسب است. در چند سال گذشته، پایتون زبان انتخابی بسیاری از توسعه‌دهندگان در زمینه‌های مختلف زیر بوده است:

• علم داده
• یادگیری ماشین
• توسعه وب
• بینایی کامپیوتر و پردازش تصویر
• سیستم‌های جاسازی‌شده و اینترنت اشیاء
• زمان‌بندی شغل و خودکارسازی
• برنامه‌های کاربردی دسکتاپ GUI
• برنامه‌های کنسولی
• برنامه‌های CAD
• توسعه بازی

بیایید به این زمینه‌ها در جزئیات بیشتر نگاه کنیم:

علم داده

رشد سریع اخیر پایتون در نمودارهای محبوبیت عمدتاً به دلیل کتابخانه‌های علم داده آن است. پایتون به مهارت ضروری برای دانشمندان داده تبدیل شده است. امروزه، برنامه‌های وب و موبایل در زمان واقعی و سایر دستگاه‌ها حجم زیادی داده تولید می‌کنند. کتابخانه‌های علم داده پایتون به شرکت‌ها کمک می‌کنند تا از این داده‌ها بینش‌های تجاری استخراج کنند.

کتابخانه‌هایی مانند NumPy، Pandas و Matplotlib به طور گسترده‌ای برای اعمال الگوریتم‌های ریاضی بر روی داده‌ها و ایجاد تجسم‌ها استفاده می‌شوند. توزیع‌های تجاری و جامعه پایتون مانند Anaconda و ActiveState تمام کتابخانه‌های ضروری مورد نیاز برای علم داده را به صورت یکجا ارائه می‌دهند.

یادگیری ماشین

کتابخانه‌های پایتون مانند Scikit-learn و TensorFlow در ساخت مدل‌ها برای پیش‌بینی روندها مانند رضایت مشتری، مقادیر پیش‌بینی شده سهام و غیره بر اساس داده‌های گذشته کمک می‌کنند. کاربردهای یادگیری ماشین شامل (اما نه محدود به) تشخیص پزشکی، آربیتراژ آماری، تحلیل سبد خرید، پیش‌بینی فروش و غیره است.

توسعه وب

چارچوب‌های وب پایتون توسعه سریع برنامه‌های وب را تسهیل می‌کنند. Django، Pyramid، Flask از محبوب‌ترین انتخاب‌ها در میان جامعه توسعه‌دهندگان وب هستند. این چارچوب‌ها به راحتی امکان توسعه و استقرار برنامه‌های وب ساده و پیچیده را فراهم می‌کنند.

نسخه‌های جدید پایتون از برنامه‌نویسی همزمان پشتیبانی می‌کنند. چارچوب‌های وب مدرن از این ویژگی برای توسعه برنامه‌های وب و API‌های سریع و با عملکرد بالا استفاده می‌کنند.

بینایی کامپیوتر و پردازش تصویر

OpenCV یک کتابخانه بسیار محبوب برای ثبت و پردازش تصاویر است. الگوریتم‌های پردازش تصویر برای استخراج اطلاعات از تصاویر، بازسازی داده‌های تصویر و ویدیو استفاده می‌شوند. بینایی کامپیوتر از پردازش تصویر برای شناسایی چهره‌ها و شناسایی الگوها استفاده می‌کند. OpenCV یک کتابخانه C++ است. پورت پایتون آن به دلیل ویژگی توسعه سریع آن به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

برخی از زمینه‌های کاربردی بینایی کامپیوتر شامل رباتیک، نظارت صنعتی، اتوماسیون و بیومتریک و غیره است.

سیستم‌های جاسازی‌شده و اینترنت اشیاء

Micropython ، نسخه‌ای سبک ویژه برای میکروکنترلرهایی مانند Arduino است. بسیاری از محصولات اتوماسیون، رباتیک، اینترنت اشیاء و برنامه‌های کیوسک حول Arduino ساخته شده‌اند و با Micropython برنامه‌نویسی می‌شوند. Raspberry Pi نیز یک رایانه تک‌برد ارزان قیمت است که برای این نوع برنامه‌ها بسیار محبوب است.

زمان‌بندی شغل و خودکارسازی

پایتون یکی از اولین کاربردهای خود را در خودکارسازی وظایف CRON (Command Run ON) پیدا کرد. برخی از وظایف مانند پشتیبان‌گیری دوره‌ای داده‌ها می‌توانند به صورت اسکریپت‌های پایتون نوشته شوند و به طور خودکار توسط برنامه‌ریز سیستم عامل فراخوانی شوند.

بسیاری از محصولات نرم‌افزاری مانند Maya API پایتون را برای نوشتن اسکریپت‌های خودکارسازی (مشابه با ماکروهای Excel) گنجانده‌اند.

برنامه‌های کاربردی دسکتاپ GUI

پایتون گزینه‌ای عالی برای ساخت برنامه‌های کاربردی دسکتاپ با رابط گرافیکی کاربر (GUI) زیبا، ارگونومیک و کاربرپسند است. چندین کتابخانه گرافیکی که به طور اصلی به زبان C/C++ ساخته شده‌اند، به پایتون منتقل شده‌اند. یکی از ابزارهای گرافیکی محبوب، بسته PyQt است که از Qt گرافیک‌ها استفاده می‌کند. به طور مشابه، WxWidgets به پایتون به عنوان WxPython منتقل شده است. بسته GUI داخلی پایتون، TKinter، رابطی است برای ابزار گرافیکی Tk.

در اینجا یک فهرست انتخابی از کتابخانه‌های GUI پایتون آمده است:

Tkinter

Tkinter یک رابط پایتون برای ابزار گرافیکی Tk است که به همراه کتابخانه استاندارد پایتون توزیع می‌شود.

wxPython

wxPython رابط پایتون برای ابزار گرافیکی wxWidgets است. برای مثال، برنامه مشتری BitTorrent با قابلیت‌های wxPython ساخته شده است.

PyQt

Qt یکی از محبوب‌ترین ابزارهای گرافیکی است. این ابزار به پایتون منتقل شده است و به صورت بسته PyQt5 ارائه می‌شود. برنامه‌های دسکتاپ معروفی که از PyQt استفاده می‌کنند شامل QGIS، Spyder IDE، Calibre Ebook Manager و غیره هستند.

PyGTK

PyGTK مجموعه‌ای از بسته‌های نوشته‌شده به زبان پایتون و C برای کتابخانه GTK+ است. آموزش کامل PyGTK در دسترس است.

PySimpleGUI

PySimpleGUI یک کتابخانه گرافیکی متن‌باز و چندپلتفرمی برای پایتون است. هدف آن ارائه یک API یکپارچه برای ساخت GUI‌های دسکتاپ با استفاده از کتابخانه‌های Tkinter، PySide و WxPython است.

Jython

Jython یک نسخه پایتون برای جاوا است که به اسکریپت‌های پایتون این امکان را می‌دهد که به‌طور یکپارچه به کتابخانه‌های GUI جاوا در ماشین محلی دسترسی داشته باشند.

برنامه‌های کاربردی مبتنی بر کنسول

پایتون اغلب برای ساخت برنامه‌های رابط خط فرمان (CLI) استفاده می‌شود. این اسکریپت‌ها می‌توانند برای اجرای خودکار وظایف CRON مانند پشتیبان‌گیری از پایگاه‌داده و غیره استفاده شوند. بسیاری از کتابخانه‌های پایتون وجود دارند که پارامترهای خط فرمان را تجزیه می‌کنند. کتابخانه argparse به‌طور پیش‌فرض با کتابخانه استاندارد پایتون ارائه می‌شود. شما می‌توانید از کتابخانه‌هایی مانند Click (که بخشی از فریم‌ورک Flask است) و Typer (که در فریم‌ورک FastAPI گنجانده شده) برای ساخت رابط‌های کنسولی برای برنامه‌های وب استفاده کنید. Textual یک فریم‌ورک توسعه سریع برای ساخت برنامه‌هایی است که در داخل ترمینال و مرورگرها اجرا می‌شوند.

برنامه‌های کاربردی CAD

مهندسان CAD می‌توانند از انعطاف‌پذیری پایتون برای خودکارسازی وظایف تکراری مانند ترسیم اشکال و تولید گزارش‌ها استفاده کنند.Autodesk Fusion 360 یک نرم‌افزار CAD محبوب است که API پایتون دارد و به کاربران این امکان را می‌دهد تا وظایف را خودکار کنند و ابزارهای سفارشی بسازند. به طور مشابه، SolidWorks یک شل پایتون داخلی دارد که به کاربران این امکان را می‌دهد که اسکریپت‌های پایتون را در داخل نرم‌افزار اجرا کنند.CATIA نیز یکی دیگر از نرم‌افزارهای CAD بسیار محبوب است. همراه با VBScript، برخی از کتابخانه‌های پایتون شخص ثالث وجود دارند که می‌توانند برای کنترل CATIA استفاده شوند.

توسعه بازی

برخی از برنامه‌های بازی معروف با پایتون ساخته شده‌اند. مثال‌ها شامل BattleField2، The Sims 4، World of Tanks، Pirates of the Caribbean و غیره هستند. این برنامه‌ها با استفاده از یکی از کتابخانه‌های پایتون ساخته شده‌اند.Pygame یکی از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون برای ساخت بازی‌های کامپیوتری جذاب است. Pygame یک کتابخانه متن‌باز پایتون است که برای ساخت برنامه‌های چندرسانه‌ای مانند بازی‌ها روی کتابخانه عالی SDL ساخته شده است. این کتابخانه چندپلتفرمی است، به این معنی که می‌توانید بازی‌ای بسازید که روی هر پلتفرم سیستم‌عاملی اجرا شود.

کتابخانه دیگری به نام Kivy نیز به‌طور گسترده برای ساخت بازی‌های دسکتاپ و موبایل استفاده می‌شود. Kivy دارای رابط چند لمسی است. این یک کتابخانه متن‌باز و چندپلتفرمی پایتون برای توسعه سریع برنامه‌های بازی است. Kivy روی سیستم‌عامل‌های لینوکس، ویندوز، OS X، اندروید، iOS و Raspberry Pi اجرا می‌شود.کتابخانه PyKyra بر اساس هر دو SDL (محلی‌سازی نرم‌افزار و مستندات) و موتور Kyra است. این یکی از سریع‌ترین فریم‌ورک‌های توسعه بازی است. PyKyra از فرمت‌های چندرسانه‌ای مانند MPEG، MP3، Ogg Vorbis، Wav و غیره پشتیبانی می‌کند.