💡해당 게시글은 방송통신대학교 정재화 교수님의 '파이썬 프로그래밍 기초' 강의를 개인 공부 목적으로 메모하였습니다.

학습 목표

모듈, 패키지, 라이브러리를 구분할 수 있음
모듈을 등록할 수 있음
모듈의 메소드 및 변수를 사용할 수 있음

주요 용어

모듈
- 함수, 상수 또는 클래스를 모아 놓은 집합체
네임 스페이스
- 특정 객체를 이름에 따라 구분할 수 있는 범위
난수
- 특정한 배열 순서나 규칙적인 의미가 없는, 임의의 수를 의미

강의록

모듈의 이해

모듈의 역할

import 통해 남이 만든 좋은 코드를 그대로 가져다 사용 가능
파이썬은 어떤 기능을 구현할 때 이미 만들어 놓은 도구들을 이용해 간편하게 작업할 수 있음

라이브러리와 프레임 워크

라이브러리
- 어떤 모듈과 패키지에 여러 가지의 조합들을 묶어서 어떠한 새로운 분야에 해당되는 일을 하려고 할 때 또는 기능을 구현 하려고 할 때 읽어 들이는 단위
모듈(module)
- 프로그래밍 과정에 극강의 효율성을 줄 수 있음
- 라이브러리와 프레임 워크들을 구성하는 가장 작은 단위
- 모듈은 하나의 파이썬 파일로 구성

모듈의 개념

함수, 상수 또는 클래스를 모아 놓은 집합체
- 클래스
  - 다른 모듈의 확장
- 함수
  - 특정 작업을 처리
- 상수(변수)
  - 불변의 값

모듈, 패키지, 라이브러리

모듈
- 클래스, 함수, 상수의 집합
패키지
- 하위 패키지 및 모듈의 집합
라이브러리
- 패키지 및 모듈의 집합

모듈의 등록

구문 형식 1
1 import 모듈이름 [as 별칭]
- 파이썬 모듈을 프로그램 내부에서 사용할 수 있게 네임 스페이스에 추가하는 명령어
  - 모듈이름 / 별칭․변수
  - 모듈이름 / 별칭.함수()
  - 모듈이름 / 별칭.클래스

구문 형식 2

  
  from 모듈이름 import 메소드1, [메소드2/함수/클래스…]

  
  from 모듈이름 import *

모듈 이름 없이 변수, 함수, 클래스를 사용
- 변수
- 함수()
- 클래스

모듈의 등록 확인

  
import math

dir() # 어떤 모듈들이 등록(import) 되어 있는지 확인할 수 있는 dir 함수
dir(math) # math 모듈에 어떤 멤버들이 있는지 확인
help(math.gamma) # 등록 된 함수의 사용 방법을 알고자 할 때 사용

dir 함수
- 네임 스페이스에 등록되어 있는 모든 이름들을 리스트로 반환
1 dir()
1 dir(math)
help 함수
- 대화형 도움말 시스템 호출 또는 클래스나 메소드의 사용 방법 반환
1 help(math.abs)
1 help("python".upper)

네임 스페이스의 이해

특정 객체를 이름에 따라 구분할 수 있는 범위
- 지역 NS
  - 함수 또는 메소드 내의 이름 공간
- 전역 NS
  - 모듈 전체에서 통용되는 이름 공간
- 빌트인 NS
  - 모든 코드 범위

모듈의 제거

구문 형식
1 del 등록된_모듈이름
- 네임 스페이스 내 모듈의 멤버 식별자 제거
네임 스페이스에 올라온 여러 식별자들이 겹칠 수 있음
새 모듈의 함수, 변수 등의 이름이 겹치는 이유로 이전 모듈을 제거해야 할 때에는 del 사용
- 간혹 오류 발생 시 해당 모듈을 네임 스페이스에서 제거

원뿔 계산 프로그램 개선

math 모듈을 활용한 원뿔 계산

  
  # 원뿔 클래스 정의
  class Cone :
      def __init__(self, radius = 20, height = 30):
          self.r = radius
          self.h = height
    
      def get_vol(self) :
          return 1 / 3 * 3.14 * self.r ** 2 * self.h
    
      def get_surf(self) :
          return 3.14 * self.r ** 2 + 3.14 * self.r * self.h
    

math 모듈을 사용함으로써 수학적으로 정교한 수치를 얻을 수 있음

  
  import math
        
  print(math.pi)
  # 원뿔 클래스 정의
  class Cone :
      def __init__(self, radius = 20, height = 30):
          self.r = radius
          self.h = height
        
      def get_vol(self) :
          return 1 / 3 * math.pi * self.r ** 2 * self.h # 3.14 보다 정확한 파이 값 사용
        
      def get_surf(self) :
          return math.pi * self.r ** 2 + math.pi * self.r * self.h

유용한 모듈

math 모듈

수학적 계산 문제를 해결하기 위한 수학 함수 및 상수의 집합
- C 언어 표준에 정의된 수학적 계산 함수를 내장
- π, e와 같은 상수 제공
1 math.gcd(6, 8)
1 math.factorial(5)
1 math.e
1 dir(math)

math 모듈 멤버

멤버	설명
`pi`	원주율
`e`	자연 로그 e
`fabs(x)`	x의 절대 값
`ceil(x)`	x의 가장 가까운 정수로 올림
`floor(x)`	x의 가장 가까운 정수로 버림
`exp(x)`	x의 지수 함수(e^x) 값
`log(x)`	x의 자연 로그 값
`sqrt(x)`	x의 제곱근
`sin(x)`	x의 사인 값
`asin(x)`	sin의 역 함수에 대한 라디안 각도
`cos(x)`	x의 코사인 값
`tan(x)`	x의 탄젠트 값
`degrees(x)`	라디안 각도 x를 도 단위로 변환

삼각형 넓이 계산 프로그램

두 변의 길이 a, b와 끼인 각 α인 삼각형의 넓이를 구하는 프로그램을 작성하시오.

math 모듈 활용하여 삼각형 넓이 구하기

  
  import math
        
  a, b = 10, 20
        
  # area = 1 / 2 * a * b * math.sin(60) # 결과 값이 음수가 나옴 파이 값으로 매개 변수 추가해야 함
        
  # 60도를 호도법으로 바꾸어야 함
  area = 1 / 2 * a * b * math.sin(math.radians(60)) # 60도를 호도법으로 바꾼 값의 sin 값 산출
        
  print(area)

특정 함수 몇 가지만 부분적으로 호출하게 되면 해당 함수는 모듈 명을 쓰지 않고 직접 사용 가능

  
  import math
  from math import sin
            
  a, b = 10, 20
            
  # area = 1 / 2 * a * b * math.sin(60) # 결과 값이 음수가 나옴 파이 값으로 매개 변수 추가해야 함
            
  # 60도를 호도법으로 바꾸어야 함
  area = 1 / 2 * a * b * sin(math.radians(60)) # 60도를 호도법으로 바꾼 값의 sin 값 산출
            
  print(area)

random 모듈

난수(random number)
- 특정한 배열 순서나 규칙적인 의미가 없는, 임의의 수를 의미
난수 관련된 생성 기능을 제공하는 모듈
- 특정 범위의 난수를 발생
난수 발생기
- 번호들 사이에는 규칙이 없으나 프로그램을 실행할 때마다 동일한 값들이 도출되는 난수 발생
- 시드를 통해 변형을 줌으로써 전체 나오는 패턴을 바꿔줄 수 있음
  - 같은 번호가 게속 나오면 시드를 바꾸어 주어야 함

random 모듈 멤버

멤버	설명
`random()`	0~1 사이의 숫자 중 난수 발생
`randint(a, b)`	a부터 b 사이의 숫자 중 난수 발생
`randrange(a, b, c)`	a부터 b 사이의 c의 간격으로 나열된 숫자 중 난수 발생
`choice(sequence)`	주어진 항목을 랜덤하게 반환
`sample(sequence)`	랜덤하게 여러 개의 원소를 선택
`shuffle(sequence)`	시퀀스의 순서를 랜덤하게 섞음

가위-바위-보 게임

  
import random # random 모듈 import

options = ["가위", "바위", "보"]
user = input("가위,바위,보를 입력: ")
com = random.choice(options) # option 리스트를 랜덤하게 반환

if user == com:
    print("비겼다!")
elif user == "바위" and com == "가위":
    print("이겼다!")
elif user == "보" and com == "바위":
    print("이겼다!")
elif user == "가위" and com == "보":
    print("이겼다!")
else:
    print("졌다!")

로또 추첨 프로그램

1 ~ 45 숫자 6개를 입력 받아 당첨 숫자와 비교하는 프로그램을 작성하시오.

  숫자를 입력하세요: 42, 1, 6, 22, 30, 31
  당첨 숫자는 1, 2, 45, 21, 22, 39 입니다.
    
  2개가 맞았습니다.

  
  import random # random 모듈 import
    
  # 사용자의 입력 값 그대로 사용할 수 없음 -> input을 통해 들어온 긴 문자열을 콤마 기준으로 분리
  guess_str = input("1 ~ 45 번호 6개를 쉼표로 분리하여 입력하세요 : ").split(", ")
  guess_list = list()
    
  # 숫자로 된 문자열을 하나씩 읽어 int형으로 받은 뒤 guess_list 에 저장
  for i in guess_str:
      guess_list.append(int(i)) # guess_str의 값들을 하나하나 정수로 변환하여 guess_list에 하나씩 추가
    	
  lotto_list = random.sample(range(1, 46, 1), 6) # 1부터 45까지의 값 중 6개의 값을 랜덤으로 추출
    
  print("예상 번호는", guess_list, "입니다.")
  print("추첨 번호는", lotto_list, "입니다.")
    
  hit_count = 0
    
  for guess in guess_list:
      if guess in lotto_list: # 비교 연산자 in
          hit_count = hit_count + 1
    	
  print("축하합니다 " + str(hit_count) + "개 맞혔습니다.")

.split(", ")
- 분할 기준 되는 문자를 매개 변수로 대입
- 콤마와 스페이스 기준으로 분리

스무 고개 프로그램

20번의 기회 안에 1 ~ 1000 사이의 숫자를 맞히는 스무 고개 프로그램을 작성하시오.

  숫자를 맞혀보세요(1번째 시도): 52
  52보다 큽니다. 숫자를 맞혀보세요(2번째 시도): 69
  69보다 작습니다. 숫자를 맞혀보세요(3번째 시도): …

  
  import random
    
  hit_number = random.randint(1, 1001) # 정수를 무작위로 추출
    
  guess_count_list = range(1, 21, 1) # 1 ~ 20 까지 들어있는 리스트 생성하여 현재 몇 번째 시도인지를 출력
    
  passfail = False # 실패했다고 가정
    
  for guess_count in guess_count_list: # 20번 반복하는 for문
      guess = int(input("숫자를 맞혀 보세요(" + str(guess_count)+"번째 시도): "))
      # 반복할 때마다 몇번 째 시도인지 알려줘야 함
      if hit_number == guess:
          passfail = True # 숫자를 20회 내에 맞힌 경우에는 반복할 필요 없음
          break # 반복 중단할 때 사용
      elif hit_number > guess:
          print(str(guess) + "보다 큽니다.", end = "")
      else:
          print(str(guess) + "보다 작습니다.", end = "")
    
  if passfail == True:
      print("맞혔습니다. 축하합니다.")
  else:
      print("모든 기회를 다 사용하셨습니다. 다음에 다시 도전하세요")

time 모듈

에포크 시간을 얻어 다양한 형식으로 표시하는 기능 제공
- 정수 부분은 초
- 소수 점 부분은 밀리 세컨드
- 시작 점은 1970년도 01월 01일

time 모듈 멤버

멤버	설명
`time()`	1970.1.1 자정 이후로 누적된 초를 실수 단위로 반환
`gmtime()`	struct_time 형식으로 기준 시각 변환
`localtime(time)`	입력된 초를 변환하여, 지방 표준 시 기준 시각으로 변환
`strftime(str, time)`	지정된 형식으로 시각을 변환
`ctime()`	현재 시간을 반환
`sleep(n)`	현재 동작 중인 프로세스를 주어진 n초만큼 멈춤

소수 찾기 프로그램

1 ~ 1000 사이에 소수(prime number)를 찾고 실행 시간을 출력하는 프로그램을 작성하시오.

  시작 시각은 Fri Apr 7 00:46:21 2023 입니다.
  소수는 2, 3, 5, 7, 11, 13
  종료 시각은 Fri Apr 7 00:46:58 2023 입니다.
  총 37초 실행했습니다.

  
  import time
    
  start_time = time.time() # 1970.1.1 이후로 경과 된 시점을 초 단위로 환산
    
  # 소수인지 판별하는 함수
  def is_prime(x):
      for i in range(2, x): # 2부터 x-1까지 반복
          if x % i == 0:
              return False # i로 나누었을 때 나누어 떨어지면(나머지가 0이면) 소수가 아니므로 False 반환
      return True
    
  prime_count = 0
    
  for i in range(1, 5001): # 1부터 5000까지 확인
      if is_prime(i):
          prime_count = prime_count + 1
          print(i, end = ", ")
    
  end_time = time.time()
  print("\n", end_time - start_time, "초 실행했습니다.")

연습 문제

다음은 무엇에 대한 설명인가?

 클래스, 함수, 상수(변수)의 집합

a. 모듈

다음 중 모듈 사용과 관련된 명령어가 아닌 것은?
a. module

(a)에서 option 리스트의 값 중 하나가 무작위로 선택되어 com에 할당하도록 빈 칸 □에 들어갈 알맞은 코드는?

(a) 가위 바위-보-프로그램

  
  import random

  options = ["가위", "바위", "보"]
  user = input("가위, 바위, 보를 입력: ")
  com = random.choice(options)

  if user == com:
      print("비겼다!")
  elif user == "바위" and com == "가위":
      print("이겼다!")
  elif user == "보" and com == "바위":
      print("이겼다!")
  elif user == "가위" and com == "보":
      print("이겼다!")
  else:
      print("졌다!")

a. random.choice(options)

학습 정리

모듈은 함수, 상수 또는 클래스를 모아 놓은 집합체임
모듈, 패키지, 라이브러리는 구분되는 개념이며 패키지는 하위 패키지 및 모듈의 집합, 라이브러리는 패키지 및 모듈의 집합으로 구성되는 상위 개념임
모듈 등록 시 import 구문과 from import 구문을 사용함
- import 구문을 통해 등록된 모듈은 사용 시 모듈 이름 또는 별칭을 변수/함수/클래스 앞에 붙여야 함
import는 파이썬 모듈을 프로그램 내부에서 사용할 수 있게 네임 스페이스에 추가하는 기능을 수행함
dir 함수는 네임 스페이스에 등록되어 있는 모든 이름들을 리스트로 반환함
help 함수는 대화형 도움말 시스템 호출 또는 클래스나 메소드의 사용 방법을 반환함
네임 스페이스는 특정 객체를 이름에 따라 구분할 수 있는 범위를 나타냄
del 명령어는 네임 스페이스 내 등록된 모듈의 멤버 식별자를 제거함
math 모듈은 수학적 계산 문제를 해결하기 위한 수학 함수 및 상수의 집합으로 구성됨
random은 난수 관련된 기능을 제공하는 모듈임
time은 에포크 시간을 얻어 다양한 형식으로 표시하는 기능 제공하는 모듈임

[파이썬 프로그래밍 기초] 11강 - 모듈