Bibliotecas en Python

Normalmente, una biblioteca es una colección de libros o es una sala o lugar donde se almacenan muchos libros para ser utilizados posteriormente. De manera similar, en el mundo de la programación, una biblioteca es una colección de códigos precompilados que se pueden usar más tarde en un programa para algunas operaciones específicas bien definidas. Aparte de los códigos precompilados, una biblioteca puede contener documentación, datos de configuración, plantillas de mensajes, clases y valores, etc.

Una biblioteca de Python es una colección de módulos relacionados. Contiene paquetes de código que se pueden usar repetidamente en diferentes programas. Hace que la programación de Python sea más simple y conveniente para el programador. Como no necesitamos escribir el mismo código una y otra vez para diferentes programas. Las bibliotecas de Python juegan un papel muy importante en los campos de aprendizaje automático, ciencia de datos, visualización de datos, etc.

Funcionamiento de la biblioteca de Python

Como se indicó anteriormente, una biblioteca de Python es simplemente una colección de códigos o módulos de códigos que podemos usar en un programa para operaciones específicas. Usamos bibliotecas para que no necesitemos escribir el código nuevamente en nuestro programa que ya está disponible. Pero como funciona. En realidad, en el entorno de MS Windows, los archivos de la biblioteca tienen una extensión DLL (Bibliotecas de carga dinámica). Cuando vinculamos una biblioteca con nuestro programa y ejecutamos ese programa, el enlazador busca automáticamente esa biblioteca. Extrae las funcionalidades de esa biblioteca e interpreta el programa en consecuencia. Así es como usamos los métodos de una biblioteca en nuestro programa. Veremos más adelante, cómo incorporamos las bibliotecas en nuestros programas de Python.

Biblioteca estándar de Python

La biblioteca estándar de Python contiene la sintaxis, la semántica y los tokens exactos de Python. Contiene módulos incorporados que brindan acceso a la funcionalidad básica del sistema como E/S y algunos otros módulos principales. La mayoría de las bibliotecas de Python están escritas en el lenguaje de programación C. La biblioteca estándar de Python consta de más de 200 módulos principales. Todos estos trabajan juntos para hacer de Python un lenguaje de programación de alto nivel. La biblioteca estándar de Python juega un papel muy importante. Sin él, los programadores no pueden tener acceso a las funcionalidades de Python. Pero aparte de esto, hay varias otras bibliotecas en Python que facilitan la vida de un programador. Echemos un vistazo a algunas de las bibliotecas de uso común:

1. TensorFlow: esta biblioteca fue desarrollada por Google en colaboración con Brain Team. Es una biblioteca de código abierto utilizada para cálculos de alto nivel. También se utiliza en algoritmos de aprendizaje automático y aprendizaje profundo. Contiene un gran número de operaciones tensoriales. Los investigadores también utilizan esta biblioteca de Python para resolver cálculos complejos en Matemáticas y Física.
2. Matplotlib: Esta librería se encarga de graficar datos numéricos. Y es por eso que se utiliza en el análisis de datos. También es una biblioteca de código abierto y traza figuras de alta definición como gráficos circulares, histogramas, diagramas de dispersión, gráficos, etc.
3. Pandas: Los pandas son una biblioteca importante para los científicos de datos. Es una biblioteca de aprendizaje automático de código abierto que proporciona estructuras de datos flexibles de alto nivel y una variedad de herramientas de análisis. Facilita el análisis de datos, la manipulación de datos y la limpieza de datos. Pandas admite operaciones como Clasificación, Reindexación, Iteración, Concatenación, Conversión de datos, Visualizaciones, Agregaciones, etc.
4. Numpy: El nombre «Numpy» significa «Numerical Python». Es la biblioteca de uso común. Es una biblioteca popular de aprendizaje automático que admite arrays grandes y datos multidimensionales. Consta de funciones matemáticas integradas para facilitar los cálculos. Incluso bibliotecas como TensorFlow usan Numpy internamente para realizar varias operaciones en tensores. Array Interface es una de las características clave de esta biblioteca.
5. SciPy: El nombre «SciPy» significa «Scientific Python». Es una biblioteca de código abierto utilizada para cálculos científicos de alto nivel. Esta biblioteca está construida sobre una extensión de Numpy. Funciona con Numpy para manejar cálculos complejos. Si bien Numpy permite clasificar e indexar datos de array, el código de datos numéricos se almacena en SciPy. También es ampliamente utilizado por ingenieros y desarrolladores de aplicaciones.
6. Scrapy: es una biblioteca de código abierto que se utiliza para extraer datos de sitios web. Proporciona rastreo web muy rápido y raspado de pantalla de alto nivel. También se puede utilizar para minería de datos y pruebas automatizadas de datos.
7. Scikit-learn: Es una famosa biblioteca de Python para trabajar con datos complejos. Scikit-learn es una biblioteca de código abierto que admite el aprendizaje automático. Admite diversos algoritmos supervisados ​​y no supervisados ​​como regresión lineal, clasificación, agrupamiento, etc. Esta biblioteca funciona en asociación con Numpy y SciPy.
8. PyGame: esta biblioteca proporciona una interfaz sencilla para las bibliotecas de entrada, audio y gráficos independientes de la plataforma Standard Directmedia Library (SDL). Se utiliza para desarrollar videojuegos utilizando gráficos de computadora y bibliotecas de audio junto con el lenguaje de programación Python.
9. PyTorch: PyTorch es la biblioteca de aprendizaje automático más grande que optimiza los cálculos de tensor. Tiene API ricas para realizar cálculos de tensor con una fuerte aceleración de GPU. También ayuda a resolver problemas de aplicaciones relacionados con las redes neuronales.
10. PyBrain: el nombre «PyBrain» significa biblioteca de aprendizaje de refuerzo basado en Python, inteligencia artificial y redes neuronales. Es una biblioteca de código abierto creada para principiantes en el campo del aprendizaje automático. Proporciona algoritmos rápidos y fáciles de usar para tareas de aprendizaje automático. Es tan flexible y fácilmente comprensible y por eso es realmente útil para los desarrolladores que son nuevos en los campos de investigación.

Hay muchas más bibliotecas en Python. Podemos utilizar una biblioteca adecuada para nuestros propósitos. Por lo tanto, las bibliotecas de Python juegan un papel muy importante y son muy útiles para los desarrolladores.

Uso de bibliotecas en el programa Python

Mientras escribimos programas de gran tamaño en Python, queremos mantener la modularidad del código. Para facilitar el mantenimiento del código, dividimos el código en diferentes partes y podemos usar ese código más tarde cuando lo necesitemos. En Python, los módulos juegan ese papel. En lugar de usar el mismo código en diferentes programas y hacer que el código sea complejo, definimos las funciones más utilizadas en módulos y simplemente podemos importarlas en un programa donde sea que haya un requisito. No necesitamos escribir ese código, pero aun así, podemos usar su funcionalidad importando su módulo. Múltiples módulos interrelacionados se almacenan en una biblioteca. Y cada vez que necesitamos usar un módulo, lo importamos desde su biblioteca. En Python, es un trabajo muy simple debido a su fácil sintaxis. Solo necesitamos usar import .

 Echemos un vistazo al código de ejemplo:

# Importing math library
import math
  
A = 16
print(math.sqrt(A))

4.0

Aquí, en el código anterior, importamos la biblioteca matemática y usamos uno de sus métodos, es decir, sqrt (raíz cuadrada) sin escribir el código real para calcular la raíz cuadrada de un número. Así es como una biblioteca facilita el trabajo de los programadores. Pero aquí solo necesitábamos el método sqrt de la biblioteca matemática, pero importamos toda la biblioteca. En lugar de esto, también podemos importar elementos específicos de un módulo de biblioteca.

Importación de elementos específicos de un módulo de biblioteca 

Como en el código anterior, importamos una biblioteca completa para usar uno de sus métodos. Pero podríamos haber importado simplemente «sqrt» de la biblioteca de matemáticas. Python nos permite importar elementos específicos de una biblioteca. 

Veamos un código de ejemplo:

# Importing specific items
from math import sqrt, sin
  
A = 16
B = 3.14
print(sqrt(A))
print(sin(B))

4.0
0.0015926529164868282

En el código anterior, podemos ver que importamos solo los métodos «sqrt» y «sin» de la biblioteca matemática.