آموزش پایتون - حوزه‌های کاربردی

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی چندمنظوره است. این زبان برای توسعه طیف گسترده‌ای از نرم‌افزارها مناسب است. طی چند سال گذشته، پایتون زبان محبوب و انتخابی اول توسعه‌دهندگان در حوزه‌های کاربردی زیر بوده است:

• علم داده (Data Science)
• یادگیری ماشین (Machine Learning)
• توسعه وب (Web Development)
• بینایی ماشین و پردازش تصویر (Computer Vision and Image processing)
• سیستم‌های نهفته و اینترنت اشیاء (Embedded Systems and IoT)
• زمان‌بندی کارها و اتوماسیون (Job Scheduling and Automation)
• برنامه‌های گرافیکی دسکتاپ (Desktop GUI Applications)
• برنامه‌های مبتنی بر کنسول و خط فرمان (Console-based Applications)
• برنامه‌های طراحی به کمک رایانه (CAD Applications)
• توسعه بازی (Game Development)

بیایید نگاه دقیق‌تری به این حوزه‌های کاربردی بیندازیم:

علم داده

رشد جهشی و محبوبیت بی‌نظیر پایتون در سال‌های اخیر، عمدتاً به دلیل کتابخانه‌های علم داده آن است. پایتون به یک مهارت ضروری برای دانشمندان داده تبدیل شده است. امروزه، برنامه‌های وب تحت‌نظر زمان واقعی (Real-time)، برنامه‌های موبایل و سایر دستگاه‌ها حجم عظیمی از داده را تولید می‌کنند. کتابخانه‌های علم داده پایتون به شرکت‌ها کمک می‌کنند تا از این داده‌ها بینش‌های تجاری و کاربردی استخراج کنند.

کتابخانه‌هایی مانند NumPy، Pandas و Matplotlib به‌طور گسترده برای اعمال الگوریتم‌های ریاضی روی داده‌ها و ایجاد تجسم‌های بصری استفاده می‌شوند. توزیع‌های تجاری و جامعه‌محور پایتون مانند Anaconda و ActiveState تمام کتابخانه‌های ضروری مورد نیاز برای علم داده را یک‌جا ارائه می‌دهند.

یادگیری ماشین

کتابخانه‌های پایتون مانند Scikit-learn و TensorFlow به ساخت مدل‌هایی برای پیش‌بینی روندها (مانند رضایت مشتری، قیمت پیش‌بینی‌شده 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 موارد دیگر است.

توسعه وب

فریم‌ورک‌های وب پایتون توسعه سریع برنامه‌های وب را تسهیل می‌کنند. فریم‌ورک‌های Django، Pyramid و Flask در میان جامعه توسعه‌دهندگان وب بسیار محبوب هستند و توسعه و استقرار برنامه‌های وب ساده و همچنین پیچیده را بسیار آسان می‌کنند.

نسخه‌های اخیر پایتون قابلیت برنامه‌نویسی ناهمگام (Asynchronous) را ارائه می‌دهند. فریم‌ورک‌های وب مدرن از این ویژگی برای توسعه وب‌اپلیکیشن‌ها و APIهای سریع و با کارایی بالا استفاده می‌کنند.

بینایی ماشین و پردازش تصویر

OpenCV یک کتابخانه فوق‌العاده محبوب برای دریافت و پردازش تصاویر است. الگوریتم‌های پردازش تصویر اطلاعات را از تصاویر استخراج کرده و داده‌های تصویر و ویدیو را بازسازی می‌کنند. بینایی ماشین از پردازش تصویر برای تشخیص چهره و بازشناسی الگو استفاده می‌کند. OpenCV یک کتابخانه C++ است، اما نسخه پایتون آن به دلیل سرعت بالای توسعه، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برخی از حوزه‌های کاربردی بینایی ماشین عبارت‌اند از رباتیک، نظارت صنعتی، اتوماسیون، بیومتریک و غیره.

سیستم‌های نهفته و اینترنت اشیاء

کتابخانه MicroPython (https://micropython.org/) یک نسخه سبک‌سازی‌شده از پایتون، به‌ویژه برای میکروکنترلرهایی مانند Arduino است. بسیاری از محصولات اتوماسیون، رباتیک، اینترنت اشیاء (IoT) و برنامه‌های کیوسک بر پایه آردوینو ساخته شده و با MicroPython برنامه‌نویسی می‌شوند. برد Raspberry Pi نیز یک رایانه تک‌بردی کم‌هزینه و بسیار محبوب است که برای این نوع کاربردها استفاده می‌شود.

زمان‌بندی کارها و اتوماسیون

یکی از اولین کاربردهای پایتون، خودکارسازی کارهای CRON (Command Run ON) بود. کارهای مشخصی مانند پشتیبان‌گیری دوره‌ای از داده‌ها را می‌توان در اسکریپت‌های پایتون نوشت و زمان‌بندی کرد تا به‌طور خودکار توسط زمان‌بندی سیستم‌عامل اجرا شوند.

بسیاری از محصولات نرم‌افزاری مانند Maya دارای API پایتون داخلی برای نوشتن اسکریپت‌های اتوماسیون هستند (چیزی شبیه به ماکروها در اکسل).

برنامه‌های گرافیکی دسکتاپ

پایتون گزینه‌ای عالی برای ساخت برنامه‌های گرافیکی دسکتاپ (GUI) ارگونومیک، جذاب و کاربرپسند است. چندین کتابخانه گرافیکی، اگرچه با C/C++ ساخته شده‌اند، به پایتون پورت شده‌اند. ابزار گرافیکی محبوب Qt به صورت پکیج PyQt در پایتون در دسترس است. به همین ترتیب، WxWidgets به عنوان WxPython به پایتون منتقل شده است. پکیج GUI داخلی پایتون یعنی Tkinter نیز یک رابط پایتونی برای ابزار گرافیکی Tk است.

در اینجا لیستی گزینش‌شده از کتابخانه‌های GUI پایتون آورده شده است:

• Tkinter − رابط پایتون برای ابزار گرافیکی Tk که همراه با کتابخانه استاندارد پایتون عرضه می‌شود.
• wxPython − رابط پایتون برای ابزار گرافیکی wxWidgets. برنامه BitTorrent Client با استفاده از قابلیت‌های wxPython ساخته شده است.
• PyQt – ابزار Qt یکی از محبوب‌ترین ابزارهای GUI است که به صورت پکیج PyQt5 به پایتون منتقل شده است. از برنامه‌های دسکتاپ برجسته‌ای که از PyQt استفاده می‌کنند می‌توان به QGIS، Spyder IDE، Calibre Ebook Manager و غیره اشاره کرد.
• PyGTK − مجموعه‌ای از پوشش‌دهنده‌ها (Wrappers) به زبان پایتون و C برای کتابخانه گرافیکی GTK + است. آموزش کامل PyGTK در اینجا موجود است.
• PySimpleGUI − یک کتابخانه GUI متن‌باز و چندپلتفرمی برای پایتون است. هدف آن ارائه یک API یکپارچه برای ایجاد GUIهای دسکتاپ بر پایه ابزارهای Tkinter، PySide و WxPython پایتون است.
• Jython − یک نسخه از پایتون برای جاوا است که به اسکریپت‌های پایتون دسترسی بی‌دردسر به کتابخانه‌های GUI جاوا روی سیستم محلی را می‌دهد.

برنامه‌های مبتنی بر کنسول

پایتون اغلب برای ساخت برنامه‌های CLI (رابط خط فرمان) به کار می‌رود. چنین اسکریپت‌هایی می‌توانند برای اجرای کارهای زمان‌بندی‌شده CRON مانند گرفتن نسخه پشتیبان از پایگاه داده و غیره استفاده شوند. کتابخانه‌های پایتون متعددی وجود دارند که آرگومان‌های خط فرمان را تجزیه می‌کنند. کتابخانه argparse همراه با کتابخانه استاندارد پایتون عرضه می‌شود. شما می‌توانید از Click (بخشی از فریم‌ورک Flask) و Typer (موجود در فریم‌ورک FastAPI) برای ساخت رابط‌های کنسول برای برنامه‌های تحت وب ساخته‌شده توسط این فریم‌ورک‌ها استفاده کنید. Textual نیز یک فریم‌ورک توسعه سریع برای ساخت برنامه‌هایی است که داخل ترمینال و همچنین مرورگرها اجرا می‌شوند.

برنامه‌های CAD

مهندسان CAD می‌توانند از انعطاف‌پذیری پایتون برای خودکارسازی کارهای تکراری مانند رسم اشکال و تولید گزارش‌ها استفاده کنند.

نرم‌افزار Autodesk Fusion 360 یک نرم‌افزار CAD محبوب است که دارای API پایتون بوده و به کاربران اجازه می‌دهد کارها را خودکار کرده و ابزارهای سفارشی بسازند. به همین ترتیب، SolidWorks دارای یک شل (Shell) داخلی پایتون است که به کاربران امکان می‌دهد اسکریپت‌های پایتون را داخل نرم‌افزار اجرا کنند.

نرم‌افزار CATIA یکی دیگر از نرم‌افزارهای بسیار محبوب CAD است. در کنار VBScript، کتابخانه‌های خاصی از پایتون که توسط شخص ثالث توسعه یافته‌اند نیز می‌توانند برای کنترل CATIA استفاده شوند.

توسعه بازی

برخی از بازی‌های محبوب با پایتون ساخته شده‌اند؛ از جمله BattleField2، The Sims 4، World of Tanks، Pirates of the Caribbean و موارد دیگر. این برنامه‌ها با یکی از کتابخانه‌های پایتون زیر ساخته شده‌اند:

کتابخانه Pygame یکی از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون است که برای ساخت بازی‌های کامپیوتری جذاب استفاده می‌شود. Pygame یک کتابخانه متن‌باز پایتون برای ساخت برنامه‌های چندرسانه‌ای مانند بازی‌ها است که روی کتابخانه فوق‌العاده SDL ساخته شده است. این یک کتابخانه چندپلتفرمی است، به این معنی که می‌توانید بازی‌ای بسازید که روی هر سیستم‌عاملی اجرا شود.

کتابخانه دیگری به نام Kivy نیز به‌طور گسترده برای ساخت بازی‌های دسکتاپ و همچنین موبایل استفاده می‌شود. Kivy دارای رابط چندلمسی (Multi-touch) است. این کتابخانه یک ابزار متن‌باز و چندپلتفرمی پایتون برای توسعه سریع برنامه‌های بازی است. Kivy روی لینوکس، ویندوز، OS X، اندروید، iOS و Raspberry Pi اجرا می‌شود.

کتابخانه PyKyra بر پایه هر دو موتور SDL (Software and Documentation Localisation) و Kyra است. این کتابخانه یکی از سریع‌ترین فریم‌ورک‌های توسعه بازی است و از فرمت‌های چندرسانه‌ای مانند MPEG، MP3، Ogg Vorbis، Wav و غیره پشتیبانی می‌کند.