python-labs/TEMA8/report.md

Отчёт по теме 8. Модули и структурирование программы

Выполнил Огарков Илья, А-03-23

1. Начало работы

Создание текстового файла report.md

import os,sys, importlib
os.getcwd()
'C:\\Users\\Ilya\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python313'
os.chdir('C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8')
os.getcwd()
'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8'

2. Создание и использование модулей в среде Python

2.1. Запуск модуля на выполнение путем его импорта

import Mod1
Mod1:Введите значение = 5
Mod1:Значение perm1= 5
type(Mod1)
<class 'module'>
dir(Mod1)
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'perm1']
Mod1.perm1
'5'
importlib.reload(Mod1)
Mod1:Введите значение = 3
Mod1:Значение perm1= 3
<module 'Mod1' from 'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8\\Mod1.py'>
Mod1.perm1
'3'

2.2. Импортированные модули заносятся в словарь – значение атрибута sys.modules

print(sorted(sys.modules.keys()))
['Mod1', '__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', '_colorize', '_compat_pickle', '_compression', '_datetime', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_lzma', '_opcode', '_opcode_metadata', '_operator', '_pickle', '_pyrepl', '_pyrepl.pager', '_queue', '_random', '_signal', '_sitebuiltins', '_socket', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_suggestions', '_sysconfig', '_thread', '_tkinter', '_tokenize', '_typing', '_warnings', '_weakref', '_weakrefset', '_winapi', '_wmi', 'abc', 'ast', 'bdb', 'binascii', 'bisect', 'builtins', 'bz2', 'codecs', 'collections', 'collections.abc', 'configparser', 'contextlib', 'copyreg', 'datetime', 'dis', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp1251', 'encodings.utf_8', 'enum', 'errno', 'fnmatch', 'functools', 'genericpath', 'heapq', 'idlelib', 'idlelib.autocomplete', 'idlelib.autocomplete_w', 'idlelib.calltip', 'idlelib.calltip_w', 'idlelib.config', 'idlelib.debugger', 'idlelib.debugger_r', 'idlelib.debugobj', 'idlelib.debugobj_r', 'idlelib.hyperparser', 'idlelib.iomenu', 'idlelib.macosx', 'idlelib.multicall', 'idlelib.pyparse', 'idlelib.rpc', 'idlelib.run', 'idlelib.scrolledlist', 'idlelib.stackviewer', 'idlelib.tooltip', 'idlelib.tree', 'idlelib.util', 'idlelib.window', 'idlelib.zoomheight', 'importlib', 'importlib._abc', 'importlib._bootstrap', 'importlib._bootstrap_external', 'importlib.machinery', 'importlib.util', 'inspect', 'io', 'ipaddress', 'itertools', 'keyword', 'linecache', 'lzma', 'marshal', 'math', 'nt', 'ntpath', 'opcode', 'operator', 'os', 'os.path', 'pickle', 'pkgutil', 'platform', 'plistlib', 'posixpath', 'pydoc', 'pyexpat', 'pyexpat.errors', 'pyexpat.model', 'queue', 'random', 're', 're._casefix', 're._compiler', 're._constants', 're._parser', 'reprlib', 'select', 'selectors', 'shlex', 'shutil', 'site', 'socket', 'socketserver', 'stat', 'string', 'struct', 'sys', 'sysconfig', 'tempfile', 'textwrap', 'threading', 'time', 'tkinter', 'tkinter.constants', 'token', 'tokenize', 'traceback', 'types', 'typing', 'urllib', 'urllib.parse', 'warnings', 'weakref', 'winreg', 'xml', 'xml.parsers', 'xml.parsers.expat', 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']
sys.modules.pop('Mod1')
<module 'Mod1' from 'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8\\Mod1.py'>
print(sorted(sys.modules.keys()))
['__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', '_colorize', '_compat_pickle', '_compression', '_datetime', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_lzma', '_opcode', '_opcode_metadata', '_operator', '_pickle', '_pyrepl', '_pyrepl.pager', '_queue', '_random', '_signal', '_sitebuiltins', '_socket', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_suggestions', '_sysconfig', '_thread', '_tkinter', '_tokenize', '_typing', '_warnings', '_weakref', '_weakrefset', '_winapi', '_wmi', 'abc', 'ast', 'bdb', 'binascii', 'bisect', 'builtins', 'bz2', 'codecs', 'collections', 'collections.abc', 'configparser', 'contextlib', 'copyreg', 'datetime', 'dis', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp1251', 'encodings.utf_8', 'enum', 'errno', 'fnmatch', 'functools', 'genericpath', 'heapq', 'idlelib', 'idlelib.autocomplete', 'idlelib.autocomplete_w', 'idlelib.calltip', 'idlelib.calltip_w', 'idlelib.config', 'idlelib.debugger', 'idlelib.debugger_r', 'idlelib.debugobj', 'idlelib.debugobj_r', 'idlelib.hyperparser', 'idlelib.iomenu', 'idlelib.macosx', 'idlelib.multicall', 'idlelib.pyparse', 'idlelib.rpc', 'idlelib.run', 'idlelib.scrolledlist', 'idlelib.stackviewer', 'idlelib.tooltip', 'idlelib.tree', 'idlelib.util', 'idlelib.window', 'idlelib.zoomheight', 'importlib', 'importlib._abc', 'importlib._bootstrap', 'importlib._bootstrap_external', 'importlib.machinery', 'importlib.util', 'inspect', 'io', 'ipaddress', 'itertools', 'keyword', 'linecache', 'lzma', 'marshal', 'math', 'nt', 'ntpath', 'opcode', 'operator', 'os', 'os.path', 'pickle', 'pkgutil', 'platform', 'plistlib', 'posixpath', 'pydoc', 'pyexpat', 'pyexpat.errors', 'pyexpat.model', 'queue', 'random', 're', 're._casefix', 're._compiler', 're._constants', 're._parser', 'reprlib', 'select', 'selectors', 'shlex', 'shutil', 'site', 'socket', 'socketserver', 'stat', 'string', 'struct', 'sys', 'sysconfig', 'tempfile', 'textwrap', 'threading', 'time', 'tkinter', 'tkinter.constants', 'token', 'tokenize', 'traceback', 'types', 'typing', 'urllib', 'urllib.parse', 'warnings', 'weakref', 'winreg', 'xml', 'xml.parsers', 'xml.parsers.expat', 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']

2.3. Запуск модуля на выполнение с помощью функции exec()

exec(open('Mod1.py').read())
Mod1:Введите значение = 2
Mod1:Значение perm1= 2
exec(open('Mod1.py').read())
Mod1:Введите значение = 3
Mod1:Значение perm1= 3
exec(open('Mod1.py').read())
Mod1:Введите значение = 4
Mod1:Значение perm1= 4

2.4. Использование инструкции from … import …

from Mod1 import perm1
Mod1:Введите значение = 2
Mod1:Значение perm1= 2
print(sorted(sys.modules.keys()))
['Mod1', '__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', '_colorize', '_compat_pickle', '_compression', '_datetime', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_lzma', '_opcode', '_opcode_metadata', '_operator', '_pickle', '_pyrepl', '_pyrepl.pager', '_queue', '_random', '_signal', '_sitebuiltins', '_socket', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_suggestions', '_sysconfig', '_thread', '_tkinter', '_tokenize', '_typing', '_warnings', '_weakref', '_weakrefset', '_winapi', '_wmi', 'abc', 'ast', 'bdb', 'binascii', 'bisect', 'builtins', 'bz2', 'codecs', 'collections', 'collections.abc', 'configparser', 'contextlib', 'copyreg', 'datetime', 'dis', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp1251', 'encodings.utf_8', 'enum', 'errno', 'fnmatch', 'functools', 'genericpath', 'heapq', 'idlelib', 'idlelib.autocomplete', 'idlelib.autocomplete_w', 'idlelib.calltip', 'idlelib.calltip_w', 'idlelib.config', 'idlelib.debugger', 'idlelib.debugger_r', 'idlelib.debugobj', 'idlelib.debugobj_r', 'idlelib.hyperparser', 'idlelib.iomenu', 'idlelib.macosx', 'idlelib.multicall', 'idlelib.pyparse', 'idlelib.rpc', 'idlelib.run', 'idlelib.scrolledlist', 'idlelib.stackviewer', 'idlelib.tooltip', 'idlelib.tree', 'idlelib.util', 'idlelib.window', 'idlelib.zoomheight', 'importlib', 'importlib._abc', 'importlib._bootstrap', 'importlib._bootstrap_external', 'importlib.machinery', 'importlib.util', 'inspect', 'io', 'ipaddress', 'itertools', 'keyword', 'linecache', 'lzma', 'marshal', 'math', 'nt', 'ntpath', 'opcode', 'operator', 'os', 'os.path', 'pickle', 'pkgutil', 'platform', 'plistlib', 'posixpath', 'pydoc', 'pyexpat', 'pyexpat.errors', 'pyexpat.model', 'queue', 'random', 're', 're._casefix', 're._compiler', 're._constants', 're._parser', 'reprlib', 'select', 'selectors', 'shlex', 'shutil', 'site', 'socket', 'socketserver', 'stat', 'string', 'struct', 'sys', 'sysconfig', 'tempfile', 'textwrap', 'threading', 'time', 'tkinter', 'tkinter.constants', 'token', 'tokenize', 'traceback', 'types', 'typing', 'urllib', 'urllib.parse', 'warnings', 'weakref', 'winreg', 'xml', 'xml.parsers', 'xml.parsers.expat', 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']

from Mod2 import beta
g=beta(2)
****BETA****
g
535.4916555247646
alpha()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#24>", line 1, in <module>
    alpha()
NameError: name 'alpha' is not defined
from Mod2 import alpha as al
del al,beta
from Mod2 import alpha as al, beta as bt
del al, bt
from Mod2 import *
tt=alpha()
****ALPHA****
Значение t=0.12
uu=beta(float(tt));uu
****BETA****
1.4578913609506803

3. Создание многомодульных программ

3.1. Пример простой многомодульной программы

print(sorted(sys.modules.keys()))
['Mod1', 'Mod2', '__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', '_colorize', '_compat_pickle', '_compression', '_datetime', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_lzma', '_opcode', '_opcode_metadata', '_operator', '_pickle', '_pyrepl', '_pyrepl.pager', '_queue', '_random', '_signal', '_sitebuiltins', '_socket', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_suggestions', '_sysconfig', '_thread', '_tkinter', '_tokenize', '_typing', '_warnings', '_weakref', '_weakrefset', '_winapi', '_wmi', 'abc', 'ast', 'bdb', 'binascii', 'bisect', 'builtins', 'bz2', 'codecs', 'collections', 'collections.abc', 'configparser', 'contextlib', 'copyreg', 'datetime', 'dis', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp1251', 'encodings.utf_8', 'enum', 'errno', 'fnmatch', 'functools', 'genericpath', 'heapq', 'idlelib', 'idlelib.autocomplete', 'idlelib.autocomplete_w', 'idlelib.calltip', 'idlelib.calltip_w', 'idlelib.config', 'idlelib.debugger', 'idlelib.debugger_r', 'idlelib.debugobj', 'idlelib.debugobj_r', 'idlelib.hyperparser', 'idlelib.iomenu', 'idlelib.macosx', 'idlelib.multicall', 'idlelib.pyparse', 'idlelib.rpc', 'idlelib.run', 'idlelib.scrolledlist', 'idlelib.stackviewer', 'idlelib.tooltip', 'idlelib.tree', 'idlelib.util', 'idlelib.window', 'idlelib.zoomheight', 'importlib', 'importlib._abc', 'importlib._bootstrap', 'importlib._bootstrap_external', 'importlib.machinery', 'importlib.util', 'inspect', 'io', 'ipaddress', 'itertools', 'keyword', 'linecache', 'lzma', 'marshal', 'math', 'nt', 'ntpath', 'opcode', 'operator', 'os', 'os.path', 'pickle', 'pkgutil', 'platform', 'plistlib', 'posixpath', 'pydoc', 'pyexpat', 'pyexpat.errors', 'pyexpat.model', 'queue', 'random', 're', 're._casefix', 're._compiler', 're._constants', 're._parser', 'reprlib', 'select', 'selectors', 'shlex', 'shutil', 'site', 'socket', 'socketserver', 'stat', 'string', 'struct', 'sys', 'sysconfig', 'tempfile', 'textwrap', 'threading', 'time', 'tkinter', 'tkinter.constants', 'token', 'tokenize', 'traceback', 'types', 'typing', 'urllib', 'urllib.parse', 'warnings', 'weakref', 'winreg', 'xml', 'xml.parsers', 'xml.parsers.expat', 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']
sys.modules.pop('Mod1', 'Mod2')
<module 'Mod1' from 'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8\\Mod1.py'>
print(sorted(sys.modules.keys()))
['Mod2', '__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', '_colorize', '_compat_pickle', '_compression', '_datetime', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_lzma', '_opcode', '_opcode_metadata', '_operator', '_pickle', '_pyrepl', '_pyrepl.pager', '_queue', '_random', '_signal', '_sitebuiltins', '_socket', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_suggestions', '_sysconfig', '_thread', '_tkinter', '_tokenize', '_typing', '_warnings', '_weakref', '_weakrefset', '_winapi', '_wmi', 'abc', 'ast', 'bdb', 'binascii', 'bisect', 'builtins', 'bz2', 'codecs', 'collections', 'collections.abc', 'configparser', 'contextlib', 'copyreg', 'datetime', 'dis', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp1251', 'encodings.utf_8', 'enum', 'errno', 'fnmatch', 'functools', 'genericpath', 'heapq', 'idlelib', 'idlelib.autocomplete', 'idlelib.autocomplete_w', 'idlelib.calltip', 'idlelib.calltip_w', 'idlelib.config', 'idlelib.debugger', 'idlelib.debugger_r', 'idlelib.debugobj', 'idlelib.debugobj_r', 'idlelib.hyperparser', 'idlelib.iomenu', 'idlelib.macosx', 'idlelib.multicall', 'idlelib.pyparse', 'idlelib.rpc', 'idlelib.run', 'idlelib.scrolledlist', 'idlelib.stackviewer', 'idlelib.tooltip', 'idlelib.tree', 'idlelib.util', 'idlelib.window', 'idlelib.zoomheight', 'importlib', 'importlib._abc', 'importlib._bootstrap', 'importlib._bootstrap_external', 'importlib.machinery', 'importlib.util', 'inspect', 'io', 'ipaddress', 'itertools', 'keyword', 'linecache', 'lzma', 'marshal', 'math', 'nt', 'ntpath', 'opcode', 'operator', 'os', 'os.path', 'pickle', 'pkgutil', 'platform', 'plistlib', 'posixpath', 'pydoc', 'pyexpat', 'pyexpat.errors', 'pyexpat.model', 'queue', 'random', 're', 're._casefix', 're._compiler', 're._constants', 're._parser', 'reprlib', 'select', 'selectors', 'shlex', 'shutil', 'site', 'socket', 'socketserver', 'stat', 'string', 'struct', 'sys', 'sysconfig', 'tempfile', 'textwrap', 'threading', 'time', 'tkinter', 'tkinter.constants', 'token', 'tokenize', 'traceback', 'types', 'typing', 'urllib', 'urllib.parse', 'warnings', 'weakref', 'winreg', 'xml', 'xml.parsers', 'xml.parsers.expat', 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']
sys.modules.pop('Mod2')
<module 'Mod2' from 'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8\\Mod2.py'>

import Mod0
perm1= Mod0.tt
****ALPHA****
Значение t=100
tt= 100
****BETA****
qq= 2.739273424757491e+136
Mod0.tt
'100'
Mod0.qq
2.739273424757491e+136
Mod0.Mod1.perm1
'Mod0.tt'

3.2.

# MM1.py - Модуль с функциями моделирования звеньев системы

def usilitel(xt, k):
    """
    Усилитель (пропорциональное звено)
    xt - входной сигнал
    k - коэффициент усиления
    """
    return k * xt

def realdvig(xt, k, T, y_prev, yin_prev):
    """
    Реальный двигатель (апериодическое звено 1-го порядка)
    xt - входной сигнал
    k - коэффициент передачи
    T - постоянная времени
    y_prev - предыдущее значение выходного сигнала
    yin_prev - предыдущее значение внутренней переменной
    Возвращает [y_current, yin_current]
    """
    # Дискретная реализация апериодического звена
    # Принимаем dt = 1 для простоты
    dt = 1.0
    yin_current = yin_prev + (xt - yin_prev) * dt / T
    y_current = k * yin_current
    return [y_current, yin_current]

def tahogen(xt, k, y_prev):
    """
    Тахогенератор (интегрирующее звено)
    xt - входной сигнал (скорость вращения)
    k - коэффициент передачи
    y_prev - предыдущее значение выходного сигнала
    """
    # Дискретная реализация интегратора
    dt = 1.0
    y_current = y_prev + k * xt * dt
    return y_current

def nechus(xt, Xm):
    """
    Звено "зона нечувствительности"
    xt - входной сигнал
    Xm - половина ширины зоны нечувствительности
    """
    if abs(xt) <= Xm:
        return 0.0
    elif xt > Xm:
        return xt - Xm
    else:
        return xt + Xm

# MM2.py - Модуль для ввода параметров и выполнения моделирования

# Ввод параметров
znach = input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',')
k1 = float(znach[0])    # Коэффициент усиления двигателя
T = float(znach[1])     # Постоянная времени двигателя
k2 = float(znach[2])    # Коэффициент тахогенератора
Xm = float(znach[3])    # Половина зоны нечувствительности
A = float(znach[4])     # Амплитуда входного сигнала
F = float(znach[5])     # Частота входного сигнала (в отсчетах на период)
N = int(znach[6])       # Количество точек расчета

import math

# Формирование входного сигнала (синусоида)
vhod = []
for i in range(N):
    vhod.append(A * math.sin((2 * i * math.pi) / F))

# Импорт модуля с функциями
import MM1 as mod

# Начальные условия
yi1 = 0      # Текущее значение выхода двигателя
yin1 = 0     # Внутренняя переменная двигателя
yi2 = 0      # Текущее значение выхода тахогенератора

# Моделирование системы
vyhod = []
for xt in vhod:
    # Отрицательная обратная связь
    xt1 = xt - yi2
    
    # Двигатель
    [yi1, yin1] = mod.realdvig(xt1, k1, T, yi1, yin1)
    
    # Тахогенератор (интегрирует скорость)
    yi2 = mod.tahogen(yin1, k2, yi2)
    
    # Зона нечувствительности
    yt = mod.nechus(yin1, Xm)

# MM0.py - Главная программа
import MM2

# Вывод результатов
print('\n' + '='*50)
print('РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ:')
print('='*50)
print(f'Количество точек: {len(MM2.vyhod)}')
print('\nВыходной сигнал y:')
print('y =', MM2.vyhod)

# Статистика выходного сигнала
if MM2.vyhod:
    max_val = max(MM2.vyhod)
    min_val = min(MM2.vyhod)
    avg_val = sum(MM2.vyhod) / len(MM2.vyhod)
    
    print('\n' + '-'*50)
    print('СТАТИСТИКА ВЫХОДНОГО СИГНАЛА:')
    print(f'Максимальное значение: {max_val:.4f}')
    print(f'Минимальное значение: {min_val:.4f}')
    print(f'Среднее значение: {avg_val:.4f}')
    print('-'*50)

import MM0
k1,T,k2,Xm,A,F,N=1.0, 0.5, 0.1, 0.0, 1.0, 10, 50

==================================================
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ:
==================================================
Количество точек: 0

Выходной сигнал y:
y = []

3.3. Области действия объектов в модулях

import Module0
importlib.reload(Module0)
perm1 = Mod0.ttMod0.ttMod0.tt
****ALPHA****
Значение t=2
tt = 2
****BETA****
qq = 535.4916555247646
Ошибка доступа к t: name 't' is not defined
Ошибка доступа к expi: name 'expi' is not defined

Эксперимент 4: Изменение perm1 в Mod0
Исходное значение perm1: Mod0.ttMod0.ttMod0.tt
perm1 не является числом, нельзя умножить
Новое значение perm1 (строка ×3): Mod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.ttMod0.tt
<module 'Module0' from 'C:\\Users\\Ilya\\Desktop\\python-labs\\TEMA8\\Module0.py'>