معرفی جامع کتابخانه‌های پایتون بر اساس کاربرد+ مقایسه آن‌ها

وقتی وارد دنیای پایتون می‌شوید، خیلی زود متوجه می‌شوید که قدرت واقعی این زبان فقط در سادگی یا خوانایی‌اش نیست، بلکه در اکوسیستم بزرگی از کتابخانه‌هاست که تقریباً برای هر کاری آماده‌اند.
در این مقاله می‌خواهیم به کتابخانه‌هایی سر بزنیم که ستون‌های اصلی این اکوسیستم را می‌سازند. آن‌ها را موضوع‌بندی کرده‌ایم تا بدانید در هر زمینه‌ای، سراغ چه گزینه‌هایی بروید و چرا.
اگر در حال یادگیری پایتون هستید یا می‌خواهید مسیر آینده‌تان را بهتر بشناسید، این راهنما می‌تواند مثل یک نقشه‌ی راه عمل کند؛ نقشه‌ای که با آن راحت‌تر تصمیم می‌گیرید، دقیق‌تر یاد می‌گیرید و هوشمندانه‌تر انتخاب می‌کنید.

دسته‌بندی کتابخانه‌های پایتون بر اساس کاربردشان

پایتون صدها کتابخانه مختلف دارد که هرکدام برای هدف خاصی طراحی شده‌اند؛ اما انتخاب کتابخانه مناسب، همیشه آسان نیست. در این راهنما آن‌ها را بر اساس حوزه کاربردی از تحلیل داده و یادگیری ماشین گرفته تا توسعه وب و پردازش متن دسته‌بندی شده است.

۱. کتابخانه‌های تحلیل و پردازش داده در پایتون

پایتون یکی از قدرتمندترین زبان‌ها برای تحلیل داده است و بخش عمده‌ای از این قدرت را مدیون کتابخانه‌های تخصصی در حوزه داده‌کاوی و آمار داده است:

Pandas

کتابخانه Pandas ستون فقرات تحلیل داده در پایتون محسوب می‌شود. این ابزار داده‌های ساخت‌یافته (مانند فایل‌های CSV یا دیتابیس‌ها) را به‌صورت جدول‌های قابل فیلتر، گروه‌بندی، ادغام و پاک‌سازی مدیریت می‌کند. اگر قصد دارید با داده‌های واقعی کار کنید، تسلط بر Pandas برای شما ضروری است.

NumPy

NumPy زیرساخت ریاضی پایتون است و تقریباً همه کتابخانه‌های داده‌ای دیگر از آن بهره می‌برند. این کتابخانه برای محاسبات عددی، ماتریس‌ها، بردارها و آرایه‌های n-بعدی طراحی شده و سرعت و کارایی بالایی دارد. اگر به تحلیل داده یا یادگیری ماشین فکر می‌کنید، NumPy نقطه شروع شماست.

SciPy

SciPy در ادامه NumPy توسعه داده شده و مجموعه‌ای از توابع و الگوریتم‌های علمی و مهندسی را در اختیارتان قرار می‌دهد. این کتابخانه برای پروژه‌های علمی، از حل معادلات دیفرانسیل گرفته تا بهینه‌سازی و پردازش سیگنال، ایده‌آل است.

Statsmodels

اگر با تحلیل‌های آماری مانند رگرسیون خطی، آزمون‌های آماری یا مدل‌سازی سری‌های زمانی سروکار دارید، Statsmodels انتخاب مناسبی است. این ابزار کمک می‌کند تحلیل‌های آماری کلاسیک را به‌صورت دقیق و با کنترل کامل انجام دهید، چیزی که در Scikit-learn چندان دقیق قابل پیاده‌سازی نیست.

PyFlux

PyFlux یک کتابخانه تخصصی برای مدل‌سازی سری‌های زمانی (مثل ARIMA، GARCH و…) است. این ابزار اگرچه نسبت به رقبای دیگر مانند Prophet کمتر استفاده می‌شود، اما همچنان برای پروژه‌هایی که به تحلیل مالی یا پیش‌بینی مبتنی بر زمان نیاز دارند، کاربردی است.

Arrow / Pendulum / datetime

مدیریت زمان یکی از چالش‌های پنهان در تحلیل داده است. ماژول پیش‌فرض datetime در پایتون، نیازهای اولیه را پوشش می‌دهد، اما اگر با منطقه‌های زمانی، زمان‌سنجی یا تبدیل فرمت‌های پیچیده سروکار دارید، Arrow و Pendulum گزینه‌های حرفه‌ای‌تری هستند که توسعه و خوانایی کد را ساده‌تر می‌کنند.

Openpyxl / xlrd

اگر داده‌ها از فایل‌های Excel تأمین می‌شود، کتابخانه‌هایی مثل Openpyxl (برای فایل‌های xlsx) و xlrd (برای فایل‌های قدیمی‌تر xls) بسیار کاربردی‌اند. این ابزارها امکان خواندن، ویرایش و ایجاد فایل‌های Excel را با حفظ ساختار و فرمول‌ها فراهم می‌کنند، و برای پروژه‌های سازمانی یا اتوماسیون گزارش‌گیری ضروری‌اند.

۲. کتابخانه‌های یادگیری ماشین و یادگیری عمیق در پایتون

یادگیری ماشین و یادگیری عمیق از مهم‌ترین حوزه‌های کاربردی پایتون هستند. در این بخش، با مهم‌ترین کتابخانه‌هایی که برای ساخت، آموزش و ارزیابی مدل‌های هوشمند استفاده می‌شوند آشنا می‌شوید.

بیشتر بخوانید: “مسیر یادگیری ماشین لرنینگ“

Scikit-learn

اگر به دنبال پیاده‌سازی مدل‌هایی مانند رگرسیون، دسته‌بندی، خوشه‌بندی یا کاهش ابعاد هستید، Scikit-learn اولین انتخاب حرفه‌ای‌هاست. این کتابخانه مجموعه‌ای کامل از الگوریتم‌های یادگیری ماشین کلاسیک را همراه با ابزارهای پیش‌پردازش، ارزیابی مدل و جستجوی پارامتر را ارائه می‌دهد.

TensorFlow / Keras

TensorFlow یکی از پیشرفته‌ترین پلتفرم‌های یادگیری عمیق است که توسط گوگل توسعه یافته و در پروژه‌های تولیدی و صنعتی استفاده می‌شود. رابط Keras که بر روی TensorFlow سوار است، کدنویسی مدل‌های شبکه عصبی را ساده‌تر می‌کند و برای ورود به دنیای Deep Learning بسیار مناسب است.

PyTorch

PyTorch انتخاب اول بسیاری از پژوهشگران هوش مصنوعی است. این کتابخانه که توسط Meta توسعه داده شده، مدل‌سازی شبکه‌های عصبی را بسیار انعطاف‌پذیر و قابل‌فهم می‌کند. اگر به تحقیق، توسعه سریع یا مدل‌سازی سفارشی فکر می‌کنید، PyTorch انتخابی عالی است.

CatBoost

CatBoost که توسط Yandex توسعه یافته، در کنار دقت بالا، نیاز به پیش‌پردازش پیچیده را نیز کاهش می‌دهد. این کتابخانه به‌ویژه در داده‌های دارای دسته‌بندی زیاد عملکرد بسیار خوبی دارد و نسبت به رقبا، آماده‌سازی ساده‌تری دارد.

۳. کتابخانه‌های مصورسازی داده در پایتون

مصورسازی داده یکی از مهم‌ترین مراحل در تحلیل داده است؛ چون کمک می‌کند الگوها، روندها و روابط پنهان در داده‌ها را بهتر درک کنید. پایتون ابزارهای متنوعی برای ترسیم نمودارهای ساده تا گراف‌های تعاملی دارد:

Matplotlib

Matplotlib قدیمی‌ترین و پراستفاده‌ترین کتابخانه ترسیم نمودار در پایتون است. با استفاده از آن می‌توان انواع نمودارهای خطی، ستونی، پراکندگی، دایره‌ای و… را به‌صورت دقیق و قابل شخصی‌سازی تولید کرد. این ابزار پایه بسیاری از کتابخانه‌های دیگر است و یادگیری آن، برای هر تحلیل‌گر داده ضروری است.

Seaborn

Seaborn بر پایه‌ی Matplotlib ساخته شده، اما با طراحی‌های پیش‌فرض زیباتر و قابلیت‌های آماری بیشتر. با چند خط کد می‌توانید نمودارهایی مانند هیستوگرام، جعبه‌ای، نمودارهای همبستگی و… را به‌سادگی ترسیم کنید. اگر با داده‌های آماری کار می‌کنید، Seaborn سرعت و کیفیت مصورسازی شما را افزایش می‌دهد.

Plotly

Plotly یک کتابخانه پیشرفته برای ترسیم نمودارهای تعاملی است. نمودارهایی که با Plotly ساخته می‌شوند نه‌تنها زیبا و حرفه‌ای هستند، بلکه می‌توانند در صفحات وب یا داشبوردهای گزارش‌گیری با قابلیت‌هایی مثل زوم، فیلتر و نمایش Tooltip تعامل برقرار کنند. نسخه رایگان آن برای پروژه‌های معمولی کاملاً کافی است.

بیشتر بخوانید: “بصری سازی در پایتون +(معرفی کتابخانه های محبوب)“

۴. کتابخانه‌های توسعه وب با پایتون

پایتون به لطف کتابخانه‌ها و فریم‌ورک‌های قدرتمند خود، یکی از زبان‌های محبوب برای توسعه وب از اپلیکیشن‌های پیچیده تحت وب گرفته تا APIهای سبک و میکروسرویس محسوب می‌شود.

بیشتر بخوانید: “هرآنچه که باید از طراحی سایت با پایتون بدانید!“

Django

Django یکی از کامل‌ترین فریم‌ورک‌های وب در دنیای برنامه‌نویسی است که به شما امکان می‌دهد یک پروژه وب را از صفر تا صد با سرعت و امنیت بالا پیاده‌سازی کنید. این فریم‌ورک شامل ORM، سیستم احراز هویت، پنل ادمین، فرم‌سازی، امنیت داخلی و معماری MVC است.

Flask

Flask یک فریم‌ورک مینیمال برای توسعه وب است که آزادی عمل بالایی به شما می‌دهد. برخلاف Django، در Flask شما فقط با هسته‌ی اصلی سروکار دارید و می‌توانید هر ماژول دلخواهی را به آن اضافه کنید. این ویژگی باعث شده Flask گزینه‌ای محبوب برای توسعه RESTful API و پروژه‌های سبک‌تر باشد.

Dash

Dash یک فریم‌ورک تخصصی برای ساخت اپلیکیشن‌های تحت وب تعاملی در حوزه تحلیل داده، علم داده و یادگیری ماشین است. این ابزار بر پایه‌ی Flask، React و Plotly ساخته شده و امکان ساخت داشبوردهای حرفه‌ای با قابلیت تعامل بالا (بدون نیاز به نوشتن جاوااسکریپت) را فراهم می‌کند.

Zappa

اگر به دنبال راهی برای اجرای اپلیکیشن Django به‌صورت سرورلس هستید، Zappa ابزاری کاربردی برای دیپلوی پروژه‌ها روی AWS Lambda است. این ابزار کمک می‌کند بدون نیاز به مدیریت سرور، پروژه جنگو یا فلسک را در فضای ابری اجرا کرده و مقیاس‌پذیری بالایی داشته باشید.

۵. کتابخانه‌های وب‌اسکرپینگ و ارتباطات در پایتون

اگر بخواهید داده‌ای از صفحات وب یا APIها جمع‌آوری کنید، پایتون مجموعه‌ای از کتابخانه‌های قدرتمند را برای این کار در اختیار شما قرار می‌دهد. 

Requests

Requests یکی از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون برای ارسال درخواست‌های HTTP است. با استفاده از این ابزار می‌توانید اطلاعات صفحات وب را دریافت کرده، با APIها تعامل داشته باشید یا داده‌ها را ارسال و دریافت کنید. سینتکس ساده و خوانای Requests، آن را به انتخاب اول برای بسیاری از پروژه‌های وب‌اسکرپینگ تبدیل کرده است.

BeautifulSoup

BeautifulSoup یک کتابخانه‌ی سبک و خوانا برای پارس کردن فایل‌های HTML و XML است. این ابزار برای پروژه‌هایی که ساختار صفحه ساده یا نیمه‌ساخت‌یافته دارند، بسیار مناسب است. اغلب از ترکیب Requests و BeautifulSoup برای ساخت اسکریپرهای سبک استفاده می‌شود؛ زیرا این دو با هم یک جفت قدرتمند برای استخراج داده‌های دقیق از صفحات وب هستند.

Scrapy

Scrapy یک فریم‌ورک پیشرفته برای وب‌اسکرپینگ است که امکاناتی مثل خزیدن چندنخی (asynchronous crawling)، مدیریت کوکی، هندل کردن ریدایرکت‌ها و ساخت pipeline برای ذخیره‌سازی داده را به‌شکل حرفه‌ای در اختیارتان می‌گذارد.

۶. ابزارهای مدیریت پروژه، محیط و خط فرمان در پایتون

برای اجرای پروژه‌های پایتون در محیطی کنترل‌شده، بدون تداخل با سایر پروژه‌ها، و برای ساخت ابزارهایی مثل CLI، کتابخانه‌هایی وجود دارند که فرآیند توسعه را ساده‌تر و حرفه‌ای‌تر می‌کنند.

Pipenv

Pipenv یکی از ابزارهای محبوب برای مدیریت وابستگی‌های پروژه و محیط مجازی است. این ابزار جایگزینی مدرن برای ترکیب pip و virtualenv محسوب می‌شود و به‌صورت خودکار فایل‌های Pipfile و Pipfile.lock را ایجاد می‌کند تا نصب کتابخانه‌ها به‌شکلی قابل پیش‌بینی و مستند انجام شود. 

Virtualenv / Poetry

• Virtualenv ابزار پایه‌ای و سبک برای ساخت محیط‌های مجازی در پایتون است. استفاده از آن برای پروژه‌های ساده و سبک رایج است.
  
• Poetry یک ابزار حرفه‌ای‌تر برای مدیریت وابستگی‌ها، ساخت پکیج و انتشار آن در PyPI است. اگر به‌دنبال ابزار کامل‌تری نسبت به pipenv هستید، Poetry انتخاب مناسبی است.

OS

کتابخانه‌ی استاندارد os در پایتون دسترسی به فایل‌ها، مسیرها، متغیرهای محیطی و دستورات سیستمی را فراهم می‌کند. این ابزار برای خودکارسازی کارها، ایجاد اسکریپت‌های نصب، یا اجرای دستورات از طریق پایتون بسیار کاربردی است.

IPython

IPython یک محیط پویا و تعاملی برای اجرای کد پایتون است که ویژگی‌هایی مثل تکمیل خودکار، تاریخچه دستورات، هایلایت کد و قابلیت اجرای دستورات shell را فراهم می‌کند. بسیاری از ابزارهای علم داده (مثل Jupyter) بر پایه IPython ساخته شده‌اند.

۷. کتابخانه‌های پردازش متن و زبان طبیعی (NLP)

اگر با داده‌های متنی سروکار دارید (مثلا تحلیل نظرات کاربران، ساخت چت‌بات، ترجمه خودکار یا استخراج کلیدواژه) پایتون مجموعه‌ای قدرتمند از ابزارهای NLP را در اختیارتان قرار می‌دهد. 

بیشتر بخوانید: “متخصص پردازش زبان طبیعی: معلم ادبیات ماشین‌ها“

FlashText

FlashText یک کتابخانه سبک و فوق‌العاده سریع برای جستجو و جایگزینی کلیدواژه‌ها در متن است. اگر فقط نیاز به شناسایی یا جایگزینی کلمات کلیدی خاص دارید (مثلاً در موتورهای جستجو یا پردازش فرم‌ها)، FlashText یک انتخاب کاربردی و بهینه است.

spaCy

spaCy یکی از پیشرفته‌ترین کتابخانه‌های NLP در پایتون است که امکاناتی مثل تشخیص موجودیت (NER)، تجزیه نحوی، برچسب‌گذاری اجزای سخن (POS Tagging)، بردارسازی و مدل‌های از پیش‌آموزش‌دیده را ارائه می‌دهد.

NLTK

Natural Language Toolkit یا همان NLTK یک کتابخانه‌ی گسترده و آموزشی برای پردازش زبان طبیعی است. این ابزار برای یادگیری مفاهیم پایه‌ی NLP، آزمایش الگوریتم‌ها و انجام تحلیل‌های آماری کاربرد دارد. NLTK همچنان یکی از کتابخانه‌های مرجع در مقالات آموزشی و دانشگاهی است.

TextBlob

TextBlob یک کتابخانه ساده برای پردازش زبان طبیعی است که برای وظایف متداول مانند تشخیص زبان، تحلیل احساسات، برچسب‌گذاری گرامری و ترجمه طراحی شده است.

کلام آخر

در این راهنمای جامع تلاش کردیم کاربردی‌ترین و محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون را در حوزه‌های مختلف معرفی کنیم. اما لازم است تأکید کنیم که این فهرست، تنها بخش کوچکی از دنیای گسترده کتابخانه‌های پایتون است. پایتون به‌لطف جامعه‌ی پرانرژی و متن‌باز خود، هر روز با ابزارها و کتابخانه‌های جدیدی به‌روزرسانی می‌شود؛ بنابراین انتخاب بهترین کتابخانه به نوع پروژه، حجم داده، هدف نهایی و حتی سطح مهارت شما بستگی دارد.

اگر هنوز در ابتدای مسیر یادگیری پایتون هستید یا می‌خواهید استفاده‌ی حرفه‌ای‌تری از کتابخانه‌های پایتون داشته باشید، پیشنهاد می‌کنیم در دوره جامع آموزش پایتون آکادمی آمانج شرکت کنید. در این دوره، علاوه بر آموزش اصولی پایتون، کار با کتابخانه‌های پرکاربرد نیز به‌صورت پروژه‌محور آموزش داده می‌شود تا بتوانید مهارت‌های خود را به سطح حرفه‌ای ارتقا دهید.

دوره تخصصی یادگیری ماشین

در یک دوره آموزشی متخصص یادگیری ماشین شوید.

از یادگیری ماشین می توان در صنایع مختلف با اهداف مختلف استفاده کرد. ماشین لرنینگ باعث افزایش بهره وری در صنایع می شود، به بازاریابی محصول کمک کرده و پیش بینی دقیق فروش را ساده تر می کند. پیش بینی های دقیق پزشکی و تشخیص ها را تسهیل می کند. دقت در قوانین و مدل های مالی را بهبود می بخشد. به سیستم های توصیه گر، الگوریتم های فرا ابتکاری و حرکت ربات ها کمک خواهد کرد. در بحث فروش میتواند محصولات مناسب تری را به مشتری پیشنهاد دهد( با کمک به تقسیم بندی بهتر و پیش بینی دقیق طول عمر محصولات ) و ...
استفاده از سیستم های ماشین لرنینگ می تواند تا حد زیادی حجم کاری ما را کاهش دهد. به خصوص کارهایی که نیاز به آنالیز حجم عظیمی از داده و تصمیم گیری بر اساس این داده ها را دارد بسیار تسهیل می کند. سیستم های مبتنی بر ماشین لرنینگ ظرفیت انجام کار صد نفر را همزمان دارد و تنها به کمک ماشین ها می توان بدون صرف وقت و انرژی زیاد، کارهای سنگین را انجام داده و در عین حال پول و درآمد بیشتری کسب کرد. ماشین لرنینگ با خودکارسازی فرایندها و صرفه جویی در زمان، به ما کمک می کند تا بتوانیم زمان و انرژی خود را بر تصمیم گیری های پیچیده تری متمرکز کنیم.
ادامه...