20232312 2023-2024-2 《Python程序设计》实验四报告

芝士雪豹- 2024-05-29 23:43:23

课程：《Python程序设计》
班级： 2323
姓名：李劲源
学号：20232312
实验教师：王志强
实验日期：2024年5月16日
必修/选修：公选课

1.实验内容

1）实验要求

Python综合应用：爬虫、数据处理、可视化、机器学习、神经网络、游戏、网络安全等。
课代表和各小组负责人收集作业（源代码、视频、综合实践报告）

编写从社交网络爬取数据，实现可视化舆情监控或者情感分析。
利用公开数据集，开展图像分类、恶意软件检测等
利用Python库，基于OCR技术实现自动化提取图片中数据，并填入excel中。
爬取天气数据，实现自动化微信提醒
利用爬虫，实现自动化下载网站视频、文件等。
编写小游戏：坦克大战、贪吃蛇、扫雷等等

注：在Windows/Linux系统上使用VIM、PDB、IDLE、Pycharm等工具编程实现。
（2）本实验聚焦内容

运用python库和python代码，编写一个桌面助手程序，集成：日历与备忘录 、 天气查询 、 快速搜索 、 任务清单、视频下载等功能

2.实验过程及结果

实验背景与目的

为了帮助用户在一个平台上快速方便地获取和管理信息，本实验旨在开发一个桌面助手应用程序，提供多种日常使用的功能，包括天气查询、快捷查询、待办事项管理、日历和提醒，以及视频下载功能。受《鲁滨逊漂流记》中那个主人公鲁滨逊的原始人助手兼伙伴星期五的启发，我将本程序命名为**F.R.I.D.A.Y.**，希望它能成为你的计算机小助手~

实验分析

应用涵盖了以下五个主要功能模块：

1. **日历和提醒**：让用户添加和查看日程事件和提醒。
2. **天气预报**：通过 OpenWeatherMap API 获取并显示指定城市的详细天气信息。
3. **快捷查询**：快速在搜索引擎中查询输入的内容，链接浏览器并搜索。
4. **待办事项**：管理日常待办事项，轻松标记已完成任务。
5. **视频下载**：通过 yt-dlp 下载指定 URL 的视频。

设计方案

整体结构

我们使用 tkinter 图形用户界面库来开发桌面助手应用。应用主界面使用 ttk.Notebook 控件创建选项卡，每个选项卡对应一个功能模块。主类 DesktopAssistant 负责初始化和管理各功能模块。

话不多说，先把使用视频摆出来（原理在下文）

导入模块和库

import tkinter as tk  # 导入tkinter库并重命名为tk
from tkinter import ttk, messagebox  # 从tkinter库中导入ttk模块和messagebox模块
from tkcalendar import Calendar, DateEntry  # 从tkcalendar库中导入Calendar和DateEntry小部件
import requests  # 导入requests库，用于发送HTTP请求和处理响应
import webbrowser  # 导入webbrowser库，用于在默认的Web浏览器中打开指定的URL
import yt_dlp  # 导入yt_dlp库，用于下载符合协议的视频（查过官网有好多好多，基本上国内外主流视频网站都能下载）

各功能模块设计

日历和提醒：
- 使用 tkcalendar 库提供日历显示功能。
- 可以让用户添加事件，并设定提醒时间。
天气预报：
- 输入城市名称后，通过 OpenWeatherMap API 获取天气数据。
- 显示当前温度、体感温度、湿度、风速及详细天气描述。
快捷查询：
- 用户输入要查询的内容，点击搜索按钮后在浏览器中打开百度搜索结果页面。
待办事项：
- 输入待办事项并添加到列表。
- 用户可以标记事项已完成并从列表中删除。
视频下载：
- 输入视频 URL，利用 yt-dlp 下载视频到本地。

实现过程

主界面实现

我们首先创建主界面，使用 ttk.Notebook 创建各个功能模块的选项卡，并实例化每个功能类。

class DesktopAssistant:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("桌面助手")
        self.tab_control = ttk.Notebook(root)

        self.tab1 = ttk.Frame(self.tab_control)
        self.tab2 = ttk.Frame(self.tab_control)
        self.tab3 = ttk.Frame(self.tab_control)
        self.tab4 = ttk.Frame(self.tab_control)
        self.tab5 = ttk.Frame(self.tab_control)  

        self.tab_control.add(self.tab1, text='日历和提醒')
        self.tab_control.add(self.tab2, text='天气预报')
        self.tab_control.add(self.tab3, text='快捷查询')
        self.tab_control.add(self.tab4, text='待办事项')
        self.tab_control.add(self.tab5, text='视频下载')  

        self.tab_control.pack(expand=1, fill="both")

        self.calendar_app = CalendarApp(self.tab1)
        self.weather_app = WeatherApp(self.tab2)
        self.query_app = QueryApp(self.tab3)
        self.todo_app = TodoApp(self.tab4)
        self.video_downloader_app = VideoDownloaderApp(self.tab5)

日历和提醒功能模块

class CalendarApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent
        self.calendar = Calendar(parent)
        self.calendar.pack(pady=10)

        self.event_label = tk.Label(parent, text="添加事项")
        self.event_label.pack(pady=5)

        self.event_entry = tk.Entry(parent)
        self.event_entry.pack(pady=5)

        self.reminder_label = tk.Label(parent, text="提醒时间 (时间格式为HH:MM):")
        self.reminder_label.pack(pady=5)

        self.reminder_entry = tk.Entry(parent)
        self.reminder_entry.pack(pady=5)

        self.add_event_button = tk.Button(parent, text="Add Event", command=self.add_event)
        self.add_event_button.pack(pady=10)

        self.events = {}

    def add_event(self):
        date = self.calendar.get_date()
        event = self.event_entry.get()
        reminder = self.reminder_entry.get()

        if not event or not reminder:
            messagebox.showwarning("Missing Information", "Please enter both event and reminder time")
            return

        if date not in self.events:
            self.events[date] = []
        self.events[date].append((event, reminder))
        messagebox.showinfo("Event Added", f"Event '{event}' added on {date} with reminder at {reminder}")

实现结果如图

天气预报功能模块

class WeatherApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent

        self.city_label = tk.Label(parent, text="输入城市:")
        self.city_label.pack(pady=5)

        self.city_entry = tk.Entry(parent)
        self.city_entry.pack(pady=5)

        self.get_weather_button = tk.Button(parent, text="查询天气", command=self.get_weather)
        self.get_weather_button.pack(pady=10)

        self.weather_result = tk.Label(parent, text="", justify=tk.LEFT)
        self.weather_result.pack(pady=10)

    def get_weather(self):
        city = self.city_entry.get()
        api_key = 'Your_API_Key'  # 替换为API,这里不把我的放出来了
        url = f'https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q={city}&appid={api_key}&units=metric'

        response = requests.get(url)
        if response.status_code == 200:
            weather_data = response.json()
            temp = weather_data['main']['temp']
            feels_like = weather_data['main']['feels_like']
            humidity = weather_data['main']['humidity']
            wind_speed = weather_data['wind']['speed']
            weather_desc = weather_data['weather'][0]['description']
            weather_main = weather_data['weather'][0]['main']

            self.weather_result.config(
                text=f"当前气温（摄氏度）: {temp}°C\n"
                     f"体感温度（摄氏度）: {feels_like}°C\n"
                     f"湿度: {humidity}%\n"
                     f"风速: {wind_speed} m/s\n"
                     f"天气: {weather_main} - {weather_desc}\n"
            )
        else:
            self.weather_result.config(text="Could not retrieve weather information.")

实现结果如图

快捷查询功能模块

class QueryApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent

        self.query_label = tk.Label(parent, text="输入你想搜索的内容:")
        self.query_label.pack(pady=5)

        self.query_entry = tk.Entry(parent)
        self.query_entry.pack(pady=5)

        self.search_button = tk.Button(parent, text="搜索", command=self.search)
        self.search_button.pack(pady=10)

    def search(self):
        query = self.query_entry.get()
        if not query:
            messagebox.showwarning("Missing Query", "Please enter a query")
            return
        url = f'https://www.baidu.com/s?wd={query}'
        webbrowser.open(url)

实现结果如图

待办事项功能模块

class TodoApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent

        self.todo_label = tk.Label(parent, text="输入待办事项:")
        self.todo_label.pack(pady=5)

        self.todo_entry = tk.Entry(parent)
        self.todo_entry.pack(pady=5)

        self.add_todo_button = tk.Button(parent, text="添加", command=self.add_todo)
        self.add_todo_button.pack(pady=10)

        self.todo_listbox = tk.Listbox(parent)
        self.todo_listbox.pack(pady=10)

        self.delete_todo_button = tk.Button(parent, text="已完成", command=self.delete_todo)
        self.delete_todo_button.pack(pady=10)

        self.todos = []

    def add_todo(self):
        todo = self.todo_entry.get()
        if todo:
            self.todos.append(todo)
            self.todo_listbox.insert(tk.END, todo)
            self.todo_entry.delete(0, tk.END)
        else:
            messagebox.showwarning("Missing Todo", "Please enter a todo item")

    def delete_todo(self):
        try:
            selected_idx = self.todo_listbox.curselection()[0]
            self.todo_listbox.delete(selected_idx)
            del self.todos[selected_idx]
        except IndexError:
            messagebox.showwarning("No Selection", "Please select a todo item to delete")

实现结果如图

视频下载功能模块

class VideoDownloaderApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent

        self.url_label = tk.Label(parent, text="输入视频网址:")
        self.url_label.pack(pady=5)

        self.url_entry = tk.Entry(parent)
        self.url_entry.pack(pady=5)

        self.download_button = tk.Button(parent, text="下载视频", command=self.download_video)
        self.download_button.pack(pady=10)

        self.status_label = tk.Label(parent, text="", justify=tk.LEFT)
        self.status_label.pack(pady=10)

    def download_video(self):
        url = self.url_entry.get()
        if not url:
            messagebox.showwarning("Missing URL", "Please enter a video URL")
            return

        ydl_opts = {
            'outtmpl': '%(title)s.%(ext)s',  # 视频文件输出路径和文件名
        }

        try:
            with yt_dlp.YoutubeDL(ydl_opts) as ydl:
                ydl.download([url])
            self.status_label.config(text="下载完成、已保存在同一文件夹下")
        except Exception as e:
            self.status_label.config(text=f"下载失败: {str(e)}")

实现结果如图

主应用程序

class VideoDownloaderApp:
    def __init__(self, parent):
        self.parent = parent

        self.url_label = tk.Label(parent, text="输入视频网址:")
        self.url_label.pack(pady=5)

        self.url_entry = tk.Entry(parent)
        self.url_entry.pack(pady=5)

        self.download_button = tk.Button(parent, text="下载视频", command=self.download_video)
        self.download_button.pack(pady=10)

        self.status_label = tk.Label(parent, text="", justify=tk.LEFT)
        self.status_label.pack(pady=10)

    def download_video(self):
        url = self.url_entry.get()
        if not url:
            messagebox.showwarning("Missing URL", "Please enter a video URL")
            return

        ydl_opts = {
            'outtmpl': '%(title)s.%(ext)s',  # 视频文件输出路径和文件名
        }

        try:
            with yt_dlp.YoutubeDL(ydl_opts) as ydl:
                ydl.download([url])
            self.status_label.config(text="下载完成、已保存在同一文件夹下")
        except Exception as e:
            self.status_label.config(text=f"下载失败: {str(e)}")

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程

问题1：在完成下载视频的功能时出现提示

ERROR: You have requested merging of multiple formats but ffmpeg is not instaled. Aborting due to --abort-on-error

问题1解决方案：通过询问ChatGPT,我得知这个错误提示表明 yt-dlp 在尝试将多个不同格式的音视频流合并为单个文件时，发现系统缺少 ffmpeg 这个工具，因此无法进行合并操作。于是我用管理员权限下载了Chocolatey并在powershell中输入
```
choco install ffmpeg
```
添加到计算机的path中（还得用管理员权限）
安装了ffmpeg、视频得以顺利下载
问题2：在 JSON 数据解析过程中，天气 API 返回的数据格式与预期不符，导致程序无法正确解析数据并更新界面显示。
问题2解决方案：通过登录访问的API官网（OpenWeather）查询有关说明，获取格式内容即可。相比前一个问题较为容易解决。

内心OS部分：

实验四体会：

如果把之前的实验当做单元测试的话，本次实验可以说是一次期末考（好像也确实到了期末hh）——总结了近一学期学的知识点并加以运用：体现在上述程序中运用了老师教的类和对象、网络请求、异常处理等python知识点。当然不仅如此，为了实现我的目标功能，我还自主学习了有关python其他库的功能，eg.事件驱动编程、GUI编程、Web浏览器控制等功能，并加以应用。
相较于之前做过的程序设计，本次程序的设计更倾向于功能型。代码并没有很多需要靠逻辑实现的东西，更多来自库函数的引用。我更加熟悉了Python的GUI编程、网络请求、网页打开和下载等方面的知识，并帮助我练习了模块和库的导入和使用。这些都是编写功能丰富的Python程序所必需的技能也算是极大拓展了我的视野，节省了脑力，看着程序可视化地跑起来，觉得还是一次比较不错的编程体验。

关于一些感想、建议：

在完成了一学期的Python程序设计的课程学习后，回首，的确学到了不少东西，亦产生了些许感悟，故于此稍作记录，在偌大的互联网中留点痕迹。

回想起来这也不是我第一次接触Python了。之前在高中时曾在学校的信息技术课上接触过Python语言，这应该算是我接触的第一门高级计算机语言，仍清楚记得用的是IDLE，现在回想起来还是漫游感触的。虽然当时的学习只是停留在一些input，水仙花数、字典元组等较浅的层面，但这也成了我选修这门课程、遇见王老师的契机。

Python语言还是相当简洁干练且高效的。

先前曾听闻“人生苦短、我用Python”这一有意思的说法，而在我怀着一颗敬畏的心、深入学习Python的过程中，我逐渐理解了这一句话的含金量，或者说Python的含金量。王老师善用比喻，于是我想如果把C语言比作只热情但麻烦的二哈的话，Python更像一只机智优雅的边牧。简洁的语法、丰富的标准库、动态数据... 可以说无不扣动着无数码农的心弦。

这一学期的Python课程还是学到了相当多的东西的。

序列
函数
正则表达式
......

这里就不一一例举了。
其中印象最深刻的还是老师讲的“炒饭”和“盖浇饭”。于我而言敲代码其实是一个很极端的体验。虽然在调试bug的时候可谓是满怀悲痛，但当你看着你倾注心血的程序正常运行茁壮成长时，有种孩子终于长大了的喜悦。我其实课外自己完成了许多Python程序的编写。从“全自动骚扰信息发送器”的骚扰信息脚本到“爬死你不偿命”爬虫程序，其实还是很有成就感的。

王老师讲课相当生动有趣，故给人一种极佳的上课体验。所以关于讲课方面我其实没什么太大的建议，但其实老师可以尝试在平时去布置一些练习，给同学们上手操作的机会。如果可行的话，还可以衔接一些有关网络安全内容的东西（例如Python脚本），毕竟我们是干这个的对吧：）

不善言辞，但心存感激不知所言，故于此向王老师致以最诚挚的敬意。