مقدمه
برنامه نویسی به عنوان یکی از مطرح‌ترین مشاغل امروزی، شامل زبان‌های مختلفی می‌شود. امروزه پایتون از پرکاربردترین این زبان‌هاست و حرف اول را در حل مسائل و چالش‌های علوم داده می‌زند. پایتون یک زبان آسان برای یادگیریاست که دارای اشکال‌زدایی، استفاده گسترده، شی‌گرایی، متن باز و کارایی بالاست و توسعه‌دهنگان وب به‌کارگیری آن را ترجیح می‌دهند. در زبان پایتون کتابخانه‌های فوق‌العاده‌ای برای علم دیتا وجود دارد که بهترین ابزارهای حل مسائل و کدنویسی هستند. در این مطلب، کارآمدترین و بهترین کتابخانه‌های پایتون را معرفی خواهیم کرد.
۱۱ مورد از کاربردی‌ترین کتابخانه‌های پایتون
کتابخانه TensorFlow
این کتابخانه کارایی بالایی در محاسبات عددی دارد و چارچوبی جهت تعریفa و انجام محاسبات است که شامل تنسورها بوده و بر اساس کلاس‌های خود، قابلیت ایجاد اشیای محاسباتی را دارد. از ویژگی‌های آن می‌توان به مصورسازی بهتر گراف، کاهش ۵۰ تا ۶۰ درصدی خطای یادگیری ماشین، انجام محاسبات موازی برای اجرای مدل‌های پیچیده، مدیریت یکپارچه کتابخانه‌ها با پشتیبانی گوگل، به‌روزرسانی‌های سریع و انتشار جدیدترین نسخه‌ها اشاره کرد. کتابخانه تنسورفلو کاربردهایی همچون بازشناسی گفتار و تصویر، برنامه‌های مبتنی بر متن، تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی و تشخیص ویدیو دارد و به همین علت، از بهترین کتابخانه‌های پایتون محسوب می‌شود.
کتابخانه NumPy
یک بسته بنیادی برای محاسبات عددی در پایتون است که شامل یک شی آرایه‌ای Nبعدی قوی است و توسعه‌دهندگان زیادی از آن استفاده می‌کنند. این بسته امکان ایجاد اشیای چندبعدی با کارایی بالا را دارد و مشکل کندی را با ساختن این آرایه‌ها و توابع و اپراتورهای موثر، برطرف می‌سازد. از ویژگی‌های آن می‌توان به توابع سریع و از پیش تدوین‌شده برای روال‌های عددی، محاسبات آرایه‌ای، پشتیبانی از رویکرد شی‌گرا و محاسبات فشرده و سریع‌تر با بردارسازی (Vectorization) اشاره کرد. این کتابخانه کاربردهایی مانند استفاده گسترده در تجزیه و تحلیل داده‌ها، ایجاد آرایه قدرتمند، تشکیل بنیان کتابخانه‌های دیگر مثل SciPy و Sklict-Learn و جایگزینی MATLAB هنگام استفاده از SciPy و Matplotib دارد.
کتابخانه SciPy
یکی از بهترین کتابخانه‌های پایتون بوده که رایگان و منبع باز است و برای محاسبات علمی و فنی استفاده می‌شود تا با گسترش NumPy، روال‌های کاربرپسند محاسبات را فراهم می‌کند. از ویژگی‌های آن می‌توان به الگوریتم‌ها و توابع ایجادشده روی NumPy جهت بسط پایتون، دستورهای سطح بالا برای دستکاری داده‌ها و تصویرسازی، پردازش تصاویر چندبعدی با ماژول SciPy ndimage و توابع داخلی برای حل معادلات دیفرانسیل اشاره کرد. این کتابخانه کاربردهایی همچون عملیات‌های تصاویر چندبعدی، حل معادلات دیفرانسیل و تبدیل فوریه، الگوریتم‌های بهینه‌سازی و جبر خطی دارد.
کتابخانه Pandas
یکی از ضروریات در چرخه علوم داده است که از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون محسوب می‌شود و در تجزیه و تحلیل و پاک‌سازی داده‌ها استفاده می‌شود. این کتابخانه ساختارهای سریع و منعطفی مثل قاب‌های CDs جهت کار آسان و شهودی با اطلاعات ساخت‌یافته را فراهم می‌کند. از ویژگی‌های آن می‌توان به دستورات برنامه نویسی گویا و آزادی مقابله با اطلاعات ازدست‌رفته، امکان ایجاد روال و اجرای آن در مجموعه، انتزاع سطح بالا و ساختارهای داده‌ای سطح بالا و ابزارهای دستکاری اشاره کرد. کاربردهای این کتابخانه عبارتند از جمع‌آوری و پاک‌سازی کلی دیتاها، وظیفه ETL و پشتیبانی عالی از پرونده‌های CSV در قاب داده، کارایی در زمینه‌های تجاری و مالی و عملکردهای خاص در سری زمانی مثل تولید دامنه تاریخ، پنجره متحرک، رگرسیون خطی و تغییر تاریخ.
کتابخانه LightGBM
از محبوب‌ترین ابزارهای پایتون میان برنامه نویسان زمینه یادگیری ماشین است که به آن‌ها در تقویت پیاده‌سازی با مقیاس بالا و بهینه و سریع کمک می‌کند. این کتابخانه بصری بوده و کاربرپسندی و آسانی، مزایای دیگر آن هستند. این کتابخانه در ساخت درخت‌های تصمیم (Decision Tree) با مدل‌های ابتدایی بازتعریف‌شده و اجرای کارآمد و پرسرعت، کاربرد دارد.
کتابخانه Keras
از کتابخانه‌های معروف پایتون است که به طور گسترده جهت یادگیری عمیق و ماژول‌ها شبکه عصبی ستفاده می‌شود. ویژگی‌های آن عبارتند از برچسب مجموعه داده‌ها، لایه‌ها و پارامترهای اجرایی برای ساخت، پیکربندی، آموزش و ارزیابی شبکه‌های عصبی. کاربردهای آن شامل مدل‌های یادگیری عمیق با امکان پیش‌بینی و استخراج هستند.
کتابخانه SciKit-Learn
کتابخانه یادگیری ماشین با الگوریتم‌های کامل است که از ابزارهای اصلی پایتون با درون‌یابی NumPy و SciPy محسوب می‌شود. این کتابخانه در خوشه‌بندی، طبقه‌بندی، رگرسیون، انتخاب مدل و کاهش ابعاد، کاربرد گسترده‌ای در میان توسعه‌دهندگان دارد.
کتابخانه PyTorch
از کتابخانه‌های برتر علم داده است یک بسته محاسباتی قوی با قدرت واحدهای پردازش گرافیکی می‌باشد و از رایج‌ترین بسترهای تحقیقاتی یادگیری عمیق، سریع منعطف محسوب می‌شود. این کتابخانه در محاسبات تنسوری با پشتیبانی از شتاب GPUهای قوی و ساخت شبکه‌های عصبی عمیق روی یک سیستم مشتق‌گیری خودکار (Autograd) مبتنی بر نوار کاربرد بسیار زیادی دارد.
کتابخانه Eli5
این کتابخانه در پاسخ به پیش‌بینی‌های ناصحیح ماشین لرنینگ و به عنوان ترکیبی از تجسم و دیباگ کردن همه مدل‌های یادگیری ماشین در یک الگوریتم ایجاد شده است. این کتابخانه در اموری مثل انجام محاسبات ریاضی سنگین در زمان کوتاه، تصویرسازی پیش‌بینی‌ها و دیباگ دسته‌های ماشین لرنینگ کاربرد دارد.
کتابخانه Theano
یک فریمورک محاسباتی برای محاسبه آرایه‌های چندبعدی در یادگیری ماشین می‌باشد که شباهت زیادی به کتابخانه تنسورفلو دارد و می‌توان از آن در محیط‌های توزیع‌شده برنامه‌های مختلف استفاده کرد. این کتابخانه مناسب الگوریتم‌های شبکه عصبی بزرگ و پیچیده است که جامعه آن مدام در حال افزایش است.
کتابخانه Matplotlib
کتابخانه‌ای پراستفاده، رایگان و منبع باز است که به طور گسترده جهت تصویرسازی داده‌ها استفاده می‌شود و یک API شی‌گرا ایجاد می‌کند. این کتابخانه از ده‌ها نوع پس‌زمینه و خروجی پشتیبانی می‌کند که در هر سیستم عامل قابل استفاده است و مصرف کم حافظه و رفتار بهتر در اجرا را شامل می‌شود. کاربردهای آن عبارتند از تحلیلی همبستگی متغیرها، فاصله اطمینان ۹۵ درصدی تصویرسازی مدل‌ها، کشف داده‌های پرت با استفاده از یک نمودار پراکندگی یا هر نمودار دیگر و تجسم توزیع داده‌ها برای به دست آوردن بینش سریع. از کتابخانه Pandas می‌توان به عنوان پوششی برای MATLAB API استفاده کرد تا از MATLAB نیز مانند یک تمیزکننده در محیط، کمک گرفته شود.
سخن پایانی
پایتون از محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین زبان‌های برنامه نویسی است که موردعلاقه اکثر توسعه‌دهندگان وب می‌باشد. این زبان دارای ابزارها و کتابخانه‌های وسیع و کارآمد است که هر کدام، در حوزه خاصی کاربرد دارند. در این مطلب یازده مورد از بهترین کتابخانه‌های پایتون را معرفی کردیم. برای اطلاعات بیشتر به وب‌سایت شرکت برنامه نویسی وب نگاه مراجعه کنید.
