Python
Shiny Python

Пожалуйста, вот перевод данного markdown-файла на русский язык. Если имеется frontmatter, убедитесь, что переведен параметр языка в соответствующую ru. В коде не переводите код, только комментарии. Не переводите содержимое примера задания. Вот файл: --- title: "Shiny Python: руководство начинающего по легкой визуализации данных" description: "Shiny Python - всестороннее руководство для начинающих по созданию потрясающей визуализации данных без усилий с использованием библиотек визуализации данных Pythons" date: 2024-05-04 language: ru

Shiny Python: руководство начинающего по легкой визуализации данных

MoeNagy Dev

Что такое Shiny Python?

Shiny Python - это мощный фреймворк для создания интерактивных веб-приложений с использованием языка программирования Python. Он предоставляет набор инструментов и компонентов, которые позволяют разработчикам создавать динамические, данных-ориентированные веб-приложения с минимальными усилиями.

Shiny Python часто сравнивают с другими популярными веб-фреймворками Python, такими как Flask и Django, но он выделяется своим упором на создание высокоинтерактивных и отзывчивых пользовательских интерфейсов (UI) для визуализации, анализа и исследования данных.

Преимущества использования Shiny Python для веб-разработки

  1. Интерактивный пользовательский интерфейс: Shiny Python позволяет легко создавать интерактивные пользовательские интерфейсы, которые реагируют на ввод пользователя и обновляются в реальном времени, обеспечивая плавный и увлекательный пользовательский опыт.

  2. Быстрое прототипирование: С помощью Shiny Python вы можете быстро создавать и тестировать веб-приложения, что позволяет разрабатывать идеи значительно быстрее.

  3. Интеграция с библиотеками Python: Shiny Python позволяет использовать огромный экосистему библиотек и модулей Python для обработки, анализа и визуализации данных, что делает его мощным инструментом для создания данных-ориентированных приложений.

  4. Реактивное программирование: Реактивная модель программирования Shiny Python упрощает управление состоянием приложения и согласование между пользовательским интерфейсом и логикой на серверной стороне.

  5. Развертывание и хостинг: Shiny Python-приложения могут быть легко развернуты на различных хостинговых платформах, включая облачные сервисы, что делает его универсальным выбором для веб-разработки.

Начало работы с Shiny Python

Установка Shiny Python и его зависимостей

Для начала работы с Shiny Python вам нужно установить Python на свою систему. Shiny Python построен на основе фреймворка Dash, поэтому вам также потребуется установить необходимые зависимости.

Вы можете установить Shiny Python и его зависимости с помощью pip, пакетного менеджера Python:

pip install shiny

Это установит Shiny Python и его необходимые зависимости, включая Dash, Flask и Plotly.

Настройка нового проекта Shiny Python

После установки Shiny Python вы можете создать новый проект, настроив директорию для вашего приложения. Внутри этой директории у вас обычно будет следующая структура:

my_shiny_app/
├── app.py
├── requirements.txt
└── assets/
    ├── styles.css
    └── images/
        └── logo.png

Файл app.py является главной точкой входа в ваше приложение Shiny Python, где вы будете определять пользовательский интерфейс и логику сервера. Файл requirements.txt перечисляет пакеты Python, необходимые для вашего приложения, что может быть использовано для развертывания. Директория assets используется для хранения любых статических файлов, таких как таблицы стилей CSS и изображения, которые могут потребоваться вашему приложению.

Понимание структуры директорий Shiny Python

Структура директорий Shiny Python следует похожему шаблону других веб-фреймворков Python, но с некоторыми дополнительными компонентами, специфичными для Shiny Python:

  • app.py: Это главная точка входа вашего приложения Shiny Python, где вы определяете пользовательский интерфейс и логику сервера.
  • ui.py: В этом файле содержится определение пользовательского интерфейса, включая макет, входы и выводы.
  • server.py: Этот файл определяет логику на стороне сервера, такую как обработка ввода пользователя и обновление состояния приложения.
  • callbacks.py: В этом файле содержатся функции обратного вызова, которые связывают пользовательский интерфейс с логикой на стороне сервера.
  • models.py: Если ваше приложение использует модели данных или взаимодействия с базой данных, вы можете определить их в этом файле.
  • utils.py: Этот файл может содержать любые вспомогательные функции или утилиты, используемые в вашем приложении.
  • assets/: Эта директория хранит любые статические файлы, такие как CSS, JavaScript и изображения, которые могут понадобиться вашему приложению.

Разделение обязанностей между файлами ui.py, server.py и callbacks.py помогает поддерживать организованность и поддерживаемость вашего приложения Shiny Python по мере его роста в сложности.

Создание простого приложения Shiny Python

Давайте начнем с создания простого приложения Shiny Python, которое позволяет пользователям вводить число и отображает квадрат этого числа.

Создание пользовательского интерфейса (UI) с использованием компонентов Shiny Python

В файле ui.py мы определим пользовательский интерфейс нашего приложения:

from shiny import ui
 
app_ui = ui.page_fluid(
    ui.layout_sidebar(
        ui.panel_sidebar(
            ui.input_numeric("number", "Введите число", value=0, min_value=0, max_value=100)
        ),
        ui.panel_main(
            ui.output_text_verbatim("output_text")
        )
    )
)

В этом примере мы используем функцию ui.page_fluid() для создания макета страницы с изменяемой шириной. Внутри страницы мы используем ui.layout_sidebar() для создания макета боковой панели и главной панели.

Боковая панель содержит числовое поле ввода с помощью ui.input_numeric(), в котором пользователь может ввести число. Главная панель содержит область вывода текста с помощью ui.output_text_verbatim(), в которой мы отобразим квадрат введенного пользователем числа.

Определение логики сервера и обработка взаимодействия с пользователем

Теперь создадим файл server.py для определения логики на стороне сервера:

from shiny import App, Inputs, Outputs, Session
 
def server(input, output, session):
    @Outputs("output_text")
    def square_number():
        number = input.number()
        return f"Квадрат числа {number} равен {number ** 2}"
 
app = App(server, ui)

В функции server() мы определяем реактивное выражение square_number(), которое принимает введенное пользователем число, вычисляет его квадрат и возвращает результат в виде строки. Декоратор Outputs() используется для связи этой серверной функции с выходом output_text в пользовательском интерфейсе.

Рендеринг приложения и его запуск на локальной машине

Для запуска приложения Shiny Python необходимо создать файл app.py, который объединяет пользовательский интерфейс и серверную логику:

from shiny import App, get_app, run_app
from ui import app_ui
from server import server
 
app = App(app_ui, server)
 
if __name__ == "__main__":
    run_app(app)

В этом файле app.py мы импортируем определения app_ui и server из соответствующих файлов, а затем создаем новый экземпляр App, передавая их конструктору App().

Наконец, мы вызываем функцию run_app() для запуска приложения Shiny Python и для его доступности при локальной разработке.

Вы можете запустить приложение, выполнив файл app.py:

python app.py

Это запустит приложение Shiny Python и откроет его в вашем веб-браузере по умолчанию, где вы сможете взаимодействовать с приложением и увидеть квадрат числа, которое вы вводите.

Компоненты пользовательского интерфейса Shiny Python

Shiny Python предоставляет широкий выбор компонентов пользовательского интерфейса (UI), которые вы можете использовать для создания веб-приложений. Эти компоненты включают в себя входы, выходы, макеты и многое другое.

Обзор доступных компонентов пользовательского интерфейса

Некоторые из часто используемых компонентов пользовательского интерфейса Shiny Python включают:

  • Входы: ui.input_text(), ui.input_numeric(), ui.input_slider(), ui.input_checkbox(), ui.input_date() и другие.
  • Выходы: ui.output_text(), ui.output_table(), ui.output_plot(), ui.output_download() и другие.
  • Макеты: ui.layout_sidebar(), ui.layout_grid(), ui.layout_row(), ui.layout_column() и другие.
  • Контейнеры: ui.panel_sidebar(), ui.panel_main(), ui.tab_panel(), ui.accordion_panel() и другие.

У каждого из этих компонентов есть свой набор свойств и параметров, которые можно использовать для настройки внешнего вида и поведения вашего приложения.

Настройка внешнего вида и поведения компонентов пользовательского интерфейса

Вы можете настраивать внешний вид и поведение компонентов пользовательского интерфейса Shiny Python, устанавливая их различные свойства. Например, с помощью компонента ui.input_text() вы можете задать свойства "label", "value", "placeholder" и другие для управления внешним видом и функциональностью поля ввода.

Вот пример настройки внешнего вида текстового поля ввода:

ui.input_text(
    "name",
    "Введите ваше имя",
    value="Иван Иванов",
    placeholder="Введите ваше имя здесь",
    style={"width": "300px", "font-size": "16px"}
)

В этом примере мы задаем свойства "label", "value", "placeholder" и "style" компонента ui.input_text() для настройки его внешнего вида.

Организация и структурирование пользовательского интерфейса для сложных приложений

По мере роста вашего приложения Shiny Python в сложности, важно организовывать и структурировать пользовательский интерфейс таким образом, чтобы он был легким в управлении и поддержке.

Один из распространенных подходов - использовать компоненты макета, такие как ui.layout_sidebar(), ui.layout_grid() и ui.tab_panel(), чтобы создать хорошо структурированный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс. Вы также можете использовать контейнерные компоненты, такие как ui.panel_sidebar() и ui.panel_main(), чтобы группировать связанные элементы пользовательского интерфейса.

Вот пример более сложной структуры пользовательского интерфейса:

app_ui = ui.page_fluid(
    ui.layout_sidebar(
        ui.panel_sidebar(
            ui.input_text("name", "Введите ваше имя"),
            ui.input_numeric("age", "Введите ваш возраст", min_value=0, max_value=120)
        ),
        ui.panel_main(
            ui.tab_panel(
                ui.tab("Обзор", ui.output_text_verbatim("overview_text")),
                ui.tab("Графики",
                    ui.layout_grid(
                        ui.output_plot("plot1"),
                        ui.output_plot("plot2")
                    )
                ),
                ui.tab("Скачать", ui.output_download("download_button"))
            )
        )
    )
)

В этом примере мы используем макет с боковой панелью с полями ввода в боковой панели и вкладками в основной панели. Вкладки содержат три вкладки: "Обзор", "Графики" и "Скачать", каждая из которых имеет свой набор выходных данных.

Организуя пользовательский интерфейс таким образом, вы можете создавать сложные и интуитивные приложения, которые легко навигировать и поддерживать.

Функции серверной части Shiny Python

Логика на стороне сервера в приложении Shiny Python определяется в файле server.py. Здесь вы обрабатываете входные данные пользователя, выполняете обработку и анализ данных и обновляете состояние приложения.

Обработка входных данных пользователя и обновление состояния приложения

В логике на стороне сервера вы можете определить функции, которые реагируют на входные данные пользователя и соответствующим образом обновляют состояние приложения. Эти функции обычно декорируются декоратором Inputs(), который связывает их с соответствующими компонентами ввода в пользовательском интерфейсе.

Вот пример серверной функции, которая обрабатывает текстовый ввод и обновляет состояние приложения:

from shiny import Inputs, Outputs
 
def server(input, output, session):
    @Inputs("name")
    def greet_user():
        name = input.name()
        return f"Привет, {name}!"
 
    @Outputs("greeting")
    def display_greeting():
        return greet_user()

В этом примере функция greet_user() декорирована Inputs("name"), что означает, что она будет вызываться каждый раз, когда пользователь изменяет значение входа "name". Функция берет имя пользователя, объединяет его с приветствием и возвращает результат.

Функция display_greeting() декорирована Outputs("greeting"), что означает, что ее возвращаемое значение будет использоваться для обновления выхода "greeting" в пользовательском интерфейсе.

Выполнение обработки данных и анализа на стороне сервера

Shiny Python позволяет интегрировать ваше приложение с различными библиотеками и модулями Python для обработки, анализа и визуализации данных. Это можно сделать в рамках логики серверной стороны.

Вот пример серверной функции, выполняющей простой анализ данных и создающей график:

import pandas as pd
from shiny import Inputs, Outputs, session
 
def server(input, output, session):
    @Inputs("dataset")
    def analyze_dataset(dataset):
        df = pd.read_csv(dataset)
        summary = df.describe()
        return summary
 
    @Outputs("dataset_summary")
    def display_dataset_summary():
        summary = analyze_dataset(session.userData.get("dataset", None))
        return summary.to_html()
 
    @Outputs("dataset_plot")
    def plot_dataset():
        df = pd.read_csv(session.userData.get("dataset", None))
        return df.plot()

В этом примере функция analyze_dataset выполняет анализ данных, а функция display_dataset_summary отображает результат анализа в виде сводной таблицы. Функция plot_dataset создает график данных.

Структуры данных

Списки

Списки являются одной из основных структур данных в Python. Они представляют собой упорядоченные коллекции элементов, которые могут быть разных типов данных. Вот пример:

fruits = ['яблоко', 'банан', 'вишня']
print(fruits)  # Вывод: ['яблоко', 'банан', 'вишня']

Вы можете обращаться к отдельным элементам списка, используя их индексы, которые начинаются с 0:

print(fruits[0])  # Вывод: 'яблоко'
print(fruits[1])  # Вывод: 'банан'

Вы также можете изменять элементы в списке:

fruits[1] = 'апельсин'
print(fruits)  # Вывод: ['яблоко', 'апельсин', 'вишня']

Списки имеют множество встроенных методов, которые позволяют выполнять различные операции, такие как добавление, удаление и сортировка элементов.

Кортежи

Кортежи похожи на списки, но они являются неизменяемыми, то есть вы не можете изменять их элементы после их создания. Кортежи определяются с использованием круглых скобок вместо квадратных скобок:

point = (3, 4)
print(point)  # Вывод: (3, 4)

Кортежи могут быть полезны, когда вы хотите хранить фиксированный набор значений, таких как координаты точки или размеры прямоугольника.

Словари

Словари являются неупорядоченными коллекциями пар ключ-значение. Они позволяют вам хранить и получать данные быстро, используя уникальный ключ для каждого значения. Вот пример:

person = {
    'имя': 'Иван Иванов',
    'возраст': 30,
    'город': 'Москва'
}
print(person['имя'])  # Вывод: 'Иван Иванов'
print(person['возраст'])  # Вывод: 30

Вы можете добавлять, изменять и удалять пары ключ-значение в словаре:

person['электронная_почта'] = 'ivan.ivanov@example.com'
person['возраст'] = 31
del person['город']
print(person)  # Вывод: {'имя': 'Иван Иванов', 'возраст': 31, 'электронная_почта': 'ivan.ivanov@example.com'}

Словари очень гибкие и могут использоваться для представления широкого спектра структур данных, от простых пар ключ-значение до более сложных вложенных структур.

Множества

Множества являются неупорядоченными коллекциями уникальных элементов. Они полезны для выполнения операций, таких как объединение, пересечение и разность над коллекциями данных. Вот пример:

colors = {'красный', 'зеленый', 'синий'}
print(colors)  # Вывод: {'красный', 'зеленый', 'синий'}
 
# Добавление элемента в множество
colors.add('желтый')
print(colors)  # Вывод: {'красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый'}
 
# Удаление элемента из множества
colors.remove('зеленый')
print(colors)  # Вывод: {'красный', 'синий', 'желтый'}

Множества особенно полезны для удаления дублирующихся значений из коллекции или для выполнения операций над множествами.

Управляющие конструкции

Условные операторы

Условные операторы в Python позволяют выполнять различный код в зависимости от определенных условий. Самым распространенным условным оператором является оператор if-elif-else:

x = 10
if x > 0:
    print("x положительное")
elif x < 0:
    print("x отрицательное")
else:
    print("x равно нулю")

Вы также можете использовать тернарный оператор, который предоставляет более краткий способ записи простых условных операторов if-else:

age = 18
is_adult = "Да" if age >= 18 else "Нет"
print(is_adult)  # Вывод: "Да"

Циклы

Циклы в Python позволяют повторно выполнять блок кода. Самые распространенные типы циклов - это циклы for и while.

Цикл for используется для итерации по последовательности (такой как список, кортеж или строка):

fruits = ['яблоко', 'банан', 'вишня']
for fruit in fruits:
    print(fruit)

Цикл while используется для выполнения блока кода до тех пор, пока определенное условие истинно:

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

Вы также можете использовать операторы break и continue для контроля выполнения цикла:

for i in range(10):
    if i == 5:
        break  # Выход из цикла, если i равно 5
    if i % 2 == 0:
        continue  # Пропуск текущей итерации, если i четное
    print(i)  # Вывод: 1, 3, 7, 9

Функции

Функции в Python - это блоки повторно используемого кода, выполняющие определенную задачу. Они могут принимать аргументы и возвращать значения. Вот простой пример:

def приветствие(имя):
    print(f"Привет, {имя}!")
 
приветствие("Алиса")  # Вывод: "Привет, Алиса!"

Вы также можете определить функции с аргументами со значениями по умолчанию и аргументами переменной длины:

def вычислить_площадь(длина, ширина, высота=1):
    return длина * ширина * высота
 
print(вычислить_площадь(2, 3))  # Вывод: 6
print(вычислить_площадь(2, 3, 4))  # Вывод: 24

Функции также могут быть рекурсивными, то есть они могут вызывать сами себя для решения задачи:

def факториал(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * факториал(n-1)
 
print(факториал(5))  # Вывод: 120

Модули и пакеты

Обширная стандартная библиотека Python и сторонние пакеты предоставляют широкий спектр функций, которые вы можете использовать в своих программах. Чтобы использовать модуль или пакет, нужно его импортировать.

Вот пример импорта модуля math и использования его функций:

import math
 
print(math.pi)  # Вывод: 3.141592653589793
print(math.sqrt(16))  # Вывод: 4.0

Вы также можете импортировать конкретные функции или атрибуты из модуля:

из math импортировать pi, sqrt
 
print(pi)  # Вывод: 3.141592653589793
print(sqrt(16))  # Вывод: 4.0

Кроме того, вы можете создавать свои собственные модули и пакеты для организации кода и упрощения его повторного использования.

Вывод

В этом руководстве вы узнали о различных структурах данных, операторах управления, функциях и модулях в Python. Это основные строительные блоки любой программы на Python. Имея этот навык, вы можете начать писать более сложные и мощные приложения. Помните, что ключевым моментом для достижения опыта в программировании на Python является практика, эксперименты и продолжающееся обучение. Удачи!

MoeNagy Dev