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毕业设计-基于 Python 的天气预测系统(毕业设计基础)

编辑:rootadmin
毕业设计-基于 Python 的天气预测系统

目录

前言

课题背景和意义

实现技术思路

一、Python

二、网络爬虫

三、基于 Python 的天气预测系统

四、系统测试

五、总结

实现效果图样例

最后


前言

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大家好,这里是海浪学长毕设专题,本次分享的课题是

🎯毕业设计-基于 Python 的天气预测系统

课题背景和意义

天气预测与生产生活的各个领域息息相关,在社会发展中发挥着重要作用。天气预测是指综合使用现代科学技术对某一地区未来一 段时间的温度、湿度、风力、风向、天气状况等进行预测。 在当今社会,天气预测对人们的生产生活有着举足轻重的影 响,与日常出行、农业生产、自然灾害预防等多个领域息息 相关,是现代社会正常运转不可或缺的一个部分。随着气象 数据规模的不断增大,以大数据为代表的自动化、智能化 技术在天气预测中开始发挥重要作用。 Python是一种跨平台的解释型面向对象程序设计语 言,语法简单,可读性强,最初被用于编写自动化脚本,随 着版本的不断更新和语言的不断发展,广泛应用于以人工智 能为代表的应用开发领域。目前,Python 已成为大学教学中 的首选语言,在统计学、人工智能、脚本编写、系统测试等 诸多领域均排名第一。TIOBE2019 年一月发布的排行榜显示, Python 第三次获得 TIOBE 最佳年度语言称号,是获奖次数最 多的编程语言。

实现技术思路一、Python

Python 的发展历程

Python 的创始人是荷兰人 Guido van Rossum,Python 一 名 取 自 英 国 20 世 纪 70 年 代 首 播 的 电 视 喜 剧《Monty  Python's Flying Circus》。1989 年 圣 诞 节 期 间,Guido  van Rossum 在阿姆斯特丹开发了一个新的脚本解释语言,这 就是 Python。

Python 自发布以来,使用率呈线性增长,已经成为和 Java、C、C++ 并列的最受欢迎的程序设计语言之一,且由于 其简洁性、易读性的特点,在科学研究、程序设计语言启蒙 等领域发挥着非常重要的作用。 Python 有 Python2.X 和 Python3.X 两个不同的版本,互 不兼容。Python 2 于 2000 年 10 月 16 日发布,Python 2.7 是其最后一版,于 2020 年 1 月 1 日停止更新。Python 3 于  2008 年 12 月 3 日发布,是 Python 的推荐版本,目前最新版 是 Python 3.8。

Python 的特点

Python 尽可能地减少歧义并采用明确的语法以提高代码 的可读性,同时,减少非必须优化,是一种完全面向对象的 程序设计语言,支持继承、重载、派生,代码复用性较强。 具体来所,Python 具有以下特点:

1、开源

Python 是开放源码软件之一,用户可以自由发布软件的 拷贝,查阅、使用、修改源代码。通过这种方式,每个用户 都可以参与到 Python 的发展之中,做出自己的一份贡献。

2、简单易学

与大多数程序设计语言相比,Python 关键字较少,结构 简单,语法定义明确,学习起来较为容易。

3、可移植性

Python 是一种解释型语言,易于移植,已经被移植到包 括 Windows、Linux、Android 在内的很多平台,在不使用依 赖系统特性的情况下,所有的 Python 程序无需任何修改即可 在上述所有平台运行。

4、库函数丰富

Python 语言自带的标准库功能丰富,能够处理正则表达 式、线程、数据库、电子邮件、图形用户界面等各种工作。此外, Python 是开源软件,除了自带的标准库外,众多开发者还为 Python 编写了大量功能强大的第三方库。

Python 开发环境的搭建

Python 开发可以使用 Python 自带的集成开发环境,也 可以使用诸如 Pycharm 等功能更为强大的开发工具。Python 自带的集成开发环境搭建非常简单,首先从官网 http:// www.python.org 下载对应的 Python 版本,然后执行安装文 件,安装完成后,在程序中运行 Python 下的 IDLE,即可打 开 Python 开发环境。

二、网络爬虫

基本原理

随着信息社会的飞速发展,网络信息容量巨大,对搜索 引擎提出了更高的要求。网络爬虫作为搜索引擎的基础构件 之一,其性能直接影响搜索引擎的表现。网络爬虫又叫网 络蜘蛛、网络机器人,是一种按照指定规则自动抓取网页信 息的计算机程序或者脚本 。 网络爬虫的工作原理如下:从一个称为种子 URLs 的初 始 URLs 集中获取并标记一个 URL,下载该网页,分析该网页 内容,提取该网页中所有的 URLs,并将新的 URLs 加入 URLs 队列。然后,从 URLs 队列中获取另一个未标记的 URL,重复 上述过程,直到所有的 URLs 均被标记或满足所设定的停止标 准。

分类

按照系统结构和运作原理,网络爬虫可以分四类:

1、通用网络爬虫

通用网络爬虫也叫全网爬虫,爬取对象覆盖整个 web, 爬取范围极大,对爬取速度和存储空间要求较高。

2、聚焦网络爬虫

聚焦网络爬虫也叫主题网络爬虫,只爬取与预设主题相 关的页面,用于满足对特定领域信息的获取需求。

3、增量式网络爬虫

毕业设计-基于 Python 的天气预测系统(毕业设计基础)

增量式网络爬虫只爬取新产生的或者有更新的页面,对 没有变化的页面不进行爬取,能保证爬取的页面尽可能新, 且有效减少爬取时间和存储空间上的浪费。

4、深层网络爬虫

Web 页面分为表层页面和深层页面,表层页面以超链接 可以到达的静态网页为主,深层页面则是无法通过静态链接获取,需要用户提交关键词后才能获取的 web 页面。深层网 络爬虫所研究的就是针对深层页面的网络爬虫技术。

三、基于 Python 的天气预测系统

基于 Python 的网络爬虫技术

在网络爬虫方面,Python 提供了大量功能强大的标准库 和第三库,通过使用这些库,可以较为容易地编写网络爬虫 程序。

1、Urllib

Urllib 是 Python 自带的标准库,提供了一系列操作 URL 的功能,通过操作 URL 实现对网页的爬取,包括四个模块。 其中,urllib.request 是 HTTP 请求模块,用于打开、读取 URL;urllib.parse提供了很多 URL处理方法,如解析、拆分等; urllib.error 是异常处理模块,用于处理爬取过程中出现的 异常;urllib.robotparser用于识别网站的 robots.txt文件, 判断网站是否可以爬取。

2、Requests

Requests 是基于 urllib 编写的采用 apache2 licensed 开源协议的 HTTP 库,与 urllib 相比,requests 在 Python 内置模块的基础上进行了高度封装,代码更加简单。requests 支持 HTTP 连接保持、连接池、cookie 保持会话, 支持文件上传和 URL 国际化,包括 requests.request()、 requests.get()、requests.head()、 requests.post()、 requests.put()、requests.patch() 和 requests.delete() 七个主要方法。

3、Beautifulsoup Beautifulsoup

是 一 个 可 以 从 HTML、XML 文 件 中 提 取 内容的 Python 第三方库,提供了一些简单的函数来处理导 航、搜索等功能,通过解析文档为用户提供需要爬取的内 容。beautifulsoup 能自动转换编码方式,将输入文档转换 为 unicode 编码,输出文档转换为 utf-8 编码,除了支持 Python 标准库中的 HTML 解析器 html.parser 外,还支持一 些第三方解析器,如 html5lib。

系统设计与实现

基于 Python 的天气预测系统包括天气数据获取、天气 数据显示、天气语音播报三个主要模块。 天气数据获取模块根据所输入的城市,基于 Python 网 络爬虫技术从中华万年历天气 api 接口获取对应城市的天气 数据,包括以下三个部分:

1、数据获取

根据所输入的城市名称,利用 Python 的 urllib 库从中华万年历天气 api 接口爬取对应城市的天气数据,核心代码 如下:

url= 'http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city='+urllib.parse.quote(city_ name)weather_data=ur11ib.request.urlopen(url).read()

2、数据解压

利用 Python 的 gzip 库解压获取到的数据,并编码为 utf-8,核心代码如下:

weather_data = gzip.decompress(weather_data).decode('utf-8')

3、数据转化

利用 Python 的 json 库将解压后的数据转化成 Python 识别的数据,核心代码如下:

weather_dict = json.loads(weather_data)

天气数据显示模块使用 Python 内置的 GUI 模块 tkinter 生成天气预测系统的图形用户界面,显示对应城市的天气数 据信息,包括日期、天气状况、最高温度、最低温度、风级、 风向等。使用 tkinter 生成图形用户界面的步骤如下:

(1)导入 tkinter 模块;

(2)创建一个用于容纳所有的控件的主窗口;

(3)添加所需控件并设置相应的属性和布局;

(4)将控件与对应事件相关联以便响应触发请求;

(5)调用主循环,等待事件触发并响应。

天气语音播报模块对天气情况进行语音播报,步骤如下:

(1)创建对应城市天气数据信息的语音文本;

(2)利用语音合成模块 aipspeech 生成语音文件;

(3)利用 playsound 模块播放语音文件。

四、系统测试

在基于 Python 的天气预测系统中输入所要查询的城市 名称苏州,即可获取苏州从当前日期开始后续几天的天气数 据信息,如图所示。  

五、总结

本文在介绍 Python 和网络爬虫相关概念的基础上,分 析了基于 Python 的网络爬虫技术,并将该技术应用到天气预 测系统中,设计并实现了基于 Python 的天气预测系统,能根 据输入的城市名称显示该城市的天气情况,并支持语音播报。 下一步考虑基于 Python 所提供的强大的数据处理功能实现天 气变化趋势的图形化显示。

实现效果图样例

天气预测系统:

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最后
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