# 1. 完整导入
import math
print(math.sqrt(9))

# 2. 使用别名，常见于 numpy / pandas
import numpy as np
import pandas as pd

# 3. 只导入一个函数或类
from pathlib import Path
project = Path(".")

安装和导入

先安装，再 import

如果库没有安装，`import` 会报错。遇到 `ModuleNotFoundError`，不要先改代码，先检查当前解释器和虚拟环境是否正确。

# 命令行：安装库
pip install numpy pandas matplotlib openpyxl scipy pyvista ezdxf shapely

# 脚本中：导入库
import numpy as np
import pandas as pd

# 常见错误
ModuleNotFoundError: No module named 'numpy'

numpy

向量、矩阵、坐标计算的基础

`numpy` 是几何计算最常用的基础库。坐标点、方向向量、矩阵变换都可以用数组表达。

常用导入方式：`import numpy as np`。

import numpy as np

p1 = np.array([0.0, 0.0, 0.0])
p2 = np.array([6000.0, 3000.0, 0.0])

vector = p2 - p1
length = np.linalg.norm(vector)

print("梁轴线长度:", length, "mm")

matplotlib

把二维工程数据画出来

`matplotlib` 适合画折线图、散点图、二维轴网和简单工程图表。它常用的子模块是 `matplotlib.pyplot`。

常用导入方式：`import matplotlib.pyplot as plt`。

import matplotlib.pyplot as plt

x = [0, 6000, 12000]
y = [0, 0, 0]

plt.plot(x, y, marker="o")
plt.title("Grid Line A")
plt.xlabel("X / mm")
plt.ylabel("Y / mm")
plt.axis("equal")
plt.show()

pandas

处理梁表、柱表、管线表

`pandas` 用来处理表格数据。工程构件清单、碰撞报告、Excel 数据导入后都可以变成 `DataFrame`。

常用导入方式：`import pandas as pd`。

import pandas as pd

beams = pd.DataFrame({
    "id": ["B1", "B2"],
    "length_m": [6.0, 7.5],
    "width_m": [0.3, 0.3],
    "height_m": [0.6, 0.7],
})

beams["volume_m3"] = (
    beams["length_m"] * beams["width_m"] * beams["height_m"]
)
print(beams)

openpyxl

读写 Excel 工作簿

`openpyxl` 适合直接操作 `.xlsx` 文件，例如写入单元格、保存工程量表。它也常作为 `pandas` 写 Excel 的底层引擎。

常用导入方式：`from openpyxl import Workbook`。

from openpyxl import Workbook

wb = Workbook()
ws = wb.active
ws.title = "工程量"

ws["A1"] = "构件"
ws["B1"] = "体积 m3"
ws.append(["梁 B1", 1.08])
ws.append(["柱 C1", 1.30])

wb.save("quantity.xlsx")

scipy

更专业的科学计算工具

`scipy` 是 `numpy` 的扩展，提供优化、插值、距离、线性代数等工具。早期课程可先用它做距离矩阵或简单数值计算。

常见写法：从子模块导入具体函数。

import numpy as np
from scipy.spatial.distance import cdist

columns = np.array([
    [0, 0],
    [6000, 0],
    [6000, 6000],
])

dist = cdist(columns, columns)
print(dist)

pyvista

把三维几何显示出来

`pyvista` 用于三维渲染和网格可视化。它可以帮助学生直观看到几何体、坐标轴和空间关系。

常用导入方式：`import pyvista as pv`。

import pyvista as pv

beam = pv.Cube(
    center=(3000, 0, 300),
    x_length=6000,
    y_length=300,
    z_length=600,
)

plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(beam, color="tan", show_edges=True)
plotter.add_axes()
plotter.show()

build123d

用 Python 创建参数化 CAD 实体

`build123d` 基于 OpenCASCADE，适合用脚本创建梁、柱、板、墙等工程实体。这里先用一个 Box 表达梁形构件。

它让学生先用清晰的参数定义实体，再在后续课程中理解 B-Rep、Mesh 转换和三维渲染。

from build123d import Box, export_stl

beam = Box(6000, 300, 600)

export_stl(beam, "beam.stl")

print(type(beam))

ezdxf

生成可被 CAD 打开的 DXF 图纸

`ezdxf` 可以创建 DXF 文件，适合讲轴线、柱网、文字标注和简单结构平面图自动生成。

常用导入方式：`import ezdxf`。

import ezdxf

doc = ezdxf.new("R2010")
msp = doc.modelspace()

msp.add_line((0, 0), (12000, 0))
msp.add_circle((6000, 0), radius=300)
msp.add_text("Grid A", height=250).set_placement((0, 400))

doc.saveas("grid.dxf")

shapely

二维几何关系判断

`shapely` 用来表达二维点、线、面，并判断相交、包含、距离等关系。它适合处理平面图中的管线、墙线和洞口。

常用导入方式：`from shapely.geometry import LineString`。

from shapely.geometry import LineString, Polygon

pipe = LineString([(0, 0), (8000, 0)])
wall = Polygon([
    (3000, -200),
    (5000, -200),
    (5000, 200),
    (3000, 200),
])

print(pipe.intersects(wall))
print(pipe.intersection(wall).length)

导入习惯

把 import 写在文件开头

通常把所有导入语句放在 Python 文件顶部，先标准库、再第三方库、再本项目模块。这样别人一眼能看出脚本依赖什么工具。

# 标准库
from pathlib import Path

# 第三方库
import numpy as np
import pandas as pd
import pyvista as pv

# 本项目模块，后续课程会逐步创建
from core.geometry import Point3D

本节收束

库是工具，import 是拿起工具的动作

本节的重点不是背库名，而是理解“安装、导入、调用”的完整链条。后续每学一个工程问题，都会选择合适的库来表达、计算和输出结果。

下一步：安装这些库，并逐个运行最小案例。

课堂练习

在同一个脚本中导入 `numpy` 和 `pandas`。
用 `numpy` 计算一条梁轴线长度。
用 `pandas` 创建一个构件清单。
任选一个库，解释它的导入方式和用途。