Python w dydaktyce informatyki podstawy języka

Transkrypt

1 Python w dydaktyce informatyki podstawy języka Tomasz Łukaszuk Katedra Oprogramowania Wydział Informatyki Politechnika Białostocka t.lukaszuk@pb.edu.pl Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

2 Historia Wprowadzenie Opracowany w późnych latach 1980 przez Guido Van Rossum pracujacego w Centrum Wiskunde & Informatica w Holandii. Nazwa wywodzi się od Monty Python s Flying Circus : Python wersja : Python wersja 3.0. Niekompatybilna wstecz z wersja 2.0, ale wiele cech wersji 3.0 wprowadzono w wersji 2.6 wersje 2.x i 3.x sa aktualnie rozwijane jednocześnie : Python wersja i Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

3 Wprowadzenie Filozofia programowania - The Zen of Python I 1 Ładne jest lepsze niż brzydkie. 2 Jawne jest lepsze niż niejawne. 3 Proste jest lepsze niż złożone. 4 Złożone jest lepsze niż skomplikowane. 5 Płaskie jest lepsze niż zagnieżdżone. 6 Rzadkie jest lepsze niż gęste. 7 Liczy się czytelność. 8 Szczególne przypadki nie sa na tyle specjalne żeby łamać zasady. 9 Chociaż praktyczność jest ważniejsza od czystości. Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

4 Wprowadzenie Filozofia programowania - The Zen of Python II 10 Błędy nie powinny być przekazywane w milczeniu. 11 O ile jawnie nie zostana wyciszone. 12 W obliczu dwuznaczności, odrzucić pokusę zgadywania. 13 Powinien być jeden - i najlepiej tylko jeden - oczywisty sposób aby coś zrobić. 14 Chociaż ten sposób może nie być od razu oczywisty, chyba że jesteś Holendrem. 15 Teraz jest lepsze niż nigdy. 16 Chociaż nigdy jest często lepsze niż "right" teraz. 17 Jeśli implementacja jest trudna do wytłumaczenia, jest to zły pomysł. 18 Jeśli implementacja jest łatwa do wyjaśnienia, to może być dobry pomysł. Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

5 Wprowadzenie Dlaczego używać Pythona? I Zmniejsza czas tworzenia programów Bardzo jasna, czytelna składnia Bardzo łatwy do nauczenia się Dość szybki! Bardzo dużo standardowych bibliotek i rozszerzajacych modułów do wykonywania praktycznie każdego zadania Pracuje wszędzie (Windows, Linux/Unix, Mac, Amiga) Otwarty i darmowy! Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

6 Python Cechy języka Python I Interpretowalny Używa kodu bajtowego (pliki *.pyc i *.pyo) WSZYSTKO JEST OBIEKTEM Bardzo jasna, czytelna składnia Moduły, klasy, funkcje Pełna modułowość, wspieranie hierarchii pakietów Multi-paradigm: programowanie obiektowe i strukturalne + wiele innych właściwości: programowanie funkcyjne, programowanie aspect-oriented Dynamiczne i silne typowanie, polimorfizm, garbage collector, późne wiazania Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

7 Cechy języka Python II Python Duck typing: when I see a bird that walks like a duck and swims like a duck and quacks like a duck, I call that bird a duck. - James Whitcomb Riley Przeciażanie operatorów Wcięcia do określenia struktury bloków kodu Silne zdolności introspekcji Rozszerzenia i moduły pisane w C, C++ (lub Java z Jython, lub.net dla IronPython) Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

8 Python Typy danych Liczbowe: int, long, float, complex String: niezmienialny Podstawowe kontenery: listy, słowniki, zbiory (zmienialny), krotki (niezmienialny) Inne typy, np. binarne dane, wyrażenia regularne, introspekcja Moduły rozszerzajace moga definiować własne typy danych Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

9 Operacje wejścia/wyjścia Wejście-wyjście Pobieranie danych od użytkownika: 1 x = raw_input("podaj liczbe: ") 2 -> Podaj liczbe: x 5 -> x = int(x) 8 x 9 -> 6 Wypisywanie wartości na ekranie: 1 print "Hello world" 2 -> Hello world 3 4 print "Hello world " + str(7) 5 -> Hello world print "Hello world %d %s" % (7, "xyz") 8 -> Hello world 7 xyz Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

10 Wejście-wyjście Deklarowanie zmiennych 1 >>> x 2 Traceback (innermost last): 3 File "<interactive input>", line 1, in? 4 NameError: There is no variable named x 5 6 >>> x = 1 7 >>> x >>> range(7) 11 [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6] 12 >>> (MO, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN) = range(7) 13 >>> MO >>> TUE >>> SUN 18 6 Nie można deklarować zmiennej bez przypisania jej wartości Moża przypisać wiele wartości na raz Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

11 Wejście-wyjście Formatowanie napisów (strings) I 1 >>> k = "id" 2 >>> v = "XYZ" 3 >>> "%s=%s" % (k, v) 4 id=xyz 5 6 >>> id = "XYZ" 7 >>> pwd = "secret" 8 >>> print pwd + " is not a good password for " + id 9 secret is not a good password for XYZ >>> print "%s is not a good password for %s" % (pwd, uid) 12 secret is not a good password for XYZ >>> usercount = 6 15 >>> print "Users connected: %d" % (usercount, ) 16 Users connected: >>> print "Users connected: " + usercount 19 Traceback (innermost last): 20 File "<interactive input>", line 1, in? 21 TypeError: cannot concatenate str and int objects Silne typowanie: nie można dodawać integer a do a string a! Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

12 Wejście-wyjście Formatowanie napisów (strings) II 1 >>> d = { pwd : secret, id : XYZ } 2 >>> "%(id)s=%(pwd)s # user id: %(id)s, password: %(pwd)s" % d 3 XYZ=secret # user id: XYZ, password: secret Można formatować strings używajac słowników (nazwanych argumentów) Moża użyć każdego argumentu wielokrotnie (albo wcale) 1 >>> params = {"server":"zeus", "database":"master", "id":"xyz", "pwd":"secret"} 2 >>> ["%s=%s" % (k, v) for k, v in params.items()] 3 [ server=zeus, id=xyz, database=master, pwd=secret ] 4 5 >>> ";".join(["%s=%s" % (k, v) for k, v in params.items()]) 6 server=zeus;id=xyz;database=master;pwd=secret Strings sa obiektami - tak jak wszystko inne! Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

13 Wejście-wyjście - Zadania praktyczne 1 1) Pobierz od użytkownika jego imię i nazwisko używajac do tego dwóch wywołań raw_input i następnie wypisz je w odwrotnej kolejności i przecinkiem pomiędzy nimi. Podaj imie: Stefan Podaj nazwisko: Burczymucha -> Burczymucha, Stefan Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

14 Wejście-wyjście - Zadania praktyczne 1 2) Pobierz od użytkownika jego imię i nazwisko używajac jednego wywołania raw_input i następnie wypisz [nazwisko], [imię] Podaj imie i nazwisko: Stefan Burczymucha -> Burczymucha, Stefan Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

15 Wejście-wyjście - Zadania praktyczne 1 3) Joanna zamówiła na przyjęcie urodzinowe 32 kawałki pizzy. Pozwól użytkownikowi (prawdopodobnie Joannie) na wpisanie liczby gości, którzy będa jeść pizzę i wypisz liczbę kawałków, ile dostanie każdy gość. Jak wiesz pizza może nie dać się podzielić w całości. Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy to nie dzielić kawałków i każdemy dać tylko całe kawałki, a resztę odłożyć. Drugi sposób to podzielić odłożone kawałki na równe części pomiędzy gości. Twój program powinien wyświetlić obie opcje: Liczba gosci: 10 -> Opcja 1: 3 kawalki dla kazdego, 2 kawalki pozostaja -> Opcja 2: 3.2 kawalki dla kazdego Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

16 Wartość logiczna prawda - True Instrukcje sterujace Każdy obiekt może być testowany na wartość prawdy, do wykorzystania w wyrażeniach if lub while lub jako operand w operacjach logicznych. Następujace wartości sa uważane za fałszywe (wartościowane jako false): None False zero każdego typu numerycznego, np. 0, 0L, 0.0, 0j każda pusta sekwencja, np., (), [] kazde puste mapowanie, np. {} instancje klas zdefiniowanych przez użytkownika, jeśli klasa definiuje metodę nonzero () lub len (), gdy ta metoda zwraca wartość całkowita zero lub boolowska False. Wszystkie inne wartości sa uważane za prawdziwe Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

17 Operacje boolowskie Kodowanie w pythonie Instrukcje sterujace Operation x or y x and y not x Result if x is false, then y, else x if x is false, then x, else y if x is false, then True, else False or wartościuje drugi argument tylko w przypadku kiedy pierwszy argument jest False and wartościuje drugi argument tylko w przypadku kiedy pierwszy argument jest True Należy pamiętać, że operatory or/and moga zwracać nie tylko True lub False Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

18 Instrukcje sterujace Konstrukcja if 1 >>> x = int(raw_input("please enter an integer: ")) 2 Please enter an integer: 42 3 >>> if x < 0: 4... x = print Negative changed to zero 6... elif x == 0: 7... print Zero 8... elif x == 1: 9... print Single else: print More More Może być zero lub więcej części elif Część else jest opcjonalna Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

19 Instrukcje sterujace Konstrukcja while 1 >>> a, b = 0, 1 2 >>> while b < 1000: 3... print b, 4... a, b = b, a+b Nic nowego... Końcowy przecinek zapobiega przejściu do nowej linii. Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

20 Konstrukcja for Kodowanie w pythonie Instrukcje sterujace 1 >>> # Measure some strings: 2... a = [ cat, window, defenestrate ] 3 >>> for x in a: 4... print x, len(x) cat 3 7 window 6 8 defenestrate 12 Zamiast zawsze iterować po rosnacych liczbach arytmetycznych (jak w Pascalu), lub dajac użytkownikowi możliwość definiowania zarówno kroku iteracji jak i momentu jej zatrzymania (jak w C), w Pythonie iteracja odbywa się po ciagu elementów dowolnej kolejności (lista lub string), w kolejności, w jakiej występuja w sekwencji. Nie jest bezpieczne modyfikowanie sekwencji po której następuje iteracja. Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

21 Instrukcje sterujace - Zadania praktyczne 2 1) Pobierz od użytkownika zdanie i wyświetl je w odwróconej kolejności, każde słowo w oddzielnej linii. Podaj zdanie: Poszla Ola do przedszkola. -> przedsszkola. -> do -> Ola -> Poszla Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

22 Instrukcje sterujace - Zadania praktyczne 2 2) Klatka dla pytona powinna mieć odpowiednia powierzchnię zależna od długości węża. Minimalna powierzchnia to 0.5 m2 na każdy metr długości węża, jeżeli waż ma nie więcej niż 6 metrów i 0.75 m2 na każdy metr długości powyżej 6 metrów. np. 9 metrowy pyton potrzebuje 5.25 m2 (6 * * 0.75) Napisz program, który zapyta użytkownika o długość węża i odpowie jakiej powierzchni klatki on potrzebuje. Podaj dlugosc Pythona: 6 -> Ten Python potrzebuje klatki o powierzchni 5.25 m2 Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

23 Instrukcje sterujace - Zadania praktyczne 2 3) Palindrom to wyraz, który tak samo brzmi czytany od poczatku i od końca. Napisz program, który pobierze od użytkownika słowo i powie, czy jest ono palindromem. Program nie powienien brać pod uwagę wielkości liter. Podaj slowo: Kajak -> Kajak jest palindromem Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

24 Kontenery Słowniki (Dictionaries) 1 d = {"server":"mpilgrim", "database":"master"} 2 3 d -> { server : mpilgrim, database : master } 4 5 d["server"] 6 -> mpilgrim 7 8 d[24] = d -> { server : mpilgrim, database : master, 24 : 666} del d[ server ] 12 d -> { database : master, 24 : 666} Klucze i wartości słowników moga być dowolnego typu (zagnieżdżenia)! Słowniki NIE SA UPORZADKOWANE Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

25 Listy (Lists) Kodowanie w pythonie Kontenery 1 li = ["a", "b", "mpilgrim", "z", "example"] 2 li -> [ a, b, mpilgrim, z, example ] 3 4 li[4] 5 -> example 6 7 li[-1] 8 -> example 9 10 li[1:3] 11 -> [ b, mpilgrim ] li.append("new") 14 li -> [ a, b, mpilgrim, z, example, new ] li = [ a, b, mpilgrim ] 17 li = li + [ example, new ] 18 li -> [ a, b, mpilgrim, example, new ] Elementy listy moga być dowolnego typu Listy SA UPORZADKOWANE Więcej metod: remove, push, pop, index... Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

26 Kontenery Wyrażenia listowe Wygodny sposób na tworzenie list Wyrażenie listowe składa się z wyrażenia, następujacej po nim klauzuli for, a potem zero lub więcej klauzul for lub if. 1 vec1 = [2, 4, 6] 2 vec2 = [4, 3, -9] 3 4 [(x, x**2) for x in vec1] 5 -> [(2, 4), (4, 16), (6, 36)] 6 7 [x*y for x in vec1 for y in vec2] 8 -> [8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54] 9 10 [x+y for x in vec1 for y in vec2] 11 -> [6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3] [vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))] 14 -> [8, 12, -54] Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

27 Kontenery Krotki (Tuples) 1 t = ("a", "b", "mpilgrim", "z", "example") 2 t -> ( a, b, mpilgrim, z, example ) 3 4 t[0] 5 -> a 6 7 t[-1] 8 -> example 9 10 t[1:3] 11 -> ( b, mpilgrim ) "z" in t 14 -> True Elementy krotki moga być dowolnego typu Krotki SA UPORZADKOWANE Krotki nie posiadaja metod i sa niezmienialne ale elementy krotki moga być! Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

28 Zbiory (Sets) Kodowanie w pythonie Kontenery 1 s1 = set([ one, two, three ]) 2 s2 = set([ two, three, 4]) 3 4 s1 s2 5 -> set([4, two, three, one ]) 6 7 s1 ^ s2 8 -> set([4, one ]) 9 10 s1 & s2 11 -> set([ two, three ]) s1 - s2 14 -> set([ one ]) Obiekt zbiór jest nieuporzadkowan a kolekcja niezmienialnych wartości Przydatne do testowania przynależności, usuwania duplikatów z sekwencji i obliczania działań matematycznych, takich jak przecięcie, różnica zbiorów i różnica symetryczna. Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

29 Kontenery - Zadania praktyczne 3 1) Napisz procedurę histogram(), która pobiera listę liczb całkowitych i rysuje na ekranie histogram. Na przykład, histogram([4, 9, 7]) powinien dać następujacy wynik: **** ********* ******* def histogram(list):... end Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

30 Kontenery - Zadania praktyczne 3 2) Napisz funkcję find_longest_word(), która pobiera listę słów i zwraca najdłuższe z nich. def find_longest_word(slowa):... end print find_longest_word(["ala","kaloryfer","szkola"]) -> kaloryfer Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31

31 Kontenery - Zadania praktyczne 3 3) W kryptografii, szyfr Cezara jest bardzo prosta technika szyfrowania, w którym każda litera w tekście jest zastępowana przez literę znajdujac a się w alfabecie ustalona liczbę pozycji za nia. Na przykład, przy przesunięciu 3, A zostanie zastapiona przez D, B stanie się E, i tak dalej. Metoda nazywa się tak po Juliuszu Cezarze, który używał jej do komunikowania się ze swoimi generałami. ROT-13 ("obróć o 13 miejsc") jest powszechnie stosowanym przykładem szyfru Cezara, w którym przesunięcie ma wartość 13. W Pythonie klucz ROT-13 może być reprezentowany za pomoca następujacego słownika: key = { a : n, b : o, c : p, d : q, e : r, f : s, g : i : v, j : w, k : x, l : y, m : z, n : a, o : q : d, r : e, s : f, t : g, u : h, v : i, w : y : l, z : m, A : N, B : O, C : P, D : Q, E : G : T, H : U, I : V, J : W, K : X, L : Y, M : O : B, P : C, Q : D, R : E, S : F, T : G, U : W : J, X : K, Y : L, Z : M } Twoim zadaniem jest napisanie kodera/dekodera ROT-13. Kiedy skończysz, będziesz mógł przeczytać następujac a tajna wiadomość: Pnrfne pvcure? V zhpu cersre Pnrfne fnynq! Tomasz Łukaszuk (WI PB) Python / 31