Python - Podstawy programowania
===============================
Python jest dynamicznym językiem interpretowanym.
Interpretowany tzn. że kod, który napiszemy możemy natychmiast wykonać bez
potrzeby tłumaczenia (kompilowania) kodu programistycznego na język maszynowy (czyli na
formę zrozumiałą przez komputer).
Interpreter tłumaczy (kompiluje w locie) nasz kod oraz natychmiast go uruchamia.
Interpreter może również być używany w trybie interaktywnym do testowania ``kawałków``
kodu (np. IPython omawiany w kolejnych scenariuszach).
NaukÄ™ zaczynamy od poznania interpretera. Interpreter uruchamiamy z konsoli poleceniem
.. code:: bash
$ python
Po uruchomieniu interpretera komputer powinien wypisać trzy linie tekstu a w czwartej tak zwany
znak zachęty, po którym wpisujemy komendy. Standardowym znakiem zachęty w interpreterze
Pythona jest ``>>>``.
.. note::
Przykłady zawierające znak zachęty ``$`` oznaczają komendy
do wykonania w terminalu systemu operacyjnego (uruchom przez :kbd:`Win+T`).
Komendy należy kopiować i wklejać bez znaku zachęty ``$`` i poprzedzającego tekstu.
Komendy można wklejać do terminala środkowym klawiszem myszki.
Źródła
--------------------
Poniższy dokument możesz pobrać w formacie *odt* lub *pdf*:
:download:`T1.odt `
:download:`T1.pdf `
Zmienne
-------
W interpreterze wpisz poniższy przykład:
.. raw:: html
Kod nr
.. code:: pycon
>>> a = 3
>>> b = 5
>>> a + b
8
>>> c = -6.5
>>> a + c
-3.5
>>> 7/2
3.5
>>> 2*6
12
>>> 2**6
64
>>> kwiatek = 'stokrotka'
>>> kwiatek2 = "róża"
>>> kwiatek + ' i ' + kwiatek2
'stokrotka i róża'
.. note::
Przykłady zawierające znaki zachęty ``>>>`` elementy do wykonania w interpreterze
języka Python.
Komendy należy kopiować i wklejać bez znaku zachęty ``>>>``.
W powyższym przykładzie wykonujemy operacje na zmiennych. Zmienne są "pudełkami"
trzymającymi różne informacje. Zmienna posiada swoją nazwę i wartość. Nazwa zmiennej w Pythonie
nie może zawierać:
- polskich znaków
- cyfry na pierwszym miejscu
- spacji
- znaków specjalnych za wyjątkiem podkreślnikiem ( _ )
Wielkość liter jest rozróżniana (zmienna x i zmienna X to dwie różne zmienne).
Przykłady poprawnych:
- ``i``
- ``_chodnik``
- ``nazwa_23``
- ``a2c4``
Przykłady niepoprawnych:
- ``1nazwa``
- ``4_strony_świata``
- ``z-myslnikiem``,
- ``nazwa ze spacja``
Główne typy zmiennych, którymi będziemy się zajmować to:
- liczby całkowite (integer)
- liczby zmiennoprzecinkowe (float)
- napisy, czyli tzw. ÅaÅ„cuchy znaków (string)
Istnieje wiele innych typów zmiennych. [odniesienie do zewn. Źródeł]
Zróbmy proste zadanie - będąc w interpreterze wykonaj:
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
zmienna1 = raw_input(``Podaj imiÄ™: ``)
print(``Witaj``, zmienna1)
Stworzyliśmy właśnie pierwszy program w języku Python. Gratulacje!
Przy użyciu funkcji ``raw_input`` pobiera on do zmiennej to, co użytkownik wpisze z klawiatury a
następnie używając funkcji ``print`` wyświetla na ekranie kawałek tekstu oraz zawartość wcześniej
utworzonej zmiennej.
.. warning::::
Funkcja ``raw_input`` zwraca zmiennÄ… typu napisowego (string). Nawet, gdy podamy
liczbę, to będzie ona traktowana jak napis i nie można wykonywać na niej działań matematycznych.
Aby zamienić podaną z klawiatury liczbę na zmienną liczbową (int lub float) musimy skorzystać z
funkcji ``int``.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
zmienna1 = raw_input("Podaj 1 liczbÄ™: ")
zmienna2 = raw_input("Podaj 2 liczbÄ™: ")
wynik = int(zmienna1) + int(zmienna2)
print("Suma:", wynik)
.. tip::
Grupy mniej zaawansowane mogą poświęcić czas na eksperymenty z operacjami na zmiennych podawanych z klawiatury.
Funkcje
^^^^^^^
Funkcje są to wcześniej zdefiniowane kawałki kodu, których możemy później użyć do wykonania
określonej czynności, zamiast wpisywać ten sam kod po raz kolejny.
W okrągłych nawiasach po nazwach funkcji umieszczamy parametry lub argumenty funkcji (może być
ich więcej niż jeden). Parametry i argumenty oddzielamy od siebie przecinkami.
Jak widać na przykładzie funkcji ``raw_input`` niektóre funkcje pozostawiają ``coś`` po sobie. W
tym przypadku funkcja ``raw_input`` pozostawia po sobie to, co użytkownik wpisał z klawiatury a
my wrzucamy to do naszej zmiennej ``zmienna1``. Kiedy funkcja pozostawia po sobie jakieÅ› dane,
mówimy, że funkcja zwraca dane.
Kolejny program zapiszemy już w pliku aby prościej było go zmieniać oraz wykonywać wiele razy.
W tym celu należy otworzyć edytor tekstu, wpisać do niego instrukcje języka Python, a następnie
zapisać z rozszerzeniem ``.py``. Aby uruchomić tak zapisany program należy będąc w linii poleceń
(konsola / terminal) w tym samym katalogu gdzie zapisaliśmy nasz plik wpisać:
.. code-block:: bash
$python nazwa-pliku.py
Wyrażenia warunkowe
-------------------
Do podejmowania decyzji w programowaniu służy instrukcja warunkowa ``if``.
Blok kodu podany po instrukcji if zostanie wykonany wtedy, gdy wyrażenie warunkowe będzie
prawdziwe. W przeciwnym przypadku blok kodu zostanie zignorowany.
Część ``else`` jest przydatna, jeśli chcemy, żeby nasz program sprawdził wyrażenie warunkowe i
wykonał blok kodu jeśli wyrażenie warunkowe jest prawdziwe lub wykonał inny blok kodu jeśli
wyrażenie warunkowe było fałszywe.
Python pozwala także na sprawdzenie większej liczby warunków w ramach jednej instrukcji ``if``. Służy
do tego instrukcja ``elif`` (skrót od else if).
.. code-block:: python
if wyrażenie_warunkowe:
blok kodu 1
elif:
blok kodu 2
else:
blok kodu 3
Wszystkie instrukcje w bloku kodu muszą być wcięte względem instrukcji ``if``. W ten sposób Python
rozpoznaje, które instrukcje ma wykonać po sprawdzeniu prawdziwości wyrażenia. Tak samo po
instrukcjach ``elif`` i ``else`` musimy wstawić dwukropek a instrukcje muszą być wcięte.
Głębokość wcięcia nie ma znaczenia (dobry zwyczaj programowania w Pythonie mówi, żeby używać
czterech spacji) ale musi być ono w całym programie zawsze tej samej głębokości.
Pobawmy się instrukcjami ``if``, ``elif`` i ``else`` na prostym przykładzie.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
zmienna = raw_input('Podaj liczbÄ™: ')
zmienna = int(zmienna)
if zmienna > 0:
print('Wpisałeś liczbę dodatnią')
elif zmienna == 0:
print('Wpisałeś zero')
else:
print('Wpisałeś liczbę ujemną')
print('Koniec programu')
W programie na początku wczytywana jest wartość z klawiatury do zmiennej, a następnie
dokonujemy zmiany jej typu na liczbę całkowitą. W dalszej części stosujemy instrukcję ``if``
sprawdzając czy wartość podanej liczby jest większa od 0. Jeśli wartość będzie większa od 0 na
ekranie wyświetlony będzie napis ``Wpisałeś liczbę dodatnią``, jeśli nie, program wykona kolejną
instrukcję: ``elif`` sprawdzając czy liczba jest równa 0. Jeśli żaden z powyższych warunków nie
będzie spełniony wykonane zostanie polecenie zawarte po instrukcji ``else``. Program zakończy się
wyświetlając: ``Koniec programu``.
Jak również widać porównanie w Pythonie, wykonujemy poprzez podwójne użycie znaku
równości: ``==``. Matematyczne wyrażenie ``nie równe`` (≠) w Pythonie zapisujemy jako ``!=``.
Gra w "zgadnij liczbÄ™"
----------------------
Napisz program, w którym:
- do zmiennej ``dana`` przypiszesz pewnÄ… liczbÄ™
- użytkownik będzie mógł podać z klawiatury dowolną liczbę całkowitą
- jeżeli użytkownik trafi program wyświetli komunikat: ``Gratulacje!``, a jeśli nie, to wyświetli
napis określający czy podana liczba jest większa od danej czy mniejsza.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
dana = 18
strzal = int(raw_input("Wpisz liczbę całkowitą"))
if strzal == dana:
print("Gratulacje! Zgadłeś")
elif strzal < dana:
print("Nie! Szukana liczba jest większa!")
else:
print("Nie! Szukana liczba jest mniejsza!")
print("Koniec programu.")
Zadania dodatkowe
-----------------
#. Za pomocą poznanych narzędzi stwórz program będący kalkulatorem.
#. Napisz program rozwiązujący równania kwadratowe (:ref:`kwadratowe`).
#. Napisz program, który spyta użytkownika ile ma lat, a następnie wyświetli czy osoba ta jest
młodzieżą, dzieckiem czy dorosłym (załóżmy, że dziecko ma mniej niż 12 lat, a dorosły więcej
niż 18).
#. Napisz program, który będzie sortował trzy podane przez użytkownika liczby.
#. Napisz program, który w odpowiedzi na podaną przez użytkownika liczbę będzie wyświetlał
komunikat czy jest to liczba parzysta, czy nieparzysta.
#. Napisz program, który będzie sprawdzał czy z podanych przez użytkownika trzech długości
można zbudować trójkąt.
.. _kwadratowe:
Przykład równania kwadratowego
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
:linenos:
print 'Dla równania kwadratowego ax2+bx+c=0'
a=int(raw_input('podaj wartość parametru a: '))
b=int(raw_input('podaj wartość parametru b: '))
c=int(raw_input('podaj wartość parametru c: '))
delta = b**2-4*a*c
if delta > 0:
x1 = (-b-delta**(1/2))/(2*a)
x2 = (-b+delta**(1/2))/(2*a)
print 'x1 = ', x1, ', x2= ', x2
elif delta == 0:
x0 = -b/(2*a)
print 'x0 = ', x0
else:
print 'brak rozwiązań'
Pętla WHILE
-----------
Pętla while służy do konstrukcji bloku instrukcji, które będą wykonywane warunkowo. W programie
najpierw będzie sprawdzane czy warunek jest spełniony – jeśli tak, to wykonane będą wszystkie
instrukcje zawarte w bloku. Następnie ponownie sprawdzany jest warunek, jeśli nadal jest spełniony
to ponownie wykonuje wszystkie polecenia. Pętla jest wykonywana tak długo, jak długo warunek jest
prawdziwy.
.. code-block:: python
while wyrażenie_warunkowe:
blok kodu
Zobaczmy działanie pętli ``while`` na poniższym przykładzie.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
:linenos:
import random
dana = random.choice(range(10))
kontynuuj = True
while koniec:
strzal = int(raw_input("Wpisz liczbę całkowitą"))
if strzal == dana:
print("Gratulacje! Zgadłeś")
kontynuuj = False
elif strzal < dana:
print("Nie! Szukana liczba jest większa!")
else:
print("Nie! Szukana liczba jest mniejsza!")
print("Koniec programu.")
Program będzie wykonywany do momentu, w którym użytkownik poda właściwą liczbę. Zatem nie
trzeba do każdego strzału ponownie uruchamiać programu. Zmienna ``kontynuuj`` ma ustawioną
wartość logiczną ``True`` (z angielskiego prawda). W momencie, w którym użytkownik poda właściwą
liczbę zmienna przyjmie wartość logiczną ``False`` (z angielskiego fałsz), co spowoduje zakończenie
wykonywania pętli while.
Wyrażenia break i continue
--------------------------
Wyrażenie ``break`` powoduje natychmiastowe zakończenie wykonywania pętli.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
:linenos:
import random
dana = random.choice(range(10))
while True:
strzal = int(raw_input("Wpisz liczbę całkowitą"))
if strzal == dana:
print("Gratulacje! Zgadłeś")
break
elif strzal < dana:
print("Nie! Szukana liczba jest większa!")
else:
print("Nie! Szukana liczba jest mniejsza!")
print("Koniec programu.")
Wyrażenie ``continue`` powoduje ominięcie następujących po nim wyrażeń w bloku, a następnie
rozpoczyna ponowne wykonanie pętli.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
:linenos:
import random
dana = random.choice(range(10))
while True:
strzal = int(raw_input("Wpisz liczbę całkowitą"))
if strzal > dana:
print("Nie! Szukana liczba jest mniejsza!")
continue
elif strzal < dana:
print("Nie! Szukana liczba jest większa!")
continue
print("Gratulacje! Zgadłeś")
break
print("Koniec programu.")
Zadania dodatkowe
^^^^^^^^^^^^^^^^^
1. Napisz program, który sumuje liczby dodatnie podawane przez użytkownika – pętla pozwala
użytkownikowi podawać liczby dopóki nie poda liczby niedodatniej.
Następnie obok podawanego wyniku będzie wyświetlana liczba określająca ilość podanych
liczb.
2. Na podstawie wcześniejszego zadania napisz program obliczający średnią liczb dodatnich, a
następnie zmodyfikuj go tak, aby obliczana była średnia również dla liczb ujemnych.
Pętla FOR
---------
Pętla for służy do wykonywania tego samego bloku operacji dla każdego elementu z pewnej listy.
Ilość wykonań tego bloku jest równa liczbie elementów tej listy. Wywoływana w pętli zmienna
przyjmuje po kolei wartości każdego z elementów.
Przykłady list:
- lista liczb wpisanych ręcznie – elementy podane w nawiasach kwadratowych
.. code-block:: python
[2,3,4,5]
- funkcja range – wywoła kolejno liczby naturalne zaczynając od podanej w nawiasie na
pierwszym miejscu, kończąc na liczbie mniejszej o 1 od liczby na miejscu drugim
.. code-block:: python
range(2,6)
Zobrazujmy działanie pętli ``for`` na prostym przykładzie, wymieniającym kolejno elementy z pewnej
listy.
.. raw:: html
Kod nr
.. code-block:: python
print("Mamy listę elementów: ", [5,6,7,8])
for liczba in [5,6,7,8]:
print("element listy: ", liczba)
Zadania dodatkowe
^^^^^^^^^^^^^^^^^
1. Napisz dwa programy, które wypisują liczby naturalne od 1 do 15. W pierwszym programie
wykonaj pętlę for, a w drugim while.
2. Zmodyfikuj powyższe zadanie, tak aby programy obliczały sumę liczb od 1 do 15.
3. Za pomocą pętli for, napisz program, który oblicza silnię liczby podanej przez użytkownika.
4. Oblicz sumę kwadratów liczb naturalnych z zakresu od 1 do 100.
SÅ‚owniczek
----------
.. glossary::
Język interpretowany
język, który jest tłumaczony i wykonywany "w locie". Tłumaczeniem i
wykonywaniem programu zajmuje się specjalny program nazwany interpreterem języka.
Interpreter
program, który zajmuje się tłumaczeniem kodu języka programowania na język
maszynowy i jego wykonywaniem.
Zmienne
symbole zdefiniowane i nazwane przez programistę, które służą do
przechowywania wartości, obliczeń na nich i odwoływanie się do wartości przez zdefiniowaną nazwę.
Funkcje
fragmenty kodu zamknięte w określonym przez programistę symbolu, mogące
przyjmować parametry oraz mogące zwracać wartości. Umożliwiają wielokrotne wywoływanie tego
samego kodu, bez konieczności jego przepisywania za każdym razem, gdy zajdzie potrzeba jego
wykonania.
Typ zmiennych
rodzaj danych, który przypisany jest do zmiennej w momencie jej tworzenia.
Metryka
^^^^^^^
:Autorzy: Dorota Rybicka, Grzegorz Wilczek
:Utworzony: |date| o |time|
.. |date| date::
.. |time| date:: %H:%M
.. raw:: html