ΜΥΥ105: Εισαγωγή στον Προγραμματισμό Εισαγωγή στην Python Χειμερινό Εξάμηνο 2016
H Γλώσσα Python Δημιουργήθηκε από τον Guido van Rossum ο οποίος εξακολουθεί να την εξελίσσει. Benevolent Dictator for Life για την κοινότητα της Python Πήρε το όνομα της από τους Monty Pythons και όχι από το φίδι. To όνομα του επεξεργαστή IDLE σημαίνει Integrated DeveLopment Environment αλλά θεωρείται φόρος τιμής στον Eric Idle των Monty Pythons Χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλαπλά και διαφορετικά πεδία Εφαρμογές ανάλυσης δεδομένων, συλλογή δεδομένων από το Web, Google, Yahoo, κλπ.
Εγκατάσταση Από το www.python.org Downloads Υπάρχουν εκτενείς οδηγίες για όλα τα λειτουργικά (π.χ., Windows, Mac OS X) Δύο βασικές εκδόσεις της Python: Python 2.X Python 3.X Οι διαφορές τους (τουλάχιστον στο επίπεδο αυτού του μαθήματος) δεν είναι πολύ μεγάλες. Δεν είναι όμως συμβατές μεταξύ τους. Στο μάθημα θα ακολουθήσουμε την Python 3.X. 3
Ο Διαδραστικός Διερμηνέας Μετά την εγκατάσταση, μπορούμε να «ανοίξουμε» το διαδραστικό διερμηνέα (interactive interpreter) Μέσω του κελύφους, πληκτρολογώντας python3 Τρέχοντας το πρόγραμμα IDLE Ο διερμηνέας σας επιτρέπει να εισάγετε εντολές Python γραμμή-γραμμή, που εκτελούνται άμεσα. Python 3.4.1 (v3.4.1:c0e311e010fc, May 18 2014, 00:54:21) [GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin Type "copyright", "credits" or "license()" for more information. >>> WARNING: The version of Tcl/Tk (8.5.9) in use may be unstable. Visit http://www.python.org/download/mac/tcltk/ for current information. >>> 4
Εξοικείωση Μια πρώτη εντολή: >>> print("hello, world!") Hello, world! Κάτι άκυρο: >>> The Spanish Inquisition SyntaxError: invalid syntax 5
Συναρτήσεις Η print εντολή είναι ένα παράδειγμα συνάρτησης. Μια συνάρτηση παίρνει μηδέν ή παραπάνω ορίσματα και επιτελεί μια λειτουργία Για παράδειγμα η print τυπώνει τα ορίσματα στην οθόνη. Ορισμένες φορές η συνάρτηση μπορεί να υπολογίζει και να επιστρέφει κάτι (π.χ., μια τιμή) Η print είναι ένα παράδειγμα υπάρχουσας συνάρτησης (built-in function) της Python Υπάρχουν πολλές τέτοιες συναρτήσεις που επιτελούν βασικές λειτουργείες που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε προγράμματα. Υπάρχουν επίσης modules που μας επιτρέπουν να χρησιμοποιούμε κι άλλες συναρτήσεις που έχουν υλοποιηθεί
Αριθμητικές Πράξεις >>> 2+2 4 >>> 1/2 0.5 >>> 4/2 2.0 μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την Python σαν αριθμητήριο! Μια έκφραση είναι οτιδήποτε αποτιμάται σε μία τιμή. Μια αριθμητική πράξη είναι μια αριθμητική έκφραση. 7
int και float Οι πραγματικοί αριθμοί στις γλώσσες προγραμματισμού λέγονται «αριθμοί κινητής υποδιαστολής» (floating-point numbers) int (integer, ακέραιος) float (floating-point number, πραγματικός) Οι αριθμοί 3 και 5 είναι ακέραιοι. Οι αριθμοί 3.5 και 5.0 είναι αριθμοί κινητής υποδιαστολής. Οι ακέραιοι μετατρέπονται σε floats κατ ανάγκην 8
int και float Οι ακέραιοι στην Python μπορούν να είναι όσο μεγάλοι θέλουμε >>> 2**1024 1797693134862315907729305190789024733617976978942306572734300811577326 7580550096313270847732240753602112011387987139335765878976881441662249 2847430639474124377767893424865485276302219601246094119453082952085005 7688381506823424628814739131105408272371633505106845862982399472459384 79716304835356329624224137216 Οι floats περιορίζονται σε 64bits >>> 2.0**1024 Traceback (most recent call last): File "<pyshell#37>", line 1, in <module> 2.0**1024 1.79*10 308 OverflowError: (34, 'Result too large') >>> sys.float_info sys.float_info(max=1.7976931348623157e+308, min=2.2250738585072014e-308) 9
Τελεστές Ακέραιας Διαίρεσης >>> 5/2 2.5 >>> 5//2 2 >>> 5%2 1 διαίρεση πραγματικών ακέραια διαίρεση υπόλοιπο ακέραιας διαίρεσης 10
Ύψωση σε δύναμη >>> 2**3 8 >>> -3**2-9 >>> (-3)**2 9 11
Μη δεκαδικοί αριθμοί Το AF στο δεκαεξαδικό σύστημα ισούται με 10*16+15=175 στο δεκαδικό σύστημα. >>>0xAF 175 To 10 στο οκταδικό σύστημα ισούται με 1*8+0=8 στο δεκαδικό σύστημα. >>>0o10 8 >>> 0b1001000101001 4649 12
Απλές Μαθηματικές Συναρτήσεις >>> abs(-4) 4 >>> max(2,-5,6) 6 >>> min(2,-5,6) -5 >>>pow(2,3) 8 >>>round(3.8) 4 13
Modules Επεκτείνουν την Python πέρα από τις βασικές εντολές/συναρτήσεις της >>> import math >>> math.floor(3.5) 3 >>> math.sqrt(9) 3.0 Κλήση συνάρτησης του module: Όνομα module. Όνομα συνάρτησης Το math είναι module μεγαλύτερος ακέραιος μικρότερος ή ισος του 3.5 συνάρτηση τετραγωνικής ρίζας 14
Module fraction Χειρισμός κλασμάτων Αν θέλουμε μεγαλύτερη ακρίβεια από floats >>> import fractions >>> a = fractions.fraction(3,4) >>> b = fractions.fraction(1,2) >>> c = a+b >>> c Fraction(5, 4) Το κλάσμα 3/4 15
Module fraction Χειρισμός κλασμάτων Αν θέλουμε μεγαλύτερη ακρίβεια από floats >>> 0.5**1075 0.0 >>> fractions.fraction(1,2)**1075 Fraction(1, 404804506614621236704990693437834614099113299528284236713 802716054860679135990693783920767402874248990374155728633 623822779617474771586953734026799881477019843034848553132 722728933815484186432682479535356945490137124014966849385 397236206711298319112681620113024717539104666829230461005 064372655017292012526615415482186989568) 16
Δυαδικές/Λογικές Εκφράσεις Οι δυαδικές (boolean) ή λογικές εκφράσεις αποτιμώνται σε τιμές True (αληθές) ή False (ψευδές) >>> 2<3 True >>> 3<2 False >>> 5-1>2+1 True δεσμευμένες λέξεις στην Python για δυαδικές εκφρασεις 17
Τελεστές Σύγκρισης Αριθμών >>> 3 == 3 True >>> 3+5 == 4+4 True >>> 3 == 5-3 False >>> 3 <= 4 True >>> 3 > 5 False >>> 3!= 5 True Έλεγχος ισότητας Προσοχή == ΌΧΙ = Έλεγχος ανισότητας 18
Δυαδικοί/Λογικοί Τελεστές >>> 2 < 3 and 4 > 5 False >>> 3 < 5 and True True >>> 3 < 4 or 4 <3 True >>> 3 < 2 and 2 < 1 False >>> not (3 < 4) False p T F not p F T πίνακες αληθείας p q p and p T T T T F F F T F F F F p q p or p T T T T F T F T T F F F Τα and, or, not είναι δεσμευμένες λέξεις στην Python 19
Σχέση τύπων bool, int, float True = 1 και False = 0 Μετατροπή τύπων με bool(), int(), float() >>> 5+True 6 >>> bool(5-5) False >>> bool(3-2.8) True >>> float(false) 0.0 >>> int(4.8+true) 5 μετατροπή σε True/False όλοι οι αριθμοί εκτός του 0 μετατρέπονται σε True μετατροπή σε πραγματικό ακέραιο μέρος του 5.8 20
Ποια η διαφορά; >>> 2*3 6 >>> print(2*3) 6 Η έκφραση αυτή δεν θα κάνει τίποτα σε ένα πρόγραμμα Python Η εντολή αυτή θα τυπώσει 6 σε ένα πρόγραμμα Python 21
Μεταβλητές >>> x=3 >>> x*2 6 >>> print(x*3) 9 απόδοση τιμής <μεταβλητή> = <έκφραση> Οι μεταβλητές χρησιμεύουν για να αναφερόμαστε σε δεδομένα. Το σύμβολο = δεν σημαίνει ισότητα, αλλά απόδοση/ανάθεση/εκχώρηση τιμής Στα δεξιά του = υπάρχει πάντα μια έκφραση που αποτιμάται σε μια τιμή Στα αριστερά του = υπάρχει πάντα μια μεταβλητή στην οποία εκχωρείται η τιμή 22
Προσοχή! >>> x=1 >>> y=x >>> x=100 >>> y 1 Η τιμή μιας μεταβλητής μετά την αρχικοποίησή της είναι ανεξάρτητη από τις άλλες μεταβλητές! 23
Απόδοση τιμής από το χρήστη >>> name = input("please input your name: ") Please input your name: Nikos >>> name 'Nikos >>> x = input("x: ") x: 3 >>> x '3' >>> x = int(input("x: ")) x: 4 >>> x 4 To x δεν είναι αριθμός! Η συνάρτηση int() αρχικοποιεί έναν ακέραιο παίρνοντας σαν είσοδο ένα αλφαριθμητικό 24
Αλλά... >>> x = int(input("x: ")) x: 4.5 Traceback (most recent call last): File "<pyshell#64>", line 1, in <module> x = int(input("x: ")) ValueError: invalid literal for int() with base 10: '4.5 >>> x = float(input("x: ")) x: 4.5 >>> x 4.5 >>> x = eval(input("x: ")) Η συνάρτηση μετατροπής περιμένει ακέραιο! Αυτόματη μετατροπή 25
Ονόματα Μεταβλητών Στα Αγγλικά! Επιτρεπτοί χαρακτήρες: A..Z, a..z, _, 0..9 Μια μεταβλητή ΔΕΝ μπορεί να αρχίζει με ψηφίο (0..9) π.χ. my_list, mylist, mylist, _list, αλλά όχι 5list, list-3 Διαλέγουμε ονόματα που βγάζουν νόημα π.χ. interestrate, tempvar θα βοηθήσουν άλλους να κατανοήσουν το πρόγραμμά μας...και εμάς(!) για να το θυμηθούμε ή να το εκσφαλματώσουμε ΔΕΝ χρησιμοποιούμε δεσμευμένα ονόματα (reserved keywords), π.χ. False, for, class 26
Αλφαριθμητικά Ακολουθίες χαρακτήρων κλεισμένες σε εισαγωγικά "Hello World" ή 'Hello World', αλλά όχι "Hello World' >>> "Hello World!" 'Hello World!' >>> s = "hello" >>> s 'hello' 27
Προσοχή! >>> 'Let's go' SyntaxError: invalid syntax >>> "Let's go" "Let's go" >>> 'Let\'s go' "Let's go" 28
Σύγκριση αλφαριθμητικών >>> s = "hello" >>> s == "hello" True >>> t = "world" >>> s!= t True >>> s == t False >>> s < t True με βάση τη λεξικογραφική σειρά! 29
Λεξικογραφική Σειρά Ορίζεται με βάση την ASCII αριθμητική αναπαράσταση των χαρακτήρων http://www.asciitable.com Μπορούμε να πάρουμε την σειρά ενός χαρακτήρα μέσω της συνάρτησης ord >>> ord('a') 97 >>> ord('@') 64 >>> '@'<'a' True 30
Πράξεις με αλφαριθμητικά >>> s + " " + t 'hello world' >>> s * t Traceback (most recent call last): File "<pyshell#94>", line 1, in <module> s * t TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'str >>> 3 * "A" 'AAA' >>> "hello " * 2 'hello hello ' 31
Τελεστής in και συνάρτηση len >>> s = "hello" >>> 'g' in s False >>> 'll' in s True >>> len(s) 5 32
Δεικτοδότηση αλφαριθμητικών Οι χαρακτήρες σε ένα αλφαριθμητικό δεικτοδοτούνται Ο πρώτος χαρακτήρας είναι στη θέση 0, ο δεύτερος στη θέση 1, κ.ο.κ. >>> s = "hello" >>> s[0] 'h' >>> s[3] 'l' >>> s[4] 'o' 33
Αρνητική δεικτοδότηση Μπορούμε να προσπελάσουμε τους χαρακτήρες και από το τέλος Ο τελευταίος χαρακτήρας είναι στη θέση -1, ο προτελευταίος στη θέση -2, κ.ο.κ. >>> s = "hello" >>> s[-1] 'o' >>> s[-4] 'e' θετικοί δείκτες αρνητικοί δείκτες αλφαριθμητικό 0 1 2 3 4-5 -4-3 -2-1 h e l l o 34
Μακρά Αλφαριθμητικά Αλφαριθμητικά που χρειάζονται πολλές γραμμές (π.χ. κείμενα). >>> print( '''This is a very long string. It continues here. And it's not over yet. "Hello, world! Still here.''') >>> print("hello, \ World!") Hello, World! 35
Τιμές, Τύποι, Αντικείμενα Έχουμε δει κάποιους τύπους τιμών int, float, str Κάθε τιμή στην Python (π.χ. ακέραιος, αλφαριθμητικό) αποθηκεύεται στη μνήμη ως αντικείμενο Κάθε αντικείμενο έχει λοιπόν μια τιμή και ένα τύπο type: int 3 type: float 3.0 type: str 'Hello World' 36
Οι μεταβλητές δεν έχουν τύπο Οι μεταβλητές είναι απλά ονόματα για τα αντικείμενα στα οποία αναφέρονται. >>> s = "hello" >>> type(s) <class 'str'> >>> s = 100 >>> type(s) <class int'> Η παραπάνω συνάρτηση μας δίνει τον τύπο του αντικειμένου στο οποίο αναφέρεται η μεταβλητή s 37
Οι μεταβλητές δίνουν ονόματα σε αντικείμενα >>> s = "Ηello World" >>> x = 3 >>> y = 3.0 >>> z = 3.0 >>> w = s x y z s w type: int type: float type: str 3 3.0 'Hello World' 38
Προγράμματα σε Python Μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα πρόγραμμα και να το σώσουμε σε ένα αρχείο κειμένου. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οποιοδήποτε επεξεργαστή κειμένου. Επεξεργαστές κειμένου για γλώσσες προγραμματισμού μας βοηθάνε στη συγγραφή και παρέχουν λειτουργίες εκτέλεσης του προγράμματος. Ο επεξεργαστής κειμένου που έρχεται με την εγκατάσταση της Python ειναι το IDLE. Εναλλακτικά: UltraEdit, Crimson, emacs 39
Προγράμματα σε Python Ένα αρχείο προγράμματος Python μπορεί να εκτελεστεί: Μέσω του IDLE Από το κέλυφος ή τη γραμμή διαταγών width = int(input("width: ")) length = int(input("length: ")) area = width*legth print("area: ", area) python3 area.py Width: 3 Length: 4 Area: 12 πρόγραμμα εκτέλεσης αρχείων Python όνομα αρχείου Python Αρχείο (area.py) Εκτέλεση στο κέλυφος Μετατρέποντας το αρχείο σε εκτελέσιμο 40
Σχόλια Τα προγράμματα πρέπει να τεκμηριώνονται για να μπορεί κάποιος που θα διαβάσει τον κώδικά σας να τον κατανοήσει για να θυμάστε εσείς ποιος είναι ο σκοπός ή το νόημα ενός μέρους του προγράμματος η τεκμηρίωση διευκολύνει την εκσφαλμάτωση Σχόλια: οτιδήποτε ακολουθεί μια δίεση (#) # this program computes the area of a rectangle width = int(input("width: ")) # ask the user to input the width length = int(input("length: ")) # ask the user to input the length area = width*legth # compute the area print("area: ", area) # print the area Αρχείο (area.py) 41