ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ AΙΓΑIΟΥ & ΑΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ Τ.Τ. Τμήματα Ναυτιλίας και Επιχειρηματικών Υπηρεσιών & Μηχ. Αυτοματισμού ΤΕ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Η/Υ Εισαγωγή στη Python Νικόλαος Ζ. Ζάχαρης Αναπληρωτής Καθηγητής
PYTHON
To περιβάλλον της Python a) Άμεση εκτέλεση στο περιβάλλον της Python Γράφουμε τις εντολές της Python b) Δημιουργία ενός αρχείου (π.χ. 01.py) με τις εντολές της Python και εκτέλεση του, από τη γραμμή εντολών
γ) Περιβάλλον IDLE To περιβάλλον της Python (συν) Αν δεν υπάρχει ήδη, τότε δημιουργούμε ένα αρχείο με κατάληξη.bat (π.χ. python_idle.bat) και περιεχόμενο τα παρακάτω : c:\python\pythonw.exe c:\python\lib\idlelib\idle.py και εκτελούμε το αρχείο. Το περιβάλλον του IDLE μας επιτρέπει να έχουμε και τις δύο προηγούμενες επιλογές, άμεση εκτέλεση και φόρτωμα ενός αρχείου, σε ένα ενιαίο περιβάλλον.
Δημιουργία νέου αρχείου
H αξία των κενών χαρακτήρων Στη Python θα πρέπει να είμαστε ιδιαίτερα προσεκτικοί με τα κενά στην έναρξη των εντολών γιατί όπως θα δούμε και στη συνέχεια έχουν ιδιαίτερη σημασία.
Αριθμοί και αλφαριθμητικά Οτιδήποτε υπάρχει μέσα σε μονά εισαγωγικά, ή διπλά εισαγωγικά θεωρείται ότι είναι αλφαριθμητικό. Τα τριπλά μονά ή διπλά εισαγωγικά δηλώνουν ότι το αλφαριθμητικό μπορεί να επεκτείνεται σε μια ή περισσότερες γραμμές. Οι αριθμοί καθώς και οι πράξεις με αυτούς δεν χρειάζεται να περικλείονται μέσα σε εισαγωγικά. Η εντολή print μπορεί να εκτυπώσει στην οθόνη μια τιμή ή ένα αποτέλεσμα και στη περίπτωση που θέλουμε να εκτυπώσουμε περισσότερες τιμές ή αποτελέσματα τότε αυτά θα πρέπει να χωρίζονται με κόμμα.
PYTHON ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ Μεταβλητές είναι αναφορές σε θέσεις στη μνήμη του υπολογιστή που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση των δεδομένων/αποτελεσμάτων ενός προγράμματος. Τα δεδομένα (τιμή της μεταβλητής) μπορεί να αλλάζουν κατά την διάρκεια της εκτέλεσης της εφαρμογής. Οι μεταβλητές έχουν όνομα (αναγνωριστικό) το οποίο αποτελείται από ένα συνδυασμό κεφαλαίων και μικρών γραμμάτων, αριθμών και κάτω παύλα. Τα ονόματα των μεταβλητών δεν πρέπει να αρχίζουν από αριθμό και έχει σημασία ο τρόπος γραφής τους. Επιπλέον δεν πρέπει να είναι δεσμευμένη λέξη της Python.
Παραδείγματα με μεταβλητές Σε ένα πρόγραμμα μπορούμε να δημιουργήσουμε πολλές και διαφορετικού τύπου μεταβλητές. Η x είναι ακέραιος αριθμός, η gravity είναι δεκαδικός αριθμός, η message είναι αλφαριθμητικό. Η εσωτερική αναπαράσταση της κάθε μεταβλητής καθορίζεται από την εκάστοτε τιμή που περιέχει τη συγκεκριμένη στιγμή. Η εντολή type δείχνει το τύπο δεδομένων της μεταβλητής, για τη συγκεκριμένη τιμή που περιέχει. H ίδια η μεταβλητή παίρνει διαφορετικές τιμές
Ανάθεση τιμών σε μεταβλητές Ανάθεση τριών διαφορετικών τιμών σε τρεις μεταβλητές. Ανάθεση της ίδιας τιμής σε τρεις μεταβλητές.
Σχόλια Τα σχόλια είναι κείμενα που επεξηγούν την λειτουργία των εντολών και χρησιμοποιούνται από τον προγραμματιστή ώστε να κάνει κατανοητή τη λειτουργία του προγράμματος. Δεν εμφανίζεται πουθενά κατά την εκτέλεση απλά παραμένουν στον πηγαίο κώδικα. Τα σχόλια ξεκινούν με το σύμβολο #
Είσοδος από το πληκτρολόγιο Για την εισαγωγή μιας τιμής από το πληκτρολόγιο θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη συνάρτηση input η σύνταξη της οποίας είναι input() και επιστρέφει το αλφαριθμητικό το οποίο πληκτρολογήσαμε, για παράδειγμα Πληκτρολογούμε Προαιρετικά, μπορούμε μέσα στην input να γράψουμε ένα αλφαριθμητικό το οποίο θα εμφανιστεί σαν προτροπή προς το χρήστη. Για παράδειγμα αν θέλουμε να ζητήσουμε από το χρήστη να πληκτρολογήσει το όνομά του θα μπορούσαμε να γράψουμε το παρακάτω πρόγραμμα
Είσοδος από το πληκτρολόγιο (συν) Για την πρόσθεση δύο ακεραίων αριθμών θα μπορούσε να γράψουμε το παρακάτω πρόγραμμα H input πάντα επιστρέφει αλφαριθμητικό οπότε στο παράδειγμά μας δεν γίνεται άθροισμα αλλά συνένωση δύο αλφαριθμητικών. Για να κάνουμε την πρόσθεση των αριθμών θα πρέπει να μετατρέψουμε το αλφαριθμητικό σε αριθμό και αυτό μπορεί να γίνει με τις συναρτήσεις int και float για την αλλαγή του τύπου δεδομένων
Έξοδος στην οθόνη Για την έξοδο στην οθόνη έχουμε χρησιμοποιήσει τη συνάρτηση print η σύνταξη της οποίας, είναι print(τιμές προς εκτύπωση, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=false) Οι Τιμές προς εκτύπωση θα πρέπει να χωρίζονται από κόμμα. Το sep ορίζει αυτό που θα παρεμβάλλεται ανάμεσα στις τιμές Το end ορίζει αυτό που θα είναι τερματικός χαρκτήρας To file ορίζει το αρχείο εξόδου. To sys.stdout είναι το πληκτρολόγιο ενώ εκεί θα μπορούσε να είναι ένα οποιοδήποτε άλλο αρχείο στον υπολογιστή μας (θα το δούμε αργότερα) Το flush ορίζει αν θα γίνεται άμεσα η εγγραφή στο αρχείο ή όχι. Έστω ότι θέλουμε να εκτυπώσουμε το μήνυμα "The values are : " καθώς και τις τιμές 3 και 4 σε μία γραμμή χρησιμοποιώντας δύο κλήσεις της συνάρτησης print. Επίσης θέλω να ανάμεσα στους αριθμούς να εκτυπώσουμε το αλφαριθμητικό,. Αυτό θα μπορούσε να γίνει με το παρακάτω πρόγραμμα
Escape characters Κατά την εκτύπωση ενός αλφαριθμητικού μπορούμε μέσα στο σώμα να παρεμβάλλουμε ειδικούς χαρακτήρες οι οποίοι έχουν ιδιαίτερη σημασία κατά εκτύπωση. Μερικοί από αυτούς τους χαρακτήρες εμφανίζονται στο παρακάτω πίνακα : Escape Character \' Σημασία Εκτύπωση μονού εισαγωγικού ' \" Εκτύπωση διπλού εισαγωγικού " \\ Εκτύπωση διπλού εισαγωγικού \ \t Εκτύπωση κενού διαστήματος οκτώ χαρακτήρων \n Νέα γραμμή
Αριθμητικοί Τελεστές Τελεστής Πράξη Παράδειγμα + Πρόσθεση print(3 + 2) - Αφαίρεση print(8-5) * Γινόμενο print(2 * 6) / Διαίρεση print(3 / 2) ** Ύψωση σε δύναμη print(2 ** 4) % Υπόλοιπο διαίρεσης print(10 % 8) Στις αριθμητικές πράξεις μπορούμε να χρησιμοποιούμε τις παρενθέσεις για να δηλώνουμε ακριβώς τη σειρά εκτέλεσης των πράξεων
Μαθηματικές Συναρτήσεις Στην περίπτωση που θέλουμε σε ένα πρόγραμμα να χρησιμοποιήσουμε μαθηματικές συναρτήσεις, όπως για παράδειγμα τη τετραγωνική ρίζα, το ημίτονο, το συνημίτονο, την εφαπτομένη, την απόλυτη τιμή κ.λπ. θα πρέπει να κάνουμε εισαγωγή τη βιβλιοθήκη math.
Άσκηση Διαβάστε τις τιμές από το πληκτρολόγιο τον x y και z υπολογίστε την παρακάτω έκφραση : Επίλυση Η συνάρτηση fabs επιστρέφει την απόλυτη τιμή ενός αριθμού.
Τελεστές Σύγκρισης Τελεστής Πράξη Παράδειγμα == Ισότητα print(3 == 3)!= Ανισότητα print(5!= 3) < Μικρότερο print(2 < 6) <= Μικρότερο ή Ίσο print(4 < 7) > Μεγαλύτερο print(2 > 4) >= Μεγαλύτερο ή Ίσο print(7 >= 2) Οι λογικοί τελεστές συγκρίνουν το αριστερό με το δεξί μέρος της συνθήκης και έχουν σαν αποτέλεσμα μία λογική τιμή, Αληθής (True) ή Ψευδής (False)
Λογικές Πράξεις Δύο ή περισσότερες λογικές τιμές (οι οποίες συνήθως προκύπτουν από σύγκριση με λογικούς τελεστές) μπορούν να ενώνονται μεταξύ τους με λογικές πράξεις, και το αποτέλεσμα είναι μια λογική τιμή. Τελεστής Πράξη Η συνολική έκφραση είναι Παράδειγμα and Λογικό ΚΑΙ Αληθής μόνο όταν και οι δυο επιμέρους τιμές, δεξιά και αριστερά της πράξης είναι αληθής. or Λογικό Η Αληθής όταν τουλάχιστον μία από τις δυο επιμέρους σχέσεις, δεξιά ή αριστερά της πράξης είναι αληθής. not Λογική Άρνηση Αντιστρέφει τη λογική τιμή, αν είναι True (3 < 6) τη κάνει False. print( (4 >2) and (3 <= 9)) print( (4 > 2) or (45 <= 9)) print( not( 3 < 6))
Έλεγχος ροής του προγράμματος Η δομή if μας επιτρέπει να εκτελέσουμε μια ή περισσότερες εντολές ανάλογα με τη λογική τιμή (ΛΤ), η οποία συνήθως είναι αποτέλεσμα μιας απλής η σύνθετης συνθήκης. Η δομή if, συντάσσεται με τρεις διαφορετικούς τρόπους Περίπτωση Α Περίπτωση Β Περίπτωση Γ if ΛΤ : Εντολές που θα εκτελεστούν αν η ΛΤ είναι true if ΛΤ : Εντολές που θα εκτελεστούν αν η ΛΤ είναι true else: Εντολές που θα εκτελεστούν αν η ΛΤ είναι false if ΛΤ1 : Εντολές που θα εκτελεστούν αν η ΛΤ1 είναι true elif ΛΤ2 : Εντολές που θα εκτελεστούν αν η ΛΤ2 είναι true else: Εντολές που θα εκτελεστούν αν δεν αληθεύει καμία από τις ανωτέρω λογικές τιμές. Το else είναι προαιρετικό Για να δηλώσουμε ότι οι εντολές ανήκουν στο αμέσως προηγούμενο μπλόκ του if αφήνουμε τον ίδιο αριθμό κενών διαστημάτων (συνήθως 4) στην έναρξη των εντολών. Για την αποφυγή σφαλμάτων θα πρέπει να αποφεύγουμε την μείξη κενών διαστημάτων και TAB. Η Google προτείνει να αφήνουμε 2 κενά διαστήματα.
Παράδειγμα της δομής if
Άσκηση Δημιουργήστε μία εφαρμογή για μία εταιρεία κινητής τηλεφωνίας, στην οποία θα πληκτρολογούμε τα λεπτά ομιλίας και θα μας εμφανίζει, σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα, το μηνιαίο ποσό του λογαριασμού που πρέπει να πληρώσει ένας πελάτης. Λεπτά ομιλίας Μηνιαίο κόστος 0 Πάγιο 10 Έως 60 λεπτά Έως 90 λεπτά Έως 120 λεπτά Για μεγαλύτερα ποσά Επιπλέον 5 στο πάγιο Επιπλέον 10 στο πάγιο Επιπλέον 15 στο πάγιο Επιπλέον 15 στο πάγιο και 5% της διαφοράς των λεπτών που έχει καταναλώσει πέραν των 120 λεπτών ομιλίας.
Επίλυση της άσκησης
Άσκηση Διαβάστε τρεις ακέραιους αριθμούς από το πληκτρολόγιο, και να εμφανίσετε τον αριθμό με τη μικρότερη τιμή. Ανήκει στο if Ανήκει στο else Ανήκει if Μια δομή μπορεί να είναι εμφωλευμένη σε μια άλλη δομή και αυτό να επαναλαμβάνεται σε πολλά επίπεδα βάθους. Τα διαστήματα ορίζουν τη δομή των δηλώσεων.
Βρόγχοι επανάληψης Για την επανάληψη ενός συνόλου εντολών μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη δομή for ή τη δομή while, oι οποίες συντάσσονται όπως παρακάτω Σύνταξη της for for Μετρητής in range(άνω_όριο): Εντολές που θα εκτελεστούν Άνω_όριο - 1 φορές Σύνταξη της while while Λογική_Τιμή: Εντολές που θα εκτελεστούν όσο η Λογική_Τιμή είναι true Στη δομή for η range παράγει μια λίστα από αριθμούς, οι οποίοι θα χρησιμοποιηθούν σαν τιμές στο μετρητή της επανάληψης. range(αρχη, ΤΕΛΟΣ, ΒΗΜΑ) Παράδειγμα Αποτέλεσμα Επεξήγηση range(4) [0,1,2,3] Η αρχή είναι το 0, το τέλος (4-1), και το βήμα είναι 1 range(3,6) [3,4,5] Η αρχή είναι το 3, το τέλος (6-1), και το βήμα είναι 1 range(4,12,3) [4,7,10] Η αρχή είναι το 4, το τέλος (12-1), και το βήμα είναι 3 range(24,12,-5) [24,19,14] Η αρχή είναι το 24, το τέλος (12-1), και το βήμα είναι -5
Παράδειγμα for και while Διαβάστε έναν ακέραιο αριθμό και υπολογίστε όλα τα γινόμενα από το 0 έως το 10. Διαβάστε έναν ακέραιο αριθμό από 10 έως 20 και σε περίπτωση που ο αριθμός είναι εκτός ορίων να επαναλάβετε τη διαδικασία.
Παράδειγμα break και continue Οι εντολές break και continue μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέσα στο σώμα της επανάληψης με σκοπό είτε να τη διακόψουν (break) και να συνεχίσουν μετά την επανάληψη η να αγνοήσουν τις επόμενες εντολές από το σημείο που έγινε εκτέλεση της continue και να προχωρήσουν στην επόμενη τιμή του μετρητή. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ : Διαβάστε δύο αριθμούς από το πληκτρολόγιο και να υπολογίσετε το άθροισμα όλων των ενδιάμεσων αριθμών με βήμα 1. Μη λάβετε υπόψη στο άθροισμα τους περιττούς αριθμούς και σε περίπτωση που το σύνολο είναι μεγαλύτερο από 200 να διακοπεί η διαδικασία του αθροίσματος.
Συναρτήσεις Οι συναρτήσεις είναι ένα σύνολο εντολών, οι οποίες επιλύουν ένα μικρότερο πρόβλημα και ομαδοποιούνται κάτω από ένα κοινό όνομα ώστε να είναι η δυνατή η εκτέλεση όλου του συνόλου με τη κλήση του ονόματος της συνάρτησης. Οι συναρτήσεις μπορεί να δέχονται παραμέτρους οι οποίες είναι απαραίτητες για την επίλυση του προβλήματος ή όχι καθώς επίσης και μπορεί να επιστρέφουν ή όχι μια τιμή. Για να δημιουργήσουμε μια συνάρτηση στην Python, ξεκινάμε με τη λέξη def, ακολουθεί το όνομα της συνάρτησης (δικής μας επιλογής) και τέλος ένα ζεύγος παρενθέσεων με ή χωρίς ορίσματα. Το σώμα της συνάρτησης καθορίζεται από την εσοχή (indent). Συνάρτηση χωρίς παραμέτρους def ΌνομαΣυνάρτησης(): Εντολές της Συνάρτησης Εντολές εκτός της συνάρτησης Συνάρτηση με παραμέτρους def ΌνομαΣυνάρτησης(x, y): Εντολές της Συνάρτησης Εντολές εκτός της συνάρτησης Η εκτέλεση της εντολής return μέσα στο σώμα της συνάρτησης διακόπτει τη λειτουργία της και αν σε περίπτωση που η return συνοδεύεται από μια τιμή τότε ολόκληρη η συνάρτηση επιστρέφει τη συγκεκριμένη τιμή
Παραδείγματα Συναρτήσεων Συνάρτηση χωρίς παραμέτρους Συνάρτηση με παραμέτρους Συνάρτηση με παραμέτρους που επιστρέφει τιμή
Προκαθορισμένες τιμές σε συναρτήσεις Μπορούμε να ορίσουμε προκαθορισμένες τιμές στις παραμέτρους των συναρτήσεων και στην περίπτωση που δεν δώσουμε τιμές κατά τη κλήση της συνάρτησης τότε θα χρησιμοποιηθούν αυτές στη θέση τους