Bernd KLEIN EINFÜHRUNG IN PYTHON3 IN EINER WOCHE PROGRAMMIEREN LERNEN. Im Internet: Musterlösungen zu den Übungen

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1 PYTHON3 Bernd KLEIN EINFÜHRUNG IN IN EINER WOCHE PROGRAMMIEREN LERNEN Im Internet: Musterlösungen zu den Übungen

2 Klein Einführung in Python 3 CHV Newsletterhinweis Computer Bleiben Sie auf dem Laufenden! Der Hanser Computerbuch-Newsletter informiert Sie regelmäßig über neue Bücher und Termine aus den verschiedenen Bereichen der IT. Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben. Gleich anmelden unter

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4 Bernd Klein Einführung in Python 3 In einer Woche programmieren lernen

5 Der Autor: Bernd Klein, Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbe zeich nungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München, Lektorat: Brigitte Bauer-Schiewek Herstellung: Irene Weilhart Fachlektorat: Stefan Günther, Hanau Copy editing: Jürgen Dubau, Freiburg/Elbe Layout: le-tex publishing services, Leipzig Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany print-isbn: e-book-isbn:

6 Inhalt Vorwort... XVII Danksagung... XIX 1 Einleitung Programmieren lernen in einer Woche Aufbau des Buches Zielgruppe des Buches Programmieren lernen interaktiv Download der Beispiele und Hilfe Anregungen und Kritik... 5 Teil I Einführung in Python 3 Für Ein- und Umsteiger Kommandos und Programme Erste Schritte mit Python Linux Windows Herkunft und Bedeutung des Begriffes interaktive Shell Erste Schritte in der interaktiven Shell Verlassen der Python-Shell Benutzung von Variablen Mehrzeilige Anweisungen in der interaktiven Shell Programme schreiben oder schnell mal der Welt Hallo sagen Bytecode und Maschinencode Einführung Unterschied zwischen Programmier- und Skriptsprachen Interpreter- oder Compilersprache... 17

7 VI Inhalt 4 Datentypen und Variablen Einführung Statische und dynamische Typdeklaration Typumwandlung Datentyp ermitteln Sequentielle Datentypen Übersicht Zeichenketten oder Strings Listen Tupel Sequenz von Binärdaten Indizierung von sequentiellen Datentypen Slicing oder Ausschneiden Aufgaben Dictionaries Dictionaries und assoziative Felder Definition und Benutzung Fehlerfreie Zugriffe auf Dictionaries Zulässige Typen für Schlüssel und Werte Verschachtelte Dictionaries Methoden auf Dictionaries Operatoren Zip Dictionaries aus Listen erzeugen Aufgaben Mengen Übersicht Mengen in Python Sets erzeugen Mengen von unveränderlichen Elementen Frozensets Operationen auf set -Objekten add(element) clear() copy difference()... 50

8 Inhalt VII difference_update() discard(el) remove(el) intersection(s) isdisjoint() issubset() issuperset() pop() Verzweigungen Verzweigungen im Allgemeinen Bedingte Anweisungen in Python Beispiel Hundejahre Wahr oder falsch: Bedingungen in Verzweigungen Aufgaben Schleifen Übersicht while-schleife die Alternative im Erfolgsfall: else For-Schleife Aufgaben Dateien lesen und schreiben Dateien Text aus einer Datei lesen Schreiben in eine Datei In einem Rutsch lesen: readlines und read Aufgaben Listen und Tupel im Detail Stapelspeicher Stapelverarbeitung in Python: pop und append extend Entfernen eines Wertes Prüfen, ob ein Element in Liste enthalten ist Finden der Position eines Elementes Einfügen von Elementen Besonderheiten bei Tupel... 79

9 VIII Inhalt Leere Tupel Tupel Mehrfachzuweisungen, Packing und Unpacking Die veränderliche Unveränderliche Sortieren von Listen sort und sorted Umkehrung der Sortierreihenfolge Eigene Sortierfunktionen Aufgaben Modularisierung Module Namensräume von Modulen Namensräume umbenennen Modularten Suchpfad für Module Inhalt eines Modules Eigene Module Dokumentation für eigene Module Pakete Flaches und tiefes Kopieren Einführung Kopieren einer Liste Kopie mit Teilbereichsoperator Kopieren mit deepcopy aus dem Modul copy Deepcopy für Dictionaries Funktionen Allgemein Funktionen in Python Optionale Parameter Docstring Schlüsselwortparameter Rückgabewerte Mehrere Rückgabewerte Lokale und globale Variablen in Funktionen Beliebige Anzahl von Parametern Parameterübergabe

10 Inhalt IX Nebeneffekte Kommandozeilenparameter Variable Anzahl von Parametern * in Funktionsaufrufen Beliebige Schlüsselwortparameter Doppeltes Sternchen im Funktionsaufruf Rekursive Funktionen Definition und Herkunft des Begriffs Definition der Rekursion rekursive Funktionen in Python Die Tücken der Rekursion Fibonacci-Folge in Python Aufgaben Globale und lokale Variablen Einführung Globale und lokale Variablen in Funktionen Alles über Strings fast alles Aufspalten von Zeichenketten split Standardverhalten und maxsplit rsplit Folge von Trennzeichen splitlines partition Zusammenfügen von Stringlisten mit join Suchen von Teilstrings in oder not in s.find(substring[, start[, end]]) s.rfind(substring[, start[, end]]) s.index(substring[, start[, end]]) s.rindex(substring[, start[, end]]) s.count(substring[, start[, end]]) Suchen und Ersetzen Nur noch Kleinbuchstaben oder Großbuchstaben capitalize und title

11 X Inhalt 17.8 Stripping Strings Strings ausrichten String-Tests Aufgaben Ausnahmebehandlung Die optionale else-klausel Fehlerinformationen über sys.exc_info Abfangen mehrerer Exceptions except mit mehrfachen Ausnahmen Exceptions generieren Finalisierungsaktion Objektorientierte Programmierung Einführung Die Kuchenklasse Objekte Klasse Kapselung von Daten Vererbung Klassen in Python Methoden Konstruktor Destruktor Lauffähige Version der Kontoklasse Öffentlicher Schönheitsfehler oder Public-Attribute Datenkapselung und die Benutzung von Public- Protected- und Private- Attributen Statische Member del Properties Dynamische und statische Attribute Vererbung Oberbegriffe und Oberklassen Vererbung in Python Mehrfachvererbung Theorie Diamand-Problem oder deadly diamond of death Beispiel: CalendarClock

12 Inhalt XI Polymorphie Operator-Überladung Standardklassen als Basisklassen Aufgaben Teil II Weiterführende Themen Tests und Fehler Einführung Modultests Modultests unter Benutzung von name doctest-modul Testgetriebene Entwicklung oder Im Anfang war der Test unittest Methoden der Klasse TestCase Aufgaben Systemprogrammierung Systemprogrammierung Häufig falsch verstanden: Shell os-modul Vorbemerkungen Umgebungsvariablen Dateiverarbeitung auf niedrigerer Ebene Die exec- Familie Weitere Funktionen im Überblick os.path - Arbeiten mit Pfaden shutil-modul Forks Fork Fork in Python Das Modul pickle Daten einpökeln mit pickle.dump pickle.load

13 XII Inhalt 24 Reguläre Ausdrücke Ursprünge und Verbreitung Stringvergleiche Überlappungen und Teilstrings Das re-modul Matching-Problem Syntax der regulären Ausdrücke Beliebiges Zeichen Zeichenauswahl Endliche Automaten Vordefinierte Zeichenklassen Anfang und Ende eines Strings Optionale Teile Quantoren Gruppierungen und Rückwärtsreferenzen Match-Objekte Umfangreiche Übung Alles finden mit findall Alternativen Kompilierung von regulären Ausdrücken Aufspalten eines Strings mit oder ohne regulären Ausdruck split-methode der String-Klasse split-methode des re-moduls Wörter filtern Suchen und Ersetzen mit sub Aufgaben lambda, map, filter und reduce lambda map Filtern von sequentiellen Datentypen mittels filter reduce Aufgaben Listen-Abstraktion/List Comprehension Die Alternative zu Lambda und Co Einführung in die Listen-Abstraktion Syntax Weitere Beispiele

14 Inhalt XIII 26.5 Die zugrunde liegende Idee Anspruchsvolleres Beispiel Mengen-Abstraktion Rekursive Funktion zur Berechnung der Primzahlen Generator Comprehension/ Generatoren-Abstraktion Aufgaben Generatoren und Iteratoren Einführung Iteration in for-schleifen Generatoren Beispiele Permutationen Variationen und Kombinationen Generatoren zähmen mit firstn und islice send-methode Generator-Ausdrücke Aufgaben Memoisation Bedeutung und Herkunft des Begriffes Memoisation mit Dekorateur-Funktionen Memoize in einer Class Dekorateure in Python Überprüfung von Argumenten durch Dekorateure NumPy Übersicht Arrays in NumPy Arrays flach machen Arrays umdimensionieren Arrays konkatenieren Array, neue Dimension hinzufügen Array mit Nullen und Einsen initialisieren Matrizenarithmetik Vektoraddition und Vektorsubtraktion Matrix-Klasse Matrix-Produkt Eine einfache praktische Anwendung

15 XIV Inhalt Inverse Matrix Kreuzprodukt / Vektorprodukt Lineare Gleichungssysteme Polynome Aufgaben Teil III Umfassende Beispiele Bruchklasse Brüche à la 1001 Nacht Zurück in die Gegenwart Rechenregeln Multiplikation von Brüchen Division von Brüchen Addition von Brüchen Subtraktion von Brüchen Die Bruchklasse im Überblick Mastermind Die Ursprünge des Spiels Die Spielregeln Bulls and Cows Mastermind Kombinatorikmodul Mastermind in Python Textklassifikation Einführung in die Textklassifikation Textklassifikation: Aufgabe Naive-Bayes-Klassifikator Definition Bayes-Theorem Formale Herleitung der Naive-Bayes-Klassifikation Textklassifikation in Python BagOfWords-Klasse Document-Klasse DocumentClass-Klasse Pool-Klasse