Programmierung in Python

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1 Programmierung in Python imperativ, objekt-orientiert dynamische Typisierung rapid prototyping Script-Sprache Funktionales und rekursives Programmieren P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 1

2 Programmierung in Python Datentypen: ganze Zahlen, Gleitkommazahlen (Double), Strings. Tupel, Listen, Arrays, vordefinierte Listenfunktionen: map, filter, sort, reverse,... Fehlerbehandlung zur Laufzeit: Exception-Handling Objektorientierung: Klassen, Methoden P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 2

3 Python: Struktur eines imperativen Programms Python-Programm-File besteht aus: Deklarationen Definitionen von Funktionen. Funktionsdefinitionen: Wesentlich Bestandteile: Befehle (Anweisungen, Kommandos), wie Zuweisungen, Sprungbefehle, Ein/Ausgabebefehle mit Seiteneffekten Ausdrücke mit Returnwert P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 3

4 Python als Taschenrechner Eingabe in den Interpreter: Beispiele >>> a = 3 >>> b = 4 >>> c = a**2 + b**2 >>> c 25 >>> print math.sqrt(c) 5.0 >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 4

5 Syntax von wesentlichen Konstrukten für weitere Konstrukte sowie Details zur Syntax siehe Tutorials und Handbücher Zuweisung (Assignment) Variable = Ausdruck Auswertung: 1. Berechne: Wert des Ausdruckes dazu: Werte von Variablen im Speicher nachschauen Resultat: ein im Speicher liegendes Objekt 2. Zuweisung: Wert zu Namen der Variablen Ein Objekt kann mehrere Namen besitzen. Deklaration von Variablen(namen) in einer Funktionsdefinition erfolgt automatisch P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 5

6 Zuweisung mit Arithmetische Operatoren Variable op= Ausdruck Hierbei kann op einer der vordefinierten Operatoren sein: +,*,-,/,... >>> a= 100 >>> a /= 5 >>> a 20 >>> a *= 5 >>> a 100 P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 6

7 Mehrfach-Zuweisung (scheinbar parallele) Mehrfach-Zuweisung: x 1,... x n = e 1,..., e n wobei x i Variablen und e i Ausdrücke sind Auswertung des Ausdrucks x 1,... x n = s 1,..., s n : 1. Wert aller Ausdrücke s i 2. Zuweisung der Werte s i zu den Variablennamen x i P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 7

8 if-then-else-konstrukt in Python if Bedingung: Anweisungen wenn Bedingung wahr else: Anweisungen, wenn Bedingung falsch Doppelpunkte : statt Schlüsselwort then Einrückung bestimmt die Blockstruktur weitere Varianten von if-then-else: ohne else Zweig mit zusätzlichen Abfragen (elif-zweigen). P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 8

9 while-schleife zur Iteration while Bedingung: Schleifenkörper Der Anweisungsblock des Schleifenkörpers wird solange ausgeführt, bis die Bedingung nicht (mehr) erfüllt ist. Im Schleifenrumpf verwendbar: break continue P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 9

10 Beispiel zu while >>> a=10 >>> while a > 0:... print a... a = a P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 10

11 Funktions- und Prozedurdefinitionen def Funktioname(parameter1, parameter2,...): Anweisungen Rückgabewert mittels: return e None, falls return-anweisung weggelassen wurde Prozeduraufruf: f(s 1,..., s n ) bei n-stelligem f. mit voller Argumentanzahl und Argumenten eingeklammert P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 11

12 Komplexe Zahlen Paar von zwei Double-Zahlen: Real- und Imaginär-Teil >>> a= j >>> a.real 1.5 >>> a.imag 0.5 >>> abs(a) >>> a*a (2+1.5j) >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 12

13 Strings einfache Strings Hello world und Unicode Strings: >>> u Hello World! u Hello World! P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 13

14 Module Benutzung durch import-anweisungen und qualifizierte Aufrufe: >>> import cmath >>> a= j >>> cmath.sin(a) ( j) >>> Wird noch besprochen P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 14

15 Beispiel: wurzel ala Python: def wurzel(x): return wurzeliter(1.0,x) def wurzeliter(schaetzwert,x): if gutgenug(schaetzwert,x): return schaetzwert else: return wurzeliter(verbessern(schaetzwert, x), x) def quadrat(x): return x*x def gutgenug(schaetzwert,x): return (abs ((quadrat(schaetzwert) - x) / x) < ) def verbessern(schaetzwert,x): return mittelwert(schaetzwert, (x / schaetzwert)) def mittelwert(x,y): return (x + y) / 2.0 >>> wurzel(2.0) >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 15

16 Referentielle Transparenz gilt nicht in Python: count = 0 def f(x): global count count = count + x return count f (1) == f (1) ergibt 0 Seiteneffekt ändert die globale Variable count. P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 16

17 Flussdiagramm am Beispiel ggt Der größte gemeinsame Teiler kann durch die Prozedur ggtpy berechnet werden: def ggtpy(x,y): if x <= 0 or y <= 0: print Eingabe in GGT muss positiv sein else: while x!= y: if x > y: x = x - y else: y = y - x return x P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 17

18 ggt: schnellere Version def ggt(x,y): if y == 0: return x else: return ggt(y, (x % y)) Einige Beispielauswertungen: >>> ggtpy(1234,4321) 1 >>> ggtpy(1243,3421) 11 P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 18

19 Flussdiagramm zu ggt x := a; y := b drucke x Ja x = y nein Stop Ja x > y nein x := x-y y := y-x Flussdiagramme sind oft von begrenztem Nutzen, da sie zu groß werden P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 19

20 Wert-Vertauschung ohne Hilfsvariable Vertauschung von Variablenwerten ohne Hilfsvariable: >>> a = 1 >>> b = 2 >>> a,b = b,a >>> a 2 >>> b 1 >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 20

21 Wert-Vertauschung mit Hilfsvariable c = a a = b b = c ####### Im Python Interpreter: >>> a = 1 >>> b = 2 >>> c = a >>> a = b >>> b = c >>> a 2 >>> b 1 >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 21

22 Mehrfachzuweisung ist sequentiell >>> a,b,a = 1,2,3 >>> a 3 >>> P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 22

23 Fibonacci in Python, iterativ def fib(n): a,b = 0,1 while b < n: print b, a,b = b,a+b >>> fib(1000) P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 23

24 Boolesche Funktionen >>> a = 1 >>> not a False >>> a = 0 >>> b = 1 >>> a or b 1 >>> a and b 0 >>> del b >>> b Traceback (most recent call last): File "<input>", line 1, in? NameError: name b is not defined >>> a 1 >>> a or b 1 P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 24

25 Boolesche Funktionen not, or, and wirken (fast) wie die Booleschen Operatoren. or, and werten von links nach rechts aus Ersatzdefinitionen: def or(x,y): if x: return x else: return y def and(x,y): if x: return y else: return x def not(x): if x == 0: return 1 else: return 0 P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 25

26 Iterative Prozesse und Iterative Funktionen def fakultaetlin(n): a = faktiter(1,1,n) return a def faktiter(produkt,zaehler,max): if zaehler > max: return produkt else: return faktiter(zaehler * produkt,zaehler + 1,max) def faktwhile(n): produkt = 1 zaehler = 1 max = n while zaehler <= max: produkt = (zaehler * produkt) zaehler = zaehler + 1 return produkt P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 26

27 Module in Python Module dienen zur Strukturierung / Hierarchisierung Kapselung: Wiederverwendung P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 27

28 Module in Python Jede Python-Programm-File ist ein Modul Kein eigener Modulkopf mit export-liste Modulimport mittels import: import Modulname Re-Initialisierung: reload(modulname) P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 28

29 Beispiel in Python Datei Fib.py, Modul Fib: def fib(n): a,b = 0,1 while b < n: print b, a,b = b,a+b X=10 # Diese Zeilen werden beim Import fib(x) # ausgefuehrt Beim Import des Moduls Fib >>> import Fib P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 29

30 Aufruf von Funktionen aus Modul Modul- Zugriff auf Namen aus importierten Modulen: qualifiziert: name.name P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 30

31 Zugriff auf importierte Variablen Nach import Fib: >>> X Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in? NameError: name X is not defined >>> Fib.X 10 >>> Fib.fib(5) P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 31

32 Lokale Aliase für Modulnamen Importier unter Alias-Namen ist möglich: >>> import Fib as Fibonacci >>> Fibonacci.fib(5) P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 32

33 Importieren mittels from Nur selektierte Funktionen importieren: from Modulname import Definitionsliste from Modulname import * Beispiel: >>> from Fib import fib >>> fib(5) P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 33

34 Importieren mittels from... *: Beispiel Vorsicht: Unerwartete Effekte dabei X = 10; def printer(): global X: print X >>> from Printer import * >>> X 10 >>> printer() 10 >>> X = 20 >>> printer() 10 >>> X 20 P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 34

35 Datenkapselung in Python Ist in der Verantwortung des Programmierers. In Python gibt es kein (echtes) Verstecken von Funktionen. Man kann auf sämtliche definierten Namen des importierten Moduls qualifiziert zugreifen. Konvention: Namen, die mit _ beginnen gelten als versteckt. P raktische Informatik 1, W S 2004/05, F olien P ython 1, (6. Dezember2004) Seite 35