Programmieren mit Python

Transkript

1 Programmieren mit Python Programmieren heisst: Dem Computer sagen, was er tun soll. Die Befehle muss man übrigens in einer Sprache geben, die der Computer versteht. Darum sind verschiedene Programmiersprachen entwickelt worden. Python ist eine dieser Programmiersprachen. Wie jede Sprache muss sie erlernt werden N.B. Python kann man gratis herunterladen auf: Python läuft auf verschiedenen Computertypen (Windows, Mac, Linux). Erste Schritte Python öffnen: Programme Programmieren Python 2.6 IDLE (Python GUI) IDLE ist eine IDE (Integrated Development Environment = integrierte Entwicklungsumgebung) für das Schreiben von Python-Programmen. Es gibt zwei Arten, IDLE zu verwenden: Im Shell- Modus, wo Befehle eingetippt und sofort ausgeführt werden können, und im Programm-Modus, in dem man seine Befehle zuerst hinschreiben kann und erst, wenn man damit fertig ist, alle auf einen Schlag ausführen lassen kann: Die Shell Wir können in dieser Umgebung interaktiv arbeiten: Befehle eingeben und diese gleich ausführen lassen: Geben Sie nach dem Prompt (>>>) folgendes ein: Drücken Sie dann die <Eingabetaste>. Sie sehen, ein Computer ist wirklich ein Rechner! IKT Kurs ri 2013c Python 1

2 Zahlen Testen Sie Folgendes: Operation Resultat / Erklärung *5 2+5*3 (2+5)*3 3**2 2**4 10/5 5/2 5/2.0 9%2 23%6 type(2) type(2.0) Testen Sie auch grosse Zahlen und solche mit Dezimalpunkt. Strings Eine Programmiersprache muss auch mit Texten umgehen können. Ein Stück Text heisst String und wird in Python in einfachen oder doppelten Anführungszeichen angegeben: 'Hallo oder "Hallo. Hinweis: Verwenden Sie keine Umlaute so schaffen Sie sich weniger Probleme. Testen Sie auch Strings: "Hallo" "3*5+45" 10 * "Hallo" 3* * Hallo type("hallo") 10 * ("Hallo " + "Leute! ") IKT Kurs ri 2013c Python 2

3 Turtle Turtle ist eine programmierbare Schildkröte. Sie bewegt sich über eine weisse Fläche und hält mit ihrem Schwänzchen einen Zeichenstift, so dass sie eine Spur hinter sich zurücklässt. Sie befolgt etwa eine Dutzend einfache Befehle, mit der man sie über den Bildschirm steuern kann. Starten Sie wenn nötig IDLE. Machen Sie das Shell-Fenster rechts schmal und verschieben Sie es an den rechten Rand des Bildschirms. Erste Turtle-Befehle: Geben Sie folgende drei Zeilen ein: >>> from turtle import * >>> forward(100) >>> left(90) Die erste Zeile importiert ein Modul, in welchem sich alle Programmteile für eine Turtle Grafik befinden. Die zweite Zeile sagt der Schildkröte, sie solle 100 Schritte vorwärts kriechen. Die dritte sagt ihr, sie solle eine Linksdrehung von 90 machen. Aufgabe 1 : Zeichnen Sie ein Quadrat. Im Shell-Fenster werden die einzelnen Befehle sofort und schrittweise ausgeführt. Man kann die Fehler nicht korrigieren und das Ganze nicht speichern. Das ist noch kein richtiges Programm. Ein Programm besteht aus mehreren Anweisungen, die zusammengefasst werden. Um ein richtiges Programm zu schreiben, braucht es einen Texteditor: Man kann ihn unter File New Window aufrufen. Das Shell-Fenster Das Programm-Fenster Befehle können nach dem Prompt (>>>) eingetippt werden und werden sofort ausgeführt Befehle können wie z.b. in Word eingetippt und geändert werden. Sie werden nicht ausgeführt Einmal ausgeführte Befehle können nicht mehr angepasst werden Zum Ausführen aller Befehle, Zeile für Zeile, im Menü Run Run Module anwählen. Hinweise Man kann nach Belieben zwischen dem Shell-Fenster und dem Programm-Fenster wechseln. o Im Shell-Fenster: File New Window (um ein neues Programm zu schreiben), oder File Open (um ein bereits bestehendes Programm zu öffnen). o Im Programm-Fenster: im Menü Run Python Shell auswählen. Man kann auch Shell-Fenster und Programm-Fenster gleichzeitig geöffnet haben. IKT Kurs ri 2013c Python 3

4 Aufgabe 2 : Öffnen Sie ein Programm-Fenster (File New Window). Machen Sie es schmal und verschieben Sie es an den linken Rand des Bildschirms. Schreiben Sie ein Programm, das ein Dreieck zeichnet. Bevor Sie es ausführen können (Run Run Module), müssen Sie es speichern: Geben Sie ihm den Namen dreieck1.py und speichern Sie es in einem neuen Ordner, den Sie Python Vorname 1 nennen. Hinweis: Lassen Sie das Turtle-Fenster möglichst unberührt, sonst bewirken Sie ev. einen Absturz Aufgabe 3 : a) Schreiben Sie ein Programm, das ein Fünfeck zeichnet. b) ein Sechseck. c) einen Stern. Wenn man die richtigen Winkel eingegeben hat, wäre es praktisch, diese geometrischen Formen in verschieden Grössen zeichnen zu können. Es wäre auch praktisch, wenn man diese Anweisungen (diese Codes ) auch noch später brauchen könnte, wenn man z. B. mehrere Dreiecke nacheinander zeichnen möchte. Das kann man machen, indem man eine Funktion erstellt. Eine Funktion ist eine Verbundanweisung, die mit def beginnt (def = Definition) und die einen Namen hat. Danach kann man die Funktion mit ihrem Namen benutzen oder aufrufen. Aufgabe 4 : Aufgabe 5 : Öffnen Sie ein neues Programm-Fenster (File New Window), schreiben Sie folgende Funktion und führen Sie sie aus (speichern Sie sie in Ihrem Ordner unter den Namen dreieck0.py) : from turtle import* reset() def dreieck(s): forward(s) left(120) forward(s) left(120) forward(s) left(120) dreieck(150) Vervollständigen Sie dieses Programm so: Nach dreieck(150) schreiben Sie : left(10) color("red") dreieck(150) left(10) color("blue") dreieck(150) left(10) color("green") dreieck(150) left(10) color("yellow") dreieck(150) 1 Sie schreiben natürlich Ihren Vornamen IKT Kurs ri 2013c Python 4

5 Die Schleife for Ein Programm ist meistens sinnvoll, um Sachen automatisch zu machen, das heisst, sie n Mal zu wiederholen. Dafür braucht man eine Schleife. Geben Sie nach from turtle import* folgende Verbundanweisung ein: for x in (1,2,3,4): left(90) forward(100) Beachten Sie den Doppelpunkt und die Einrückung! Ohne das funktioniert das Programm nicht Das bedeutet etwa: Mach für alle Zahlen, die in der Klammer stehen, das, was hinter dem Doppelpunkt steht, je einmal! Ein weiteres Beispiel: for x in range(0,6): left(60) forward(100) [oder : for x in range(6):] Aufgabe 6 : a) Erstellen Sie eine Funktion für ein n-eck b) Erstellen Sie eine Funktion für einen Stern mit einer ungeraden Anzahl Zacken. Hinweis: Erinnern Sie sich an den Unterschied zwischen Integern (Ganzzahlen) und Dezimalzahlen (siehe Seite 2). Aufgabe 7 : Zeichnen Sie etwas Schönes. Spielen Sie mit der Möglichkeit, Schleifen zu benutzen. Hier noch die wichtigsten Turtle Anweisungen: Um zu verstehen, was sie bewirken, können Sie im Shell-Fenster Folgendes eingeben (z. B.): >>> from turtle import* >>> help(width) Aufgabe 8 : forward(distanz) left(winkel) right(winkel) circle(radius) up() down() color( farbe ) width(dicke) clear() reset() fill(true/false) tracer(1/2) goto(x,y) Mit dem Modul random, können Sie erreichen, dass die Schildkröte einen zufälligen Weg geht. Eine zufällige Richtung erhalten Sie z. B. mit: import random left(random.random()*360) forward(100) Sie finden Beispiele auf dem Moodle oder auf www2.dgb.ch/users/ri. IKT Kurs ri 2013c Python 5

6 Andere Programme schreiben Wir haben schon definiert, was ein Programm ist: Eine Reihe von Anweisungen, die zusammengefasst werden und vom Computer dann ausgeführt werden. Fast alle Programme, die irgendetwas Nützliches oder Lustiges tun, haben noch einige weitere Eigenschaften: Sie bekommen eine Eingabe. Sie verarbeiten diese Eingabe. Sie produzieren eine Ausgabe. Das ist das EVA-Prinzip: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe. Um etwas mit der Eingabe tun zu können, muss sie der Computer behalten oder irgendwo ablegen. Wenn man also will, dass ein Programm sich eine Sache für den späteren Gebrauch merkt, muss man dieser Sache einen Namen geben. Beispiel : Schreiben Sie im Shell-Fenster nach dem Promt (>>>): >>> lehrer="herr Wyss" >>> lehrer und drücken Sie die Eingabe Taste. Das Gleichheitszeichen (=) sorgt dafür, dass Python dem Namen lehrer den Wert Herr Wyss zuweist. Der Wert wird als sogenannte Variable gespeichert. Also: Das Zeichen = wird verwendet, um einer Variablen einen Wert zuzuweisen. Auf der linken Seite des Gleichheitszeichens steht die Variable, auf der rechten Seite der Wert. Wenn Sie ein Programm schreiben, wählen Sie am besten Namen, die erkennen lassen, wozu die Variable da ist, statt ganz abstrakten Namen oder Buchstaben zu verwenden. Hinweise: Gross- und Kleinbuchstaben unterscheiden sich (lehrer und Lehrer sind zwei verschiedene Namen). In einem Variablennamen darf kein Leerzeichen stehen. Ein Variablenname muss mit einem Buchstaben oder Unterstrich beginnen, nicht mit einer Zahl. Aufgabe 9 Schreiben Sie im Programm-Fenster dieses Programm ab, das Sie nach Ihrem Namen fragt und Sie dann freundlich mit Ihrem Namen begrüsst. Hinweise: Für die Eingabe benötigen Sie die Funktion raw_input(): Diese Funktion holt sich vom Benutzer einen String (ein Stück Text). Den bekommt sie normalerweise über die Tastatur, auf der der Benutzer die Eingabe tippt. Was in der Klammer steht, wird auf den Bildschirm geschrieben. Und was Sie eintippen, wird unter dem Namen gespeichert, der links vom Gleichheitszeichen steht. Für die Ausgabe benötigen Sie den Befehl print: So wird etwas auf dem Bildschirm ausgegeben. deinname=raw_input("wie heisst du? ") print "Hallo", deinname, ", wie geht es dir heute?" Lassen Sie dann das Programm laufen!... IKT Kurs ri 2013c Python 6

7 Aufgabe 10 Sie werden jetzt ein Programm schreiben, das Ihren BMI (Body-Mass-Index) berechnet. Der BMI wird folgendermassen gerechnet: wobei m die Körpermasse (in Kilogramm) und l die Körpergröße (in Metern) angibt. Schreiben Sie im Programm-Fenster folgendes Programm ab und vervollständigen Sie die 5. Zeile, damit es Ihren BMI berechnet. Speichern Sie es in Ihrem Python-Ordner unter dem Namen bmi.py. gewicht = raw_input('geben Sie Ihr Gewicht in kg ein: ') groesse = raw_input('geben Sie Ihre Groesse in cm ein: ') gewicht = float(gewicht) groesse = float(groesse)/100 bmi = print "Ihr BMI ist ",bmi Das ist natürlich noch nicht das, was man haben möchte: Das Programm sollte melden Untergewicht, wenn der bmi < 19 ist. Wenn der bmi > 25 ist, sollte Übergewicht stehen und sonst Normalgewicht. Das Programm muss also entscheiden können, ob der errechnete BMI einem Normalgewicht, einem Untergewicht oder einem Übergewicht entspricht. Entscheidung und Verzweigung : if Um Entscheidungen treffen zu können, machen Programme einen Test, um zu sehen, ob eine bestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht. Dafür braucht man die Anweisung if. Hier sind einige Fragen, die Python stellen kann, um etwas zu testen: Frage Operatoren Sind zwei Dinge gleich? == [ ACHTUNG : == nicht =!!! ] Ist eine Sache kleiner als eine andere? kleiner oder gleich? Ist eine Sache grösser als eine andere? grösser oder gleich < <= > >= Sind zwei Dinge ungleich?!= Das Zeichen = weist einer Variable einen Wert zu [cf. Seite 6] Das Zeichen == prüft, testet, ob zwei Dinge gleich sind (darum heisst das doppelte Gleichheitszeichen auch Vergleichsoperator). IKT Kurs ri 2013c Python 7

8 Aufgabe 11 Ändern Sie das Programm bmi.py so ab, dass es nicht nur den Wert des BMI angibt, sondern auch eine der drei Meldungen ( Übergewicht, Untergewicht oder Normalgewicht, oder witzigere Meldungen, das entscheidet eben die Programmiererin!). Wichtiger Hinweis: Nach einer if-anweisung kommt ein Doppelpunkt und die folgende Anweisung muss eingerückt werden (wie bei der Schleife for, cf. Seite 5). Syntax der if-anweisung: Variante 1 if bedingung : anweisung1 anweisung2 usw. if x < 5: print "a" Variante 2 if bedingung1 and bedingung2 : anweisung1 anweisung2 else : anweisung3 anweisung4 if x < 5 and x > 2: print "a" else: print "b" Variante 3 if bedingung1 : anweisung1 anweisung2 elif bedingung2 : anweisung3 anweisung4 elif bedingung3 : anweisung5 anweisung6 if x < 5: print "a" elif x < 2: print "c" elif x > 10: print "d" Weitere Angaben zum BMI finden Sie hier: Bitte beachten Sie, dass der BMI in der Wikipedia als umstritten gilt die Programmierübung hier ist als Spielerei zu betrachten, welche technisch und nicht inhaltlich ernst zu nehmen ist! IKT Kurs ri 2013c Python 8

9 Die Schleife while Es gibt zwei Arten von Schleifen: Solche, die eine Aufgabe soundso viele Male wiederholen so genannte Zählschleifen. Für eine solche Schleife braucht man die Anweisung for (for-schleife). Bei den Turtle-Programmen haben Sie mit solchen Schleifen gearbeitet. Solche, die eine Aufgabe wiederholen, bis etwas Bestimmtes passiert so genannte Bedingungsschleifen. Eine Bedingungsschleife läuft, solange eine Bedingung erfüllt ist. Für eine solche Schleife braucht man die Anweisung while (while-schleife). Syntax der while-anweisung while bedingung1 : anweisung1 anweisung2 usw. while 1 > 0: print "ewig" x=0 while x!= 5: print x x=x+1 Aufgabe 12 Programmieren Sie folgendes Spiel: Der Computer wählt eine beliebige Geheimzahl zwischen 1 und 100 aus. Der Benutzer hat 6 Versuche, die Zahl zu erraten. Der Benutzer gibt seine Versuchszahl ein. Das Programm prüft jedes Mal, ob die Zahl höher oder niedriger als die Geheimzahl ist. Der Benutzer versucht so lange, bis er die Zahl herausfindet oder keine Versuche mehr übrig hat. Wenn er die richtige Zahl erraten hat, hat er gewonnen. Hinweise: Die ersten Zeilen des Programms sehen so aus: import random geheimzahl=random.randint(1,100) wählt eine zufällige Ganzzahl aus Schreiben Sie zuerst ein Programm, das die Anzahl der Versuche nicht beschränkt. Wenn Sie nach Zahlen fragen, können Sie statt raw_input() nur input() schreiben 2. Es ist hier fast einfacher. Wenn Sie jetzt die Anzahl der Versuche auf 6 beschränken wollen, müssen Sie eine zweite Bedingung in der while-schleife einfügen: Das machen Sie mit dem Schlüsselwort and. 2 In Python ab Version 3.0 gibt es nur noch die Funktion raw_input(). IKT Kurs ri 2013c Python 9

10 Inhaltsverzeichnis Programmieren mit Python...1 Erste Schritte...1 Turtle...3 Aufgabe 1 :...3 Aufgabe 2 :...4 Aufgabe 3 :...4 Aufgabe 4 :...4 Aufgabe 5 :...4 Die Schleife for...5 Aufgabe 6 :...5 Aufgabe 7 :...5 Aufgabe 8 :...5 Andere Programme schreiben...6 Aufgabe Aufgabe Entscheidung und Verzweigung : if...7 Aufgabe Die Schleife while...9 Aufgabe IKT Kurs ri 2013c Python 10