Module. Funktionalität zusammenfassen in einer separaten.py Datei Importieren Bibliotheksmodul (Schon verwendet: math)
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- Marcus Kraus
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1 Module Funktionalität zusammenfassen in einer separaten.py Datei Importieren Bibliotheksmodul (Schon verwendet: math) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
2 Module Funktionalität zusammenfassen in einer separaten.py Datei Importieren Bibliotheksmodul (Schon verwendet: math) Beispiel (tools.py): """ This module provides some helper tools. Try it. """ counter = 42 def printcounter (): " just prints counter value to command line " print counter def do_nothing (): "Do really nothing " pass T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
3 Importieren Modul importieren import tools tools. do_nothing () print tools. counter T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
4 Importieren Modul importieren import tools tools. do_nothing () print tools. counter Modul unter neuem Namen importieren import tools as t t. do_nothing () T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
5 Importieren Modul importieren import tools tools. do_nothing () print tools. counter Modul unter neuem Namen importieren import tools as t t. do_nothing () Einzelne Funktionen direkt importieren from tools import do_nothing, printcounter from tools import counter as cntr do_nothing () printcounter () print cntr T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
6 Import beeinflussen Alle Symbole in den Namensraum importieren from tools import * do_nothing () print counter Module können bestimmen, welche Symbole mit from module import * importiert werden: # module tools. py all = [ printcounter, counter ] Die Funktion do_nothing() ist nach import * nicht bekannt! T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
7 Import beeinflussen Alle Symbole in den Namensraum importieren from tools import * do_nothing () print counter Module können bestimmen, welche Symbole mit from module import * importiert werden: # module tools. py all = [ printcounter, counter ] Die Funktion do_nothing() ist nach import * nicht bekannt! Funktionalität abfragen dir ( tools ) dir ( math ) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
8 Hilfe zu Modulen und Funktionen Docstrings abfragen mit help import tools help ( tools ) help ( tools. do_nothing ) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
9 Hilfe zu Modulen und Funktionen Docstrings abfragen mit help import tools help ( tools ) help ( tools. do_nothing ) Ausführbares Programm als Modul? tools.py soll sowohl Bibliothek sein, als auch selbst ausführbar # tools.py... if name == main : print " tools.py executed " else : print " tools.py imported as module " T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
10 Module debuggen Wenn ein Modul geändert wird, werden Änderungen nur wirksam, wenn Python neu gestartet wird, oder reload (Python<3.0) verwendet wird. reload ( tools ) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
11 Module debuggen Wenn ein Modul geändert wird, werden Änderungen nur wirksam, wenn Python neu gestartet wird, oder reload (Python<3.0) verwendet wird. reload ( tools ) Pfad für Module Python sucht im Suchpfad und im aktuellen Verzeichnis Suchpfad kann erweitert werden import sys sys. path. append (" folder /to/ module ") import... T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
12 Pakete Module können gruppiert werden Hierbei ist die Verzeichnisstruktur wichtig tools_paket / init. py # Inhalt für " import tools " files. py # für " import tools. files " graphics. py # für " import tools. graphics " stringtools / init. py # für " import tools. stringtools "... weitere Verschachtelung möglich Wenn from tools_paket import * Untermodule enthalten soll, muss tools_paket/ init.py folgende Zeile enthalten: all = [" files ", " graphics "] T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
13 Pakete from tools_paket import * files. foo () graphics. bar () T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
14 Hands-On: Erstellen Sie ein Modul MyBelovedPhysics.py: Das Modul enthält zwei Funktionen physics(): gibt den Text I love physics aus informatics(): gibt den Text Informatics is great, too aus Importieren Sie das Modul unter dem Namen mbp Rufen Sie jede Funktion einmal auf T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
15 Hands-On: Erstellen Sie ein Modul MyBelovedPhysics.py: Das Modul enthält zwei Funktionen physics(): gibt den Text I love physics aus informatics(): gibt den Text Informatics is great, too aus Importieren Sie das Modul unter dem Namen mbp Rufen Sie jede Funktion einmal auf MyBelovedPhysics.py: def physics (): print "I love physics " def informatics (): print " Informatics is great, too " Aufruf der Funktionen: import MyBelovedPhysics as mbp mbp. physics () mbp. informatics () T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
16 Teil V IO und weitere Datentypen T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
17 Konzept von Teil V: IO und weitere Datentypen Voraussetzungen: Syntax von Funktionen, Modulen Zeit: 60 Minuten Inhalt Lesen/Schreiben von Dateien Ausgewählte Aspekte der Module sys und os Datentypen: Sets und Dictionaries Beispiel Astrophysik T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
18 Konzept von Teil V: IO und weitere Datentypen Voraussetzungen: Syntax von Funktionen, Modulen Zeit: 60 Minuten Inhalt Lesen/Schreiben von Dateien Ausgewählte Aspekte der Module sys und os Datentypen: Sets und Dictionaries Beispiel Astrophysik Lernziele Die Teilnehmer können Text- und Binärdateien für Lese-/Schreibzugriff öffnen und beherrschen die Kommandos zum Lesen/Schreiben einer Zeile Sie sind in der Lage, die Datentypen Set und Dictionary zu erklären und korrekt zu verwenden. Sie können über einzelne ausgewählte Methoden der Module sys und os einfache Interaktionen mit dem Betriebssystem implementieren. T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
19 Datei Ein- und Ausgabe Dateien öffnen Textuelles Datei-Objekt erstellen datei = open (" testfile. txt ") # read datei = open (" testfile. txt ", r ) # read datei = open (" testfile. txt ", w ) # write datei = open (" testfile. txt ", a ) # append T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
20 Datei Ein- und Ausgabe Dateien öffnen Textuelles Datei-Objekt erstellen datei = open (" testfile. txt ") # read datei = open (" testfile. txt ", r ) # read datei = open (" testfile. txt ", w ) # write datei = open (" testfile. txt ", a ) # append Binäres Datei-Objekt erstellen datei = open (" testfile. txt ", rb ) # read datei = open (" testfile. txt ", wb ) # write datei = open (" testfile. txt ", ab ) # append T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
21 Methoden von Datei-Objekten Lesen datei. read () # komplett einlesen datei. read ( n) # n Byte einlesen datei. readline () # eine Zeile lesen datei. readlines () # Liste von Zeilen T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
22 Methoden von Datei-Objekten Lesen datei. read () # komplett einlesen datei. read ( n) # n Byte einlesen datei. readline () # eine Zeile lesen datei. readlines () # Liste von Zeilen Schreiben datei. write (" Neuer Text \n") datei. writelines ([" Erste Zeile \n", " Zweite Zeile \n"]) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
23 Methoden von Datei-Objekten Lesen datei. read () # komplett einlesen datei. read ( n) # n Byte einlesen datei. readline () # eine Zeile lesen datei. readlines () # Liste von Zeilen Schreiben datei. write (" Neuer Text \n") datei. writelines ([" Erste Zeile \n", " Zweite Zeile \n"]) Nicht vergessen: newlines (\n) Datei schließen datei. close () T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
24 Textdateien zeilenweise bearbeiten for Schleife über die Zeilen der Datei datei = open (" fulltext. txt ") for line in datei : # alt.: in datei. readlines () print line # oder : while True : line = datei. readline () if not line : break print line T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
25 Textdateien zeilenweise bearbeiten for Schleife über die Zeilen der Datei datei = open (" fulltext. txt ") for line in datei : # alt.: in datei. readlines () print line # oder : while True : line = datei. readline () if not line : break print line Weitere Methoden von Dateiobjekten datei.tell() aktuelle Position ausgeben datei.seek(pos) Zur gegebenen Position gehen datei.flush() Ausgabepuffer leeren (Pufferung wegen Effizienz) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
26 (Standard Input, Output, und Error) Modul sys stellt drei Standard-Dateiobjekte bereit sys.stdin nur lesen sys.stdout, sys.stderr nur schreiben import sys sys. stdout. write (" Text eingeben : ") # = print "..." line = sys. stdin. readline () # oder : line = raw_input (" Text eingeben : ") if error : sys. stderr. write (" Error!\n") write Hängt nicht automatisch einen Zeilenumbruch an raw_input([text]) entfernt Zeilenumbrüche Ein- und Ausgabe sind gepuffert T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
27 Kommandozeilenparameter sys.argv sys.argv ist eine Liste mit Kommandozeilenparametern Erstes Element (sys.argv[0]) ist der Programmname import sys print " Programmname : %s" % ( sys. argv [0]) if len ( sys. argv ) < 2: print " Keine Parameter angegeben " sys. exit (1) print " Parameters :" print ", ". join ( sys. argv [1:]) Praktikabel bei sehr wenigen Parametern Schlecht bei vielen Parametern, oder wenn Parameter nur optional sein sollen Modul argparse T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
28 nochmal Sequenzen: Dictionaries und Sets Bisherige Container zur Speicherung größerer Datenmengen Tupel: unveränderlich Liste: veränderlich Beide werden indiziert mit 0...n-1 (n Anzahl an Elementen) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
29 nochmal Sequenzen: Dictionaries und Sets Bisherige Container zur Speicherung größerer Datenmengen Tupel: unveränderlich Liste: veränderlich Beide werden indiziert mit 0...n-1 (n Anzahl an Elementen) Vorteile Tupel: sehr effizient, da unveränderlich Liste: höherer Overhead, aber immer noch effizient Optimal, wenn eine Folge von Werten gespeichert werden soll T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
30 nochmal Sequenzen: Dictionaries und Sets Bisherige Container zur Speicherung größerer Datenmengen Tupel: unveränderlich Liste: veränderlich Beide werden indiziert mit 0...n-1 (n Anzahl an Elementen) Vorteile Tupel: sehr effizient, da unveränderlich Liste: höherer Overhead, aber immer noch effizient Optimal, wenn eine Folge von Werten gespeichert werden soll Beschränkungen Keine Mengen darstellbar Keine Bezeichner für Objekte möglich z.b. suche Buch mit bestimmter ISBN oder bestimmtem Titel T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
31 Dictionary Bildet einen Schlüssel (key) auf einen Wert (value) ab Werte können beliebigen Typ haben Schlüssel nur unveränderliche Objekte (int, float, string, tuple,...) Kann als primitive Datenbank verwendet werden Erstellung mit geschweiften Klammern Optional in den Klammern: Folge von key:value Paaren >>> nummern = {} >>> nummern [" Tobias "] = " " >>> nummern [" Severin "] = " " >>> nummern [" Severin "] " " T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
32 Methoden von Dictionaries >>> d = {7: A, Muh : Maeh, (4, 5, 6):[6, 5, 4]} >>> d. keys () [(4, 5, 6), Muh, 7] >>> d. values () [[6, 5, 4], Maeh, A ] >>> d. items () [((4, 5, 6), [6, 5, 4]), ( Muh, Maeh ), (7, A )] >>> del d[ Muh ] >>> for (key, value ) in d. items (): >>> print key, value >>> for i in d. items (): >>> print i[0], i [1] >>> for key in d. keys (): >>> print key, d[ key ] T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
33 Fehlerhafte Zugriffe Tupel und Listen: gesamter Indexbereich mit Werten belegt Bei Dictionaries gibt es keinen Indexbereich Was passiert, wenn ein unbekannter Schlüssel gesucht wird? >>> nummern [ Jean - Matthieu ] KeyError : 4 >>> nummern. has_key ( Severin ) True >>> Severin in nummern True T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
34 Fehlerhafte Zugriffe Tupel und Listen: gesamter Indexbereich mit Werten belegt Bei Dictionaries gibt es keinen Indexbereich Was passiert, wenn ein unbekannter Schlüssel gesucht wird? >>> nummern [ Jean - Matthieu ] KeyError : 4 >>> nummern. has_key ( Severin ) True >>> Severin in nummern True Standardwerte Methode get liefert None bei nicht existierendem Schlüssel Optionaler zweiter Parameter für get definiert Standardwert >>> nummern. get ( Severin ) " " >>> nummern. get ( Jean - Matthieu, keine Nummer vorhanden ) keine Nummer vorhanden T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
35 Hands-On: Wörterbuch Schreiben Sie ein Wörterbuch GutenMorgen, dass die folgenden Begriffe enthält: Morgen Morning, Kaffee Coffee, Ueberleben Survive Übersetzung soll nur von deutsch nach englisch möglich sein Eingabe des deutschen Wortes (als Kommandozeilenparameter oder über stdin) soll das englische Pendant zurückliefern Fehlermeldung falls deutsches Wort nicht bekannt T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
36 Hands-On: Wörterbuch Schreiben Sie ein Wörterbuch GutenMorgen, dass die folgenden Begriffe enthält: Morgen Morning, Kaffee Coffee, Ueberleben Survive Übersetzung soll nur von deutsch nach englisch möglich sein Eingabe des deutschen Wortes (als Kommandozeilenparameter oder über stdin) soll das englische Pendant zurückliefern Fehlermeldung falls deutsches Wort nicht bekannt import sys GutenMorgen = { " Morgen ":" Morning ", \ " Kaffee ":" Coffee ", \ " Ueberleben ":" Survive " } mykey = sys. argv [1] if GutenMorgen. has_key ( mykey ): print GutenMorgen [ mykey ] else : print " Key unbekannt!" T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
37 Set Repräsentiert eine Menge Jedes Element ist maximal ein Mal in der Menge set ist veränderbar, Elemente müssen aber unveränderlich sein Kann initialisiert werden mit beliebiger Sequenz T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
38 Set Repräsentiert eine Menge Jedes Element ist maximal ein Mal in der Menge set ist veränderbar, Elemente müssen aber unveränderlich sein Kann initialisiert werden mit beliebiger Sequenz set (" Hallo ") # set ([ a, H, l, o ]) s= set ([3,1,2,3,"Bla ",2]) # set ([1, 2, 3, Bla ]) l = [2,8,7] s. difference (l) # set ([1, 3, Bla ]) s. intersection (l) # set ([2]) s. union (l) # set ([1, 2, 3, 7, 8, Bla ]) s. symmetric_difference (l) # set ([1, 3, 7, 8, Bla ]) s. issubset ([3,"Bla "]) # False s. issuperset ([3,"Bla "]) # True Weitere Methoden: add, remove,... bestimmte Operatoren auf sets unterstützt: -, ˆ,, & T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
39 Interaktion mit dem Betriebssystem Modul os Schnittstelle zu Funktionalitäten des Betriebssystems Variablen: import os os. environ # Dictionary mit Umgebungsvariablen os. linesep # Zeilenseparator ; \ r\ n win, \ n linux ausgewählte Methoden: os. getcwd () # current working directory os. chdir ( path ) # wechseln ins Verzeichnis path os. chmod (path, mode ) # chmod os. listdir ( path ) # ls os. mkdir ( path ) # mkdir os. rename (src, dst ) # mv os. remove ( path ) # rm... T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
40 Beispiel: Sloan Digital Sky Survey Aufgabe: Mehrere csv-dateien mit Messdaten verschiedener Läufe (Runs) Eine Datei pro Run (Dateiname=Runname) Spalte mit spez. Messung (Obs4) wird ermittelt Methode zum Einlesen der Daten in interne Datenstruktur Grafische Darstellung der Daten Ermittlung von Mittelwerten etc. T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
41 Beispiel: Sloan Digital Sky Survey Aufgabe: Mehrere csv-dateien mit Messdaten verschiedener Läufe (Runs) Eine Datei pro Run (Dateiname=Runname) Spalte mit spez. Messung (Obs4) wird ermittelt Methode zum Einlesen der Daten in interne Datenstruktur Grafische Darstellung der Daten Ermittlung von Mittelwerten etc. Folgendes wird geübt: Kontrollstrukturen Funktionen Module Dictionaries Dateizugriff Stringmanipulation mit s.split(chr) Reduce-Operationen (min, max, sum) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
42 Format der csv-dateien u-g g-r r-i i-z istquasar e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e Runs manuell erzeugt, Daten vgl. etc. T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
43 Nötige Module os für listdir, pylab zum plotten import os from pylab import * Ermitteln aller Runs Im Verzeichnis liegen beliebig viele csv-dateien def liesruns ( dir ): runliste = [] dateien = os. listdir ( dir ) for dateiname in dateien : if dateiname [ -4:] == ". csv ": runliste. append ( dateiname [: -4]) runliste. reverse () print runliste return runliste T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
44 Liste mit Messwerten (Obs4) eines Runs einlesen Datei zum Lesen öffnen Datei zeilenweise durchgehen Elemente der vorletzten Spalte extrahieren def liesmessung4 ( run ): datei = open ( run +. csv, r ) datei. readline () # Kopfzeile observations4 = [] for zeile in datei : spalten = zeile. split ( ) obs = spalten [ -2] observations4. append ( float ( obs )) datei. close () return observations4 T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
45 Automatisch alles einlesen Runnamen herausfinden Dateien Einlesen Speichern der Messwerte in einem Dictionary Berechnen von Mittelwerten etc. def init (): daten = {} runs = liesruns (".") for run in runs : daten [ run ] = {} daten [ run ][ obs4 ] = liesmessung4 ( run ) daten [ run ][ avg_obs4 ] = sum ( daten [ run ][ obs4 ]) \ / len ( daten [ run ][ obs4 ]) daten [ run ][ min_obs4 ] = min ( daten [ run ][ obs4 ]) daten [ run ][ max_obs4 ] = max ( daten [ run ][ obs4 ]) return daten T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
46 Plotten der Daten Details zum Plotten gibt es später def zeichneobs4 ( daten, runliste ): for run in runliste : plot ( daten [ run ][ obs4 ]) show () T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
47 Plotten der Daten Details zum Plotten gibt es später def zeichneobs4 ( daten, runliste ): for run in runliste : plot ( daten [ run ][ obs4 ]) show () Verwendung als Programm und Modul if name == main : daten = init () maxlen = max ([ len ( key ) for key in daten. keys ()]) for run in daten. keys (): name = run +" "*( maxlen - len ( run )) run_min = daten [ run ][ min_obs4 ] run_max = daten [ run ][ max_obs4 ] run_avg = daten [ run ][ avg_obs4 ] print "%s ( min / max / avg ): %6g, %6g, %6g" \ %( name, run_min, run_max, run_avg ) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
48 Plotten der Daten Details zum Plotten gibt es später def zeichneobs4 ( daten, runliste ): for run in runliste : plot ( daten [ run ][ obs4 ]) show () Verwendung als Programm und Modul if name == main : daten = init () maxlen = max ([ len ( key ) for key in daten. keys ()]) for run in daten. keys (): name = run +" "*( maxlen - len ( run )) run_min = daten [ run ][ min_obs4 ] run_max = daten [ run ][ max_obs4 ] run_avg = daten [ run ][ avg_obs4 ] print "%s ( min / max / avg ): %6g, %6g, %6g" \ %( name, run_min, run_max, run_avg ) Hands-On: Was machen wir genau mit maxlen? T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
49 Ausführung als Programm > python SDSS.py sdss_run2 ( min / max / avg ): , , sdss_run3 ( min / max / avg ): , , sdss_run1 ( min / max / avg ): , , T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
50 Ausführung als Programm > python SDSS.py sdss_run2 ( min / max / avg ): , , sdss_run3 ( min / max / avg ): , , sdss_run1 ( min / max / avg ): , , Ausführung als Modul >>> from SDSS import * >>> daten = init () >>> zeichneobs4 ( daten, daten. keys ()) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester 2017/
Module. Funktionalität zusammenfassen in einer separaten.py Datei Importieren Bibliotheksmodul (Schon verwendet: math)
Module Funktionalität zusammenfassen in einer separaten.py Datei Importieren Bibliotheksmodul (Schon verwendet: math) T. Neckel Einführung in die wissenschaftliche Programmierung IN8008 Wintersemester
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