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SFZ FN Sj. 13/14

Python 1 Grundlagen

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Python Die Sprache wurde Anfang der 1990er Jahre von Guido van Rossum in

Amsterdam als Nachfolger für die Programmier-Lehrsprache ABC entwickelt.Version 1: 1994

Sie wird an Unis häufig in Naturwissenschaften verwendet, aber auch z.B. bei Google

Rossum war und ist begeistert von Monty Python’s Flying Circus. Literatur:

– On-Line Kurs Bundeswettbewerb Informatikhttp://cscircles.cemc.uwaterloo.ca/using-website-de/

– Hello Words: Programmieren für Kids und andere es ist einfach zu lesen.

– A Byte of Python http://abop-german.berlios.de/ engl. Original: http://www.swaroopch.com/notes/Python

– Kaiser, Ernesti: Python Handbuch, Vers.2.5 http://openbook.galileocomputing.de/python/

– A Primer on Scientific Programmingsehr gut, aber anspruchsvollerhttp://ebooksplanet.net/others/5259-a-primer-on-scientific-programming-with-python-2nd-edition.html

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Informatikwettbewerb

Seit Jahren gibt es den Informatik-Wettbewerb http://www.bundeswettbewerb-informatik.de/

Auf dieser Seite wird seit Sept 2013 ein Kurs Python angeboten.http://www.bundeswettbewerb-informatik.de/index.php?id=644&tx_ttnews[tt_news]=229&cHash=26d80562dbd7960019acc5fdc3f3b431

Wir registrieren uns dort: http://cscircles.cemc.uwaterloo.ca/using-website-de/ Guru: seyboldt

Erste HA: Bearbeite Kapitel 0,1,2

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Python mit der IDE Eclipse

Start von EcPy EcPy = Python mit Eclipse portable

Kopiere es von P:\Freigabe\PoProgs\Informatik nach H:\ und auf den Stick

Klicke auf StarteEcPy in EcPy. Wähle als Workstation den vorgeschlagenen Ort. Erstelle einen Projekt PyK01 (>File>new >PyDev

Projekt >Gib den Namen PyK01 ein >Finish) Gehe beim Projekt PyK01 zu scr, klicke mit der rM

auf scr und >PyDev Package >Wähle den Namen A >finish

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Modul = Programm A_eins.py

Ein Python-Programm heißt auch Modul:klicke mit rM auf das Package A >new >Pydev Modul und gib a_eins ein

Unterschied zur Shell– Eine Programmzeile wird nicht ausgeführt, wenn man die Returntaste

drückt, sondern erst, wenn man das Programm mit startet. Die Ausgabe erfolgt im mittleren Fenster unten.Man erstellt Programme mit vielen Zeilen, die beim Starten alle ausgeführt werden (und erst dann!)

– Steht in einer Zeile z.B. 3+4 so wird nicht 7 wie in der Shell angezeigt, sondern nichts.Man muss stattdessen print 3+4 eingeben und dann das Programm mit starten

Schreibe den Code von a_eins.py (in PyK01_Loes/src) ab. Starte den Moduls mit einem Klick auf

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Variablen

Variable sind Speicherplätze oder Notizzettel Wir unterscheiden zwischen

– Ganzen Zahlen – int() - integer– Reellen Zahlen – float() – floating point– Zeichenketten – str() – strings– und anderen (später)

In der Variablen x speichert man mit x=3.5 einen Wert ab – oder mit s = “Das ist ein Text“Wenn man eine Variable das erst Mal benennt, wird der Speicherplatz erzeugt und mit dem Wert auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens belegt.

MERKE: Das Gleichheitszeichen ist ein Zuweisungsoperator– links steht die Variable– rechts steht ein Rechenausdruck, dessen Ergebnis in der Variable

abgespeichert wird.

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Anzeigen von Variablen

print var1 Oder

cf=11.0d=3q=cf/dprint " Es ist %0.2f, durch %i = %1.4f" %(cf,d,q)

Steht in einem String %i, %2.5f oder %s, so muss nach dem String ohne Komma ein %(..) folgen, in dem die Variablen in der Reihenfolge stehen, wie sie im String als %... referenziert stehen.

%s = String%i = Ganze Zahl (int)%10.6f = Dezimal Zahl (float) mit mindestens 10 Ziffern insgesamt und höchstens 6 Nachkommastellen.

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Eingabe

Will man Daten während des Programms über die Tastatur eingeben, geht dies am einfachsten mit raw_input(„Info: "), siehe b_Eingabe.py

Oder mit EasyGUI (und vielen anderen GUI-Tools, GUI = Graphical User Interface)siehe b_Eingabe2Fenster.pyOder http://easygui.sourceforge.net/tutorial/

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Bedingung if, c_if.py Programme sollen je nach Eingabe (oder Zustand bestimmter Daten)

verschiedene Dinge tun. if x<y:

min=x print („Bedingung x<y erfüllt")elif x==y: # == ist das mathematische Gleichheitszeichen

min=x # = ist der Zuweisungsoperator print („Bedingung x=y erfüllt")

else: min=y print („Bedingungen x<y und y==x falsch")

print min

Aufgabe: Erstelle ein Programm, das abhängig von der Note ein Lob oder einen Tadel ausspricht.

Vergleichoperatoren: ==, >,>=,<,<=, != (siehe S. 73) Zwei Bedingungen sollen gleichzeitig gelten: and Es soll mindestens eine Bedingung gelten: or Negation der Bedigung: not

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For-Schleife, d_for.py

for i in liste: a=a+i Die Liste kann man auf verschiedene Arten

bestimmen: – [1,2,5,8,9]– range(a,b):

Alle ganzen Zahlen von a bis unter b (also ohne b!)– range(b):

Alle ganzen Zahlen von 0 bis unter b (also ohne b!)– range(a,b,d):

Alle ganzen Zahlen beginnend mit a, a+d, a+2d, … bis unter b (b ist nicht mehr dabei)

– [“str2“, “str2“]:Die Liste kann auch Strings (oder andere Listen)

als Elemente enthalten continue: macht beim nächsten Durchgang

weiter, break: Beendet die Schleife

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Schleifen Muss man immer wieder dasselbe in leichten Variationen berechnen, so

wendet man sinnvollerweise das Konstrukt Schleife an. Ziel: Berechne Neuer Modul d_Schleifen

def bsp(a,b): s=0 for k in range(a,b+1): s=s+6*k*k*i+5*sqrt(k) return sprint bsp(8,89)

for in in range(a,b,n): alle ganzen Zahlen von a (einschließlich) bis b (ausschließlich, mit der Schrittweite d.

Aufgaben: – Berechne die Summe der Zahlen von 1 bis 100 000– Berechne die Summe der Quadratzahlen von 500 bis 2 000 000

(Hierzu benötigt der Pc ein paar Sekunden Zeit!)– Berechne die 500! (500 Fakultät

89

3

k 8

s 6 k 5 k

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Methoden / f_parabel.py

In der Mathematik hat sich das Objekt Funktion bewert. Im einfachsten Fall ist eine Funktion ein Algorithmus, der jeder Eingabezahl x einen Funktionswert y zuordnet.

Das kann man in Python einfach programmieren.def parabel(x):

y=3*x*x-0.2*x-3

return y

x=3.2

y=parabel(x)

print "x=", x, " // y=", y

Siehe f_parabel.py

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Graph: g_FunktionenPlotSWGui.py

Eine Parabel zeichnen g_FunktionenPlotSWGui.py

Version mit sich bewegenden Kreis: g_FunktionenPlotSWGui2.py

Zwei Funktionensiehe g_FunktionenPlotSWGui3.py

Später (- oder besser: Jemand heute, der viel mit Graphen arbeit -) verwendet man vor allem die Methoden von matplotlib, siehe h_plot01_zweiFkten.py

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Weiter – oder noch was üben?

Falls Du noch etwas üben möchtest, oder noch ein paar Ergänzung kennen lernen, gehe zu den nächsten Folien

Ansonsten gehe zu Folie 18

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Mitternachtsformel, c_MNF

Die Gleichung hat die Lösungen

from math import sqrt # Damit man die Wurzel benutzen kann.#Eingabe der drei Koeffizientena,b,c =…diskriminante=b*b-4*a*cif diskriminante<0: print "Die Gleichung hat keine reelle Lösung"elif diskriminante==0: print "Die einzige Lösung ist %.4f" %(-b/2/a)else: x1=(-b+sqrt(diskriminante))/2/a x2=(-b-sqrt(diskriminante))/2/a print "Die Gleichung hat zwei Lösungen, nämlich\n\ x1=%.3f und x2=%.3f" %(x1,x2)

2ax bx c 0 2

1/ 2

b b 4acx

2a

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Weitere Aufgaben k_SumN.py: Addiere die ersten n Quadratzahlen k_HarmonN.py: Bestimme 1+1/2+1/3+1/4 … für große n

Vorsicht: 1/n=0, falls n>1 und n ganze Zahl, … float(n) … k_PiNaeherungN.py: Bestimme 1-1/3+1/5-1/7+-…. Für große n

Bem.: Die Folge p(n) = 1-1/3+1/5-1/7+..+(-1)^(n-1)*1/(2n-1)ist für große n fast π/4Frage: Wie könnte man einen alternierenden Vorzeichenwechsel programmieren?

k_Folge3aP1.py: Die 3a+1-Folge bestimmt sich folgendermaßen: Ist an gerade, so ist an+1=an/2, sonst 3*an+1.

Bem.: Bisher führten alle Folgen schließlich zur Zahl 1, allerdings ist bis heute nicht bekannt, ob wirklich alle Folgen bei 1 enden. (siehe Collatz-Problem bei Wiki)

If (i%2)==0: Wenn i bei der Division durch 2 den Rest 0 hat, ist sie gerade. k_FizzBuzz.py: FizzBuzz ist ein Spiel aus Frankreich.

– Schüler müssen reihum eins addieren. – Wenn die Zahl ein Vielfaches von 5 ist, müssen sie statt der Zahl Fizz sagen,

wenn die Zahl ein Vielfaches von 7 ist, Buzz. – Damit die Sache aber nicht zu einfach ist, müssen sie bei einer Zahl, die

sowohl ein Vielfaches von 5 als auch von 7 ist, FizzBuzz sagen

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Würfeln

Wuerfeln1.py: Würfle 10 mal und zeige die Augenzahlen an:from random import *random() Zahl x mit 0<=x<1Wurf=int(random()*6+1) # liefert die Wurfzahlen.

Wuerfeln2.py: Würfle zweimal und bilde die Augensumme. Wie groß sind die relativen Häufigkeiten der möglichen Augensummen bei 100000 Würfen?

Listen erzeugen:liste=[3*i+4 for i in range(34)] oderH=list(0 for i in range(13))

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Funktionen = Methoden Wenn Programme größer werden, muss man sie gliedern –

so wie man Bücher in Kapitel einteilt. Funktionen (Codebausteine) > Objekte (abgeschlossene

Einheiten) > Moduln (eigenständige Dateien) Eine einfache Funktion, siehe wuerfeln01.py:

def wuerfle(): zz=random() wurf=int(zz*6+1) return wurf

Aufruf: wurf=wuerfle() Aufgabe: Schreibe ein Programm wuerfeln02.py, das eine

Methode wuerfle2() enthält, die zweimal würfelt und die Augensumme zurückgibt.

Globale Variable <-> lokale Variable

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Aufgaben Funktionen Aufgabe 1: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc1, das mit einer

Methode wuerfle() 30 mal würfelt Aufgabe 2: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc2, das mit einer

Methode wuerfle() 60 000 mal würfelt und anschließend anzeigt, wie oft ein Wurf geworfen wurde.

Aufgabe 3: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc3, das mit einer Funktion wuerfle2() 100 000 mal mit zwei Würfeln würfelt und anschließend anzeigt, wie groß die relative Häufigkeit der Augenzahlen ist.

Aufgabe 3: Schreibe ein Programm wuerfleSechs, das 7 000 mal so lange würfelt, bis eine Sechs geworfen wurde. Welcher Mittelwert ergibt sich dabei? Wie sieht die Verteilung aus?

Aufgabe 4: Lese Sande Kap 13, S. 137-152 Aufgabe 5: Mwst.py: Erstelle ein Programm, das die Mehrwertsteuer

berechnet und den Gesamtwert zurückgibtJ etzt ist eine Pause nötig!J etzt ist eine Pause nötig!

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Primzahlen SiebDesEratosthenes.py:

Bestimme mit dem Sieb des Eratosthenes alle Primzahlen bis zu einer eingegebenen Zahl

Programm: Primzahlen01.py:– Schreibe alle Zahlen bis n auf ein Blatt.– Streiche alle 2er-Zahlen– Streiche alle 3er-Zahlen– Gehe einfach weiter und streiche alle Mehrfache der Zahlen, die noch

nicht gestrichen sind

Erstelle ein Programm Primzahlen01.py, das die Primzahlen bis zu einer einzugebenden Zahl berechnet. Schreibe dazu eine Methode.

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Literatur zu Python Offizielle Doku: http://www.python.org/doc/ Python Homepage http://www.python.org/ Python-wiki

http://wiki.python.org/moin/GermanLanguage Python-Kurs http://www.python-kurs.eu/kurs.php Python-Kurs http://www.wspiegel.de/pykurs/kurs_index.htm Kurze Zus.:

http://www.thomas-guettler.de/vortraege/python/einfuehrung.html How to Think like a Computer Scientist

http://openbookproject.net/thinkcs/python/english2e [Old] Reinhard Oldenburg: Mathematische Algorithmen im Unterricht,

Teubner 2011 [PyTut] Das offizielle Python-Tutorial, siehe

http://docs.python.org/2/tutorial/ [SymPy] Symbolisch rechnen mit Python, siehe

http://docs.sympy.org/dev/tutorial/tutorial.de.html

IDE Pydev http://pydev.org/