Informatika2-2013/Eloadas Python

A MathWikiből
A lap korábbi változatát látod, amilyen Rpalovics (vitalap | szerkesztései) 2013. május 4., 11:52-kor történt szerkesztése után volt.

Tartalomjegyzék

Bevezetés a Python nyelvbe

A Pythont ismerjük a Sage-ből. Különbségek:

  • ^ helyett ∗∗, / osztást, // egészosztást jelöl.
  • [a..b] helyett range(a,b), vagy xrange(a,b)
  • A megszokott, beépített matematikai függvények hiánya (find_root, plot, is_prime).
  • Nincsenek szimbolikus változók

A Python egy olyan általános körben használható magas szintű programozási nyelv, aminek az egyik alapelve az olvasható kód írása egy nagyon tiszta szintaxis használatával. 1991-ben alkotta meg Guido Van Rossum.

További jellemzők

  • objektum orientált (imperatív, procedurális), funkcionális
  • sok beépített modul a fejlesztés megkönnyítésére
  • dinamikus típus kezelés
  • automatikus memóriakezelés
  • többféle megvalósítás (CPython, Jython, IronPython, PyPy, Python for S60)
  • open-source a főbb platformokra

Python kód futtatása

A kód futtatható interpreter konzolon belül és külső fájlban tárolva.

  • Nyiss egy új file-t pl. a gedit-ben, mentsd el "kerdez.py" néven egy könyvtáradba!
  • Írd bele a következő python kódot (ne használj ékezeteket):
s = input("Mondj egy szamot: ")
print "Ennel eggyel kisebbet mondtal: ", str(s + 1)
  • Mentsd el, és futtasd a scriptedet! (python kerdez.py)
  • Most kicsit kiegészítjük a scriptet, hogy tartalmazhasson ékezetes betűket, és hogy kényelmesebben futtatható legyen (a python parancs begépelése nélkül is):
#!/usr/bin/python
#coding=UTF-8
s = input("Mondj egy számot: ")
print "Ennél eggyel kisebbet mondtál: ", str(s + 1)
  • Mentsd el, és adj rá futtatási jogot csak magadnak (chmod +x kerdez.py)!
  • Futtasd így: kerdez.py vagy így: ./kerdez.py
  • A kód második sora lehet ez is:
# -*- coding: utf-8 -*-

Kódolás stílusa

Stílus (code style) a PEP 8 alapján

  • használj mindig 4 space-t minden egyes szinthez, de a folytatósort kezd még beljebb,
  • a nagyobb kódrészeket tagold üres sorokkal (függvény, osztály, nagyobb kód blokk)
  • használj space-t a vesző után és az operátorok mellett
  • használj docstring-et és ahol lehet a megjegyzés a saját sorára vonatkozzon
  • ahol lehet használj ASCII karakterkódolást
  • 79 karakternél ne legyen hosszabb egy sor (elvben 80)
  • CamelCase elnevezési konvenciót kövesse az osztályok neve és lower_case_with_underscores a függvények és változók nevei

Érdemes megnézni a Google python code style ajánlását is.

Docstring

A hivatkozás nélküli string elemet szokás használni megjegyzések írására és dokumentálásra.

"""This is a class of example.
 
TODO: needs implementation.
"""

Első sort nagybetűvel kezdjük és pontal zárjuk. Egy összefoglaló mondat legyen. Majd egy üres sort hagyva részletesen leírhatunk minden funkciót amit az osztály vagy függvény tartalmaz.

Hasznos linkek:


A Python eljárásközpontú (procedurális) programozásának elemei

Adattípusok

Az adatokat többszöri felhasználásra azonosítóval (névvel) láthatjuk el.

Azonosítók

  • a név betűvel vagy aláhúzással kezdődhet: [_a-zA-Z]
  • a név további karakterei az előbbieken felül számok is lehetnek: [_a-zA-Z0-9]
  • elméletileg bármilyen hosszú lehet a név
  • név nem lehet foglalt szó
  • nagybetü kisbetü érzékeny, tehát a val1 név nem azonos a Val1 névvel

Másképp, Backus–Naur formában leírva:

identifier ::=  (letter|"_") (letter | digit | "_")*
letter     ::=  lowercase | uppercase
lowercase  ::=  "a"..."z"
uppercase  ::=  "A"..."Z"
digit      ::=  "0"..."9"

A foglalt szavak: and del from not while as elif global or with assert else if pass yield break except import print class exec in raise continue finally is return def for lambda try De ne használjuk a Python beépített neveinek, függvényeinek, kivételeinek neveit sem. Ezek megkaphatók a dir(__builtins__) paranccsal:

>>> dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', '__package__']
>>> dir(__builtins__)
['ArithmeticError', 'AssertionError', ......

Egészszerű adattípusok: egész (int, long), logikai (bool)

int (egész) és hosszú egész (long)

>>> a = 12
>>> b = 0b011101
>>> c = 0o3701
>>> d = 0xff0c
>>> a, b, c, d
(12, 29, 1985, 65292)
>>> e = 22222222222222222222222222222222222222222
>>> e
22222222222222222222222222222222222222222L
>>> type(a), type(b), type(e)
(<type 'int'>, <type 'int'>, <type 'long'>)

Műveletek egészekkel: +, -, *, / (float eredményt ad), //, % (maradék), **, abs, pow, round, | (OR butenként), ^ (XOR bitenként), & (AND bitenként), <<, >> (eltolás bitenként), ~ (bitenkénti NOT)

Logikai (bool) típus:

Logikai értékek: False (0), True (nem 0)

Logikai műveletek: and, or, not

>>> True and False
False
>>> 1 and 0
0
>>> 3 and 0
0
>>> 3 or 1
3
>>> 1 or 3
1
>>> not 67
False
>>> not 0
True

Beépített lebegőpontos típusok (float, complex)

A műveletek eredménye NaN (not a number) és infinity is lehet!

Lebegőpontos szám megadása:

>>> 2.3, -1.2e3, -1.2e-2
(2.2999999999999998, -1200.0, -0.012)

Matematikai függvények:

import math

után. Ld. [1]

Komplex szám imaginárius része után j betű, de * nincs! Komplex jellemzői (attribute) a real és az imag, tagfüggvénye (method) conjugate():

>>> z = 3.1 + 2.2j
>>> z
(3.1000000000000001+2.2000000000000002j)
>>> z.real
3.1000000000000001
>>> z.imag
2.2000000000000002
>>> z.conjugate()
(3.1000000000000001-2.2000000000000002j)

Karakterláncok (str)

A karakterláncok megadása: "...", '...' vagy """...""" módon történhet:

>>> a="""itt 'ez' meg "az" van"""
>>> a
'itt \'ez\' meg "az" van'
>>> print a
itt 'ez' meg "az" van
>>> type(a)
<type 'str'>
 
>>> c = 'aa\nbb'   
>>> c
'aa\nbb'
>>> print c
aa
bb
 
>>> d = r'aa\nbb'  # az r betű után minden karakter magát jelenti
>>> d
'aa\\nbb'
>>> print d
aa\nbb

Védőkódok (escape characters): \ (folytatás új sorban), \\ (\), \' ('), \" ("), \n (új sor), \t (tab). Ha a karakterlánc elé r betűt írunk, a védőkódok nem érvényesek.

Műveletek karakterláncokkal: indexelés és szeletelés:

lánc[sorszám]
lánc[kezdet:vég]
lánc[kezdet:vég:lépés]

továbbá az + (összefűzés) és a * (többszörözés) műveletek:

>>> a = "ho"
>>> b = "rgasz"
>>> 3*a + b
'hohohorgasz'
 
>>> c = _       # _ az előző eredmény
>>> c
'hohohorgasz'
>>> c[:2]+c[6:]
'horgasz'
>>> c[1:7:2]
'ooo'
>>> c[1:6:2]
'ooo'
>>> c[-1::-1]
'zsagrohohoh'
>>> c[-3:4:-1]
'agro'

Tagfüggvények: részletesen lásd [2]. Folytatva az előző példát:

>>> c.capitalize()
'Hohohorgasz'
>>> c.upper()
'HOHOHORGASZ'
>>> c.index('o')
1
>>> c.count('o')
3

A karakterláncok nem változtatható (immutable) objektumok, vagyis a műveletek, tagfüggvények alkalmazása után új karakterlánc keletkezik:

>>> a = "aaaa"
>>> a[1] = b
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment


Objektumhivatkozások

Az értékadás (=) esetén valójában objektumhivatkozás történik, azaz az egyenlőség bal oldalán álló névhez egy hivatkozás kapcsolódik, mely az egyenlőség jobb oldalán álló objektumra mutat. Ez érthetővé teszi a következő kódot:

>>> a = 1
>>> b = a
>>> a = 2
>>> a
2
>>> b
1

A Python dinamikusan típusos nyelv, azaz az objektum, amire egy objektumhivatkozás mutat, lecserélhető egy más típusú objektumra (nem kell a változók típusát deklarálni).

>>> a = 1
>>> type(a)
<type 'int'>
>>> a = "b"
>>> type(a)
<type 'str'>

Gyűjteményes adattípusok

Sorozatszerű típusok: str, list, tuple

Tuladonságaik: bejárhatók, in, len(), []

Sorozat (tuple) változtathatatlan (immutable), mint a karakterlánc, műveletei: szeletelés [], összefűzés (+), szorzás (*), összehasonlítás, tagsági viszony (in, not in)

>>> t = ()
>>> t
()
>>> t = 1, 5, 5, 5, 3   # itt elhagyható a zárójel
>>> t
(1, 5, 5, 5, 3)
>>> t[1]
5
>>> t.index(3)
4
>>> t.count(5)
3


lista - változtatható (mutable) [3]

>>> l[1:4:2] = [7, 8]
>>> l
[1, 7, 3, 8, 5]
>>> l.remove(7); l
[1, 3, 8, 5]
>>> l.reverse(); l
[5, 8, 3, 1]
>>> l.append(99); l
[5, 8, 3, 1, 99]
>>> l += [55, 66]
>>> l
[5, 8, 3, 1, 99, 55, 66]
>>> l.pop()
66
>>> l
[5, 8, 3, 1, 99, 55]

Halmaztípusok: halmaz (set)

Lásd [4]

>>> s = set([5,6,7,8,6])
>>> s
set([8, 5, 6, 7])
>>> s2 = set()
>>> s2
set([])
>>> s2 = s.copy()
>>> s2
set([8, 5, 6, 7])
>>> s2.add(6)
>>> s2.add(11)
>>> s2
set([8, 11, 5, 6, 7])
>>> s2.difference(s)
set([11])
>>> s2.discard(11)
>>> s2.difference(s)
set([])
>>> s2.intersection(s)
set([8, 5, 6, 7])
>>> s2.update([5,4,3])
>>> s2
set([3, 4, 5, 6, 7, 8])
>>> s2.discard(2)
>>> s2
set([3, 4, 5, 6, 7, 8])
>>> s2.remove(3)
>>> s2
set([4, 5, 6, 7, 8])
>>> s2.remove(3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 3
>>> s
set([8, 5, 6, 7])
>>> s.union(set([56,5]))
set([56, 5, 6, 7, 8])
>>> s
set([8, 5, 6, 7])
>>> s2
set([4, 5, 6, 7, 8])
>>> s.clear()
>>> s
set([])

Megfeleltetési típusok: szótár (dict)

Lásd [5]

>>> d = dict()
>>> d
{}
>>> d = {}
>>> d
{}
>>> d = {'fn':'Marci', 'ln':'Pala', 2:89}
>>> d
{'ln': 'Pala', 2: 89, 'fn': 'Marci'}
>>> d[2]
89
>>> d['ln']
'Pala'
>>> d2 = d.copy()
>>> d2
{'ln': 'Pala', 2: 89, 'fn': 'Marci'}
>>> d2[2] = 8
>>> d2
{'ln': 'Pala', 2: 8, 'fn': 'Marci'}
>>> d
{'ln': 'Pala', 2: 89, 'fn': 'Marci'}
>>> d.update([("t",3),('b',6)])
>>> d
{'ln': 'Pala', 2: 89, 'b': 6, 't': 3, 'fn': 'Marci'}
>>> d2
{'ln': 'Pala', 2: 8, 'fn': 'Marci'}
>>> d.values()
['Pala', 89, 6, 3, 'Marci']
>>> d.pop('b')
6
>>> d
{'ln': 'Pala', 2: 89, 't': 3, 'fn': 'Marci'}
>>> d.keys()
['ln', 2, 't', 'fn']
>>> d.items()
[('ln', 'Pala'), (2, 89), ('t', 3), ('fn', 'Marci')]
>>> d.clear()
>>> d
{}
>>> len(d)
0
>>> d2
{'ln': 'Pala', 2: 8, 'fn': 'Marci'}

Listaértelmezések (list comprehension)

Rövid listák létrehozásának egyszerű módja. Általános alakja:

[expression for expr in sequence1
            if condition1
            for expr2 in sequence2
            if condition2 
            ...
            for exprN in sequenceN
            if conditionN]

Kis programrészek helyettesíthetők vele. Például soroljuk fel a szökőéveket 1890 és 1915 között.

szoko = []
for ev in range(1890, 1922):
    if (ev%4 == 0 and ev%100 != 0) or (ev%400 == 0):
        szoko.append(ev)
print szoko
[1892, 1896, 1904, 1908, 1912, 1916, 1920]

Lépésenként egyre összetettebb listaértelmezéssel állítsuk elő ugyanezt:

>>> szoko = [ev for ev in range(1890, 1915)]
>>> szoko    # ez még az összes év
[1890, 1891, 1892, 1893, 1894, 1895, 1896, 1897, 1898, 1899, 1900, 1901, 1902, 1903, 1904, 1905, 1906, 1907, 1908, 1909, 1910, 1911, 1912, 1913, 1914]
>>> szoko = [ev for ev in range(1890, 1915) if ev%4 == 0]
>>> szoko    # ez a 4-gyel osztható évek listája
[1892, 1896, 1900, 1904, 1908, 1912]
>>> szoko = [ev for ev in range(1890, 1915) 
                if (ev%4 == 0 and ev%100 != 0) or ev%400 == 0]
>>> szoko
[1892, 1896, 1904, 1908, 1912]

Egy hasonló feladat: Hányféleképp lehet nyolc királynőt föltenni egy sakktáblára, hogy semelyik kettő ne üsse egymást?

Az ilyen bástyaelhelyezések száma 8! = 40320. A királynők azonban átlósan is üthetik egymást. Az i-edik és j-edik sorban lévő királynő pontosan akkor üti egymást, ha abs(i - j) != abs(x[i] - x[j]). A permutációk listázásához töltsük be az itertools csomag permutations függvényét, mely a for ciklus minden ciklusában ad egy övetkező permutációt, amíg a végére nem ér. Így a megoldás:

from itertools import permutations
for x in permutations(range(8)):
    if all([i == j or abs(i - j) != abs(x[i] - x[j]) 
                 for i in range(8) for j in range(8)]):
        print x

Gyűjtemények másolása (sekély és mély másolás)

Az értékadás (=) csak objektumhivatkozással jár, nem történik adatmásolás. Ennek következtében egy y = x parancs után, ahol x gyűjteményes adattípus, az y ugyanarra az objektumra fog mutatni. Így ha megváltoztatjuk x-et vagy y-t, változik a másik is. Az objektumhivatkozások megtörténhetnek egy szinttel mélyebben is, a (z = x[:] kód esetén az x elemeire mutató hivatkozások másolódnak, de ekkor sem jön létre a teljes objektumról másolat. Ezt hívjuk sekély másolásnak (shallow copy).

>>> x = [1, 2, ["a","b"]]
>>> y = x
>>> z = x[:]
>>> y[0] = 0
>>> x, y, z
([0, 2, ['a', 'b']], [0, 2, ['a', 'b']], [1, 2, ['a', 'b']])
>>> z[0] = 5
>>> x, y, z
([0, 2, ['a', 'b']], [0, 2, ['a', 'b']], [5, 2, ['a', 'b']])
>>> x[2][0] = "X"
>>> x, y, z
([0, 2, ['X', 'b']], [0, 2, ['X', 'b']], [5, 2, ['X', 'b']])

Mély másolás (deep copy), amikor valóban új példány keletkezik az objektumból:

import copy
w = copy.deepcopy(x)

Műveletek, operátorok

Logikai értéket visszaadó műveletek

Azonossági művelet

Az alábbi példában a és b még azonos, mert ugyanarra az objektumra hivatkoznak, de a c és d már nem azonosak, bár egyenlők:

>>> a = 2
>>> b = 2
>>> a is b
True
>>> c = [1, 2, 3]
>>> d = [1, 2, 3]
>>> c is d
False
>>> c == d
True

Összehasonlító műveletek

Nem csak a számok, de karakterláncok, sorozatok, listák... is összehasonlíthatók (==, !=, <, >, <=, >=):

>>> a = 23
>>> b = 56
>>> a == b
False
>>> a != b
True
>>> a <= b
True
>>> c = "abc"
>>> d = "abcd"
>>> c == d[:3]
True
>>> c < d
True
>>> (2, 1, 3) <= (2, 1, 4)
True

Tagsági műveletek

in, not in:

>>> l = [1, 2, "cica"]
>>> 2 in l
True
>>> "macska" not in l
True
>>> "c" in l[2]
True
>>> "ci" in l[2]
True
>>> "ci" in l
False


Logikai műveletek

and, or, not (ld. fönt)

Operátorok precedenciája

Az operátorok között, mint a matematikában itt is, van precedencia sorrend:

Operator Description
lambda Lambda expression
if – else Conditional expression
or Boolean OR
and Boolean AND
not x Boolean NOT
in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, <>, !=, == Comparisons, identity test, including membership test
| Bitwise OR
^ Bitwise XOR
& Bitwise AND
<<, >> Shifts
+, - Addition and subtraction
*, //, /, % Multiplication, division, remainder
+x, -x, ~x Positive, negative, bitwise not
** Exponentiation
x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute Subscription, slicing, call, attribute reference
(expressions...), [expressions...], {key:datum...}, `expressions...` Binding or tuple display, list display, dictionary display, string conversion

A sage, python a kifejezéseket balról jobbra értékeli ki, kivéve az értékadásnál, amikor előbb a jobb oldalt értékeli ki, majd a bal oldalt. Pl. a logikai kifejezés elemeit ha mar felesleges nem értékeli ki.

Vezérlési szerkezetek

  • Elágazás
    • if (elif, else)
  • Ciklusok
    • while (else)
    • for (else)
    • break, continue
  • Lényeges, hogy a while és for ciklusokhoz itt hozzárendelhető else ág. Ezek használatát mutatja be az alábbi két példa:
while condition:
    handle_true()
else:
    # condition is false now, handle and go on with the rest of the program
    handle_false()
for value in values:
    if value == 5:
        print "Found it!"
        break
else:
    print "Nowhere to be found. :-("


Függvények

  • Python ban is van lehetőség függvények definiálására és hívására.
  • Függvényeknek itt is lehetnek paraméterei
  • Ha rögzítjük a paraméterszámot, akkor ennek megfelelően kell hívnnk a függvényt.
  • Lehetséges előre beállított paraméterekkel való hívás is. Ebben az esetben, az egyértelműség miatt a definiáláskor hátul adunk meg minen előre is definiált paramétert.
  • Példa
def a_d_test(fv, vert = 1):
  return fv * vert
 
a_d_test(5,2)
10
a_d_test(5)
5

Kivételkezelés

Bemenet, kimenet

Lsd. gyakorlaton

A Python objektumközpontú programozásának elemei

Személyes eszközök