Лабораторная работа 2.1 (2)

Лабораторная работа 2.1 Основы языка
Python
Цель работы: исследование процесса установки и базовых возможностей языка Python версии
3.x.
Теоретическое обоснование
Версии языка Python
На сегодняшний день существуют две версии Python - это Python 2 и Python 3, у них отсутствует
полная совместимость друг с другом. На момент написания статьи вторая версия Python ещё
широко используется, но, судя по изменениям, которые происходят, со временем, он останется
только для того, чтобы запускать старый код. В нашей с вами работе, мы будем использовать
Python 3, и, в дальнейшем, если где-то будет встречаться слово Python, то под ним следует
понимать Python 3. Случаи применения Python 2 будут специально оговариваться.
Установка Python
Для установки интерпретатора Python на ваш компьютер, первое, что нужно сделать - это скачать
дистрибутив. Загрузить его можно с официального сайта, перейдя по ссылке https://ww
w.python.org/downloads/.
Установка Python в Windows
Для операционной системы Windows дистрибутив распространяется либо в виде исполняемого
файла (с расширением exe), либо в виде архивного файла (с расширением zip). Если вы
используете Windows 7, не забудьте установить Service Pack 1!
Порядок установки.
1. Запустите скачанный установочный файл.
2. Выберет способ установки.
В данном окне предлагается два варианта Install Now и Customize installation. При выборе Install
Now, Python установится в папку по указанному пути. Помимо самого интерпретатора будет
установлен IDLE (интегрированная среда разработки), pip (пакетный менеджер) и документация, а
также будут созданы соответствующие ярлыки и установлены связи файлов, имеющие расширение
.py с интерпретатором Python. Customize installation - это вариант настраиваемой установки. Опция
Add python 3.5 to PATH нужна для того, чтобы появилась возможность запускать интерпретатор без
указания полного пути до исполняемого файла при работе в командной строке.
3. Отметьте необходимые опций установки (доступно при выборе Customize installation)
На этом шаге нам предлагается отметить дополнения, устанавливаемые вместе с
интерпретатором Python. Рекомендуется выбрать все опции.
Documentation - установка документаций.
•
pip - установка пакетного менеджера pip.
• tcl/tk and IDLE - установка интегрированной среды разработки (IDLE) и библиотеки для
построения графического интерфейса (tkinter).
4. Выберете место установки (доступно при выборе Customize installation)
Помимо указания пути, данное окно позволяет внести дополнительные изменения в процесс
установки с помощью опций:
• Install for all users - Установить для всех пользователей. Если не выбрать данную опцию, то
будет предложен вариант инсталляции в папку пользователя, устанавливающего
интерпретатор.
• Associate files with Python - Связать файлы, имеющие расширение .py, с Python. При выборе
данной опции будут внесены изменения в Windows, позволяющие запускать Python скрипты по
двойному щелчку мыши.
•
Create shortcuts for installed applications - Создать ярлыки для запуска приложений.
• Add Python to environment variables - Добавить пути до интерпретатора Python в переменную
PATH.
•
Precomple standard library - Провести прекомпиляцию стандартной библиотеки.
Последние два пункта связаны с загрузкой компонентов для отладки, их мы устанавливать не
будем.
5. После успешной установки вас ждет следующее сообщение.
Установка Python в Linux
Чаще всего интерпретатор Python уже в входит в состав дистрибутива. Это можно проверить
набрав в терминале
$ python
или
$ python3
В первом случае, вы запустите Python 2 во втором - Python 3. В будущем, скорее всего, во всех
дистрибутивах Linux, включающих Python, будет входить только третья версия. Если у вас, при
попытке запустить Python, выдается сообщение о том, что он не установлен, или установлен, но не
тот, что вы хотите, то у вас есть два пути: а) собрать Python из исходников; б) взять из репозитория.
Для установки из репозитория в Ubuntu воспользуйтесь командой
$ sudo apt-get install python3
Установка Anaconda
Для удобства запуска примеров и изучения языка Python, настоятельно рекомендуется установить
на свой ПК пакет Anaconda. Этот пакет включает в себя интерпретатор языка Python (есть версии 2
и 3), набор наиболее часто используемых библиотек и удобную среду разработки и исполнения,
запускаемую в браузере.
Для установки этого пакета, предварительно нужно скачать дистрибутив https://www.continuum.i
o/downloads.
Установка Anaconda в Windows
1. Запустите скачанный инсталлятор. В первом появившемся окне необходимо нажать “Next”.
2. Далее следует принять лицензионное соглашение.
3. Выберете одну из опций установки:
Just Me - только для пользователя, запустившего установку;
All Users - для всех пользователей.
4. Укажите путь, по которому будет установлена Anaconda.
5. Укажите дополнительные опции:
• Add Anaconda to the system PATH environment variable - добавить Anaconda в системную
переменную PATH
• Register Anaconda as the system Python 3.5 - использовать Anaconda, как интерпретатор
Python 3.5 по умолчанию.
Для начала установки нажмите на кнопку “Install”.
5. После этого будет произведена установка Anaconda на ваш компьютер.
Установка Anaconda в Linux
1. Скачайте дистрибутив Anaconda для Linux, он будет иметь расширение .sh, и запустите
установку командой:
$ bash имя_дистрибутива.sh
В результате вы увидите приглашение к установке. Для продолжения процессе нажмите “Enter”.
▼
Terminal-tester@>tester-VirtualBox:'/Downloads
-+x
File Edit View Terminal Tabs Help
WARNING: The “syslog" option is deprecated
Enter tester's password: session setup failed: NTSTATUS LOGON FAILURE tester@testerVirtualBox:/etc/samba$ cd - tester@tester-VirtualBox:~S Is code dist
Downloads
Music
Public
Templates
vm
Desktop
Documents lab
Pictures
temp
Videos
winetest
tester@tester-VirtualBox:~$ cd Do bash: cd: Do: No such file or directory
tester@tester-VirtualBoxcd Downloads/ tester@tester-VirtualBox:-/DownloadsS Is Anaconda3-4.2.9-Linux-x86
64.sh viia-colors-solarized-master.zip codeschool* †vim-theme-master vim-distinguished-develop
codeschool-vim-theme-master.zip vim-distinguished-develop.zip molokai.vim VistalunaBasicbyPgase.rar
vim-colors-solarized-master tester@tester-VirtualBox:-/DownloadsS bash Anaconda3-4.2.0-Linux-x86 64.sh
Copyright 2016, Continuum Analytics, Inc.
All rights reserved under the 3-clause BSD License:
Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification, are permitted provided that the
following conditions are met:
• Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this list of conditions and the following
disclaimer.
• Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice, this list of conditions and the
following disclaimer in the documentation and/or other materials provided with the distribution.
† Neither the name of Continuum Analytics, Inc. nor the names of its contributors may be used to endorse or
promote products derived from this software without specific prior written permission.
THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
Согласитесь с ним, для этого требуется набрать в командной строке “yes”, в ответе на вопрос
инсталлятора:
Do you approve the license terms? [yes|no]
▼
Terminal - tester@>tester-VirtualBox: -/Downloads
-+х
File Edit View Terminal Tabs Help
A collection of both secure hash functions (such as SHA256 and RIPEMD160), and various encryption
algorithms (AES, DES, RSA, ElGamal, etc.).
pyopenssl
A thin Python wrapper around (a subset of) the OpenSSL library.
kerberos (krb5, non-Windows platforms)
A network authentication protocol designed to provide strong authentication for client/server applications by
using sec ret-key cryptography.
cryptography
A Python library which exposes cryptographic recipes and primitives.
Do you approve the license terms? [yes|no]
»> yes
Anaconda3 will now be installed into this location:
/home/tester/anaconda3
- Press ENTER to confirm the location
- Press CTRL-C to abort the installation
- Or specify a different location below
|[/home/tester/anaconda3) »> | _______________________________________________________
Welcome to Anaconda3 4.2.0 (by Continuum Analytics, Inc.)
In order to continue the installation process, please review the license agreement.
Please, press ENTER to continue
|»> I
2. Прочитайте лицензионное соглашение, его нужно пролистать до конца.
▼
Terminal - tester@tester-VirtualBox:'/Downloads
-+x
File Edit View Terminal Tabs Help
Anaconda License
▼
Terminal - tester(®tester-VirtualBox:-/Downloads
—+x
File Edit View Terminal Tabs Help
cryptog raphy:
openssl
The OpenSSL Project is a collaborative effort to develop a robust, commercial-grade, full-featured, and Open
Source toolkit implementing the Transport Layer Security (TLS) and Secure Sockets Layer (SSL) protocols as
well as a full-strength general purpose cryptography library.
pycrypto
A collection of both secure hash functions (such as SHA256 and RIPEMD160), and various encryption
algorithms (AES, DES, RSA, ElGamaI, etc.).
pyopenssl
A thin Python wrapper around (a subset of) the OpenSSL library.
kerberos (krb5, non-Windows platforms)
A network authentication protocol designed to provide strong authentication for client/server applications by
using secret-key cryptography.
cryptography
A Python library which exposes cryptographic recipes and primitives.
Do you approve the license terms? [yes|no]
|»> yes| _______________________________ _________________________________________
3. Выберете место установки. Можно выбрать один из следующих вариантов:
• Press ENTER to confirm the location - нажмите ENTER для принятия предложенного пути
установки. Путь по умолчанию для моей машины: /home/tester/anaconda3, он представлен
чуть выше данного меню.
•
Press CTRL-C to abort the installation - нажмите CTRL-C для отмены установки.
•
Or specify a different location below - или укажите другой путь в строке ниже.
Нажмите ENTER.
4. После этого начнется установка.
▼
Terminal - tester@tester-VirtualBox:-/Downloads
File Edit View Terminal Tabs Help
installing: xz-5.2.2-9 ...
installing: yaml-0.1.6-0 ...
installing: zeromq-4.1.4-0 ...
installing: zlib-1.2.8-3 ...
installing: anaconda-4.2.0-nplllpy35_0 ...
installing: ruamel yaml-9.11.14-py35_0 ...
installing: conda-4.2.9-py35_0 ...
installing: conda-build-2.0.2-py35 0 ...
Python 3.5.2 :: Continuum Analytics, Inc.
creating default environment...
installation finished.
Do you wish the installer to prepend the Anaconda3 install location
to PATH in your /home/tester/.bashrc ? [yes|no] (no) »>
-+x
You may wish to edit your .bashrc or prepend the Anaconda3 install location:
S export PATH»/home/tester/anaconda3/bin:SPATH
Thank you for installing Anaconda3!
Share your notebooks and packages on Anaconda Cloud!
Sign up for free: https://anaconda.org
testerfftester-VirtualBox:~/DownloadsS | _______________________________________________
Установка PyCharm
Если в процессе разработки вам необходим отладчик и вообще вы привыкли работать в IDE, а не в
текстовом редакторе, то тогда одним из лучших вариантов будет IDE PyCharm от JetBrains. Для
скачивания данного продукта нужно перейти по ссылке https://www.jetbrains.com/pycharm/dow
nload/.
IDE доступна для Windows, Linux и MacOS. Существуют два вида лицензии PyCharm - это
Professional и Community. Мы будем использовать версию Community, так как она бесплатна и её
функционала более чем достаточно для наших задач.
Установка PyCharm в Windows
1. Запустите скачанный дистрибутив PyCharm.
2. Выберете путь установки программы.
3. Укажите ярлыки, которые нужно создать на рабочем столе (запуск 32-х и 64-х разрядной
версии PyCharm) и отметить опцию из блока Create associations если требуется связать
файлы с расширением .py с PyCharm.
4. Выберете имя для папки в меню Пуск.
5. Далее PyCharm будет установлен на ваш компьютер.
Установка PyCharm в Linux
1. Скачайте с сайта дистрибутив на компьютер.
2. Распакуйте архивный файл, для этого можно воспользоваться командой:
$ tar xvf имя_архива^аг^
T
Terminal - user@user-VirtualBox:-/Downloads/pycharm
File Edit View Terminal Tabs Help
user@user-VirtualBox:-/Downloads/pycharmS Is
pycharm-community-5.G.4.tar. gz
user@user-VirtualBox:-/Downloads/pycharmS tar xvf pycharm-community-5.0.4.tar.gz
-+x
Перейдите в каталог, который был создан после распаковки дистрибутива, найдите в нем
подкаталог bin и зайдите в него. Запустите pycharm.sh командой:
$ ./pycharm.sh
•» Terminal - user^user-VirtualBox:'/Downloads/pycharm/pycharm-community-5.04/bin - + X File Edit View
Terminal Tabs Help
user@user-VirtualBox:~/Downloads/pycharm/pycharm-co<nmunity-S.0.4/binS Is
fsnotifier idea.properties pycharm64.vmoptions pycharm.vmoptions
fsnotifier64
inspect.sh
pycharm.png
fsnotifier-arm log.xml
pycharm.sh
user@user-VirtualBox:'/Downloads/pychann/pycharm-co<nmunity-5.0.4/binS ./pycharm.sh |
В результате должен запуститься PyCharm.
Проверка работоспособности
Теперь проверим работоспособность всего того, что мы установили.
Для начала протестируем интерпретатор в командном режиме. Если вы работаете в Windows, то
нажмите сочетание Win+R и в появившемся окне введите python. В Linux откройте окно терминала
и в нем введите python3 (или python).
В результате Python запустится в командном режиме, выглядеть это будет примерно так (картинка
приведена для Windows, в Linux результат будет аналогичным):
В окне введите:
print("Hello, World!")
Результат должен быть следующий:
После проверки введите
exit() для завершения работы интерпретатора.
Проверка Anaconda
Для выполнения проверки работоспособности Anaconda необходимо вначале запустить командный
процессор с поддержкой виртуальных окружений Anaconda. В Windows это можно сделать выбрав
следующий пункт главного меню системы Пуск -An Anaconda3 (64-bit) —>
aconda Prompt. В появившейся командной строке необходимо ввести
> jupyter notebook в результате чего отобразиться процесс загрузки веб-среды Jupyter Notebook
после чего запустится веб-сервер и среда разработки в браузере.
Создайте ноутбук для разработки, для этого нажмите на кнопку New (в правом углу окна) и в
появившемся списке выберете Python.
В результате будет создана новая страница в браузере с ноутбуком. Введите в первой ячейке
команду
print("Hello, World!") и нажмите Alt+Enter на клавиатуре. Ниже ячейки должна появиться
соответствующая надпись.
Проверка PyCharm
Запустите PyCharm и выберете Create New Project в появившемся окне.
Укажите путь до проекта Python и интерпретатор, который будет использоваться для запуска и
отладки.
Добавьте Python файл в проект.
Введите код программы.
Запустите программу.
В результате должно открыться окно с выводом программы.
Запуск программ на Python
Язык Python - это интерпретируемый язык. Это означает, что помимо непосредственно самой
программы, вам необходим специальный инструмент для её запуска. Напомню, что существуют
компилируемые и интерпретируемые языки программирования. В первом случае, программа с
языка высокого уровня переводится в машинный код для конкретной платформы. В дальнейшем,
среди пользователей, она, как правило, распространяется в виде бинарного файла. Для запуска
такой программы не нужны дополнительные программные средства (за исключением необходимых
библиотек, но эти тонкости выходят за рамки нашего обсуждения). Самыми распространенными
языками такого типа являются C++ и C. Программы на интерпретируемых языках, выполняются
интерпретатором и распространяются в виде исходного кода. На сегодняшний день, среди
интерпретируемых языков наиболее популярным является Python.
Python может работать в двух режимах:
•
интерактивный;
•
пакетный.
В интерактивный режим можно войти, набрав в командной строке
> python или
> python3
При работе с Anaconda командная строка должна быть запущена из следующего пункта
главного меню системы Пуск —> Anaconda3 (64-bit) -An Anaconda Prompt.
В результате Python запустится в интерактивном режиме и будет ожидать ввод команд
пользователя.
Если же у вас есть файл с исходным кодом на Python, и вы его хотите запустить, то для этого
нужно в командной строке вызвать интерпретатор Python и в качестве аргумента передать ваш
файл. Например, для файла с именем test.py процедура запуска будет выглядеть так:
> python test.py
Интерактивный режим
Откройте Python в интерактивном режиме и наберите в нем следующее:
print("Hello, World!")
И нажмите ENTER.
В ответ на это интерпретатор выполнит данную строку и отобразит строкой ниже результат своей
работы.
Python можно использовать как калькулятор для различных вычислений, а если дополнительно
подключить необходимые математические библиотеки, то по своим возможностям он становится
практически равным таким пакетам как Matlab, Octave и т.п.
Для выхода из интерактивного режима, наберите команду
exit() и нажмите ENTER.
Пакетный режим
Теперь запустим Python в режиме интерпретации файлов с исходным кодом (пакетный режим).
Создайте файл с именем test.py, откройте его с помощью любого текстового редактора и введите
следующий код:
a = int(input())
print(a**2)
Эта программа принимает целое число на вход и выводит его квадрат. Для запуска, наберите в
командной строке
> python test.py
Пример работы программы приведен в окне ниже.
Типы и модель данных в языке Python
Если достаточно формально подходить к вопросу о типизации языка Python, то можно сказать, что
он относится к языкам с неявной сильной динамической типизацией.
Неявная типизация означает, что при объявлении переменной вам не нужно указывать её тип, при
явной - это делать необходимо. В качестве примера языков с явной типизацией можно привести
Java, C++. Вот как будет выглядеть объявление целочисленной переменной в Java и Python.
Java:
int a = 1;
Python:
a=1
Также языки бывают с динамической и статической типизацией. В первом случае тип переменной
определяется непосредственно при выполнении программы, во втором - на этапе компиляции. Как
уже было сказано Python - это динамически типизированный язык, такие языки как С, C#, Java статически типизированные.
Сильная типизация не позволяет производить операции в выражениях с данными различных типов,
слабая - позволяет. В языках с сильной типизацией вы не можете складывать например строки и
числа, нужно все приводить к одному типу. К первой группе можно отнести Python, Java, ко второй С и С++.
Типы данных в Python
В Python типы данных можно разделить на встроенные в интерпретатор (built-in) и не встроенные,
которые можно использовать при импортировании соответствующих модулей.
К основным встроенным типам относятся:
1. None (неопределенное значение переменной)
2. Логические переменные (Boolean Type)
3. Числа (Numeric Type)
1. int - целое число
2. float - число с плавающей точкой
3. complex - комплексное число
4. Списки (Sequence Type)
1. list - список
2. tuple - кортеж
3. range - диапазон
5. Строки (Text Sequence Type )
1. str
6. Бинарные списки (Binary Sequence Types)
1. bytes - байты
2. bytearray - массивы байт
3. memoryview - специальные объекты для доступа к внутренним данным объекта через
protocol buffer
7. Множества (Set Types)
1. set - множество
2. frozenset - неизменяемое множество
8. Словари (Mapping Types)
1. dict - словарь
Модель данных
Рассмотрим как создаются объекты в памяти, их устройство, процесс объявления новых
переменных и работу операции присваивания.
Для того, чтобы объявить и сразу инициализировать переменную необходимо написать её имя,
потом поставить знак равенства и значение, с которым эта переменная будет создана. Например
строка: объявляет переменную b и присваивает ей значение 5.
Целочисленное значение 5 в рамках языка Python по сути своей является объектом. Объект, в
данном случае - это абстракция для представления данных, данные - это числа, списки, строки и
т.п. При этом, под данными следует понимать как непосредственно сами объекты, так и отношения
между ними (об этом чуть позже). Каждый объект имеет три атрибута - это идентификатор,
значение и тип. Идентификатор - это уникальный признак объекта, позволяющий отличать объекты
друг от друга, а значение - непосредственно информация, хранящаяся в памяти, которой
управляет интерпретатор.
При инициализации переменной, на уровне интерпретатора, происходит следующее:
• создается целочисленный объект 5 (можно представить, что в этот момент создается ячейка и
5 кладется в эту ячейку);
•
данный объект имеет некоторый идентификатор, значение: 5, и тип: целое число;
• посредством оператора “=” создается ссылка между переменной b и целочисленным
объектом 5 (переменная b ссылается на объект 5).
Имя переменной не должно совпадать с ключевыми словами интерпретатора Python. Список
ключевых слов можно получить непосредственно в программе, для этого нужно подключить модуль
keyword и воспользоваться командой keyword.kwlist.
>>> import keyword
>>> print("Python keywords: ", keyword.kwlist)
Проверить является или нет идентификатор ключевым словом можно так:
>>> keyword.i skeyword("try") True
>>> keyword.iskeyword("b") False
Для того, чтобы посмотреть на объект с каким идентификатором ссылается данная переменная,
можно использовать функцию id().
> >> a = 4
> >> b = 5
>>> id(a) 1829984576
>>> id(b)
1829984592
> >> a = b
>>> id(a) 1829984592
Как видно из примера, идентификатор - это некоторое целочисленное значение, посредством
которого уникально адресуется объект. Изначально переменная a ссылается на объект 4 с
идентификатором 1829984576, переменная b - на объект с id = 1829984592. После выполнения
операции присваивания a = b, переменная a стала ссылаться на тот же объект, что и b.
Тип переменной можно определить с помощью функции type(). Пример использования приведен
ниже.
>>> a = 10
>>> b = "hello"
>>> c = (1, 2)
>>> type(a)
<class 'int'>
>>> type(b)
<class 'str'>
>>> type(c)
<class 'tuple'>
Изменяемые и неизменяемые типы данных
В Python существуют изменяемые и неизменяемые типы.
К неизменяемым (immutable) типам относятся: целые числа (int), числа с плавающей точкой (float),
комплексные числа (complex), логические переменные (bool), кортежи (tuple), строки (str) и
неизменяемые множества (frozen set).
К изменяемым (mutable) типам относятся: списки (list), множества (set), словари (dict).
Как уже было сказано ранее, при создании переменной, вначале создается объект, который имеет
уникальный идентификатор, тип и значение, после этого переменная может ссылаться на
созданный объект.
Неизменяемость типа данных означает, что созданный объект больше не изменяется. Например,
если мы объявим переменную k = 15, то будет создан объект со значением 15, типа int и
идентификатором, который можно узнать с помощью функции id().
>>> k = 15
>>> id(k) 1672501744
>>> type(k)
<class 'int'>
Объект с id = 1672501744 будет иметь значение 15 и изменить его уже нельзя.
Если тип данных изменяемый, то можно менять значение объекта. Например, создадим список [1,
2], а потом заменим второй элемент на 3.
>>> a = [1, 2]
>>> id(a) 47997336 >>> a[1] = 3
>>> a
[1, 3]
>>> id(a)
47997336
Как видно, объект на который ссылается переменная a, был изменен. Это можно
проиллюстрировать следующим рисунком.
id=47997336
В рассмотренном случае, в качестве данных списка, выступают не объекты, а отношения между
объектами. Т. е. в переменной a хранятся ссылки на объекты содержащие числа 1 и 3, а не
непосредственно сами эти числа.
Арифметические операции
Язык Python, благодаря наличию огромного количества библиотек для решения разного рода
вычислительных задач, сегодня является конкурентом таким пакетам как Matlab и Octave.
Запущенный в интерактивном режиме, он, фактически, превращается в мощный калькулятор. В
этом уроке речь пойдет об арифметических операциях, доступных в данном языке.
Арифметические операции будем изучать применительно к числам, причем работу с комплексными
числами разберем отдельно. Также, кратко остановимся на битовых операциях, представлении
чисел в разных системах исчисления и коснемся библиотеки math.
Как было сказано в предыдущем ранее, в этом языке существует три встроенных числовых типа
данных:
> целые числа (int);
в вещественные числа (float);
к комплексные числа (complex).
Если в качестве операндов некоторого арифметического выражения используются только целые
числа, то результат тоже будет целое число. Исключением является операция деления,
результатом которой является вещественное число. При совместном использовании
целочисленных и вещественных переменных, результат будет вещественным.
Арифметические операции с целыми и вещественными числами
Все эксперименты будем производить в Python, запущенном в интерактивном режиме.
Сложение.
Складывать можно непосредственно сами числа...
>>> 3+2
5 либо переменные, но они должны предварительно быть проинициализированы.
> >> a = 3
> >> b = 2 >>> a + b
5
Результат операции сложения можно присвоить другой переменной.
> >> a = 3
> >> b = 2
> >> c = a + b
>>> print(c)
5 либо ей же самой, в таком случае можно использовать полную или сокращенную запись,
полная ыглядит так
> >> a=
> >> b=
> >> a=
>>> print(a)
3
2
a
+b
5
сокращенная так
> >> a = 3
> >> b = 2
> >> a += b
>>> print(a)
5
Все перечисленные выше варианты использования операции сложения могут быть применены для
всех нижеследующих операций.
Вычитание.
>>> 4-2
2
> >> a = 5
> >> b = 7
> >> a - b
-2
Умножение.
>>> 5 * 8
40
>>> a = 4
>>> a *= 10
>>> print(a) 40
Деление.
> >> 9 / 3
3.0
> >> a = 7
> >> b = 4
>>> a / b
1.75
Получение целой части от деления.
>>> 9 // 3
3
>>> a = 7
>>> b = 4
>>> a // b
1
Получение остатка от деления.
>>> 9 % 5
>>> a = 7
>>> b = 4
>>> a % b
3
Возведение в степень.
>>> 5 ** 4
625
>>> a = 4
>>> b = 3
>>> a ** b
64
Работа с комплексными числами
Для создания комплексного числа можно использовать функцию complex(a, b), в которую, в
качестве первого аргумента, передается действительная часть, в качестве второго - мнимая. Либо
записать число в виде a + bj.
Рассмотрим несколько примеров.
Создание комплексного числа.
>>> z = 1 + 2j
>>> print(z)
(1+2j)
>>> x = complex(3, 2)
>>> print(x)
(3+2j)
Комплексные числа можно складывать, вычитать, умножать, делить и возводить в степень.
>>> x + z
(4+4j)
>>> x - z
(2+0j)
> >> x * z
(-1+8j)
> >> x / z
(1.4-0.8j)
> >> x ** z
(-1.1122722036363393-0.012635185355335208j)
> >> x ** 3
(-9+46j)
У комплексного числа можно извлечь действительную и мнимую части.
>>> x = 3 + 2j
>>> x.real
3.0
>>> x.imag
2.0
Для получения комплексносопряженного число необходимо использовать метод conjugate().
>>> x.conjugate() (3-2j)
Битовые операции
В Python доступны битовые операции, их можно производить над целыми числами.
Побитовое И (AND).
>>> p = 9
>>> q = 3
>>> p & q 1
Побитовое ИЛИ (OR).
>>> p | q 11
Побитовое Исключающее ИЛИ (XOR).
>>> p Л q
10
Инверсия.
>>> ~p
-10
Сдвиг вправо и влево.
>>> p << 1
18
>>> p >> 1
4
Представление чисел в других системах счисления
В своей повседневной жизни мы используем десятичную систему исчисления, но при
программирования, очень часто, приходится работать с шестнадцатеричной, двоичной и
восьмеричной.
Представление числа в шестнадцатеричной системе
>>> m = 124504
>>> hex(m) '0x1e658'
Представление числа в восьмеричной системе
>>> oct(m) '0o363130'
Представление числа в двоичной системе
>>> bin(m)
'0b11110011001011000'
Библиотека (модуль) math
В стандартную поставку Python входит библиотека math, в которой содержится большое
количество часто используемых математических функций.
Для работы с данным модулем его предварительно нужно импортировать.
>>> import math
Рассмотрим наиболее часто используемые функции.
math.ceil(x)
Возвращает ближайшее целое число большее, чем x.
>>> math.ceil(3.2)
4
math.fabs(x)
Возвращает абсолютное значение числа.
>>> math.fabs(-7)
7.0
math.factorial(x)
Вычисляет факториал x.
>>> math.factorial(5)
120
math.floor(x)
Возвращает ближайшее целое число меньшее, чем x.
>>> math.floor(3.2)
3
math.exp(x)
Вычисляет e**x.
>>> math.exp(3)
20.085536923187668
math.log2(x)
Логарифм по основанию 2.
math.log10(x)
Логарифм по основанию 10.
math.log(x[, base])
По умолчанию вычисляет логарифм по основанию e, дополнительно можно указать основание
логарифма.
>>> math.log2(8)
3.0
>>> math.log10(1000)
3.0
>>> math.log(5) 1.6094379124341003
>>> math.log(4, 8)
0.6666666666666667 math.pow(x, y)
Вычисляет значение x в степени y.
>>> math.pow(3, 4)
81.0 math.sqrt(x)
Корень квадратный от x.
>>> math.sqrt(25)
5.0 math.cos(x)
Косинус от x.
>>> math.cos(0)
1.0
math.sin(x)
Синус от x.
>>> math.sin(math.pi / 6) 0.49999999999999994
math.tan(x)
Тангенс от x.
>>> math.tan(math.pi / 4)
0.9999999999999999
math.acos(x)
Арккосинус от x.
>>> math.acos(-l)
3.141592653589793
math.asin(x)
Арксинус от x.
>>> math.asin(l)
1.5707963267948966
math.atan(x)
Арктангенс от x.
math.atan(0.5)
0.4636476090008061
И напоследок пару констант.
math.pi
Число пи.
>>> math.pi
3.141592653589793
math.e
Число е.
>>> math.e
2.718281828459045
Помимо перечисленных, модуль math содержит ещё много различных функций, за более
подробной информацией можете обратиться по ссылке https://docs.python.Org/3/library/math.ht ml.
Консольный ввод и вывод данных
Мы уже встречались с функцией pri nt() . Она отвечает за вывод данных, по-умолчанию на экран.
Если код содержится в файле, то без нее не обойтись. В интерактивном режиме в ряде случаев
можно обойтись без нее.
Ввод данных в программу и их вывод важны в программировании. Без ввода программы делали бы
одно и то же, исключая случаи, когда в них самих генерируются случайные значения. Вывод
позволяет увидеть, использовать, передать дальше результат работы программы.
Обычно требуется, чтобы программа обрабатывала какой-то диапазон различных входных данных,
которые поступают в нее из внешних источников. В качестве последних могут выступать файлы,
клавиатура, сеть, выходные данные из другой программы.
Вывод данных. Функция print()
Что такое функция в программировании, узнаем позже. Пока будем считать, что print() - это такая
команда языка Python, которая выводит то, что в ее скобках на экран.
>>> print(1032)
1032
>>> print(2.34)
2.34
>>> print("Hello")
Hello
В скобках могут быть любые типы данных. Кроме того, количество данных может быть различным:
>>> print("a:", 1)
a: 1
>>> one = 1
>>> two = 2
>>> three = 3
>>> print(one, two, three) 1 2 3
Можно передавать в функцию print() как непосредственно литералы (в данном случае "a:" и 1), так
и переменные, вместо которых будут выведены их значения. Аргументы функции (то, что в
скобках), разделяются между собой запятыми. В выводе вместо запятых значения разделены
пробелом.
Если в скобках стоит выражение, то сначала оно выполняется, после чего print() уже выводит
результат данного выражения:
>>> print("hello" + " " + "world") hello world
>>> print(10 - 2.5/2)
8.75
В print() предусмотрены дополнительные параметры. Например, через параметр sep можно указать
отличный от пробела разделитель строк:
>>> print("Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun", sep="-") Mon-Tue-Wed-Thu-Fri-Sat-Sun
>>> print(1, 2, 3, sep="//")
1//2//3
Параметр end позволяет указывать, что делать, после вывода строки. По-умолчанию происходит
переход на новую строку. Однако это действие можно отменить, указав любой другой символ или
строку:
>>> print(10, end="")
10>>>
Обычно, если end используется, то не в интерактивном режиме, а в скриптах, когда несколько
выводов подряд надо разделить не переходом на новую строку, а, скажем, запятыми. Сам переход
на новую строку обозначается комбинацией символов "\n" . Если присвоить это значение
параметру end, то никаких изменений в работе функции print() вы не увидите, так как это значение
и так присвоено по-умолчанию:
>>> print(10, end='\n')
10
>>>
Однако, если надо отступить на одну дополнительную строку после вывода, то можно сделать так:
>>> print(10, end='\n\n')
10
>>>
Следующее, что стоит рассказать о функции print() - это использование форматирования строк. На
самом деле это никакого отношения к print() не имеет, а применяется к строкам. Но обычно
используется именно в сочетании с функцией print().
Форматирование может выполняться в так называемом старом стиле или с помощью строкового
метода format. Старый стиль также называют Си-стилем, так как он схож с тем, как происходит
вывод на экран в языке C. Рассмотрим пример:
>>> pupil = "Ben"
> >> old = 16
> >> grade = 9.2
> >> print("lt's %s, %d. Level: %f" % (pupil, old, grade)) It's Ben, 16. Level: 9.200000
Здесь вместо трех комбинаций символов %s, %d, %f подставляются значения переменных pupil,
old, grade. Буквы s, d, f обозначают типы данных - строку, целое число, вещественное число. Если
бы требовалось подставить три строки, то во всех случаях использовалось бы сочетание %s.
Хотя в качестве значения переменной grade было указано число 9.2, на экран оно вывелось с
дополнительными нулями. Однако мы можем указать, сколько требуется знаков после запятой,
записав перед буквой f точку с желаемым числом знаков в дробной части:
> >> print("It's %s, %d. Level: %.1f" % (pupil, old, grade)) It's Ben, 16. Level: 9.2
Теперь посмотрим на метод format():
> >> print("This is a {0}. It's {1}.".format("ball", "red")) This is a ball. It's red.
> >> print("This is a {0}. It's {1}.".format("cat", "white")) This is a cat. It's white.
> >> print("This is a {0}. It's {1} {2}.".format(1, "a", "number")) This is a 1. It's a number.
В строке в фигурных скобках указаны номера данных, которые будут сюда подставлены. Далее к
строке применяется метод format(). В его скобках указываются сами данные (можно использовать
переменные). На нулевое место подставится первый аргумент метода format(), на место с номером
1 - второй и т. д.
Ввод данных. Функция input()
За ввод в программу данных с клавиатуры в Python отвечает функция input(). Когда вызывается эта
функция, программа останавливает свое выполнение и ждет, когда пользователь введет текст.
После этого, когда он нажмет Enter, функция input() заберет введенный текст и передаст его
программе, которая уже будет обрабатывать его согласно своим алгоритмам.
Если в интерактивном режиме ввести команду input(), то ничего интересного вы не увидите.
Компьютер будет ждать, когда вы что-нибудь введете и нажмете Enter или просто нажмете Enter.
Если вы что-то ввели, это сразу же отобразиться на экране:
>>> input() Yes!
'Yes!'
Функция input() передает введенные данные в программу. Их можно присвоить переменной. В этом
случае интерпретатор не выводит строку сразу же:
>>> answer = input() No, it is not.
В данном случае строка сохраняется в переменной answer, и при желании мы можем вывести ее
значение на экран:
>>> answer
'No, it is not.'
При использовании функции print() кавычки в выводе опускаются:
>>> print(answer) No, it is not.
Куда интересней использовать функцию input() в скриптах - файлах с кодом. Рассмотрим такую
программу:
При запуске программы, компьютер ждет, когда будет введена сначала одна строка, потом вторая.
Они будут присвоены переменным nameuser и cityuser . После этого значения этих переменных
выводятся на экран с помощью форматированного вывода.
Вышеприведенный скрипт далек от совершенства. Откуда пользователю знать, что хочет от него
программа? Чтобы не вводить человека в замешательство, для функции input() предусмотрен
специальный параметр-приглашение. Это приглашение выводится на экран при вызове input().
Усовершенствованная программа может выглядеть так:
Обратите внимание, что в программу поступает строка. Даже если ввести число, функция input()
все равно вернет его строковое представление. Но что делать, если надо получить число? Ответ:
использовать функции преобразования типов.
test.py X
1 qtyOranges = input("Сколько апельсинов? ")
2 priceOrange = input("Цена одного апельсина? ")
3
4
qtyOranges = int(qtyOranges)
5
priceOrange = float(priceOrange)
6
'
'
7
sumOranges = qtyOranges * priceOrange
8
9 print("Заплатите", sumOranges, "руб ")
IO
Статус
Компилятор
Сообщения
pl<apt-desk python3 test.py
Сколько апельсинов? 5
Цена одного апельсина? 21.50
Заплатите 107.5 руб.
plOpl-desk|
Заметки
Терминал
В данном случае с помощью функций int() и float() строковые значения переменных qtyoranges и
priceOrange преобразуются соответственно в целое число и вещественное число. После этого
новые численные значения присваиваются тем же переменным.
Программный код можно сократить, если преобразование типов выполнить в тех же строках кода,
где вызывается функция input():
qtyoranges = ТпГ(ТприГ(''Сколько апельсинов? ")) priceOrange = float(input('^eHa одного
апельсина? "))
sumOranges = qtyoranges * priceOrange
print("заплатите", sumOranges, "руб.")
Сначала выполняется функция input(). Она возвращает строку, которую функция int() или float()
сразу преобразует в число. Только после этого происходит присваивание переменной, то есть она
сразу получает численное значение.
Аппаратура и материалы
1. Компьютерный класс общего назначения с конфигурацией ПК не хуже рекомендованной для
OC Windows 10 с подключением к глобальной сети Интернет.
2. Операционная система Windows 10.
3. Система контроля версий Git.
4. Браузер для доступа к web-сервису GitHub, рекомендован к использованию Google Chrome.
5. Дистрибутив языка программирования Python, включающий набор популярных библиотек
Anaconda.
6. Интегрированная среда разработки PyCharm Community Edition.
Указания по технике безопасности
При работе на ЭВМ без разрешения руководителя занятия запрещается:
• подавать (снимать) напряжение на ПЭВМ и электрические розетки с распределительного
щита;
• включать и выключать блоки питания ПЭВМ и мониторы;
•
извлекать ПЭВМ из защитного кожуха;
•
устранять неисправности, возникшие в ходе выполнения лабораторной работы.
Методика и порядок выполнения работы
1. Изучить теоретический материал работы.
2. Создать общедоступный репозиторий на GitHub, в котором будет использована лицензия MIT
и язык программирования Python.
3. Выполните клонирование созданного репозитория.
4. Дополните файл .gitignore необходимыми правилами для работы с IDE PyCharm.
5. Организуйте свой репозиторий в соответствие с моделью ветвления git-flow.
6. Создайте проект PyCharm в папке репозитория.
7. Решите следующие задачи с помощью языка программирования Python3 и IDE PyCharm:
8. Напишите программу (файл user.py), которая запрашивала бы у пользователя:
•
его имя (например, "What is your name?")
•
возраст ("How old are you?")
• место жительства ("Where are you live?") После этого выводила бы три строки:
"This is 'имя'" "It is 'возраст'" "(S)he live in 'место_жительства'"
Вместо имя , возраст, место_жительства должны быть данные, введенные пользователем.
Примечание: можно писать фразы на русском языке, но если вы планируете стать
профессиональным программистом, привыкайте к английскому.
9. Напишите программу (файл arithmetic.py), которая предлагала бы пользователю решить
пример 4 * 100 - 54. Потом выводила бы на экран правильный ответ и ответ пользователя.
Подумайте, нужно ли здесь преобразовывать строку в число.
10. Запросите у пользователя четыре числа (файл numbers.py). Отдельно сложите первые два и
отдельно вторые два. Разделите первую сумму на вторую. Выведите результат на экран так,
чтобы ответ содержал две цифры после запятой.
11. Напишите программу (файл individual.py) для решения индивидуального задания. Вариант
индивидуального задания уточните у преподавателя.
12. Выполните коммит файлов user.py, arithmetic.py, numbers.py и individual.py в репозиторий git в
ветку для разработки.
13. Выполните слияние ветки для разработки с веткой master.
14. Отправьте сделанные изменения на сервер GitHub.
Индивидуальные задания
1. Даны два числа. Найти среднее арифметическое и среднее геометрическое их модулей.
2. Даны стороны прямоугольника. Найти его периметр и длину диагонали.
3. Даны стороны треугольника а, b и с найти площадь треугольника по формуле Герона
S= ^p(p-a)(p-b)(p-c),
(1)
где p= (a + b + c)/2.
4. Даны два числа. Найти их сумму, разность, произведение, а также частное от деления
первого числа на второе.
5. Даны длины сторон прямоугольного параллелепипеда. Найти его объем и площадь боковой
поверхности.
6. Даны координаты на плоскости двух точек. Найти расстояние между этими точками.
7. Даны основания и высота равнобедренной трапеции. Найти периметр трапеции.
8. Даны основания равнобедренной трапеции и угол при большем основании. Найти площадь
трапеции.
9. Треугольник задан координатами своих вершин. Найти периметр и площадь треугольника.
10. Выпуклый четырехугольник задан координатами своих вершин. Найти площадь этого
четырехугольника как сумму площадей треугольников.
11. Известна стоимость 1 кг конфет, печенья и яблок. Найти стоимость всей покупки, если купили
x кг конфет, у кг печенья и z кг яблок.
12. Известна стоимость монитора, системного блока, клавиатуры и мыши. Сколько будут стоить 3
компьютера из этих элементов? N компьютеров?
13. Возраст Тани - X лет, а возраст Мити - Y лет. Найти их средний возраст, а также определить,
на сколько отличается возраст каждого ребенка от среднего значения.
14. Два автомобиля едут навстречу друг другу с постоянными скоростями Vi и ?2 км/ч.
Определить, через какое время автомобили встретятся, если расстояние между ними было 5
км.
15. Два автомобиля едут друг за другом с постоянными скоростями V1 и V2 км/ч (V1 > V2).
Определить, какое расстояние будет между ними через 30 мин после того, как первый
автомобиль опередил второй на S км.
16. Известно значение температуры по шкале Цельсия. Найти соответствующее значение
температуры по шкале:
•
Фаренгейта;
•
Кельвина.
Для пересчета по шкале Фаренгейта необходимо исходное значение температуры умножить
на 1,8 и к результату прибавить 32, а по шкале Кельвина абсолютное значение нуля
соответствует -273,15 градуса по шкале Цельсия.
17. Напишите программу, в которой вычисляется сумма, разность, произведение, частное и
среднее арифметическое двух целых чисел, введенных с клавиатуры. Например, при вводе
чисел 2 и 7 должен быть получен ответ вида:
2+7=9 2-7=-5 2*7=14 2/7=0.2857142857142857 (2+7)/2=4.5
18. Известны объем и масса тела. Определить плотность материала этого тела.
19. Известны количество жителей в государстве и площадь его территории. Определить
плотность населения в этом государстве.
20. Составить программу решения линейного уравнения ах + Ь = 0, (а 0).
21. Даны катеты прямоугольного треугольника. Найти его гипотенузу.
22. Найти площадь кольца по заданным внешнему и внутреннему радиусам.
23. Даны катеты прямоугольного треугольника. Найти его периметр.
24. Даны основания и высота равнобедренной трапеции. Найти ее периметр.
Задачи повышенной сложности
1. Даны цифры двух целых чисел: двузначного аиод и однозначного Ь, где щ - число единиц, -2 число десятков. Получить цифры числа, равного сумме заданных чисел (известно, что это
число двузначное). Слагаемое - двузначное число и число-результат не определять;
условный оператор не использовать.
2. Даны цифры двух двузначных чисел, записываемых в виде а2«1 и Ьгbi, где
и bi - число
единиц, а2 и Ь2 - число десятков. Получить цифры числа, равного сумме заданных чисел
(известно, что это число двузначное). Слагаемое - двузначное число и число-результат не
определять; условный оператор не использовать.
3. Даны цифры двух десятичных целых чисел: трехзначного аза2а1 и двузначного Ь2bi, где и Ь- число единиц, а2 и Ь2 - число десятков, аз - число сотен. Получить цифры числа, равного
сумме заданных чисел (известно, что это число трехзначное). Числа-слагаемые и число-
результат не определять; условный оператор не использовать.
4. Даны целое число к (1 < к < 180) и последовательность цифр 10111213...9899, в которой
выписаны подряд все двузначные числа. Определить:
•
номер пары цифр, в которую входит fc-я цифра;
•
двузначное число, образованное парой цифр, в которую входит fc-я цифра;
•
fc-ю цифру, если известно, что: к - четное число; к - нечетное число.
Величины строкового типа не использовать.
5. Даны целые числа h, т, s (0 < h < 23,0 < т < 59,0 < s < 59), указывающие момент времени: «h
часов, т минут, s секунд». Определить угол (в градусах) между положением часовой стрелки
в начале суток и в указанный момент времени.
6. С начала суток часовая стрелка повернулась на у градусов (0 < у < 360, у - вещественное
число). Определить число полных часов и число полных минут, прошедших с начала суток.
7. Часовая стрелка образует угол у с лучом, проходящим через центр и через точку,
соответствующую 12 часам на циферблате, 0 < у < 2тг. Определить значение угла для
минутной стрелки, а также количество полных часов и полных минут.
8. Даны два целых числа а и 5. Если а делится на b или b делится на а, то вывести 1, иначе любое другое число. Условные
операторы и операторы цикла не использовать.
Содержание отчета и его форма
Отчет по лабораторной работе оформляется письменно в рабочей тетради, должен содержать
ответы на контрольные вопросы, ссылку на репозиторий с которым выполнялась работа,
скриншоты IDE PyCharm, скриншоты результатов работы программ.
Вопросы для защиты работы
1. Опишите основные этапы установки Python в Windows и Linux.
2. В чем отличие пакета Anaconda от пакета Python, скачиваемого с официального сайта?
3. Как осуществить проверку работоспособности пакета Anaconda?
4. Как задать используемый интерпретатор языка Python в IDE PyCharm?
5. Как осуществить запуск программы с помощью IDE PyCharm?
6. В чем суть интерактивного и пакетного режимов работы Python?
7. Почему язык программирования Python называется языком динамической типизации?
8. Какие существуют основные типы в языке программирования Python?
9. Как создаются объекты в памяти? Каково их устройство? В чем заключается процесс
объявления новых переменных и работа операции присваивания?
10. Как получить список ключевых слов в Python?
11. Каково назначение функций id() и type()?
12. Что такое изменяемые и неизменяемые типы в Python.
13. Чем отличаются операции деления и целочисленного деления?
14. Какие имеются средства в языке Python для работы с комплексными числами?
15. Каково назначение и основные функции библиотеки (модуля) math ? По аналогии с модулем
math изучите самостоятельно назначение и основные функции модуля cmath.
16. Каково назначение именных параметров sep и end в функции print() ?
17. Каково назначение метода format() ? Какие еще существуют средства для форматирования
строк в Python? Примечание: в дополнение к рассмотренным средствам изучите
самостоятельно работу с f-строками в Python.
18. Каким образом осуществить ввод с консоли значения целочисленной и вещественной
переменной в языке Python?