IB111 Úvod do programování skrze Python Úvod kurzu 2012 Dnešní přednáška o předmětu administrativa základy – algoritmus, programování motivace Cíle předmětu zvládnutí základních programátorských konstrukcí obecné principy použitelné v řadě programovacích jazyků úvod do programátorského a algoritmického stylu myšlení Úvod do programování skrze Python Python je používán pro ilustraci pojmů a příkladů, na cvičeních cílem není detailní zvládnutí Pythonu ani hlubší výklad specifik Pythonu důraz na obecné koncepty zvládnutí konkrétního jazyka – trénink a praxe Kontext máte (většina z vás) volbu mezi: IB001 Úvod do programování skrze C (4+2 kr.) IB111 Úvod do programování skrze Python (4+2 kr.) ( IB999 Vstupní test z programování (0 kr.) ) výhody a nevýhody Pythonu oproti C: + příjemnější na použití + snadnější začátky + využití v mat. softwaru (Sage) - odlišná syntaxe od ostatních jazyků, které dále potkáte (C++, Java) Co čekat: příklady výpočty: faktoriál, prvočísla, odmocnina, náhodná čísla obrázky: želví grafika, „textová grafika , bitmapy jednoduché hry zpracování dat ze souboru, regulární výrazy Forma předmětu 2h přednáška, nepovinné, ale velmi doporučené slidy nemusí být pochopitelné bez komentáře na cvičení často algoritmy z přednášky Radek Pelánek / Zdeněk Říha 2h cvičení, povinné programování v jazyce Python více skupin kapacita, prostory, ... Hodnocení předmětu závěrečná písemná zkouška: 50 bodů zkouší se principy, algoritmy, pojmy „na papíře průběžná zkouška u počítače: 20 bodů programování v rámci jednoho cvičení úkoly variace na příklady ze cvičení domácí úkoly: 30 bodů asi 6 za semestr případné bonusové body účast na cvičení (max. 2 neomluvené hodiny) minimum pro ukončení: 25 bodů DÚ + průběžná zk, 25 bodů závěrečná zk Domácí úkoly pracujte samostatně, opisování se trestá zápornými body; neřešíme, kdo opisoval pokud nezvládnete úlohu kompletně, zkuste alespoň něco (za méně bodů) – jasně označte: částečné řešení převzít část cizího řešení a doplnit vlastní kus pozměněná (zjednodušená) úloha pokud řešení není úplné, uveďte v komentáři „známé nedostatky Studijní materiály v ISu Relevantní agendy z ISu pro tento předmět: Učební materiály – slidy z přednášek Organizační pokyny – archiv zaslaných mailů (zadání domácích úloh) Odevzdávárny – odevzdávání domácích úloh Poznámkové bloky – počet bodů z úloh Doplňkové zdroje – knihy Python Programming: An Introduction to Computer Science, J. M. Zelle. Introduction to Computing and Programming in Python, A Multimedia Approach. M. Guzdial, B. Ericson. Jak to vyřešit, R. Pelánek. Doplňkové zdroje – web Učíme se programovat v jazyce Python, http://howto.py.cz/index.htm http://interactivepython.org – interaktivní učebnice Wikipedia (anglická) – články k probíraným tématům dokumentace k Pythonu Khan Academy – Computer Science pozn. harmonogram prvních 3 týdnů ⇒ využití doplňkových zdrojů Předpoklady základní počítačová gramotnost středoškolská matematika (např. faktoriál, prvočíslo, logaritmus) logické spojky (and, or, ...) Osvěžení základů tutor.fi.muni.cz Binární křížovka Robotanik Matematické pexeso Motivační úloha převozník, loďka uveze jen 1 další kus nákladu náklad: vlk, koza, zelí bez dozoru: vlk žere kozu koza žere zelí jak dostat vše bezpečně na druhou stranu Motivační úloha převozník, loďka uveze jen 1 další kus nákladu náklad: vlk, koza, zelí bez dozoru: vlk žere kozu koza žere zelí jak dostat vše bezpečně na druhou stranu Jak řešit úlohu algoritmicky? Co to znamená? http://www.fi.muni.cz/~xpelanek/IB111/vkz/ Algoritmus návod/postup, jak „mechanicky vyřešit určitý typ úlohy/problému typické příklady: rozklad na součin prvočísel nalezení nejkratší cesty mezi dvěma městy vygenerovat zadání Sudoku Žádoucí vlastnosti algoritmu má jasný vstup a výstup obecný (nejen pro omezenou třídu instancí) deterministický (vždy jednoznačné, jak postupovat) konečný, efektivní Programování za algoritmus můžeme považovat i recept, návod programování – zápis algoritmů pro počítače počítače jsou „hloupé – zápis algoritmu musí být opravdu přesný (srovnej „osolíme přiměřeně ) nutnost vyjadřovat se přesně: otrava – náročný zápis bonus – nutnost myslet přesně Programování: motivace Proč pořádně zvládnout základy programování: základ pro další studium užitečnost profesní občasná elegance, kreativita, „síla Programování: způsoby využití Zkuste vymyslet co nejrozmanitější způsoby využití programování. Programování: způsoby využití (příklady, rozhodně ne kompletní klasifikace) rozsáhlé aplikace programování pro web vestavěné systémy vědecké výpočty skriptování každé důraz na něco jiného, sdílí ale základní principy „informatického myšlení Samostatné rozsáhlé aplikace příklady: kancelářský, účetní software editace grafiky, zvuku, videa hry rozsáhlé projekty důraz na interakci s uživatelem využití knihoven, práce s operačním systémem Programování pro web příklady: informační systémy e-obchody prezentace firmy široká škála: drobné úpravy existujích systémů (CMS) vytváření vlastních rozsáhlých systémů práce s databázemi, integrace různých prosředků (PHP, JavaScript, CSS, HTML, ...) důraz na soukromí – přístupová práva v IS, elektronické platby Vestavěné systémy příklady: kuchyňské spotřebiče, GPS, mobil, foťák dopravní prostředky nízko-úrovňové programování, ovladače úzké propojení s konkrétním hardwarem bezpečnost, práce s limitovanými zdroji (paměť, energie) Vědecké výpočty příklady: simulace počasí, klimatu bioinformatika (protein folding, analýza genomu, ...) vymýšlení algoritmů (urychlení výpočtu, distribované výpočty) propojení informatiky a matematiky (příp. jiných disciplín) zpracování rozsáhlých dat uživatelské rozhraní a interaktivita jsou jen malá část Skriptování příklady: převod dat mezi různými formáty rychlá analýza dat prototypy, experimenty drobné úpravy systému (např. správce sítě) malý rozsah, specifický účel často jednorázové aplikace Programování v malém / ve velkém programování v malém desítky až stovky řádků kódu nezávislé na „ostatních tento předmět programování ve velkém tisíce až milióny řádků závislosti, souvislosti, návrh, testování, ... další předměty (OOP, softwarové inženýrství, ...) Programování v malém: motivace nutná prerekvizita pro kvalitní programování ve velkém prakticky užitečné, i když nejste programátor na plný úvazek Praktické programování v malém: příklady zpracování botanických dat tvorba studijního katalogu vytvoření interaktivní webové úlohy pro systém Tutor generování šifer pro Tmou pokud neovládáte X, pak vás často ani nenapadne, že by se vám X mohlo hodit Rotující gravitační bludiště Permutace tvarů Nejen užitečnost ... programování je zajímavé i samo o sobě elegantní myšlenky radost z objevování, experimentování tvoření, kreativita „síla – pár stisků klávesnice a vytvoříte něco nového a zajímavého Elegance Mandelbrotova množina, 25 řádků kódu Programovací jazyky zdrojový kód (program) překladač strojový kód vstupy výstupy běžící program zdrojový kód (program) vstupy výstupyinterpret kompilovaný program interpretovaný program Programovací jazyky: klasifikace I nízko-úrovňové kompilované nutnost řešit specifika konkrétního systému explicitní práce s pamětí náročnější vývoj (nizká efektivita práce) vysoká efektivita programu vysoko-úrovňové interpretované nezávislé na konkrétním systému využití abstraktních datových typů snadnější vývoj (vysoká efektivita práce) nižší efektivita programu nikoliv dvě kategorie, ale plynulý přechod; zjednodušeno Programovací jazyky: klasifikace II zjednodušená klasifikace a použití nízko-úrovňové C, FORTRAN, ... vědecké výpočty, vestavěné systémy objektové C++, Java, C#, ... klasické aplikace, rozsáhlé systémy skriptovací Python, PHP, Javascript, Perl, ... programování pro web, skriptování, prototypy deklarativní Prolog, LISP, Haskell, ... umělá inteligence Python vysoko-úrovňový – velká míra abstrakce, „spustitelný pseudokód interpretovaný – pomalejší než kompilovaný, ale větší volnost pedagogický – byl tak navržen moderní a široce používaný – přibližně 7. nejpoužívanější jazyk volně a snadno dostupný na všech platformách Programování v tomto kurzu důraz na obecné principy, nikoliv specifika Pythonu většina konceptů snadno a velmi podobně realizovatelná v jiných jazycích používáme Python 2.7 Závěrečný motivační příklad: Vězni a karty Albert dostane 5 karet ze standardního balíčku 52 karet vybere jednu z nich zbylé čtyři poskládá do zvoleného pořadí a dá je Bedřichovi Bedřich musí určit, jaká je ta pátá odstraněná karta Jaký systém si mají Albert s Bedřichem domluvit?