Programování: základní konstrukce
IB111 Úvod do programování skrze Python
2015
Rozcvička
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Základní konstrukce
proměnné, operace
řízení toku výpočtu:
podmiňovací příkaz (if-else)
cykly (for, while)
funkce
O přednášce
důraz na princip použití (k čemu to je), ilustrace použití,
přemýšlení o problému
ilustrace na příkladech
syntax (zápis) jen zběžně, zdaleka ne vše z jazyka Python
syntax je však potřeba také umět!
cvičení
samostudium, např. howto.py.cz
Příklad
Problém: vypočítat výšku mostu na základě času pádu koule
vstup: čas
výstup: výška
t = input()
h = 0.5 * 10 * t * t
print h
Proměnné
udržují hodnotu
udržovaná hodnota se může měnit – proto proměnné
typy:
číselné: int, float, ...
pravdivostní hodnota (bool)
řetězec (string)
seznam / pole
slovník
...
Výrazy a operace
výrazy: kombinace proměnných a konstant pomocí
operátorů
operace:
aritmetické: sčítání, násobení, ...
logické: and, or, not, ...
zřetězení řetězců
...
preference operátorů, pořadí vyhodnocování
Proměnné a výrazy: příklady
x = 13
y = x % 4 # dělení se zbytkem
y = y + 1
y += 1
a = (x==3) and (y==2)
b = a or not a
s = "petr"
t = "klic"
u = s + t
z = x + s # chyba: nelze sčítat int a string
Zápis v Pythonu
přiřazení =
test na rovnost ==
většina operací „intuitivní : +, -, *, /, and, or, ...
umocňování: **
dělení se zbytkem: %
zkrácený zápis: „y += 5 znamená „y = y + 5
Typy v Pythonu
„deklarace proměnné: první přiřazení hodnoty
dynamické implicitní typování
typ se určuje automaticky
typ proměnné se může měnit
rozdíl oproti statickému explicitnímu typování (většina
kompilovaných jazyků jako C, Pascal): int x;
zjištění typu: funkce type
Explicitní přetypování, dělení
explicitní přetypování (x = float(3); s = str(158))
významné např. při dělení
3 / 2 = 1
float(3) / 2 = 1.5
3.0 / 2 = 1.5
Pořadí vyhodnocování
3 + 2**3 < 15 or "pes" == "kos"
pořadí vyhodnocování vesměs intuitivní
pokud na pochybách:
konzultujte dokumentaci
závorkujte
zkrácené vyhodnocování: 1+1 == 2 or x == 3
Operace, pořadí vyhodnocování
Proměnné a paměť
x 1 x = x + 1 x 2
x 1 x = x + 1 x 1
2
Výstup
základní výpis: print x
bez odřádkování: print x,
další možnosti: sys.write, .format, .rjust ...
(rozdíl oproti Python 3)
Podmínky: příklad
Příklad: počítání vstupného
vstup: věk
výstup: cena vstupenky
vek = input()
if vek < 18:
cena = 50
else:
cena = 100
print cena
Podmíněný příkaz
if <podmínka>: příkaz1
else: příkaz2
podle toho, zda platí podmínka, se provede jedna z větví
podmínka – typicky výraz nad proměnnými
else větev nepovinná
vícenásobné větvení: if - elif - ... - else
(switch v jiných jazycích)
Blok kódu
co když chci provést v podmíněné větvi více příkazů?
blok kódu
Python: vyznačeno odsazením
jiné jazyky: složené závorky { }, begin-end
Podmíněný příkaz: příklad
if x < 0:
x = 0
print ’Zaporne vynulovano’
elif x == 0:
print ’Nula’
elif x == 1:
print ’Jedna’
else:
y = x * x
print ’Moc’
Cykly: příklady
vstupné za celou rodinu
výpis posloupnosti čísel
výpočet faktoriálu
převod čísla na binární zápis
Cyklus
opakované provádění sekvence příkazů
známý počet opakování cyklu:
příkaz for
neznámý počet opakování cyklu:
příkaz while
opakuj dokud není splněna podmínka
For, range
for x in range(n):
příkazy
provede příkazy pro všechny hodnoty x ze zadaného
intervalu
range(a, b) – interval od a do b-1
range(n) – interval od 0 do n-1 (tj. n opakování)
for/range lze použít i obecněji (nejen intervaly) – viz
později/samostudium
Faktoriál pomocí for cyklu
Co to faktoriál? K čemu se používá?
Kolik je „5! ?
Jak vypočítat „n! (n je vstup od uživatele)?
Faktoriál pomocí for cyklu
n = input()
f = 1
for i in range(1,n+1):
f = f * i
print f
První posloupnost z úvodní přednášky
1 0 0 2 8 22 52 114 240 494
for i in range(n):
print 2**i - 2*i,
Zanořování
řídicí struktury můžeme zanořovat, např.:
podmínka uvnitř cyklu
cyklus uvnitř cyklu
...
libovolný počet zanoření (ale ...)
Rozcvička
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Rozcvička programem
n = 10
soucet = 0
for i in range(1,n+1):
for j in range(n):
print i+j,
soucet += i+j
print
print "Soucet je", soucet
Rozcvička programem – hezčí formátování
for i in range(1,n+1):
for j in range(n):
print str(i+j).rjust(2),
print
While cyklus
while <podmínka>:
příkazy
provádí příkazy dokud platí podmínka
může se stát:
neprovede příkazy ani jednou
provádí příkazy do nekonečna (nikdy neskončí) – to
většinou znamená chybu v programu
napište výpočet faktoriálu pomocí while cyklu
Faktoriál pomocí while cyklu
n = input()
f = 1
while n > 0:
f = f * n
n = n - 1
print f
Binární soustava
htts://xkcd.com/953/
Binární soustava: počítání na prstech
1
2 4 8
16
http://www.khanacademy.org/math/vi-hart/v/
binary-hand-dance
Příklad: převod na binární zápis
Problém: převodník z desítkové na binární soustavu
vstup: číslo v desítkové soustavě
výstup: číslo v binární soustavě
Jak převedeme „22 na binární zápis?
Jak převedeme obecné číslo na binární zápis?
Převod na binární zápis
n = input()
vystup = ""
while n > 0:
if n % 2 == 0:
vystup = "0" + vystup
else:
vystup = "1" + vystup
n = n / 2
print vystup
Převod na binární zápis – průběh výpočtu
n = 22 vystup =
n = 11 vystup = 0
n = 5 vystup = 10
n = 2 vystup = 110
n = 1 vystup = 0110
n = 0 vystup = 10110
Funkce
Programy nepíšeme jako jeden dlouhý „štrúdl , ale dělíme je
do funkcí.
Proč?
Funkce
Programy nepíšeme jako jeden dlouhý „štrúdl , ale dělíme je
do funkcí.
Proč?
opakované provádění stejného (velmi podobného) kódu na
různých místech algoritmu
modularita (viz Lego kostky), znovupoužitelnost
snazší uvažování o problému, dělba práce
Funkce
vstupy (parametry)
funkce
návratová hodnota
vedlejší efekty
return
výpisy
změny globálních proměnných
Funkce
vstup: parametry funkce
výstup: návratová hodnota
proměnné v rámci funkce:
lokální: dosažitelné pouze v rámci funkce
globální: dosažitelné všude, minimalizovat použití
Funkce pro převod na binární zápis
def binarni_zapis(n):
vystup = ""
while n > 0:
if n % 2 == 0:
vystup = "0" + vystup
else:
vystup = "1" + vystup
n = n / 2
return vystup
Vnořené volání funkcí
funkce mohou volat další funkce
po dokončení vnořené funkce se interpret vrací a
pokračuje
rekurze: volání sebe sama, cyklické volání funkcí
(podrobněji později)
Vnořené volání: jednoduchý příklad
def info_o_sudosti(cislo):
print "Cislo", cislo,
if cislo % 2 == 0:
print "je sude"
else:
print "je liche"
def pokusy_se_sudosti(a, b):
print "Prvni cislo", a
info_o_sudosti(a)
print "Druhe cislo", b
info_o_sudosti(b)
print "Konec"
pokusy_se_sudosti(3, 18)
Vnořené volání – ilustrace
def pokusy_se_sudosti(a, b):
print "Prvni cislo", a
info_o_sudosti(a)
print "Druhe cislo", b
info_o_sudosti(b)
print "Konec"
def info_o_sudosti(cislo):
print "Cislo", cislo,
if cislo % 2 == 0:
print "je sude"
else:
print "je liche"
pokusy_se_sudosti(3,18)
Rozcvička programem II
Experimentální otestování hypotézy o třetí mocnině
def tabulka_soucet(n):
soucet = 0
for i in range(1,n+1):
for j in range(n):
soucet += i+j
return soucet
def vypis_souctu(kolik):
for n in range(1, kolik+1):
print n, n**3, tabulka_soucet(n)
Druhá posloupnost z úvodní přednášky
0 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 2 3 3 4 1 2 2 3 2 3 3 4 2
3 3 4 3 4 ...
Druhá posloupnost z úvodní přednášky
0 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 2 3 3 4 1 2 2 3 2 3 3 4 2
3 3 4 3 4 ...
Počet jedniček v bitovém zápisu.
Jak vypsat programem?
Druhá posloupnost z úvodní přednášky
def pocet_jednicek(n):
pocet = 0
while n > 0:
if n % 2 == 1: pocet += 1
n = n / 2
return pocet
def posloupnost2(n):
for i in range(n):
print pocet_jednicek(i),
Funkce: Python speciality
def test(x, y = 3):
print "X =", x
print "Y =", y
defaultní hodnoty proměnných
volání pomocí jmen proměnných
test můžeme volat např.:
test(2,8)
test(1)
test(y=5, x=4)
(dále též libovolný počet argumentů a další speciality)
Programátorská kultura
psát smysluplné komentáře, dokumentační řetězce (viz
později)
dávat proměnným a funkcím smysluplná jména
funkce by měly být krátké:
„jedna myšlenka
max na jednu obrazovku
jen pár úrovní zanoření
příliš dlouhá funkce – rozdělit na menší
neopakovat se, nepoužívat „copy&paste kód
Další důležité programátorské konstrukce
složitější datové typy (seznamy, řetězce), objekty
vstup/výstup (input/output, IO):
standardní IO
soubory
dělení projektu do více souborů (packages), použití
knihoven
viz další přednášky, cvičení, samostudium
Příklad: výpis šachovnice
# . # . # . # .
. # . # . # . #
# . # . # . # .
. # . # . # . #
# . # . # . # .
. # . # . # . #
# . # . # . # .
. # . # . # . #
Řešení funkční, ne úplně vhodné
def sachovnice(n):
for i in range(n):
if (i % 2 == 0): sudy_radek(n)
else: lichy_radek(n)
def sudy_radek(n):
for j in range(n):
if (j % 2 == 0): print "#",
else: print ".",
print
def lichy_radek(n):
for j in range(n):
if (j % 2 == 1): print "#",
else: print ".",
print
Lepší řešení
def sachovnice(n):
for i in range(n):
radek(n, i % 2)
def radek(n, parita):
for j in range(n):
if (j % 2 == parita): print "#",
else: print ".",
print
Jiný zápis
def sachovnice(n):
for i in range(n):
for j in range(n):
if ((i+j) % 2 == 0):
print "#",
else:
print ".",
print
Příklad: Hádanka hlavy a nohy
Farmář chová prasata a slepice. Celkem je na dvoře 20 hlav a
56 noh. Kolik má slepic a kolik prasat?
jak vyřešit pro konkrétní zadání?
jak vyřešit pro obecné zadání (H hlav a N noh)?
co když farmář chová ještě osminohé pavouky?
Hlavy, nohy: řešení
dva možné přístupy:
1 „inteligentně : řešení systému lineárních rovnic
2 „hrubou silou :
„vyzkoušej všechny možnosti
cyklus přes všechny možné počty prasat
Hlavy, nohy: program
def hledej_reseni(hlavy, nohy):
for prasata in range(0, hlavy+1):
slepice = hlavy - prasata
if prasata * 4 + slepice * 2 == nohy:
print "prasata =", prasata,\
"slepice =", slepice
Jak bych musel program změnit, kdybych řešil úlohu i s
pavouky?
Ukázka nevhodného programu: ciferný součet
if n % 10 == 0:
f = 0 + f
elif n % 10 == 1:
f = 1 + f
elif n % 10 == 2:
f = 2 + f
elif n % 10 == 3:
f = 3 + f
elif n % 10 == 4:
f = 4 + f
...
Ukázka nevhodného programu: čtverec
def ctverec(n):
for i in range(1, n):
print "*" * i
if i == n-1:
p = 1
while n+1 > p:
print "*" * n
n = n - 1