IB111 Základy programování
Radek Pelánek
2018
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
• důraz na princip použití (k čemu to je), ilustrace použití, přemýšlení o problému
• ilustrace na příkladech
• zdůraznění častých problémů
• syntax (zápis) jen zběžně, zdaleka ne vše z jazyka Python
• syntax je však potreba také umět!
• cvičení
9 samostudium, např. howto.py.cz
• některé aspekty zjednodušeně, později v kurzu podrobněji
nŕ poznámky k syntaxi
• „case sensitive" - velikost písmen důležitá
• diakritika, české názvy - Python 3 umožňuje, al predmetu se držíme anglických písmen a názvů
o komentáře - symbol #
4  □  ►   4 ť5P ► 4
Proměnné: príklad
Problém: vypočítat výšku mostu na základě času pádu koule
vstup: čas výstup: výška
t = float(input()) h = 0.5 * 10 * t * t print(h)
>0 q,o
• udržují hodnotu
• udržovaná hodnota se může měnit - proto proměnné
• typy:
• číselné: int, float, ...
• pravdivostní hodnota (bool)
• řetězec (string)
• seznam / pole
• slovník
Názvy proměnných
o posloupnost písmen, číslic a znaků '_'
• bez mezer, více slov pomocí:
• lower_case_with_underscores, CamelCase, mixedCase
• nelze použít klíčová slova (if, while, and, True, ...)
• lze použít některé další prvky jazyka (napr. názvy typů), ale není to vůbec dobrý nápad
Výrazy a operace
• výrazy: kombinace proměnných a konstant pomocí operátorů
• operace:
9 aritmetické: sčítání, násobení, ...
• logické: and, or, not, ...
• zřetězení řetězců
• ...
• preference operátorů, pořadí vyhodnocování
Proměnné a výrazy: příklady
x = 13
y = x 7, 4
y = y + i
y += i
# modulo
a = (x==3) and (y==2) b = a or not a
s = "petr" t = "klic" u = s + t
z = x + s
# error: cannot add int and string
is v Pythonu: přirazení, rovnost
• přiřazení =
x = 3 znamená „přiřaď do x hodnotu 3"
• test na rovnost ==
x == 3 znamená „otestuj zda v x je hodnota 3"
• častá chyba: záměna = a ==
• varování: is
x is 3 se chová zdánlivě jako ==, ale jsou tam roz pokročilý programovací prvek, teď nepoužívat!
Zápis v Pythonu: operace
• většina operací „intuitivní": + ,       *, /9 and,
• umocňování: **
• dělení se zbytkem: °/0
• celočíselné dělení: //
• zkrácený zápis: „y += 5" znamená „y = y + 5
3 + 2**3 < 15 or "pes" == "kos"
poradí vyhodnocování vesměs intuitivní („jako matematice")
pokud na pochybách:
o konzultujte dokumentaci • závorkujte
zkrácené vyhodnocování: 1+1 == 2 or x ==
4  □  ►   4 ť5P ► 4
Operace, pořadí vyhodnocování
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, ■:, <=, >, > = , ■;>, L=, ==	Comparisons, including membership tests and identity tests,
1	Bitwise OR
-	Bitwise XOR
	Bitwise AND
	Shifts
+ > "	Addition and subtraction
	Multiplication, division, remainder [3]
	Positive, negative, bitwise NOT
	Exponentiation [9]
x[index], x [ index.: index] , x {arguments L L L) , x.. attribute	Subscription, slicing, call, attribute reference
(expressions L L L ) 5 [ expressions L L L ] , { key [ datum i i L } , " expressions ■ ■ ■ ^	Binding or tuple display, list display, dictionary display, string conversion
>0 q,o
• fádky pod sebou
• alternativně oddělit středníkem (avšak nedoporučeno) x = 2; y = 3
• varování: and neslouží k sekvenčnímu řazení NE: x = 2 and y = 3
Typové systémy programovacích jazyků
Označuje typy programátor v kódu?
• explicitní - programátor v kódu deklaruje typ napr. int x;
• implicitní - interpret určuje typ automaticky
Jak se provádí typová kontrola?
• statické - na základě kódu (při kompilaci, před interpretací)
• dynamické - za běhu programu
4  □  ►   4 [fP ►   4 '.
• dynamické implicitní typování
• typ se určuje automaticky
• typ proměnné se může měnit
• rozdíl oproti statickému explicitnímu typování (většina kompilovaných jazyků jako C, Pascal, Java)
• „deklarace" proměnné: první přiřazení hodnoty
• zjištění typu: funkce type, isinstance
• možnost explicitního pretypovaní
o x = float(3); s = str(158)
Proměnné a paměť
(více později)
• základní výpis: print (x)
• více hodnot: print (x, y, z, sep=";")
• bez odřádkování: print (x, end=MM)
• další možnosti: sys.write, .format, .rjust ...
(rozdíl oproti Python 2)
Podmínky: príklad
Příklad: počítání vstupného vstup: věk
výstup: cena vstupenky
if age < 18:
price = 50 else:
price = 100
Lze zapsat bez použití if? Jak?
Podmíněný příkaz
if <podmínka>:
příkazl else:
příkaz2
• podle toho, zda platí podmínka, se provede jed
• 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, standardně 4 znaky
• jiné jazyky: složené závorky { }, begin-end
>0 q,o
Podmíněný příkaz: příklad
if age < 6:
print("Free entry")
elif age < 15: price += 20 print("Child")
elif age < 60: price += 100 print("Adult")
else:
price += 50 print("Senior")
If/elif/else: poznámka
mnohonásobný if/elif/elif/.../elif/else:
• většinou indikace nevhodného zápisu
• elegantnější řešení: cyklus + seznam, slovník..
Cykly: příklady
o
vstupné za celou rodinu výpis posloupnosti čísel výpočet faktoriálu převod čísla na binárni zápis
• opakované provádění sekvence příkazů
• známý počet opakování cyklu:
• příkaz f or
• „opakuj k krát"
• neznámý počet opakování cyklu:
• příkaz while
• „opakuj dokud není splněna podmínka"
for x in range(n): příkazy
• provede příkazy pro všechny hodnoty x ze zadaného intervalu
• range(n) - interval od 0 do n-1 (tj. n opakování)
• range (a, b) - interval od a do b-1
• for/range lze použít i obecněji (nejen intervaly) -později/samostudium
Faktoriál pomocí for cyklu
• Co to je faktoriál? K čemu se používá?
• Kolik je „5! "?
• Jak vypočítat „n!11 (n je vstup od uživatele)?
Faktoriál pomocí for cyklu
n = int(inputO) f = 1
for i in ranged, 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, end=" ")
>0 0,0
Zanořovani
• řídicí struktury můžeme zanořovat, napr.
• 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 total = 0
for i in ranged, n+1) for j in range(n): print(i+j, end total += i+j print()
print("The result is",
Rozcvička programem - hezčí formátování
for i in ranged, n+1) : for j in range(n):
print(str(i+j).ljust(2), end=M ") 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
Faktoriál pomocí while cyklu
n = int(input()) f = 1
while n > 0: f = f * n n = n - 1
print(f)
Další příkazy pro řízení cyklů
• break - ukončí provádění cyklu (nejvnitrnějšího)
• continue - ukončí aktuální iteraci cyklu a přejde na další
• else větev může být i u cyklu
• někdy užitečné, ale snadno zneužitelné (nečitelný kód)
• v rámci IB111 nepoužíváme
ON A SCAUE CF 17t) 10, HOW LIKELY 15 fľ TkAT
this Ouesno^ IS using Binary?
WHflŕTÍS A K ľ )
Binární soustava: počítání na prstech
https://www.khanacademy.org/math/vi-hart/v/ binary-hand-dance
Príklad: 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 binárni zápis?
• Jak převedeme obecné číslo na binárni zápis?
4  □  ►   4 ť5P ► 4
Prevod na binární zápis
n = int(input()) output = 11,1 while n > 0:
if n °/0 2 == 0:
output = "0" + output
else:
output = "1" + output n = n // 2   # integer div print(output)
Převod na binární zápis - průběh výpočtu
n =	22	output =	
n =	11	output =	0
n =	5	output =	10
n =	2	output =	110
n =	1	output =	0110
n =	0	output =	10110
Programy nepíšeme jako jeden dlouhý „štrúdľ\ ale dělíme je do funkcí.
Proč?
Programy nepíšeme jako jeden dlouhý „štrúdl", ale dělíme je do funkcí.
Proč?
• opakované provádění stejného (velmi podobného) kódu n různých místech algoritmu
• modularita (viz Lego kostky), znovupoužitelnost
• snazší uvažování o problému, čitelnost
• dělba práce
def to_binary(n): output = "" while n > 0:
if n °/0 2 == 0:
output = "0" + output else:
output = "1" + output n = n // 2 return output
print(to_binary(22))
vstupy (parametry)
return
návratová hodnota
vedlejší efekty
výpisy
změny globálních proměnných
• vstup: parametry funkce
• výstup: návratová hodnota (předána zpět pomocí return)
• return neníprint
• upozornění: yield - podobné jako return, pokročilý konstrukt, v tomto kurzu nepoužívat
• proměnné v rámci funkce:
• lokální: dosažitelné pouze v rámci funkce
• globální: dosažitelné všude, minimalizovat použití (více později)
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)
4 [fP ►   < -E ►   4 >
Vnořené volání: jednoduchý příklad
def parity_info(number):
print ("Number", number, end=" 11) if number °/0 2 == 0:
print("is even") else:
print("is odd")
def parity_experiment(a, b):
print("The first number", a) parity_info(a)
print("The second number", b) parity_info(b) print("End")
parity_experiment(3, 18)
Vnořené volání - ilustrace
parity experiment(3, 18)
\
def parity_experiment(a,  b): print("The first number", parity info (a) t
print ("The second number, parity_info(b) print("End")
def parity_info(number):
print("Number", number, if number % 2 == 0:
print("is even") else:
print("is odd" )
Rozcvička programem II
Experimentální otestování hypotézy o třetí mocnině
def table_sum(n): total = 0
for i in ranged, n+1) : for j in range(n): total += i+j return total
def check_sums(how_many):
for n in ranged, how_many+l) :
print(n, n**3, table_sum(n), sep=
4  □  ►   4 fSP ► 4
Druhá posloupnost z úvodní přednášky
011212231223233412232 3 3 4 3 4 ...
4  □  ►   4 [fP ► 4
Druhá posloupnost z úvodní přednášky
011212231223233412232 3 3 4 3 4 ...
Počet jedniček v bitovém zápisu. Jak vypsat programem?
ruhá posloupnost z úvodní přednášky
def count_ones(n): count = 0 while n > 0:
if n % 2 == 1: count += 1 n = n // 2 return count
def sequence(n):
for i in range(n):
print (count_ones(i), end=M 11)
Funkce: Python speciality
def test(x, y=3): print(MX = ", x) print(MY = ", y)
o defaultní hodnoty parametrů
• volání pomocí jmen parametrů
• test můžeme volat např.:
• test(2, 8)
• test(l)
• test(y=5, x=4)
• (dále též libovolný počet parametrů a další specia
Funkce: rady
• specifikace: vstupně-výstupní chování - ujasnit si před psaním samotného kódu
• jaké potřebuje funkce vstupy?
• co je výstupem funkce
o funkce by měly být krátké:
• „jedna myšlenka"
• max na jednu obrazovku
• jen pár úrovní zanoření
• příliš dlouhá funkce - rozdělit na menší
Programátorská kultura
• psát smysluplné komentáře, dokumentační řetězce (vi později)
• dávat proměnným a funkcím smysluplná jména
• neopakovat se, nepoužívat „copy&paste kód"
• doporučení k úpravě kódu v Pythonu - „PEP8": https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/
PEP = Python Enhancement Proposals
průběžné téma kurzu
Proměnné, funkce, komentáře: jazyk
• doporučení (užitečný návyk hned od začátku): vše anglicky
• české názvy: míchání jazyků (klíčová slova anglicky), nekonzistence s diakritikou, ...
• větší projekty - angličtina nutnost
• style guide: Python coders from non-English speaking countries: please write your comments in English, unless you are 120% sure that the code will never be read by people who don't speak your language.
. ale nezaseknete se na tom
KEEP ftf MIHD w rn SBf-WGUi; SOW CODE MAY BE A LITTLE f1E59ii
/ LM£5£f-
/ insure
,   ITS FilC.
.JUDU
this la like: bong in
A HOUSE BUllTBťA CHILP USING NOTHING BUT A HflTCHEf AND A PICTURE OF A HOUSE.
rre like asalap recipe
URITfEN GťA CDRfWflE UV/ER        A PHONE
KMEU EXCEL FORMULAS.
ITSU^SOťlEJONETÍXXPf TRAN5CR1PT OF A COUPLE ARGUIK/G AT IKEA AND MADE
random sat5 ofmur
compiled uoholtt errors, asm£(5uwj£.
htts://xkcd.com/1513/ viz též htts://xkcd.com/1695/, htts://xkcd.com/1833/
HOW TO \Jfi>\TE GOOD CODE-
Ssmf
PROJECT
GOOD
cope:
< □ ► <
htts://xkcd.com/844/
alšŕ důležité programátorské konstrukce
• složitější datové typy (seznamy, řetězce), objekty
• vstup/výstup (input/output, 10):
• standardní 10
• soubory
• dělení projektu do více souborů (packages), použití knihoven
viz další přednášky, cvičení, samostudium
Příklad: výpis šachovnice
• ^£ • ^£ • ^£ • ^£
• ^£ • ^£ • ^£ • ^£
• ^£ • ^£ • ^£ • ^£
Řešení funkční, ne úplně vhodné
def chessboard(n):
for i in range(n):
if (i % 2 == 0): even_line(n) else: odd_line(n)
def even_line(n):
for j in range(n):
if (j % 2 == 0): print("#", end=MM) else: print(".", end=IMI) print()
def odd_line(n):
for j in range(n):
if (j % 2 == 1): print ("#", end=IMI) else: print(11.11, end=IMI) print() ,
Lepsi reseni
def chessboard(n):
for i in range(n): line(n, i °/0 2)
def line(n, parity): for j in range(n):
if (j °/0 2 == parity) else: print(".", end print()
Jiný zápis
def chessboard(n):
for i in range(n):
for j in range(n):
c = "#" if ((i+j) °/o 2 print (c, end=M 11) print()
DRY = Don't Repeat Yourself WET
• Write Everything Twice
• We Enjoy Typing
• Waste Everyone's Time
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?
>0 q,o
avy, nohy: řešení
dva možné přístupy:
O „inteligentně": řešení systému lineárních rovnic Q „hrubou silou":
• „vyzkoušej všechny možnosti"
• cyklus přes všechny možné počty prasat
4  □  ►   4 [fP ► 4
Hlavy, nohy: program
def solve(heads, legs):
for pigs in range(0, heads+1): hens = heads - pigs if pigs * 4 + hens * 2 == legs: print ("pigs = ", pigs, "hens = ", hens)
solve(20, 56)
Jak bych musel program změnit, kdybych řešil úlohu i s pavouky?
4 [fP ►   < -E ►   4 >
>0 0,0
• základní konstrukce
• proměnné
• řízení toku výpočtu: if-else, for, while
• funkce
• programátorská kultura priste: počítam s cisly