IB113 Radek Pelánek
2022
1/63
Dnešní prednáška
• objekty a strukturovaná data - rychlý úvod
• ukázka na živo - objekty + opakování
• KvIS s příklady na objekty
9 styl, rozbor odevzdaných příkladů z Umíme informatiku
Objekty: Motivace
udržování dat pohromadě
• záznamy o knihách
• název knihy, autor, ISBN, rok vydání
• postava v počítačové hře
• souřadnice (x, y), energie, vybavení,
Jak reprezentovat?
book = ["Godel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid",
"Douglas R. Hofstadter", "978-0465026562", 1999]
print(book[0]) # title print(book[1]) # author
nepojmenované - nutno si pamatovat poradí položek (v hlavě, v komentářích, v konstantách)
toto není pěkné
Pokus 2: Využití konstant
TITLE = 0 AUTHOR = 1
book = ["Godel, Escher, Bach: An
"Douglas R. Hofstadter", "978-0465026562", 1999]
print(book[TITLE]) print(book[AUTHOR])
lepší jak předchozí, ale porád škaredé
book = {"title":  "Godel, Escher, Bach: An Eternal Golden
"author":  "Douglas R. Hofstadter", "isbn": "978-0465026562", "year": 1999}
print(book["title"]) print(book["author"])
toto není špatné, ale ...
•<□► < [SP ► < -ž ► < -e ►
Motivace II
• vlastní datové typy: nejen data, ale i funkcionalita
• schovávání škaredých detailů
Motivace II
• vlastní datové typy: nejen data, ale i funkcionalita
• schovávání škaredých detailů
příklad: dvojrozměrné matice z přednášky o datových typech
• použitá reprezentace:
• reprezentovány pomocí seznamu seznamů
• nepěkný způsob zjišťování velikosti matice
• co bychom chtěli?
• spolu s maticí si udržovat informace o její velikosti
• kontrolovat přístupy do matice
7/63
Motivace III
• objektům se nelze vyhnout (v Pythonu a jazyků)
• zápis volání funkcí pres operátor „tečka"
o řetězce, seznamy, slovníky, soubory, ...
Nezbytné využití objektů
t = "hello"
print(t.upper())
s = [7, 14, 42, 0]
s.sort()
s.append(9)
d = {"a": 1, "b": 2}
s = d.keysO
f = open("myfile.txt")
line = f .readlineO
Proč t.upper() a ne upper(t)?
Bez povědomí o objektech to nedává smysl.
9/63
Záznamy, struktury
• datový typ složený z více položek
9 typicky fixní počet položek, deklarované typy
• C: struct
• Pascal: record
Objekty
• často rozšíření struktur
• kombinují data a funkce (metody)
• C++, Java, Python: class
10/63
ektově orientované programování
• zde probíráme základy využití objektů v Pythonu
• primárně náhrada za záznamy/struktury
• jednoduché využití metod
• „objektově orientované programování" je podstatně
• zapouzdření, veřejné/soukromé atributy
• dědičnost
• polymorfismus
• metodika návrhu programů
• viz navazující kurzy (Java, C++)
ozitejsi
•f) c\ ry 11/63
rovně porozumění objektům
O pochopení základních konceptů, porozumění vestavěným typům
O použití objektů jako záznamy/struktury (shlukování dat)
O využití objektů s metodami
O plné objektově orientované programování
v IB113 pouze bod 1.
body 2. a 3. lze zvládnout samostudiem
na bod 4. se určitě hodí kurz
Objekty v Pythonu
class Person:
def __init_
self.name self.age = age
(self, name, age) = name
def say_hello(self):
print (self .name + 11 says hello.")
def rename_to(self, new_name):
print (self .name + 11 renamed to 11 + new_name + 11.") self.name = new name
13/63
Slovníček pojmů
(zjednodušeně)
třída
objekt atribut
obecný uživatelsky definovaný typ, charakterizován atributy
konkrétní instance třídy
„to co je za tečkou", atributy jsou datové a funkční
datový atribut   proměnná patřící třídě/objektu (*)
metoda
funkce, která je vázaná na danou třídu
konstruktor       inicializační metoda, vytváří objekt
(*) je rozdíl mezi atributem třídy a objektu
Poimv - intuitivní ilustrace
• třída: pes
• objekt (instance): Alík
• datové atributy: rasa, jméno, věk, poloha
• metody: štěkej, popoběhni
15/63
kty v Pythonu
• definice třídy: class MyObject:
• definice metod:
def do_something(self, parameter):
• self - povinný první parametr
• odkaz na aktuální objekt
• self není klíčovým slovem, jen silnou konvencí
• objekty
• instance třídy, vlastní atributy
• přístup k atributům pomocí tečkové notace
Vyt
vorem o
bjekt
u
speciální metoda (konstruktor):__init
především inicializace atributů
class Person:
def __init__(self, name, age):
self.name = name self.age = age
vytvoření objektu:
homer = Person("Homer Simpson", 34) print(homer.name) print(homer.age)
17/63
Metody: definice a použití
tečková notace
objekt před tečkou se předá jako první parametr (self)
class Person:
def say_hello(self):
print (self .name + 11 says hello.")
homer.say_hello()
# Homer Simpson says hello.
18/63
Metody a modifikace objektu
class Person:
def rename_to(self, new_name):
print (self .name + 11 renamed to 11 + new_name self.name = new name
homer.rename_to("Homer Jay Simpson")
# Homer Simpson renamed to Homer Jay Simpson. print(homer.name)
# Homer Jay Simpson
Prístup k atributům
• přímý:
• přistupujeme přímo k atributu, můžeme i měnit
• homer.name
• nepřímý:
• pomocí metod („getters and setters")
• get_name, set_name
Který zvolit?
• závisí na použití
• objekt jen pro držení dat: přímý přístup je nejspíše OK
• schováváme v objektu složitější vnitřnosti: pište metody
PEP8 konvence: názvy
• jména tříd:
CapWords (velká počáteční písmena slov, bez oddělovačů slov)
• atributy (datové, metody): stejně jako běžné proměnné/funkce
lowercase, lower_case_with_underscores
21/63
• knihy
• studenti o čas
• matice
• rodokmen
o textové obrázky
22/63
• práce se seznamem knih
• kniha má: název, autora, ISBN
• chceme seznam načítat/ukládat do souborů
23/63
Knihy
class Book:
def __init__(self, title, author, isbn):
self.title = title self.author = author self.isbn = isbn
geb = Book("Godel, Escher, Bach",
MHofstadterM, "978-0465026562M) neverwhere = BookO'Neverwhere",
"Gaiman", ,,978-0380789016M)
print(neverwhere.author)
24/63
Knihy: načítania ukládání
def load_library(filename): book_list = []
with open(filename, "r") as f: for line in f:
a, t, i = line. split (";11) book_list.append(Book(t, a, i)) return book_list
def save_library(filename, book_list): with open(filename, "w") as f: for book in book_list:
f. write (book, title + 11;11 + book, author + 11;11 + book.isbn + "\n")
25/63
save_library("library.csv",  [geb, neverwhere]) books = load_library("library.csv") for b in books: print(b.title)
vytvořený / načítaný soubor library.csv:
Godel, Escher, Bach;Hofstadter;978-0465026562 Neverwhere;Gaiman;978-0380789016
26/63
Príklad: studenti a kurzy
• reprezentace studentů a kurzů
• kurz má seznam zapsaných studentů
class Student:
def __init__(self, uco, name)
self.uco = uco self.name = name
•<□►   4 ^ >■   <  -ž  ►   <  -š ►
27/63
Príklad: studenti a kurzy
class Course:
def __init__(self, code)
self.code = code self . students = []
def add_student(self, student): self.students.append(student)
def print_students(self): i = 1
for s in self.students: print (str(i) + 11.11, str(s.uco), s.name, sep="\t")
i += 1
Studenti a kurzy: použití
jimmy = Student(555007, "James Bond") ibll3 = Course("IB113")
ibl13.add_student(Student(555000, "Luke Skywalker")) ibl13.add_student(j immy)
ibl13.add_student(Student(555555, "Bart Simpson")) ib113.pr int.student s()
# 1.       555000   Luke Skywalker
# 2.       555007   James Bond
# 3.       555555   Bart Simpson
29/63
Studenti a kurzy: razení
Co když chceme seřazený seznam studentů?
• přirozené sorted(self . students) nefunguje - není definováno uspořádání na studentech
a možnosti:
• definovat uspořádání na studentech - metoda __It__(self, other)
• sorted(self.students, key=lambda s: s.name) o použít pomocný seznam a ten seřadit:
tmp = [(s.name, s.uco) for s in self.students]
• co uspořádání abecedně podle příjmení?
30/63
Příklad: reprezentace času
(jednoduchá naivní verze, pořádně: knihovna datetime)
class Time:
def __init__(self, h, m, s):
self.hours = h self.minutes = m self.seconds = s self.validate()
def validate(self):
if self.seconds >= 60:
self.minutes += self.seconds // 60 self .seconds = self .seconds °/0 60
if self.minutes >= 60:
self.hours += self.minutes // 60 self .minutes = self .minutes °/0 60
Reprezentace času
class Time:    # ...  continued ... def add_seconds(self, sec): self.seconds += sec self.validate()
def pretty_print(self):
print ("{}:{: 02}: {: 02}11. format (self . hours,
self.minutes, self.seconds))
t = Timed, 30, 72) t.pretty_print() t.add_seconds(107) t.pretty_print()
32/63
Príklad: matice
oproti dřívější ukázce práce s maticemi:
• chceme uchovávat i jejich velikost
• chceme bezpečný přístup k prvkům
class Matrix:
def __init__(self, rows, cols):
self.rows = rows self.cols = cols
self.matrix = [[0 for i in range(self.cols)]
for i in range(self.rows)]
33/63
atice: metody
class Matrix: # ...  continued ... def check(self, row, col):
if row < 0 or row >= self.rows: print("Bad row index.") return False if col < 0 or col >= self.cols: print("Bad column index.") return False return True
def get(self, row, col):
if self.check(row, col):
return self.matrix[row][col] def set(self, row, col, value): if self.check(row, col):
self . matrix [row] [col]     Va"f ue
Matice: násobení
def matrix_mult(matL, matR): if matL.cols != matR.rows:
print (11 Incompatible matrices .11) return
result = Matrix(matL.rows, matR.cols)
for k in range(matL.cols):
result.set(i, j, result.get(i, j) +
matL get(i, k) * matR.get(k, j))
for i in range(matL.rows):
for j in range(matR.cols):
return result
35/63
Matice: poznámky
čistě ilustrativní příklad
reálnější verze by využívala:
• přetížení operátoru krát:
• výjimky, příp. as ser t
• ... a nebo rovnou numpy
Textové obrázky
• objekt reprezentující obrázek
• metody: přidej bod, přidej čtverec, zkombinuj s jiným obrázkem, ...
• „textové" vykreslení demo ukázka programování
37/63
Varování: Statické atributy
• definovány přímo ve třídě
• patří samotné třídě, ne objektům
• mají svůj smysl, ale při začátcích spíše zdroj chyb
class MyClass: x = 0
def __init__(self, n):
self.y = n
print(MyClass.x) my_object = MyClass(17) print(my_obj ect.y) print(my_obj ect.x)
# 0
# 17
# 0 (same as MyClass.x)
38/63
Statické atributy: ilustrace problému
class Person: hobbies = []
def __init__(self, name):
self.name = name def add_hobby(self, hobby):
self.hobbies.append(hobby)
mirek = Person("Mirek Dusin") mirek. add_hobby (11 running") mirek.add_hobby("world peace") bidlo = Person("Dlouhé Bidlo") bidlo.add_hobby("drinking beer")
print(mirek.hobbies)
Objekty a globální proměnné
příklad: herní plán (piškorky, dáma, apd)
• přirozená reprezentace objektem, nahrazení globálních proměnných
• datové atributy: velikost plánu, stav hracího plánu, figurky, ...
• metody: vykresli, zanes tah, zkontroluj výhru, ...
Vestavěné typy jako objekty
t = "hello"
print(t.upper())
s = [7, 14, 42, 0]
s.sort()
s.append(9)
d = {"a": 1, "b": 2}
s = d.keysO
f = open("myfile.txt")
line = f .readlineO
41/63
Dědičnost
jeden z pokročilejších prvků objektového programování
ilustrace myšlenky na příkladech:
• typický „školní" příklad: geometrické objekty
• praktický příklad: výpis heterogenních statistik z výukových systémů
42/63
KvIS kod: otazky 5, 6, 7, 8
class Person:
def __init__(self, name):
self.name = name
self.best_friend = None
def set_friend(self, person): self.best_friend = person
alice = PersonC'Alice") bob = PersonO'Bob") cyril = PersonC'Cyril") alice.set_friend(bob) bob.set_friend(cyril)
43/63
Python Tutor vizualizace
Frames
Objects
Person class hide attributes
init	f unction _init_(self, name)
setjtiend	function set_friend(self, person)
erson instance
Ětest friend
Person instance
est friend
Person instance	
f bestjtiend	None
name	"CyriI"
44/63
KvIS kód: otázky 9, 10
11, 12
class Point:
def __init__(self, x, y):
self.x = x self.y = y
def shift(self, x, y): self.x += x self.y += y
a = Point(3, 2) b = Point(1, 4) points = [a, b, Point(0, 2)]
45/63
Styl psaní programu
Při programování jde nejen o korektnost a efektivitu, ale i čitelnost a čistotu kódu:
o snadnost vývoje, testování
• údržba kódu
• spolupráce s ostatními (sám se sebou po půl roce)
46/63
Styl psaní programu
obecná doporučení:
• nepoužívat copy&paste kód
• dekompozice na funkce, „funkce dělá jednu věc"
• rozumná jména proměnných, funkcí
specifická doporučení (závisí na programovacím jazyce, příp. společnosti) - důležitá hlavně konzistence:
• odsazování
• bílá místa (mezery v rámci řádku)
• styl psaní víceslovných názvů
•<□►   4 ^ t   <  -ž  ►   <  -š ►
47/63
PEP8 - doporučení pro Python
https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/
• obecný „duch" doporučení celkem univerzální
• částečně však specifické pro Python (pojmenování, bílá místa, ...)
dnes na ukázkách, trochu více detailů na poslední přednášce
•<□►   4 ^ t   <  -ž  ►   <  -š ►
48/63
Komentované ukázky kódů
o řešení z programátorských cvičení z umimeinformatiku.cz
• automatické hodnocení, hodnotí pouze korektnost
• ilustrované stylistické problémy ale časté i jinde
upozornění: následující ukázky jsou všechny nějakým způsobem problematické
Napište funkci frame(text, symbol), která vypíše text v rámečku tvořeném znakem symbol (předpokládejte, že symbol je řetězec tvořený právě jedním znakem).
def frame(text, symbol):
print(symbol*(len(text)+2)) print(symbol + text + symbol) print(symbol*(len(text)+2))
50/63
Rámeček
def frame(text, symbol): n=len(text) for i in range(n+2):
print(symbol,end
print()
print(symbol+text+symbol) for i in range(n+2):
print(symbol,end
print()
def frame(text, symbol): lenght = len(text) new_l = lenght +2 print CO" .format (symbol*new_l)) for i in range(0,new_l): if i == 0:
print(symbol, end = elif i == new_l -1:
print(symbol, end = print() else:
print(text [i-1], end = '') print CO" .format (symbol*new_l))
_ i i
_ i i
)
)
52/63
Součin nenulových
Napište funkci nonzero_product(numbers), která pro zadaný seznam čísel numbers vrátí součin všech nenulových čísel v seznamu.
def nonzero_product(numbers): součet = 1 for i in numbers: if i != 0:
součet *= i return součet
Maximální sousedi
Napište funkci max_pair_sum(num_list), která pro zadaný seznam kladných čísel nurrUist vypočítá nejvyšší součet dvou po sobě jdoucích čísel.
def max_pair_sum(num_list): new_list= []
for i in range(len(num_list)): if i<len(num_list)-l:
new_list.append(num_list[i]+num_list [i+1]) else:
new_list.append(num_list[i-1]+num_list [i]) for number in new_list: return max(new_list)
54/63
max_pair_sum(num_list)
count=0
max=0
sum=0
sudy=0
for number in num_list sum+=number count+=l if count°/02==l:
lichy=number if count0/o2==0:
sudy=number if sum > max:
max=sum if count0/o2==0:
sum=sum-lichy if count°/02==l:
sum=sum-sudy return max
aximálnř sousedi
def max_pair_sum(num_list): x=num_list[0]+num_list[1 y=num_list[1]+num_list[2 z=num_list[2]+num_list[3 u=num_list[3]+num_list[4 q=num_list[4]+num_list[5 p=num_list[5]+num_list[6 return(max(x, y, z, u, q, p))
<  □  ►   4 ^ >■   4  S  >   4  = k
56/63
Napište funkci find_longest_word(words_list), která vrátí nejdelší slovo ze zadaného seznamu slov words_list. Pokud je nejdelších slov více, vrátí to z nich, které je v seznamu uvedeno jako první.
def find_longest_word(words_list): a = 0
for i in words_list: if len(i) > a: a = len(i) b = i
return b
•<□►   4 ^ t   <  -ž  ►   4 >
57/63
Nejdelšŕ slovo v seznamu
def find_longest_word(words_list): delka= []
for i in range(len(words_list)):
délka.append(len(words_list [i]))
for j in range(len(délka)): if délka[j]==max(délka): return words_list [j]
Nejdelšŕ slovo v seznamu
def find_longest_word(words_list): longest=words_list[0] long=len(words_list [0]) for i in range(len(words_list)): for j in words_list:
if len(words_list[i])>long: long=len(words_list [i]) longest=words_list[i] else:
continue return longest
Nejdelšŕ slovo v seznamu
def find_longest_word(words_list) counter = 0 result = 11 11 for word in words_list:
if len(word) > counter: counter = len(word) for word in words_list:
if len(word) == counter: result = word break return result
def find_longest_word(words_list):
length = sorted(words_list, key=len) if len(length) == 1:
return(length [0]) elif len(length [-2]) == len(length [-1]) and len(leng
return(length [-2]) elif len(length [-3]) == len(length [-2]) == len(length
return(length [-3]) else:
return (length [-1])
•<□►   4 ^ t   4  ±  k   4  S ►
61/63
• Uveďte příklady dat, pro jejichž reprezentaci se přirozeně hodí objektový zápis.
• Jaký je rozdíl mezi pojmy třída a objekt?
• Jaký je význam pojmů atribut, metoda, konstruktor?
• Co je to „metoda" a jak ji zapisujeme?
• Jak přistupujeme k metodám a atributům objektu?
• Jak vytvoříme objekt?
• Co znamená self v zápisu metod?
•<□►   4 ^ t   <  -ž  ►   <  -š ►
62/63
• záznamy (struktury) - používáme pro seskupení souvisejících dat, v Pythonu přímo nejsou
• objekty
• složitější než záznamy, data + metody
• vestavěné typy používáme jako objekty
• dobrý programátorský styl je důležitý příště: obrázky
63/63