1. Úvod
C2184 Úvod do programování v Pythonu
podzim 2022
Adam Midlik
Co je to programování?
Programming is when you’re describing to the machine
how to do something.
Bill Gates
2
Historie
● 1837 – Charles Babbage navrhl
Analytický stroj (Analytical Engine)
○ Všestranný mechanický počítač
○ Nikdy nebyl celý sestrojen :(
● Ada Lovelace
○ Popsala metodu, jak pomocí Analytického stroje spočítat Bernoulliho čísla
○ Považuje se za autorku prvního počítačového programu
3
Část Analytického stroje
Historie
40. léta 20. století
● Vznikají první počítače
● Používají se nízkoúrovňové
programovací jazyky
○ Např. strojový kód, Assembly…
○ Složité pro psaní, specifické pro konkrétní typ procesoru
4
Replika počítače Z3 (1941)
5
Strojový kód
b8 21 0a 00 00
a3 0c 10 00 06
b8 6f 72 6c 64
a3 08 10 00 06
b8 6f 2c 20 57
a3 04 10 00 06
b8 48 65 6c 6c
a3 00 10 00 06
b9 00 10 00 06
ba 10 00 00 00
bb 01 00 00 00
b8 04 00 00 00
cd 80
b8 01 00 00 00
cd 80
Jazyk Assembly pro procesor IBM-PC (i386)
dosseg
.model small
.stack 100h
.data
hello_message db 'Hello, World!',0dh,0ah,'$'
.code
main proc
mov ax,@data
mov ds,ax
mov ah,9
mov dx,offset hello_message
int 21h
mov ax,4C00h
int 21h
main endp
end main
Takhle vypadají soubory .exe
Tomuto rozumí procesor
Historie
40.–50. léta
● První vysokoúrovňové jazyky
○ Umožňují vyšší míru abstrakce
○ Přeloží se do strojového kódu pomocí
překladače (nemusí to dělat člověk)
● 1954 – jazyk Fortran (IBM)
○ První rozšířený vysokoúrovňový jazyk
○ Stále používán pro high-performance computing
● Další jazyky: LISP, COBOL…
6
Fortran
PROGRAM HELLOWORLD
10 FORMAT (1X,11HHELLO WORLD)
WRITE(6,10)
END
Historie
60.–80. léta:
● Pascal, C, C++, MATLAB…
90. léta:
● Python, R, Java…
● Internet: PHP, JavaScript…
Současnost – stále nové jazyky:
● C# (2001), Go (2009), TypeScript (2012)…
7
Python
print('Hello World!')
Vývoj Pythonu
● 1989 – Guido van Rossum začal pracovat na jazyce Python
○ Výzkumné centrum CWI v Holandsku
○ Jazyk pojmenován podle komické skupiny Monty Python
8
● 1994 – Python 1.0
● 2000 – Python 2.0
● 2008 – Python 3.0
○ Cíl: napravit chyby v návrhu Pythonu
○ Není zpětně kompatibilní v Pythonem 2!
○ Python 2 stále přežívá (kvůli množství existujícího kódu) …
○ … Konec podpory – 1.1.2020
● 4.10.2021 – Python 3.10
9
Proč Python?
10
Proč Python?
● Jednoduchý jazyk, snadno se učí a je pedagogický
● Přehledná syntaxe
● Velká oblíbenost
○ Dokumentace, Stack Overflow
○ Množství tutoriálů a kurzů
○ Velké množství balíčků, všestranné nasazení
● Mocný jazyk
○ Výkonné vysokoúrovňové datové struktury
○ Jednoduchý přístup k objektovému programování
● Využití ve vědě
○ Bioinformatika: Biopython, scikit-bio
○ Matematika: scipy, matplotlib
○ Strojové učení: scikit-learn, TensorFlow
○ Zpracování obrazu: scikit-image …
11
Přehledná syntaxe
Funkce pro seřazení čísel:
Poznámka: tuto funkci by bylo zbytečné psát, protože to už někdo udělal za nás:
12
Síla
13
Oblíbenost
PYPL index – 1. místo
TIOBE index – 1. místo
14
Filozofie – jednoduchost a konvence
The Pythonic way:
There should be one – and preferably only one – obvious way to do it.
15
Bude fungovat Jednodušší a přehlednější způsob
(the Pythonic way)
for item in my_list:
do_something(item)
for i in range(len(my_list)):
do_something(my_list[i])
i = 0
while i < len(my_list):
do_something(my_list[i])
i = i + 1
Bude fungovat
Slabiny Pythonu
Rychlost
● Pomalejší než třeba C nebo Java :(
● Existují způsoby, jak napsat rychlý kód :)
● Pravděpodobně na tento problém nenarazíte
Spotřeba paměti
● Pravděpodobně na tento problém nenarazíte
Runtime errors
● Je to dynamicky typovaný jazyk, proto z kódu nelze poznat, jaké chyby se
mohou vyskytnout při běhu programu (lze řešit např. pomocí mypy)
Méně vhodný pro mobilní aplikace a databáze
16
Co je vlastně Python?
Python je
● Programovací jazyk
○ Jazyk, který umožňuje zápis zdrojového kódu programu
○ Jeho syntax a sémantika je popsána dokumentací
○ Konkrétně verze Python 3.10
● Interpreter
○ Program, který umožňuje spouštění (interpretaci) zdrojového kódu napsaného v jazyce Python
○ Konkrétně CPython 3.10 (existují i další interpretery, např. PyPy, Jython)
17
Jak funguje interpreter?
18
Vstup Výstup
Chybový
výstup
Zdrojový
kód (skript)
Interpreter
Interpreter v interaktivním módu
19
Zdrojový kód (příkazy)
Vstup
Výstup
Chybový výstup
Rozdíly od neinteraktivního módu:
● Zdrojový kód se zadává
z terminálu
● Pro zadání příkazů se vypisuje
prompt (>>>)
● Výsledky příkazů se vypisují na
výstup
Terminál
Interpreter
Co je IDE?
● IDE = Integrated Development Environment = vývojové prostředí
● “Chytrý editor”
● Ulehčuje nám práci při programování
● My budeme používat Visual Studio Code
○ Zadarmo
○ Není vázané na konkrétní jazyk
○ Lze do něj přidávat funkcionalitu pomocí extensions (využijeme extension Python)
● Jiná IDE: PyCharm, Spyder...
20
21
Instalace Pythonu a VSCode – Windows
Python
● Stáhněte Python 3.10 z https://www.python.org/downloads/
● Důležité: na začátku instalace zaškrtněte Add Python 3.10 to PATH
● V jednom z dalších kroků zaškrtněte Disable path length limit
● Kontrola: v nabídce Start najděte Python 3.10 – měl by se otevřít terminál
VSCode
● Stáhněte z https://code.visualstudio.com/
● Při instalaci také zaškrtněte Add to PATH
● Spusťte VSCode a na levé liště klikněte na ikonu Extensions
● Vyhledejte a nainstalujte extension Python od autora Microsoft
○ Automaticky se nainstalují i další extensions: Pylance, Jupyter, Jupyter Keymap
● Restartujte VSCode 22
Instalace Pythonu a VSCode – Linux, Mac OS X
Obdobná instalace
Ve většině distribucí Linuxu je už Python nainstalován, ale jmenuje se python3
● Starší verze, do 2019 (Ubuntu 19.10), starší Macy:
○ python3 = Python 3 (python = Python 2 → nepoužívat)
● Novější verze, od 2020 (Ubuntu 20.04):
○ python3 = Python 3 (po instalaci balíku python-is-python3: python = python3 = Python 3)
● Doinstalujte si balík python3-pip (přes sudo apt install python3-pip)
Instalace VSCode může být složitější (https://code.visualstudio.com/docs/setup/setup-overview)
23
Instalace Pythonu a VSCode – učebna C04/118
Je zde Linux Ubuntu 22.04, Python 3.9 Anaconda, VSCode 1.71
● V Activities vyhledejte Terminal
● V terminálu zadejte tyto příkazy (za každým Enter):
module add anaconda3 (přidání modulu s Pythonem)
module add vscode (přidání modulu s VSCode)
code (spuštění VSCode)
● Doinstalujte extension Python ve VSCode
24
První kroky
● Vytvořte si složku, ve které si budete ukládat svoje programy během semestru
● Stáhněte si cviko_01.zip z interaktivní osnovy a rozbalte do své složky
● Ve VSCode na levé liště klikněte na ikonu Explorer a otevřete složku cviko_01
○ Otevření složky: zkratka Ctrl+K Ctrl+O
● Na horní liště klikněte Terminal > New Terminal,
otevře se vám terminál s shellem (bash nebo powershell)
○ Terminál lze skrýt / znovu otevřít zkratkou Ctrl+J
25
Základní příkazy shellu
● ls – vypiš obsah aktuální složky (nebo ve Windows dir)
● cd .. – jdi o složku výš
● cd blabla – jdi do podsložky blabla
● blabla – spusť program blabla
● man blabla – vypiš nápovědu k příkazu/programu blabla (Linux, MacOS)
● help blabla – – | | – (Windows)
● exit – ukonči shell a zavři terminál
Klávesy ↑↓ – návrat k předchozím příkazům
Tab – automatické doplnění příkazu / programu / názvu souboru / složky 26
Spuštění Pythonu v interaktivním módu
● Do terminálu ve VSCode napište python, stiskněte Enter
● Vypíše se verze Pythonu a objeví se prompt (>>>)
● Zkuste zadávat příkazy, např. 2+2 nebo print('Hello')
● K předchozím příkazům se umíte vrátit pomocí šipek ↑↓ na klávesnici
● Python ukončíte signálem end-of-file (Windows: Ctrl+Z a Enter; Linux, Mac: Ctrl+D),
nebo zadáním příkazu exit()
27
Úkol
● Spusťte Python v interaktivním módu a vypočítejte (123 + 4/5) * 6
A) 127.8
B) 738
C) 742.8
D) 9
28
Spuštění skriptu
● V nabídce Explorer ve VSCode vytvořte nový soubor hello.py a otevřete ho
(pythonovské skripty mají příponu .py)
● Do souboru napište print('Hello World!') a uložte
(* nebo • nahoře u názvu souboru znamená, že není uložen)
● Do terminálu zadejte python hello.py
(shell umí dokončit název souboru stisknutím Tab)
● Spustí se Python a vypíše Hello World!
● Python se hned i ukončí, neuvidíte >>>
● Trik: aktuální řádek nebo označenou část skriptu lze spustit přes Shift+Enter 29
Úkol
● Spusťte skript ukazkovy_skript.py. Co se vypíše?
A) 2 5 8 0 1
B) 0 1 2 5 8
C) 8 5 2 1 0
D) 0 2 5 8 4
30
Jupyter Notebook
● Nástroj, který umožňuje kombinovat text, zdrojový kód, rovnice, grafy …
v jednom dokumentu (notebooku, přípona .ipynb).
● Notebook se skládá z buněk dvou typů
○ Markdown – obsahují formátovaný text
○ Code – obsahují zdrojový kód
● Na pozadí běží interaktivně interpreter, který vykonává kód v buňkách (kernel)
● Výstup interpretru se zobrazuje přímo v notebooku
● Buňky lze upravovat, přesouvat, mazat a opakovaně spouštět
31
Spuštění Pythonu přes Jupyter notebooks
● V nabídce Explorer ve VSCode otevřete soubor ukazkovy_notebook.ipynb,
potvrďte všechny výzvy k instalaci doplňků a pod. – může to chvilku trvat
● Zkuste spouštět a upravovat buňky v notebooku
● Možné problémy:
○ Notebook je otevřený v Restricted módu
→ při otevření složky potvrdit “Yes, I trust the authors”
○ Není zvolený kernel (pokud máme nainstalovaných více verzí Pythonu)
→ vpravo nahoře zvolit kernel Python 3 (v učebně: base (Python 3.9.12), ne 3.10)
○ Není nainstalovaný balík ipykernel
→ potvrdit výzvu k instalaci
32
Úkol
● Spusťte poslední buňku v notebooku ukazkovy_notebook.ipynb. Co vypíše?
A) Python Rules
B) Secret Message
C) Spanish Inquisition
D) 9
33
Ukázkový domácí úkol
● Do své složky si stáhněte a rozbalte cviko_01.zip
● Ve VSCode otevřete du_1.ipynb
● Řešte zadaný úkol
● Řešení si můžete zkontrolovat spuštěním testovací buňky na konci notebooku,
před tím ale nezapomeňte notebook uložit (nebo si nastavte File > Auto Save)
● Když vám projdou testy (vypíše se Tests passed), můžete odevzdat notebook
do odevzdávárny v ISu
○ Vždy odevzdávejte soubor s původním názvem, jinak se vám nezapočtou body
● Body za DÚ budeme cca 1x za 2 dny zapisovat do poznámkových bloků v ISu
34
Alternativní odevzdávání domácích úkolů
Kdo nechce používat Jupyter notebooks:
● Stejné zadání jako v du_X.ipynb naleznete v du_X.pdf
● Jednotlivé úkoly řešte v souborech du_X_Y.py
○ např. DÚ 2.5 řešte do souboru du_2_5.py
● Testy si spustíte z příkazového řádku:
python testing.py du_X_Y.py
● Odevzdejte jednotlivé soubory nebo je zabalte jako ZIP (ne RAR, TAR, 7Z...).
35
Užitečné triky
VSCode
● Ctrl+J – zobrazí/skryje terminál
● Ctrl+/ – zakomentuje/odkomentuje řádek (text za # interpreter ignoruje)
● Ctrl+X – smaže řádek (Ctrl+C, Ctrl+V kopíruje aktuální řádek)
● Ctrl+K, Ctrl+O – otevření složky
● Ctrl+↑↓ – scrollování
● Alt+↑↓ – přesouvání aktuálního řádku
● 2x klik – označí celé slovo
● 3x klik – označí celý řádek
36
Doporučení: používejte anglickou klávesnici
37
Obsahuje všechny speciální znaky používané při programování
@ # % ^ & ( ) [ ] { } < > + - = * / | \ : ; ’ ” ` _ …
Česká
Slovenská
38