SFZ FN Sj. 13/14 Python 1 Grundlagen Inf K1/2 Sj 13/14

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1 SFZ FN Sj. 13/14 Python 1 Grundlagen Inf K1/2 Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt

2 Python Die Sprache wurde Anfang der 1990er Jahre von Guido van Rossum in Amsterdam als Nachfolger für die Programmier-Lehrsprache ABC entwickelt. Version 1: 1994 Sie wird an Unis häufig in Naturwissenschaften verwendet, aber auch z.B. bei Google Rossum war und ist begeistert von Monty Python’s Flying Circus. Literatur: On-Line Kurs Bundeswettbewerb Informatik Hello Words: Programmieren für Kids und andere es ist einfach zu lesen. A Byte of Python engl. Original: Kaiser, Ernesti: Python Handbuch, Vers.2.5 A Primer on Scientific Programming sehr gut, aber anspruchsvoller programming-with-python-2nd-edition.html GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

3 Informatikwettbewerb
Seit Jahren gibt es den Informatik-Wettbewerb Auf dieser Seite wird seit Sept 2013 ein Kurs Python angeboten. Wir registrieren uns dort: Guru: seyboldt Erste HA: Bearbeite Kapitel 0,1,2 GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

4 Python mit der IDE Eclipse
Start von EcPy EcPy = Python mit Eclipse portable Kopiere es von P:\Freigabe\PoProgs\Informatik nach H:\ und auf den Stick Klicke auf StarteEcPy in EcPy. Wähle als Workstation den vorgeschlagenen Ort. Erstelle einen Projekt PyK01 (>File>new >PyDev Projekt >Gib den Namen PyK01 ein >Finish) Gehe beim Projekt PyK01 zu scr, klicke mit der rM auf scr und >PyDev Package >Wähle den Namen A >finish GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

5 Modul = Programm A_eins.py
Ein Python-Programm heißt auch Modul: klicke mit rM auf das Package A >new >Pydev Modul und gib a_eins ein Unterschied zur Shell Eine Programmzeile wird nicht ausgeführt, wenn man die Returntaste drückt, sondern erst, wenn man das Programm mit startet. Die Ausgabe erfolgt im mittleren Fenster unten. Man erstellt Programme mit vielen Zeilen, die beim Starten alle ausgeführt werden (und erst dann!) Steht in einer Zeile z.B. 3+4 so wird nicht 7 wie in der Shell angezeigt, sondern nichts. Man muss stattdessen print 3+4 eingeben und dann das Programm mit starten Schreibe den Code von a_eins.py (in PyK01_Loes/src) ab. Starte den Moduls mit einem Klick auf GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

6 Variablen Variable sind Speicherplätze oder Notizzettel
Wir unterscheiden zwischen Ganzen Zahlen – int() - integer Reellen Zahlen – float() – floating point Zeichenketten – str() – strings und anderen (später) In der Variablen x speichert man mit x=3.5 einen Wert ab – oder mit s = “Das ist ein Text“ Wenn man eine Variable das erst Mal benennt, wird der Speicherplatz erzeugt und mit dem Wert auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens belegt. MERKE: Das Gleichheitszeichen ist ein Zuweisungsoperator links steht die Variable rechts steht ein Rechenausdruck, dessen Ergebnis in der Variable abgespeichert wird. GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

7 Anzeigen von Variablen
print var1 Oder cf=11.0 d=3 q=cf/d print " Es ist %0.2f, durch %i = %1.4f" %(cf,d,q) Steht in einem String %i, %2.5f oder %s, so muss nach dem String ohne Komma ein %(..) folgen, in dem die Variablen in der Reihenfolge stehen, wie sie im String als %... referenziert stehen. %s = String %i = Ganze Zahl (int) %10.6f = Dezimal Zahl (float) mit mindestens 10 Ziffern insgesamt und höchstens 6 Nachkommastellen. GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

8 Eingabe Will man Daten während des Programms über die Tastatur eingeben, geht dies am einfachsten mit raw_input(„Info: "), siehe b_Eingabe.py Oder mit EasyGUI (und vielen anderen GUI-Tools, GUI = Graphical User Interface) siehe b_Eingabe2Fenster.py Oder GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

9 Bedingung if, c_if.py Programme sollen je nach Eingabe (oder Zustand bestimmter Daten) verschiedene Dinge tun. if x<y: min=x print („Bedingung x<y erfüllt") elif x==y: # == ist das mathematische Gleichheitszeichen min=x # = ist der Zuweisungsoperator print („Bedingung x=y erfüllt") else: min=y print („Bedingungen x<y und y==x falsch") print min Aufgabe: Erstelle ein Programm, das abhängig von der Note ein Lob oder einen Tadel ausspricht. Vergleichoperatoren: ==, >,>=,<,<=, != (siehe S. 73) Zwei Bedingungen sollen gleichzeitig gelten: and Es soll mindestens eine Bedingung gelten: or Negation der Bedigung: not GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

10 For-Schleife, d_for.py for i in liste: a=a+i
Die Liste kann man auf verschiedene Arten bestimmen: [1,2,5,8,9] range(a,b): Alle ganzen Zahlen von a bis unter b (also ohne b!) range(b): Alle ganzen Zahlen von 0 bis unter b (also ohne b!) range(a,b,d): Alle ganzen Zahlen beginnend mit a, a+d, a+2d, … bis unter b (b ist nicht mehr dabei) [“str2“, “str2“]: Die Liste kann auch Strings (oder andere Listen) als Elemente enthalten continue: macht beim nächsten Durchgang weiter, break: Beendet die Schleife GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

11 Schleifen Muss man immer wieder dasselbe in leichten Variationen berechnen, so wendet man sinnvollerweise das Konstrukt Schleife an. Ziel: Berechne Neuer Modul d_Schleifen def bsp(a,b): s=0 for k in range(a,b+1): s=s+6*k*k*i+5*sqrt(k) return s print bsp(8,89) for in in range(a,b,n): alle ganzen Zahlen von a (einschließlich) bis b (ausschließlich, mit der Schrittweite d. Aufgaben: Berechne die Summe der Zahlen von 1 bis Berechne die Summe der Quadratzahlen von 500 bis (Hierzu benötigt der Pc ein paar Sekunden Zeit!) Berechne die 500! (500 Fakultät GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

12 Methoden / f_parabel.py
In der Mathematik hat sich das Objekt Funktion bewert. Im einfachsten Fall ist eine Funktion ein Algorithmus, der jeder Eingabezahl x einen Funktionswert y zuordnet. Das kann man in Python einfach programmieren. def parabel(x): y=3*x*x-0.2*x-3 return y x=3.2 y=parabel(x) print "x=", x, " // y=", y Siehe f_parabel.py GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

13 Graph: g_FunktionenPlotSWGui.py
Eine Parabel zeichnen g_FunktionenPlotSWGui.py Version mit sich bewegenden Kreis: g_FunktionenPlotSWGui2.py Zwei Funktionen siehe g_FunktionenPlotSWGui3.py Später (- oder besser: Jemand heute, der viel mit Graphen arbeit -) verwendet man vor allem die Methoden von matplotlib, siehe h_plot01_zweiFkten.py GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

14 Weiter – oder noch was üben?
Falls Du noch etwas üben möchtest, oder noch ein paar Ergänzung kennen lernen, gehe zu den nächsten Folien Ansonsten gehe zu Folie 18 GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

15 Mitternachtsformel, c_MNF
Die Gleichung hat die Lösungen from math import sqrt # Damit man die Wurzel benutzen kann. #Eingabe der drei Koeffizienten a,b,c =… diskriminante=b*b-4*a*c if diskriminante<0: print "Die Gleichung hat keine reelle Lösung" elif diskriminante==0: print "Die einzige Lösung ist %.4f" %(-b/2/a) else: x1=(-b+sqrt(diskriminante))/2/a x2=(-b-sqrt(diskriminante))/2/a print "Die Gleichung hat zwei Lösungen, nämlich\n\ x1=%.3f und x2=%.3f" %(x1,x2) GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

16 Weitere Aufgaben k_SumN.py: Addiere die ersten n Quadratzahlen
k_HarmonN.py: Bestimme 1+1/2+1/3+1/4 … für große n Vorsicht: 1/n=0, falls n>1 und n ganze Zahl, … float(n) … k_PiNaeherungN.py: Bestimme 1-1/3+1/5-1/7+-…. Für große n Bem.: Die Folge p(n) = 1-1/3+1/5-1/7+..+(-1)^(n-1)*1/(2n-1) ist für große n fast π/4 Frage: Wie könnte man einen alternierenden Vorzeichenwechsel programmieren? k_Folge3aP1.py: Die 3a+1-Folge bestimmt sich folgendermaßen: Ist an gerade, so ist an+1=an/2, sonst 3*an+1. Bem.: Bisher führten alle Folgen schließlich zur Zahl 1, allerdings ist bis heute nicht bekannt, ob wirklich alle Folgen bei 1 enden. (siehe Collatz-Problem bei Wiki) If (i%2)==0: Wenn i bei der Division durch 2 den Rest 0 hat, ist sie gerade. k_FizzBuzz.py: FizzBuzz ist ein Spiel aus Frankreich. Schüler müssen reihum eins addieren. Wenn die Zahl ein Vielfaches von 5 ist, müssen sie statt der Zahl Fizz sagen, wenn die Zahl ein Vielfaches von 7 ist, Buzz. Damit die Sache aber nicht zu einfach ist, müssen sie bei einer Zahl, die sowohl ein Vielfaches von 5 als auch von 7 ist, FizzBuzz sagen GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

17 Würfeln Wuerfeln1.py: Würfle 10 mal und zeige die Augenzahlen an: from random import * random() Zahl x mit 0<=x<1 Wurf=int(random()*6+1) # liefert die Wurfzahlen. Wuerfeln2.py: Würfle zweimal und bilde die Augensumme. Wie groß sind die relativen Häufigkeiten der möglichen Augensummen bei Würfen? Listen erzeugen: liste=[3*i+4 for i in range(34)] oder H=list(0 for i in range(13)) GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

18 Funktionen = Methoden Wenn Programme größer werden, muss man sie gliedern – so wie man Bücher in Kapitel einteilt. Funktionen (Codebausteine) > Objekte (abgeschlossene Einheiten) > Moduln (eigenständige Dateien) Eine einfache Funktion, siehe wuerfeln01.py: def wuerfle(): zz=random() wurf=int(zz*6+1) return wurf Aufruf: wurf=wuerfle() Aufgabe: Schreibe ein Programm wuerfeln02.py, das eine Methode wuerfle2() enthält, die zweimal würfelt und die Augensumme zurückgibt. Globale Variable <-> lokale Variable GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

19 Aufgaben Funktionen Aufgabe 1: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc1, das mit einer Methode wuerfle() 30 mal würfelt Aufgabe 2: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc2, das mit einer Methode wuerfle() mal würfelt und anschließend anzeigt, wie oft ein Wurf geworfen wurde. Aufgabe 3: Schreibe ein Programm wuerfelnFunc3, das mit einer Funktion wuerfle2() mal mit zwei Würfeln würfelt und anschließend anzeigt, wie groß die relative Häufigkeit der Augenzahlen ist. Aufgabe 3: Schreibe ein Programm wuerfleSechs, das mal so lange würfelt, bis eine Sechs geworfen wurde. Welcher Mittelwert ergibt sich dabei? Wie sieht die Verteilung aus? Aufgabe 4: Lese Sande Kap 13, S Aufgabe 5: Mwst.py: Erstelle ein Programm, das die Mehrwertsteuer berechnet und den Gesamtwert zurückgibt GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

20 Primzahlen SiebDesEratosthenes.py: Bestimme mit dem Sieb des Eratosthenes alle Primzahlen bis zu einer eingegebenen Zahl Programm: Primzahlen01.py: Schreibe alle Zahlen bis n auf ein Blatt. Streiche alle 2er-Zahlen Streiche alle 3er-Zahlen Gehe einfach weiter und streiche alle Mehrfache der Zahlen, die noch nicht gestrichen sind Erstelle ein Programm Primzahlen01.py, das die Primzahlen bis zu einer einzugebenden Zahl berechnet. Schreibe dazu eine Methode. GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14

21 Literatur zu Python Offizielle Doku: http://www.python.org/doc/
Python Homepage Python-wiki Python-Kurs Python-Kurs Kurze Zus.: How to Think like a Computer Scientist [Old] Reinhard Oldenburg: Mathematische Algorithmen im Unterricht, Teubner 2011 [PyTut] Das offizielle Python-Tutorial, siehe [SymPy] Symbolisch rechnen mit Python, siehe IDE Pydev GZG FN W.Seyboldt Inf K1/2 Sj 13/14