Лаба1. Лабораторная работа 1 введение в язые программирования python цель и задачи работы
 Скачать 0.6 Mb.
|
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ВВЕДЕНИЕ В ЯЗЫЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ PYTHON 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Целью работы является изучение студентами основ языка программирования Python. Задачей работы является: ознакомление с примерами программного кода на языке Python; понимание работы базовых программных конструкций на языке Python. 2. ТИПЫ ДАННЫХ И СТРУКТУРА ЯЗЫКА PYTHON Основная цель любой программы состоит в обработке данных. Данные различного типа хранятся и обрабатываются по-разному. В любом алгоритмическом языке каждая константа, переменная, результат вычисления выражения или функции должны иметь определенный тип. Тип данных определяет: внутреннее представление данных в памяти компьютера; множество значений, которые могут принимать величины этого типа; операции и функции, которые можно применять к величинам этого типа. Python относится к языкам с неявной сильной динамической типизацией. Неявная типизация означает, что при объявлении переменной вам не нужно указывать ее тип, при явной - это делать необходимо. В качестве примера языков с явной типизацией можно привести Java, C++. Сильная типизация не позволяет производить операции в выражениях с данными различных типов, слабая - позволяет. В языках с сильной типизацией вы не можете складывать строки и числа, нужно все приводить к одному типу. К первой группе можно отнести Python, ко второй - С и С++. Типы данных в Python 1. Числа Числовой тип данных относится к встроенному типу данных в Python. Числа в Python могут быть целыми числами (int), числами с плавающей точкой (float), комплексными числами (complex). Для преобразования чисел из вещественных в целые и наоборот в Python определены функции int() и float(). Например, int(12.6) даст в результате 12, а float(12) даёт в результате 12.0 (десятичный разделитель – 2 точка). Целые числа (int) Как и в математике, в компьютерном программировании целые числа – это натуральные числа, которые могут быть положительными, отрицательными, или равняться 0 (…,-1, 0, 1, …). Целое число можно отметить как int. Как и в других языках, в python не нужно использовать запятую при написании многозначных чисел (к примеру, тысяча записывается как 1000, а не как 1,000). Чтобы вывести целое число, используется синтаксис: print(-25) Также можно объявить переменную (в данном случае она является символом числа, которое нужно вывести): my_int = -25 print(my_int) Python умеет выполнять математические операции с целыми числами: int_ans = 116 - 68 print(int_ans) Числа в python поддерживают набор самых обычных математических операции: Операция Описание x + y Сложение x - y Вычитание x * y Умножение x / y Деление x // y Получение целой части от деления x % y Остаток от деления -x Смена знака числа abs(x) Модуль числа divmod(x, y) Пара (x // y, x % y) x ** y Возведение в степень pow(x, y[, z]) x y по модулю (если модуль задан) Над целыми числами также можно производить битовые операции: Операция Описание x | y Побитовое ИЛИ x ^ y Побитовое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ x & y Побитовое И x << n Битовый сдвиг влево x >> y Битовый сдвиг вправо 3 x Инверсия битов Системы счисления Для перевода из одной сиcтемы счисления в другую Python предоставляет несколько функции: int([object], [основание системы счисления]) - преобразование к целому числу в десятичной системе счисления. По умолчанию система счисления десятичная, но можно задать любое основание от 2 до 36 включительно. bin(x) - преобразование целого числа в двоичную строку. hex(х) - преобразование целого числа в шестнадцатеричную строку. oct(х) - преобразование целого числа в восьмеричную строку. Примеры: a = int('19') # Переводим строку в число b = int('19.5') # Строка не является целым числом Traceback (most recent call last): File "", line 1, in ValueError: invalid literal for int() with base 10: '19.5' c = int(19.5) # Применённая к числу с плавающей точкой, отсекает дробную часть print(a, c) 19 19 bin(19) '0b10011' oct(19) '0o23' hex(19) '0x13' 0b10011 # Так тоже можно записывать числовые константы 19 int('10011', 2) 19 int('0b10011', 2) 19 Числа с плавающей точкой (float) Число с плавающей точкой (или float) – это действительное число (это означает, что оно может быть как рациональным, так и иррациональным числом). Числа с плавающей точкой могут содержать дробную часть (например, 9.0 или -116.42). Проще говоря, python воспринимает любое число с десятичной точкой как число с плавающей точкой. Чтобы вывести число с плавающей точкой, используйте: print(17.3) Также вы можете объявить переменную: my_flt = 17.3 4 print(my_flt) Как и с целыми числами, python умеет выполнять математические операции с числами с плавающей точкой: flt_ans = 564.0 + 365.24 print(flt_ans) При работе с целыми числами и числами с плавающей точкой важно помнить, что 3 и 3.0 – не одно и то же. 3 ≠ 3.0, поскольку 3 – целое число, а 3.0 – число с плавающей точкой. Дополнительные методы float.as_integer_ratio() - пара целых чисел, чьё отношение равно этому числу. float.is_integer() - является ли значение целым числом. float.hex() - переводит float в hex (шестнадцатеричную систему счисления). classmethod float.fromhex(s) - float из шестнадцатеричной строки. (10.5).hex() '0x1.5000000000000p+3' float.fromhex('0x1.5000000000000p+3') Помимо стандартных выражений для работы с числами (а в Python их не так уж и много), в составе Python есть несколько полезных модулей. Модуль math предоставляет более сложные математические функции. import math math.pi math.sqrt(85) Модуль random реализует генератор случайных чисел и функции случайного выбора. import random random.random() Комплексные числа (complex) Тип данных complex относится к категории неизменяемых и хранит пару значений типа float, одно из которых представляет действительную часть комплексного числа, а другое - мнимую. Литералы комплексных чисел записываются как действительная и мнимая части, объединенные знаком "+" или "-", а за мнимой частью следует символ j. x = complex(1, 2) print(x) 5 (1+2j) y = complex(3, 4) print(y) (3+4j) z = x + y print(x) (1+2j) print(z) (4+6j) z = x * y print(z) (-5+10j) z = x / y print(z) (0.44+0.08j) print(x.conjugate()) # Сопряжённое число (1-2j) print(x.imag) # Мнимая часть 2.0 print(x.real) # Действительная часть 1.0 print(x > y) # Комплексные числа нельзя сравнить Traceback (most recent call last): File "", line 1, in TypeError: unorderable types: complex() > complex() print(x == y) # Но можно проверить на равенство False abs(3 + 4j) # Модуль комплексного числа 5.0 pow(3 + 4j, 2) # Возведение в степень (-7+24j) Функции в модуле math не работают с комплексными числами. Если возникает необходимость использовать комплексные числа, можно воспользоваться модулем cmath, который содержит комплексные версии больштнства тригонометрических и логарифмических функций, присутствующих в модуле math, плюс ряд функций специально предназначенных для работы с комплексными числами, таких как: cmath.phase() cmath.polar() cmath.rect() а также константы: cmath.pi cmath.e которые хранят те же самые значения типа float, что и родственные им константы в модуле math. 6 2. Логический тип (Boolean Type) Логический тип данных (или Boolean) – это примитивный тип данных, который принимает одно из двух возможных значений: истину (true) или ложь (false). Этот тип присутствует во многих языках программирования и используется для построения алгоритмов. Логические значения получаются в результате логических операций и вычисления логических выражений. Основные логические операции и выражения: Операция или выражение Описание > Условие «больше» (например, проверяем, что a > b) < Условие «меньше» (например,проверяем, что a < b) == Условие равенства (проверяем, что a равно b) != Условие неравенства (проверяем, что a не равно b) not x Отрицание (условие x не выполняется) x and y Логическое «И» (умножение). Чтобы выполнилось условие x and y, необходимо, чтобы одновременно выполнялись условия x и y. x or y Логическое «ИЛИ» (сложение). Чтобы выполнилось условие x or y, необходимо, чтобы выполнилось одно из условий. x in A Проверка принадлежности элемента x множеству (структуре) A . a < x < b Эквивалентно (x > a) and (x < b) Структуры данных В Python определены такие структуры данных (составные типы) как последовательности и отображения (называемые также словарями). Словари позволяют устанавливать связи (ассоциации) «ключ–значение» (например, «Фамилия–Адрес»), поэтому с их помощью создаются так называемые ассоциативные массивы. Последовательности, в свою очередь, подразделяются на изменяемые и неизменяемые. Под изменяемостью (изменчивостью) последовательности понимается возможность добавлять или убирать элементы этой последовательности (т.е. изменять количество элементов последовательности). 7 Для структур данных в Python определены функции (операции) и методы, принципиального различия между которыми нет, а есть различие синтаксическое (в правилах написания). Основные функции и методы для каждого типа структур данных приводятся ниже. 1. Строки (str) Строки (последовательности символов – букв и других значков, которые можно найти на клавиатуре компьютера) могут состоять из символов английского и любого другого алфавита. Для простоты и определённости в качестве значений переменных рекомендуется использовать только символы английского алфавита. В Python строки и символы нужно заключать в кавычки (одиночные или двойные). Элементы (символы) в строке нумеруются, начиная с нуля. Одиночный символ – буква – является «с точки зрения Python» строкой, состоящей из одного элемента. Максимально возможное количество символов в строке (длина строки) в Python ограничивается только доступным объёмом памяти. Так что текст любого разумного размера (например, несколько тысяч страниц) может быть записан в одну строку Python Числа могут быть преобразованы в строки с помощью функции str() Например, str(123) даст строку '123' Если строка является последовательностью знаков–цифр, то она может быть преобразована в целое число в помощью функции int() ( int('123') даст в результате число 123), а в вещественное – с помощью функции float() ( float('12.34') даст в результате число 12.34). Для любого символа можно узнать его номер (код символа) с помощью функции ord() (например, ord('s') даст результат 115). И наоборот, получить символ по числовому коду можно с помощью функции chr() (например chr(100) даст результат 'd'). Основные операции со строками: Операция или выражение Описание len(s) Вычисляется длина строки s s1 + s2 Конкатенация. К концу строки s1 присоединяется строка s2, например, 'вы' + 'года' → 'выгода' s * n (или n * s) n-кратное повторение строки s, например 'кан'*2 → 'канкан' s[i] Выбор из s элемента с номером i, нумерация начинается с 0 (первый элемент имеет номер 0) Если i<0, отсчёт идёт с конца. Пример: 8 s= 'дерево' s[2] → 'р' s[-2] → 'в' s[i:j:k] Срез — подстрока, содержащая символы строки s с номерами от i до j с шагом k (элемент с номером i входит в итоговую подстроку, а элемент с номером j уже не входит). Если k не указан (использован вариант s[i:j]), то символы идут подряд (равносильно s[i:j:1]). Примеры: s='derevo' s[3:5] → 'ev' s[1:5:2] → 'ee' min(s) Определяется символ с наименьшим значением (кодом) Пример: s='derevo' min(s) → 'd' max(s) Определяется символ с наибольшим значением (кодом) Пример: s='derevo' max(s) → 'v' Строки, как объекты Python, обладают методами (т.е. функциями, внутренне присущими этим объектам). Основные методы перечислены в следующей таблице. Пусть строка, к которой применяются эти методы, называется s1. Метод Описание s1.center(n) Строка s1 центрируется (дополняется пробелами слева и справа) в пространстве шириной n символов. Если n < len(s1), пробелы не добавляются. s1.ljust(n) Строка s1 выравнивается по левому краю (дополняется пробелами справа) в пространстве шириной n символов. Если n < len(s1), пробелы не добавляются. s1.rjust(n) Строка s1 выравнивается по правому краю (дополняется пробелами слева) в пространстве шириной n символов. Если n < len(s1), пробелы не добавляются. s1.count(s[,i,j]) Определение количества вхождений подстроки s в строку s1. Можно указать позицию начала поиска i и окончания поиска j (по тем же правилам, что и начало и конец среза). Примеры: s1='abrakadabra' s1.count('ab') → 2 s1.count('ab',1) → 1 9 s1.count('ab',1,3) → 0 потому что s1[1:3]→ 'brakada' s1.find(s[,i,j]) Поиск первого (считая слева) вхождения подстроки s в строку s1. Необязательные аргументы i и j определяют начало и конец области поиска (как в предыдущем случае). Пример: s1='abrakadabra' s1.find('br') → 1 s1.rfind(s[,i,j]) Поиск последнего (считая слева) вхождения подстроки s в строку s1. Необязательные аргументы i и j определяют начало и конец области поиска (как в предыдущем случае). Пример: s1='abrakadabra' s1.rfind('br') → 8 s1.strip() Создаётся копия строки, в которой удалены пробелы в начале и в конце (если они есть или случайно образовались). Пример: s1=' breKeKeKeKs ' s2=s1.strip() s2 → 'breKeKeKeKs' s1.lstrip() Создаётся копия строки, в которой удалены пробелы в начале (если они есть или случайно образовались). Пример: s1=' breKeKeKeKs ' s2=s1.lstrip() s2 → 'breKeKeKeKs ' s1.rstrip() Создаётся копия строки, в которой удалены пробелы в конце (если они есть или случайно образовались). Пример: s1=' breKeKeKeKs ' s2=s1.rstrip() s2 → ' breKeKeKeKs' s1.replace(s2,s3[,n]) В строке s1 фрагмент (подстрока) s2 заменяется на фрагмент s3. Необязательный аргумент n указывает количество замен (если требуется заменить не все фрагменты). Пример: s1='breKeKeKeKs' ss=s1.replace('Ke','XoXo',2) ss → 'breXoXoXoXoKeKs' s1.capitalize() Создаётся новая строка, в которой первая буква исходной строки становится заглавной (прописной), а все остальные становятся маленькими (строчными). 10 Пример: s1='breKeKeKeKs' s2=s1.capitalize() s2 → 'Brekekekeks' s1.swapcase() Создаётся новая строка, в которой прописные буквы исходной строки заменяются на строчные и наоборот. Пример: s1='breKeKeKeKs' s2=s1.swapcase() s2 → 'BREkEkEkEkS' s1.upper() Все буквы исходной строки становятся заглавными (прописными). Пример: s1='breKeKeKeKs' s2=s1.upper() s2 → 'BREKEKEKEKS' s1.lower() Все буквы исходной строки становятся маленькими (строчными). Пример: s1='breKeKeKeKs' s2=s1.lower() s2 → 'brekekekeks' 2. Кортеж (tuple) Кортеж в Python — это набор разнородных элементов. Элементами кортежа могут быть числа, строки и другие структуры (в том числе и кортежи). Кортеж задаётся перечислением его элементов в круглых скобках через запятую, например t=(12,'b',34.6,'derevo') С использованием допустимой в Python цепочки присваиваний можно элементам кортежа сразу сопоставить какие-нибудь переменные: t=(x,s1,y,s2)=(12,'b',34.6,'derevo') В этом случае элемент кортежа и соответствующая переменная будут иметь совершенно одинаковые значения, т.е. значение t[0] будет равно значению x , а t[3]. соответственно , s2 Однако эти переменные могут изменяться независимо от элементов кортежа. Присвоение нового значения переменной s1 никак не влияет на элемент t[1] . А вот для элементов кортежа значения изменить уже нельзя. Кортеж может быть пустым (для его определения нужно написать t=() ), а может содержать только один элемент (например, t=('domik',) ). Для кортежа из одного элемента обязательно добавлять запятую после имени или значения этого элемента. 11 Кортежи могут получаться в результате работы функций Python, например, уже упоминавшаяся функция divmod() в результате даёт кортеж из двух элементов. Кортежи могут использоваться для хранения характеристик каких-то объектов. В частности, в виде кортежа можно записать фамилию ученика и его оценки за полугодие. Функция или операция Описание len(t) Определяется количество элементов кортежа t t * n (или n * t) n-кратное повторение кортежа t Пример: t2=('raz','dva') t2*3 → ('raz', 'dva', 'raz','dva', 'raz', 'dva') t[i] Выбор из t элемента с номером i, нумерация начинается с 0 (первый элемент имеет номер 0) Если i<0, отсчёт идёт с конца. Пример: t3= (1, 2, 3, 'raz', 'dva') t3[2] → 3 t3[2]→ 'raz' t[i:j:k] Срез — кортеж, содержащий элементы кортежа t с номерами от i до j с шагом k (элемент с номером i входит в итоговый кортеж, а элемент с номером j уже не входит). Если k не указан (использован вариант t[i:j]), то элементы идут подряд (равносильно t[i:j:1]). Пример: t3= (1, 2, 3, 'raz', 'dva') t3[1:4] → (2, 3, 'raz') min(t) Определяется элемент с наименьшим значением в соответствии с алфавитным порядком. Пример: t3= (1, 2, 3, 'raz', 'dva') min(t3) → 1 max(t) Определяется элемент с наибольшим значением в соответствии с алфавитным порядком. Пример: t3= (1, 2, 3, 'raz', 'dva') max(t3) → 'raz' Важно понимать, что при определении значений минимального и максимального элементов кортежа используется «словарный» порядок — сначала идут числа по возрастанию, затем строки, начинающиеся на цифры в порядке их возрастания, затем строки, начинающиеся на прописные буквы в 12 алфавитном порядке, а затем строки, начинающиеся на строчные буквы также в алфавитном порядке. При работе с кортежами заменить значение элемента кортежа нельзя, поэтому, если возникает такая необходимость, нужно создавать новый кортеж, используя срезы и операцию объединения. Кортеж можно получить из строки с помощью функции tuple(). Пример: s='amamam' t=tuple(s) t → ('a', 'm', 'a', 'm', 'a', 'm') |