Uvod v Python

Moj računalnik je lahko tudi kalkulator

Sledi kratek povzetek zapiskov predavanj prof. Demšarja. Celotne zapiske najdete na spletni učilnici.

V konzoli lahko Python uporabljamo kot kalkulator.

>>> 1 + 1
2
>>> 2 * 3
6
>>> 1+2 * 3+1
8

Temu, kar smo vpisovali, pravimo izraz. Izraz je nekaj, kar se da izračunati. In Python to tudi izračuna, razen, morda, zadnjega izraza. V izrazih lahko uporabljamo presledke in to moramo - kot tudi sicer - početi po občutku. V zadnjem izrazu tega nismo počeli, zato je zapis zavajajoč. Python je dovolj pameten, da ve, da ima operator (še ena beseda, ki si jo zapomnimo!) množenja prednost pred operatorjem seštevanja. Kar smo napisali, se računa enako, kot če bi rekli 1+2*3+1 ali 1 + 2*3 + 1 ali 1 + 2 * 3 + 1

Zaenkrat pišite, kako vam je ljubše, dokler se ne dogovorimo za zadnje.

Kakšni operatorji so nam še na voljo? Očitna sta še / za deljenje in - za odštevanje. Dvojna zvezdica, **, pomeni potenciranje (mednju ne smemo napisati presledka, ** je kot, recimo, ena beseda). Operator % izračuna ostanek po deljenju.

>>> 5 ** 2
25
>>> 3 ** 4
81
>>> 13 % 5
3

Potenciranje ima prednost pred vsem, kar poznamo doslej. Kadar je treba, pa lahko uporabimo oklepaje.

>>> (4 + 5) * 4
36

Če ostane kak oklepaj odprt, Python ne izračuna izraza, saj ve, da ga še nismo dokončali. Namesto >>> pokaže tri pike in dovoli, da nadaljujemo izraz.

>>> (4 + 2 * (3
... + 8)-
... 2)
24

Ni lepo, a prišlo nam bo še zelo prav, boste videli.

Pri množenju je nujno uporabiti zvezdico. Se pravi, pisati moramo 7 * (2 + 3) in ne 7(2 + 3).

Za deljenje imamo poleg operatorja / tudi //, ki deli celoštevilsko.

>>> 4.5 // 1.2
3.0
>>> 7 // 2
3

1.2 gre v 4.5 trikrat ... in še malo ostane. A celoštevilskega deljenja ostanek ne zanima.

Naslednja pomembna reč so "podatkovni tipi". Točneje, spoznali smo dva podatkovna tipa cela števila in števila s plavajočo vejico. V angleščini se jima reče integer in floating point number v Pythonu pa int in float. Odkod ta čudna imena boste izvedeli pri kakem drugem predmetu.

Vsaka reč v Pythonu je reč nekega tipa, in če je ta reč število, je bodisi tipa int bodisi float.

Moj računalnik je lahko tudi kalkulator - s spominom

Izračunali bomo, koliko je 2 + 3 in rekli računalniku, naj si to zapomni.

Temu, kar smo napisali tu, pravimo prireditveni stavek, saj smo z njim x-u priredili vrednost izraza 2+3.

Da hočemo nekaj prirejati povemo z enačajem (očitno). Na njegovi desni je nek izraz - torej nekaj, kar se da izračunati. Včasih bo to 2 + 3, včasih bo kaj veliko bolj zapletenega, včasih bo na desni strani samo številka, kot, recimo, v prirejanju x = 42. Python bo, tako kot v našem dosedanjem igranju z njim, izračunal tisto na desni in dobil 5 ali 42 ali karkoli že.

Na levi strani enačaja je neko ime. Temu pravimo spremenljivka (ang. variable) Python bo temu imenu (recimo x) priredil tisto, kar je izračunal.

Python tokrat ni izpisal ničesar v odgovor. Rezultat si je le zapomnil, shranil ga je pod imenom x. Kaj lahko počnemo s tem x? Lahko ga uporabljamo v drugih izrazih.

>>> x + 7
12
>>> x ** 2
25
>>> 13 % x
3
>>> x
5

Kadar rečem x, Python poišče, tisto, kar je priredil x-u. Če smo x-u priredili 5 in rečemo x + 7, je to isto, kot če bi rekli 5 + 7.

>>> y = x + 2
>>> y
7

Spremenljivka pri programiranju (v večini jezikov) ne pomeni istega kot v matematiki. Spremenljivke v matematiki se, roko na srce, pravzaprav ne spreminjajo. V matematiki x ne more biti v eni vrstici 5, v naslednji pa 8. Pri programiranju pa s tem ni težav.

>>> x = 5
>>> x
5
>>> x = 8
>>> x
8

Še huje. Če matematiki ne bi znali programirati (pa navadno znajo in to dobro), bi jih utegnilo povsem pretresti tole:

>>> x = 5
>>> x = x + 2
>>> x
7

Poglavje polno napak

Pri programiranju boste delali precej napak. To je neizogibno. Poglejmo si nekaj primerov.

Postavimo, najprej, a na 7 in izračunajmo a + b.

>>> a = 7
>>> a + b
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
NameError: name 'b' is not defined

Kadar računalnik česa ne more storiti, izpiše sporočilo o napaki. Ko bomo programirali zares, bomo videli tudi daljša, ki jih bomo težje razumeli, tole pa je preprosto: name 'b' is not defined. Pozabili smo definirati b, pozabili smo mu dati vrednost.

Kaj pa tole?

>>> 7 = a
  File "", line 1
SyntaxError: can't assign to literal

Človek, vajen matematike, bi si mislil, da je a = 7 in 7 = a eno in isto. V matematiki da, pri programiranju (v normalnih jezikih) pa ne, saj enačaj pomeni prirejanje; v prvem primeru priredimo a-ju 7, v drugem primeru pa hočemo sedmici prirediti a, kar seveda ne gre. To ima natanko toliko smisla, kot če bi napisali 1 = 2. (Še več, Python nas bo po prstih celo, če bomo napisali 1 = 1. Ena je ena, to bo ostala in se ne bo spremenila, niti v ena ne.) Sporočila o napaki tokrat ne razumemo povsem, saj ne vemo, kaj je "literal", osnovno sporočilo, "can't assign", pa je jasno.

Pridelajmo še eno napako.

>>> True = 12
  File "", line 1
SyntaxError: assignment to keyword

Beseda True ima poseben pomen in je ni mogoče uporabljati kot spremenljivko. Takšnim besedam pravimo ključne besede (keywords). Tokrat je bil Python še prijazen, pri večini drugih ključnih besed pa ne bo povedal kaj dosti več kot "nekaj je narobe". Poskusimo z dvema, if in in:

>>> if = 7
  File "", line 1
    if = 7
       ^
SyntaxError: invalid syntax
>>> in = 7
  File "", line 1
    in = 7
     ^
SyntaxError: invalid syntax

Sporočilo "invalid syntax" pomeni, da smo napisali nekaj tako čudnega, da Python ne more uganiti, kaj smo mislili in nam lahko le pokaže tisto mesto, na katerem je dokončno obupal nad nami.

Morda je koga zaskrbelo, da nam bodo takšne, rezervirane besede v stalno napoto. Bi se dalo videti spisek? Ne bo hudega. Trenutno jih je le 33 in zelo hitro bomo mimogrede spoznali in uporabljali skoraj vse. Že od naslednjih predavanj naprej vam ne bo prišlo na misel, da bi uporabili if kot ime spremenljivke in še kak teden kasneje vam bo stavek if = 1 videti grotesken.

Moj kalkulator ima tudi funkcije

Tako kot spremenljivke, ki v programiranju ne pomenijo čisto istega kot v matematiki, tudi beseda funkcija (function) ne pomeni povsem istega. Videti pa je zelo podobno. Imamo, recimo, funkcijo abs, ki izračuna absolutno vrednost števila.

>>> abs(-2.8)
2.8

Ali pa pow, ki naredi isto kot operator **.

>>> pow(2, 3)
8

Za razliko od matematikov, ki na funkcijo gledajo kot da ima določeno vrednost pri določenih parametrih, računalnik izračuna vrednost funkcije, za kar moramo poklicati funkcijo. Se pravi, v zadnji vrstici smo poklicali funkcijo pow in ji podali dva argumenta, 2 in 3. Funkcija je izračunala vrednost in jo vrnila.

Tudi klic funkcije, pow(2, 3), je izraz. Kot katerikoli drugi izraz lahko tudi pow in abs nastopata kot del izraza.

>>> (pow(2, 3) + 2) / 5
2.0
>>> pow(2, 3) + abs(-2)
10

In argumenti funkcij so lahko prav tako izrazi.

>>> x = 1
>>> yy = pow(abs(-2), x * 3)
>>> yy
8

Nizi

Niz (string) je zaporedje znakov. Znaki so črke, številke, ločila in take stvari. Nize moramo vedno zapreti v narekovaje, bodisi enojne (') bodisi dvojne ("). Uporabiti smemo take, ki so bolj praktični in tudi Python bo izpisoval tako, kot se mu bo zdelo bolj praktično.

>>> "Tole je primer niza."
'Tole je primer niza.'
>>> "Tole je pa še en primer niza."
'Tole je pa še en primer niza.'

No, vidite, tudi ko smo niz zaprli v dvojne narekovaje, je Python izpisal enojne. V resnici mu je vseeno. (Kdor slučajno programira v Phpju: ne, v Pythonu je res vseeno.)

Tudi nize lahko priredimo spremenljivkam.

>>> napoved = "Jutri bosta matematika pa dež"
>>> napoved
'Jutri bosta matematika pa dež'

Celo seštevamo jih lahko.

>>> "Jutri bosta " + "matematika" + " pa " + "dež"
'Jutri bosta matematika pa dež'

Ali pa oboje

>>> napoved_zac = "Jutri bosta "
>>> mat = "matematika"
>>> dez = "dez"
>>> napoved_zac + mat + " pa " + dez
'Jutri bosta matematika pa dez'

Kako zapleten račun! Predvsem ne spreglejte, da smo dali besedo "pa" pod narekovaje, saj so napoved_zac, mat, dez spremenljivke (ki so v resnici nizi), " pa " pa je niz kar tako. To je nekako tako, kot če bi, ko smo se igrali s številkami, pisali

>>> x = 1
>>> y = 3
>>> x + 2 + y
6

V zadnji vrstici sta x in y spremenljivki (ki sta v resnici številki), 2 pa je številka kar tako.

Kaj pa, če bi slučajno pozabili narekovaje?

>>> napoved_zac + mat +  pa  + dez
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
NameError: name 'pa' is not defined

Jasno? Brez narekovajev je pa ime spremenljivke - in to takšne, ki še ni definirana. To je tako, kot če bi namesto

kar je pravilno, rekli

>>> ime = Benjamin
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
NameError: name 'Benjamin' is not defined

Seveda pa lahko (z malim prekrškom enega pravila - katerega že?):

>>> Benjamin = "otrok solza"
>>> ime = Benjamin
>>> ime
'otrok solza'

a, istočasno

>>> ime = "Benjamin"
>>> ime
'Benjamin'

>>> napoved = Jutri bosta matametika pa dež
Traceback (  File "", line 1
    napoved = Jutri bosta matemetika pa dež
                     ^
SyntaxError: invalid syntax

Tule računalnik trpi še bolj. Ne le, da so Jutri, bosta, matematika, pa in dež nedefinirane spremenljivke (ker so pač brez narekovajev), računalnik tudi nima pojma, kaj hočemo pravzapravz početi z njimi, čemu mu naštevamo imena nekih spremenljivk. Jih hočemo sešteti ali zmnožiti ali kaj? Kot vedno, kadar računalniku napišemo kaj zares zmedenega, nam zastoka le "syntax error" in pokaže mesto, kjer se je dokončno izgubil.

Gornje je tako, kot da bi rekli

>>> x = 1
>>> y = 2
>>> z = 3
>>> x y z
  File "", line 1
    x y z
      ^
SyntaxError: invalid syntax

Ubogemu računalniku pač ni jasno, kaj bi z x, y in z ter zakaj mu jih naštevamo.

Zakaj pa smo prejle rekli, da uporabimo tiste narekovaje, ki so bolj praktični? Čemu bi bili kakšni narekovaji bolj praktični od drugih?

>>> "Cesar vpraša nekoliko nevoljen: "Kaj neki?""
Traceback (  File "", line 1
    "Cesar vpraša nekoliko nevoljen: "Kaj neki?""
                                        ^
SyntaxError: invalid syntax

Ni potrebno biti posebno pameten, da vidimo, kaj ga je (namreč Pythona, ne Cesarja) onesrečilo tokrat. Ko vidi prvi narekovaj, ve, da gre za niz. Ko pride do naslednjega narekovaja, se niz, tako méni, niz konča. In potem se seveda zmede, ker nizu sledi nekaj, kar ni podobno ničemur. Zdaj pa poskusimo z enojnimi narekovaji.

>>> 'Cesar vpraša nekoliko nevoljen: "Kaj neki?"'
'Cesar vpraša nekoliko nevoljen: "Kaj neki?"'

Ker se niz začne z enojnim narekovajem, se bo s takim tudi končal in vsi dvojni narekovaji znotraj niza so samo znaki kot katerikoli drugi - tako kot recimo dvopičje in vprašaj. O tej temi bi lahko napisali še marsikaj, vendar se za zdaj ustavimo.

Iz nizov v števila

Da se reč usede, meditirajmo ob naslednjih vrsticah:

>>> up = 1 + 1
>>> down = "1 + 1"
>>> strange = "1" + "1"

Kakšne so po tem vrednosti spremenljivk up, down in strange? Sploh pa, je vse troje legalno ali pa bo Python spet kaj stokal?

V prvo nimamo dvomov, vrednost up mora biti enaka 2 (in tudi je). Drugo? "1 + 1" je niz; spremenljivki down smo priredili niz "1 +1", torej vsebuje ta niz. In ne niza 2? Ne, nihče mu ni naročil, naj poskuša izračunati, koliko je 1 + 1, tako kot pravzprav tudi v ime = "Benjamin" ne poskuša izračunati, "koliko" je Benjamin. "1 + 1" je niz, kot vsak drugi, čeprav je slučajno podoben računu.

Najbolj zanimivo je tretje. Preden razrešimo vprašanje, se vprašajmo nekaj drugega. Recimo

>>> ana = "Ana"
>>> benjamin = "Benjamin"
>>> r = ana + benjamin

Kaj dobimo, če seštejemo Ano in Benjamina. (Tončka? Brez duhovičenja, to so resne reči.) Spremenljivka r bo imela vrednost "AnaBenjamin". Glede tega smo si menda enotni, ne? (Ako kdo misli, da bomo dobili "Benjamin Ana", saj smo tudi poprej imeli presledke ob oni študijsko-vremenski napovedi, naj pozorno pregleda, kaj smo pisali ondi: vse presledke smo napisali sami.)

No, potem pa vemom: ko seštejemo niza "1" in "1" niz "11". "1" in "1" torej ni "2", temveč "11".

Nikar ne zamudimo priložnosti za še eno napako!

>>> 1 + "1"
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

Seštevanje je operacija, zato tistemu, kar je levo in desno od + pravimo operanda. Sporočilo pravi, da operator + ne podpira operandov tipov int in str (str je podatkovni tip, ki predstavlja nize). Dve števili ali dva niza bi znal sešteti, te kombinacije pa ne. Mimogrede, obratni vrstni red da nekoliko drugačno sporočilo:

>>> "1" + 1
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: cannot concatenate 'str' and 'int' objects

Ker nam bo prišlo vsak čas prav, povejmo, kako iz niza dobimo število. Recimo, torej, da imamo a = "1" in b = "2". Radi bi ju sešteli - vendar zares, tako da bomo dobili 3, ne "12". Za to ju moramo najprej (ali pa sproti) spremeniti v števili. Iz niza dobimo število tako, da pokličemo "funkcijo" int ali float; obe funkciji pričakujeta kot argument niz, ki vsebuje neko število in kot rezultat vrneta celo (int) ali realno (float) število.

>>> int("42")
42
>>> float("42")
42.0

Kar želimo, storimo na tri načine, vsak je poučen po svoje. Prvi:

>>> a = "1"
>>> b = "2"
>>>
>>> aa = int(a)
>>> bb = int(b)
>>> aa + bb
3

Naredili smo dve novi spremenljivki, aa in bb, ki vsebujeta vrednosti a in b pretvorjene v števila. Nato ju seštejemo.

Drugi:

>>> a = "1"
>>> b = "2"
>>>
>>> a = int(a)
>>> b = int(b)
>>> a + b
3

Tole je podobno kot prej, le da smo povozili stare vrednosti a in b z novimi, številskimi, namesto da bi števila zapisovali v druge spremenljivke.

Tretji:

>>> a = "1"
>>> b = "2"
>>>
>>> int(a) + int(b)
3

Ker je int funkcija, lahko nastopa v izrazu; potrebe, da bi prepisovali številke v kake nove ali stare spremenljivke, niti ni.

Vpis in izpis

Spoznali bomo funkcijo za izpisovanje: če jo pokličemo, izpiše tisto, kar smo ji dali kot argument. Imenuje se print. Za razliko od, recimo, abs, ki zahteva en argument, namreč poljubno število, in vrne njegovo absolutno vrednost, ali pow, ki hoče natanko dva argumenta, lahko damo printu poljubno število argumentov - številke, nize ali še kaj tretjega -, pa jih bo lepo izpisala.

>>> print(1 + 1, 27, "benjamin")
2 27 benjamin
>>> print(napoved_zac, mat, "pa", dez, "in", 18, "stopinj")
Jutri bosta  matematika pa dez in 18 stopinj

Druga funkcija prosi uporabnika, da vpiše kako reč. Kot argument pričakuje niz, vprašanje, ki ga želimo zastaviti uporabniku. Kot rezultat vrne niz, ki ga je vpisal uporabnik.

>>> geslo = input("Geslo? ")
Geslo? FR1.ru135
>>> geslo
'FR1.rul35'

Prvi čisto pravi program

Sestavimo tole: računalnik naj uporabnika prosi za temperaturo v Celzijevih stopinjah in računalnik mu bo izpisal, koliko je to v Kelvinih in koliko v Fahrenheitih. Iz Celzijev dobimo Kelvine tako, da jim prištejemo 273.15, Fahrenheite pa tako, da jih pomnožimo z 9/5 in prištejemo 32 (kogar zanima še kaj, naj pogleda na Wikipedijo).

>>> temp_C = input("Temperatura [C]? ")
Temperatura [C]? 18
>>> temp_K = temp_C + 273.15
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: cannot concatenate 'str' and 'float' objects

Funkcija input vrne niz, ki ga je vpisal uporabnik. Četudi utegne ta izgledati kot številka, je še vedno niz in k nizom ni mogoče prištevati števil. Kot smo videli, lahko storimo troje: naredimo novo spremenljivko, na primer, temp_Cf = float(temp_C), povozimo staro s temp_Cf = float(temp_C) ali pa pretvorbo opravimo kar sproti, tako da računamo temp_K = float(temp_C) + 273.15. Izmed naštetih možnosti se odločimo za četrto in niz pretvorimo, čim ga uporabnik vpiše. Ponovimo torej vso vajo.

>>> temp_C = float(input("Temperatura [C]? "))
Temperatura [C]? 18
>>> temp_K = temp_C + 273.15
>>> temp_F = temp_C * 5/9 + 32
>>> print(temp_C, "C je enako", temp_K, "K ali", temp_F, "F")
18.0 C je enako 291.15 K ali 42.0 F

Zdaj to napišite v okolju, kjer program lahko tudi poženete; npr. Pycharm ali pa v CodeQ :)