Введення у програмування. Мова програмування Python.

Вступ

Комп'ютерна програма – список команд (інструкцій) для комп'ютера. Команди можуть бути будь-якими, наприклад:

• рахувати інформацію з клавіатури;

• зробити арифметичні обчислення (+, − , *, /);

• вивести інформацію на екран.

У кожному комп'ютері встановлено багато різноманітних програм, наприклад, Google Chrome, через яку ви, швидше за все, проходите цей урок, - це програма-браузер. Зрештою, сама операційна система, чи то Windows, OS X чи Linux, теж програма.

Для створення програм використовують мови програмування. Вибір мови програмування, зазвичай, продиктований особливостями самої програми.

Мова програмування

Мова програмування - набір певних правил, за якими комп'ютер може розуміти команди (інструкції) та виконувати їх. Текст програми будь-якою мовою програмування називається програмним кодом.

Мови програмування бувають компілювані та інтерпретовані . Якщо програма написана компилюваним мовою ( C, C++, Pascal ), перед виконанням її потрібно повністю перевірити наявність синтаксичних помилок і після цього перекласти у зрозумілу комп'ютера форму — машинний код. Це робить спеціальна програма, яка називається компілятором .

Якщо програма написана мовою, що інтерпретується ( Python, PHP, Ruby ), вона не перекладається в машинний код повністю. Натомість спеціальна програма, яка називається інтерпретатором , йде за кодом, аналізує його та виконує кожну окрему команду.

Існують мови програмування, які поєднують обидва підходи ( C#, Java ). У таких мовах код вихідної програми спочатку компілюється в проміжний код (байт-код), а потім, під час виконання, переводиться в машинний код.

Мова Python

Мову Python розробив голландський програміст Гвідо Ван Россум (Guido van Rossum) у 1991 році. Гвідо був фанатом британського комедійного серіалу "Monty Python's Flying Circus", звідки і прийшла назва мови.

На сьогодні мова Python є лідером серед мов програмування, на яких створюється програмне забезпечення для різних інформаційних систем.

Переваги Python

1. Це інтерпретована мова програмування:
   програма мовою Python не вимагає окремого етапу компіляції та запускається прямо з вихідного коду;

2. Це високорівнева мова програмування;

3. Це платформонезалежна мова:
   програми на Python можна створювати та запускати для різних операційних систем (Linux, Windows, OS X);

4. Це open source проект ;

5. Це проста мова;

6. Це вбудована скриптова мова ;

7. Це мова з динамічною типизацією, що спрощує написання нескладних програм;

8. Для Python існує велика бібліотека класів на будь-який смак.

Недоліки Python

1. Низька швидкість виконання порівняно з такими мовами як C і C++;

2. Динамічна типізація мови – мінус при написанні складних програм.

Завдання, які вирішуються за допомогою Python

Python підходить для вирішення широкого спектру завдань. Розіб'ємо їх на категорії:

1. Системне програмування. Вбудовані в Python інтерфейси доступу до служб операційних систем роблять його ідеальним інструментом для створення програм, що переносяться, і утиліт системного адміністрування;

2. Графічні програми. Простота Python та швидкість розробки роблять його чудовим засобом створення графічного інтерфейсу. До складу Python входить стандартний об'єктно-орієнтований інтерфейс до GUI API;

3. Веб-програми. За допомогою додаткових фреймворків Python (Django, Flask, Pyramid) можна створювати повнофункціональні сайти;

4. Веб-сценарії. Python поставляється разом із стандартними інтернет-модулями, які дозволяють програмам виконувати різноманітні мережеві операції як у режимі клієнта, так і в режимі сервера;

5. Інтеграція компонентів. Можливість Python розширюватися і вбудовуватись у системи мовою C++ робить його зручним для опису поведінки інших систем та компонентів;

6. Програми баз даних. У Python є інтерфейси доступу до всіх основних реляційних баз даних: Sybase, Oracle, Informix, ODBC, MySQL, PostgreSQL, SQLite та багатьох інших. З їх допомогою можна створювати програми баз даних.

Проекти, у яких використовується Python

1. Компанія Google використовує Python у своїй пошуковій системі;

2. Компанії Intel, Cisco, Hewlett-Packard, Seagate, Qualcomm та IBM використовують Python для тестування апаратного забезпечення;

3. Сервіс YouTube значною мірою реалізований на Python;

4. Агентство національної безпеки (NSA) використовує Python для шифрування та аналізу даних;

5. Компанії JPMorgan Chase, UBS, Getco та Citadel застосовують Python для прогнозування фінансового ринку;

6. Програма BitTorrent для обміну файлами у пірингових мережах написана мовою Python;

7. NASA, Los Alamos, JPL та Fermilab використовують Python для наукових обчислень.

Встановлення Python на Windows

Мова Python відноситься до вільного програмного забезпечення, тому її можна завантажити з офіційного сайту, вільно розповсюджувати та встановлювати на всі сучасні операційні системи.

1. З’ясуйте розрядність вашої операційної системи.

2. Перейдіть на сайт https://www.python.org/downloads/ .

   

3. Оберіть версію Python.

4. Завантажте файл з розширенням .exe відповідної розрядності.

5. Встановіть Python:

• відзначте рекомендований параметр Install launcher for all users

• не забудьте встановити прапорець Add Python 3.x to PATH (це полегшить правильне налаштування системи)

• оберіть варіант налаштування установки Customize installation

• вкажіть каталог установки C:\PythonX (де X - номер версії)

Увага! На момент створення цього уроку остання версія інтерпретатора - Python 3.12

Після інсталювання Python в ОС Windows в головному меню з'явиться нова група інструментів Python 3.x

Робота з інтерпретатором Python в режимі онлайн

Інший спосіб створювати і запускати програми на Python - використання онлайн-сервисів. В такому випадку не потрібно інсталювати додаткове програмне забезпечення на свій пристрій. Такі системи працюють у браузері і для роботи потрібне тільки підключення до Інтернету. Слід зауважити, що зазвичай такі системи, у безкоштовних тарифних планах, можуть накладати певні обмеження, наприклад, на кількість збережних проєктів, можливість підключення деяких бібліотек тощо. Але для вивчення основ програмування на мові Python використання таких систем цілком достатньо.

В Інтернеті можна знайти декілька онлайн-інтерпретаторів мови Python. Розглянемо роботу з однією із найпростіших таких онлайн-систем - Trinket. Перейти на сторінку Python 3 в Trinket можна за посиланням https://trinket.io/python3

Сторінка з середовищем Python3 має такий вигляд

Як бачимо, вікно складається з двох частин: в лівій частині розташовується текст програми на Python, в правій - результат роботи програми після її запуску. Створену програму можна завантажити у папку на своєму пристрої. Так само можна завантажити у Trinket програму, яка зберігається у файлі на вашому пристрої.

Використовувати онлайн-інтерпретатор Trinket можна без реєстрації. Однак, якщо створити свій акаунт у Trinket, це дозволить зберігати свої файли програм у хмарному середовищі.

Більш детально ознайомитись з роботою в системі Trinket можна, переглянувши наступне відео

Варіанти виконання коду

В попередньому розділі ми з вами розглянули варіанти роботи з Python, а в цьому напишемо нашу першу програму. Для цього нам знадобиться редактор коду або IDE.

Що таке IDE та редактори коду?

Для будь-якого розробника, незалежно від рівня знань і мови програмування, головним інструментом створення коду є IDE (Integrated Development Environment, «інтегроване середовище розробки») чи редактор коду.

IDE— це програмне забезпечення, яке складається із загальних інструментів розробника в єдиному зручному графічному інтерфейсі користувача GUI (Graphical User interface).

IDE поєднує кілька інструментів, спеціально призначених для розробки. Ці інструменти зазвичай включають:

✔️ редактор коду з функціями підсвічування синтаксису та автодоповнення;

✔️ інструменти складання, виконання та налагодження;

✔️ підтримку систем керування версіями і т.д.

Редактори коду також є програмним забезпеченням; це схоже на текстовий редактор із деякими додатковими функціями. Це не IDE, тому що IDE має багато інструментів для розробників. Є редактори коду, які є текстовим редактором з підсвічуванням синтаксису і можливостями форматування коду. Більшість хороших редакторів коду можуть виконувати код і використовувати налагоджувач, а найкращі навіть можуть взаємодіяти із системами керування версіями. Порівняно з IDE, хороший редактор коду, як правило, легкий і швидший, але найчастіше ціною меншої функціональності.

Ми почнемо писати код IDLE— це редактор, який поставляється разом з Python. Це базовий спрощений режим програмування на Python. Тим не менш, IDLE хороший редактор для початку програмування та розуміння основ мови. У ньому є все, що нам потрібно для старту кодингу у світі python.

Варіанти виконання коду

Ми розібралися де писатимемо код, тепер залишилося зрозуміти, які існують варіанти його виконання. А їх у python всього два:

1️⃣ Інтерактивний режим (його ще називають консоль Python/Shell)

2️⃣ Файловий режим (стандартний варіант) - це більш звичний варіант, при якому ви весь код пишете у файлі і запускаєте його повністю на виконання.

Інтерактивний варіант

Розглянемо інтерактивний варіант. Знаходимо у списку встановлених програм IDLE та запускаємо її.

IDLE є графічним середовищем розробки, яке встановлюється разом з Python.

Після запуску IDLE ви можете вводити по одній команді і результат буде видно відразу, причому кожну інструкцію ви вказуєте після знаків ">>>", які сигналізують про запрошення введення.

Інтерактивний режим використовується для:

• Навчання;

• Експериментування;

• Тестування.

Великим мінусом інтерактивного режиму є те, що рядки коду та змінні, створені під час роботи з консоллю Python, не зберігаються. Тобто при кожному новому запуску або перезапуску консолі ви починаєте працювати з чистого листа.

До плюсів консолі можна віднести також те, що для виведення результату не потрібно писати команду print()

Файловий режим

Файловий режим є стандартним варіантом написання і виконання програми. Ви створюєте новий файл, в якому пишете кілька інструкцій, а потім всі команди йдуть на виконання.

Для того, щоб почати працювати у файловому режимі, вам потрібно, перебуваючи в IDLE, вибрати меню "File" -> "New file" або поєднання клавіш ctrl+N .

У новоствореному файлі ви пишете інструкції, причому кожна нова інструкція пишеться з нового рядка.

Тепер команди виконуватимуться, якщо ми запустимо файл:

Run → Run Module або за командою f5

Далі нам запропонують зберегти файл. Виберіть зручне місце та назву (наприклад, «example»)

У файловому режимі для того, щоб вивести результат виконання програми на екран, потрібно використовувати команду print()

Можна вводити print() різні значення або різні математичні вирази через кому:

print(4, 5, 5 + 6)

Якщо хочемо вивести текст, нам треба використовувати одинарні чи подвійні лапки 'hi', "hi" і ввести у яких текст. Зазвичай усі починають із «hello world!»:

print(‘hello world!’)

Використовувати відступи та пропуски перед командами не можна, оскільки це викликає помилку unexpected indent

Якщо не поставити лапки, то станеться помилка, оскільки Python шукатиме змінні з такою назвою. Теми змінних ми ще не проходили – їх ми вивчатимемо надалі

Перевагою файлового режиму перед інтерактивним є те, що всі інструкції зберігаються як файл та їх можно використовувати повторно.

Онлайн-середовище Trinket також підтримує обидва варіанти роботи з Python. Для перемикання режимів потрібно натиснути кнопку зі стрілкою вниз на панелі, та вибрати режим зі списку:

Виконайте послідовність команд для знаходження значення виразу в командному режимі IDLE Shell (або Trinket) мови Python за зразком (зразок виконання завдання в IDLE для першого виразу)

Для самостійного виконання

Для кожного виразу зробити скриншот вікна IDLE, які приєднати файлом (всього 4 файли). Назви файлів повинні відповідати номерам завдань. Наприклад, 1.png, 2.png, 3.png, 4.png.