Знакомство с языком Python

1.1. Общие сведения о языке Python

Цель этого курса — научить вас алгоритмическому мышлению. Этот способ мышления сочетает в себе элементы математического, инженерного и естественнонаучного мышления. Как математики, программисты используют формальные языки, чтобы выражать идеи (конкретно, алгоритмы). Как инженеры, они разрабатывают новые изделия (программы), собирают компоненты в системы, взвешивая альтернативы и находя компромиссы. Как ученые, они наблюдают поведение сложных систем, формулируют гипотезы и проверяют сделанные предположения.

Самым важным навыком для программиста является навык решения задач.

Решение задач предполагает способность формулировать задачи, творчески обдумывать решения, и выражать решения ясно и точно. Оказывается, процесс обучения программированию — отличная возможность для развития навыка решения задач.

Продвигаясь по пути программирования, вы будете учиться программировать, что полезно само по себе. Но одновременно программирование будет способствовать развитию ваших интеллектуальных навыков.

Язык программирования, который вы будете изучать, — Python. Python является языком высокого уровня. Другие языки высокого уровня, о которых вы могли слышать, это C++, PHP, Java.

Как можно заключить из термина язык высокого уровня, существуют также языки низкого уровня, иногда называемые машинными языками или ассемблерными языками. Строго говоря, компьютеры могут выполнять только программы на машинных языках. Следовательно, программы, написанные на высокоуровневом языке, должны быть преобразованы в программы на машинном языке, прежде чем они смогут выполняться на компьютере. Эта дополнительная обработка занимает некоторое время, что является небольшим недостатком высокоуровневых языков.

Но их преимущества огромны. Во-первых, на языке высокого уровня намного легче программировать. Программы на высокоуровневом языке требуют меньше времени для написания, они короче и легче читаются. Во-вторых, высокоуровневые языки переносимы, а это значит, что программы, написанные на них, могут выполняться на компьютерах разных типов после внесения минимальных изменений, или вовсе без изменений. Программы на языках низкого уровня могут выполняться только на компьютерах одного типа, и должны быть переписаны для того, чтобы выполняться на других.

Благодаря этим преимуществам, почти все программы пишутся на языках высокого уровня. Низкоуровневые языки используются только для немногочисленных специальных приложений.

Два типа программ преобразуют программы, написанные на высокоуровневом языке в программы на языке низкого уровня: интерпретаторы и компиляторы.

Интерпретатор читает программу на языке высокого уровня и исполняет ее, то есть делает то, что предписывает программа. Он обрабатывает программу, читая по одному предложения программы и выполняя их.

Компилятор читает программу и преобразует ее полностью, прежде чем программа начнет выполняться. Текст программы на высокоуровневом языке называется исходным кодом, а преобразованная программа — объектным кодом или исполняемым кодом. Когда программа откомпилирована, можно выполнять ее много раз без дальнейших

Многие современные языки программирования используют оба процесса. Они вначале компилируются в язык более низкого уровня, называемый байт-код, а затем байт-код интерпретируется программой, называемой виртуальная машина. Python использует оба процесса, хотя его часто называют интерпретируемым языком.

1.2. Установка Python на ваш компьютер

Этот курс предполагает, что вы работаете с Python версии 3.x. Текущая версия Python (февраль 2015), доступная для скачивания на сайте www.python.org — версия 3.4.3. Примеры, приведенные в книге, будут работать и на более ранних версиях 3.x.

Если вы работаете в ОС Windows, то вам придется самостоятельно установить Python и подготовиться к работе с ним. Google поможет вам узнать, как установить Python под Windows. Будьте внимательны: для работы с этой книгой вам нужно установить Python версии 3.x, а не 2.x.

На Python версии 2.x многие примеры работать не будут. Если на вашем компьютере уже установлен Python версии 3.x., то все, что вам нужно в этом случае, — начать им пользоваться. 

1.3. Режимы работы

Когда все установлено, можно начинать работу с Питоном. Есть возможность работы в двух режимах — в интерактивном режиме (в командной строке) и режим выполнения скрипта через IDLE (оболочка для Python)..

Работа в интерактивном режиме

Работа в интерактивном режиме представляет собой диалог пользователя с программой-интерпретатором языка Python. Пользователь вводит предложения Python с клавиатуры, и интерпретатор немедленно выводит результат.

Запустите интерпретатор Питона. Для запуска интерпретатора Питона выполнить команду Пуск —>  Выполнить —> python.

Запустится интерпретатор, где сначала выведется информация об интерпретаторе. 

Далее, последует приглашение к вводу (знак >>>).

В основном интерпретатор выполняет команды построчно: пишешь строку, нажимаешь  Enter , интерпретатор выполняет ее, наблюдаешь результат. Это удобно, когда человек только изучает программирование или тестирует какую-нибудь небольшую часть кода. 

Поскольку никаких команд мы пока не знаем, то будем использовать Питон как калькулятор. Попробуем сложить два числа, например: 2 + 2:  

Этот пример показывает запуск и короткий диалог интерпретатора Python в консоли ОС Windows.  

Первая строка этого примера — команда, запускающая интерпретатор Python. Следующие строки — сообщения интерпретатора. Далее идет строка, начинающаяся с

ввели 2 + 2, и интерпретатор ответил: 4.

Бывает, что в процессе ввода была допущена ошибка или требуется повторить ранее используемую команду. Чтобы не писать строку сначала, в консоли можно прокручивать список команд, используя для этого стрелки на клавиатуре.

Среда разработки IDLE

Другой вариант работы в интерактивном режиме - это работа в среде разработки IDLE, у которой есть интерактивный режим работы. Для работы в среде разработки следует выполнить запуск среды IDLE с помощью ярлыка на рабочем столе вашего компьютера. Или можно использовать меню Пуск: (Пуск —> Программы —> Python 3.4 —> IDLE

(Python 3.4 GUI - 32 bit). 

В отличие от консольного варианта здесь можно наблюдать подсветку синтаксиса (в зависимости от значения синтаксической единицы она выделяется определенным цветом).

Скрипты

Несмотря на удобства интерактивного режима работы при написании программ на Питоне, обычно требуется сохранять исходный программный код для последующего использования. В таком случае подготавливаются файлы, которые передаются затем интерпретатору на исполнение. По отношению к интерпретируемым языкам программирования часто исходный код называют скриптом. 

Подготовить скрипты можно в той же среде IDLE. Для этого, после запуска программы в меню следует выбрать команду File → New File (Crtl + N), откроется новое окно. Затем желательно сразу сохранить файл. После того как код будет подготовлен, снова сохраните файл (чтобы обновить сохранение). Например, создадим в текстовом редакторе файл primer1.py с таким содержанием:

По существующему соглашению, имена файлов с программами Python заканчиваются на .py. 

Чтобы запустить скрипт, выполните команду меню Run → Run Module (F5). После этого в первом окне появится результат выполнения кода:

Скрипты можно готовить в любом текстовом редакторе (желательно, чтобы он поддерживал подсветку синтаксиса языка Python). Кроме того, существуют специальные программы для разработки.  

Запускать подготовленные файлы можно не только в IDLE, но и в консоли с помощью команды python адрес/имя_файла. Кроме того, существует возможность настроить выполнение скриптов с помощью двойного клика по файлу (в Windows данная возможность присутствует изначально). 

Чтобы выполнить эту программу, нужно в консоли ОС Windows указать имя файла со скриптом:

В примерах в этом курсе используются как интерактивный режим интерпретатора Python, так и режим выполнения скриптов. Примеры, использующие интерактивный режим, начинаются с приглашения Python.

Работать в интерактивном режиме удобно для проверки коротких фрагментов кода, так как вы получаете немедленный результат. Думайте об этом, как о листке бумаги под рукой, на котором быстро можно что-то набросать, чтобы разобраться с возникшим вопросом. А вот программу длиннее нескольких строк лучше оформить как скрипт.

1.4. Что такое программа

Программа — это последовательность инструкций для компьютера, описывающая, как выполнять вычисления или обработку данных. 

Компьютер может выполнять математические вычисления, например, решать уравнения. Он также может обрабатывать текстовые, видео, аудио и другие данные. Примерами обработки данных являются поиск и замена текста в документе, и компиляция программы. 

Инструкции компьютеру выглядят по-разному в разных языках программирования, но несколько базовых конструкций имеются почти в каждом языке:

ü  Ввод (получить данные с клавиатуры, из файла или с другого устройства).

ü  Вывод (отобразить данные на экране или послать данные в файл).

ü  Математические вычисления (выполнить математические операции)

ü  Условное выполнение (проверить, выполняется ли определенное условие, и если да, то выполнить последовательность инструкций, соответствующую условию).

ü  Повторение (выполнять некоторую последовательность инструкций неоднократно, обычно с некоторыми отличиями).

Каждая программа, которую вы когда-либо использовали, не важно, насколько сложная, собрана из подобных конструкций. Таким образом, можно описать программирование как процесс разбиения большой сложной задачи на все более меньшие подзадачи до тех пор, пока подзадачи не станут достаточно простыми для того, чтобы выполнить их с помощью описанных выше базовых конструкций.

Программирование — это сложный процесс, и, поскольку его выполняют люди, в программу часто закрадываются ошибки. Ошибки программирования часто  называют  багами (англ.: жук), а процесс их локализации и исправления —  отладкой (англ.: debugging ).

1.5. Первая программа

Традиционно, первая программа, которую пишут изучающие новый язык программирования, выводит слова “Hello, World!” (англ.: Привет, мир!). На языке Python эта программа выглядит так:

Выберите в меню среды разработки пункт File → New File (Crtl + N). Откроется окно редактора, в котором  напишите строку: 

Сохраните файл с именем primer1.py. Такой файл называют сценарием или скриптом (от англ. script – сценарий). Программа состоит из одного предложения – предложения print (англ.: печатать), которое, на самом деле, ничего не печатает на бумаге, а выводит переданное ему значение на экран. Кавычки в программе отмечают начало и конец строкового значения; они не выводятся на экран.

Для того чтобы выполнить программу в среде разработки IDLE, достаточно нажать клавишу (F5). Вы получите результат выполнения в виде строки:

Некоторые программисты судят о достоинствах языка программирования по тому, насколько проста и компактна программа “Hello, World!”, написанная на этом языке. Если следовать такому подходу, то Python очень простой язык!