Erste Schritte mit Python

Folien Tag 1

Folien Tag 2

Folien Tag 3

Folien Tag 4

Was dieser Kurs kann:
- Bei den ersten Schritten mit Python helfen
- Einige Grundlagen vermitteln
- Auf Quellen zum Selbststudium hinweisen
Was dieser Kurs nicht kann:
- zum Python-Programmierer ausbilden

www.python.org, GPL , via Wikimedia Commons

Tag 1: Grundlagen und erste Schritte
Tag 2: Daten
Tag 3: Bibliotheken und Funktionen
Tag 4: Klassen und Programme

Computer Grundlagen I
Arbeitsumgebung einrichten
Python Grundlagen I
Projekt 1: Schachbrettaufgabe
Quellen zum Selbststudium

Computer Grundlagen
Wie arbeitet ein Computer?

Ein Computer [...] ist ein Gerät, das mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet.

Computer sind heute in allen Bereichen des täglichen Lebens vorzufinden, meistens in spezialisierten Varianten, die auf einen vorliegenden Anwendungszweck zugeschnitten sind. So dienen integrierte Kleinstcomputer [...] zur Steuerung von Alltagsgeräten wie Waschmaschinen [...]; in modernen Automobilen dienen sie [...] zur Anzeige von Fahrdaten und steuern in „Fahrassistenten“ diverse Manöver selbst.

penubag, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

https://de.wikipedia.org/wiki/Computer

Fast alle aktuellen Computer verwenden die Von-Neumann-Architektur
https://de.wikipedia.org/wiki/Von-Neumann-Architektur
Programme und Daten werden in einem gemeinsamen Speicher abgelegt

Chris-martin, Aeroid, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

CPU:
- Rechenwerk (ALU)
- Steuerwerk (Control Unit)
Bus System:
- Speicherwerk
  (RAM, Festplatte)
- I/O Unit
  (Tastatur, Bildschirm)

Chris-martin, Aeroid, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

Computer Grundlagen
Wie arbeitet ein Computer?

lineare Liste von Befehlen
auf dem persistenten Speicher (SSD, HDD) abgelegt
verarbeiten Daten von Eingabegeräten oder dem Speicher


								from multiprocessing import cpu_count
								
								# get the number of logical cpu cores
								n_cores = cpu_count()
								# report the number of logical cpu cores
								print(f'Number of Logical CPU cores: {n_cores}')

CPU verarbeitet Befehle
Befehle werden aus dem RAM ausgeführt
Befehle werden linear abgearbeitet
Befehle haben eine geringe Komplexität (Addition, Subtraktion, Vergleich)

https://de.wikibooks.org/wiki/Assembler-Programmierung_f%C3%BCr_x86-Prozessoren/_Befehlsliste

CPU hat einen Status (Register, ...)
Befehle werden ins RAM geladen
Programm Counter (PC) zeigt auf den aktuellen Befehl
Befehle manipulieren Daten/Status
Entscheidungen durch Sprungbefehle

Onlinecontributorguy, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons

Computer Grundlagen I
Arbeitsumgebung einrichten
Python Grundlagen I
Projekt 1: Schachbrettaufgabe
Quellen zum Selbststudium

Integrated Development Environment (IDE)
Integrierte Entwicklungsumgebung
Online IDEs
bieten einen schnellen Einstieg
sind aber stark eingeschränkt

Programiz

Online Python

Programiz

Download:
https://www.python.org/downloads/
Video-Anleitung: https://youtu.be/VTOnqpE9tO0

https://www.python.org/

Download:
https://code.visualstudio.com/Download

Visual Studio Code

Computer Grundlagen I
Arbeitsumgebung einrichten
Python Grundlagen I
Projekt 1: Schachbrettaufgabe
Quellen zum Selbststudium

Der Python Interpreter
Variablen, Zahlen und Texte
Schleifen

Python ist eine interpretierte Sprache
Python bietet eine interaktive Konsole

Der Python Interpreter
Variablen, Zahlen und Texte
Schleifen

Variablen sind "Kisten für Werte"
Dynamische Typisierung:
Kisten können beliebige Werte aufnehmen


								>>> a = 5
								>>> b = 6
								>>> a + b
								11
								>>> a = 'Hallo'

Variablen können Text aufnehmen
print() schreibt Text auf die Konsole
Python Dokumentation
Python unterstützt Format-Strings
um Variablen in Text einzubetten


								>>> name = "Max"
								>>> text = f"Hallo {name}!"
								>>> print(text)
								Hallo Max!

Der Python Interpreter
Variablen, Zahlen und Texte
Schleifen

Schleifen wiederholen Befehle
Schleifen iterieren über Listen
Elemente können verwendet werden
range(start, stop[, step]) erzeugt eine List von Zahlen
Python Dokumentation
Befehle in der Schleife müssen eingerückt werden


								>>> list(range(0, 10))
								[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
								>>> 
								>>> summe = 0
								>>> for i in range(0, 10):
								...     summe += i
								... 
								>>> print("Summe:", summe)
								Summe: 45

Computer Grundlagen I
Arbeitsumgebung einrichten
Python Grundlagen I
Projekt 1: Schachbrettaufgabe
Quellen zum Selbststudium

[...] gewährte er dem Brahmanen einen freien Wunsch. Dieser wünschte sich Weizenkörner: Auf das erste Feld eines Schachbretts wollte er ein Korn, auf das zweite Feld das Doppelte, also zwei, auf das dritte wiederum die doppelte Menge, also vier und so weiter. Der König lachte und war gleichzeitig erbost über die vermeintliche Bescheidenheit des Brahmanen.
[...] Der Vorsteher der Kornkammer meldete nach mehreren Tagen ununterbrochener Arbeit, dass so viel Weizen im ganzen Reich nicht aufgebracht werden könne. [...]

penubag, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

https://de.wikipedia.org/wiki/Sissa_ibn_Dahir

Teil 1: Berechne die Anzahl der Weizenkörner
Teil 2: Stelle die Entwicklung graphisch dar
matplotlib

A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons

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pow(base, exp, mod=None)
Python Dokumentation
Berechnet die Potenz


								>>> pow(2,1)
								2
								>>> pow(2,2)
								4
								>>> pow(2,3)
								8
								>>> pow(10,3)
								1000

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								summe = 0

								for feld_nr in range(0,64):
									anzahl_auf_feld = pow(2, feld_nr)
									print(f"Anzahl der Weizenkörner auf Feld {feld_nr}:", anzahl_auf_feld)
									summe += anzahl_auf_feld

								print("Anzahl der Weizenkörner: ", summe)

								# Alternativ

								print("Anzahl der Weizenkörner: ", pow(2, 64) - 1)

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								Anzahl der Weizenkörner auf Feld 0: 1
								Anzahl der Weizenkörner auf Feld 1: 2
								Anzahl der Weizenkörner auf Feld 2: 4
								Anzahl der Weizenkörner auf Feld 3: 8
								...
								Anzahl der Weizenkörner auf Feld 63: 9223372036854775808
								Anzahl der Weizenkörner:  18446744073709551615

								Anzahl der Weizenkörner:  18446744073709551615

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Wertigkeit der Stellen: $2^i$
$101_2 $
$= 1 * 4 + 0 * 2 + 1 * 1 $
$= 5_{10}$

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Teil 1: Berechne die Anzahl der Weizenkörner
Teil 2: Stelle die Entwicklung graphisch dar
matplotlib

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Python kennt einen Listen-Datentyp: []
Listen können Reihen von Werten aufnehmen


								>>> a = []
								>>> a.append(5)
								>>> a.append(6)
								>>> a.append(7)
								>>> a
								[5, 6, 7]

A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons

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sind wiederverwendbare Programmteile
können in eigenen Programmen verwendet werden
werden mit "pip" installiert
werden mit "import" verwendet

A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons

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matplotlib kann Daten graphisch darstellen
matplotlib
Installation: "pip install matplotlib"


								>>> import matplotlib.pyplot as plt
								>>> x = range(1,10)
								>>> fig, ax = plt.subplots()
								>>> ax.plot(x, x)
								[]
								>>> plt.show()

A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons

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A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons


								import matplotlib.pyplot as plt

								werte = []

								for feld_nr in range(0,64):
									anzahl_auf_feld = pow(2, feld_nr)
									werte.append(anzahl_auf_feld)

								print("Werte:", werte)

								x = range(0,64)
								fig, ax = plt.subplots()
								ax.plot(x, werte)
								plt.show()

A.Spielhoff, CC0, via Wikimedia Commons

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								Werte: [1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072, 262144, 524288, 1048576, 2097152, 4194304, 8388608, 16777216, 33554432, 67108864, 134217728, 268435456, 536870912, 1073741824, 2147483648, 4294967296, 8589934592, 17179869184, 34359738368, 68719476736, 137438953472, 274877906944, 549755813888, 1099511627776, 2199023255552, 4398046511104, 8796093022208, 17592186044416, 35184372088832, 70368744177664, 140737488355328, 281474976710656, 562949953421312, 1125899906842624, 2251799813685248, 4503599627370496, 9007199254740992, 18014398509481984, 36028797018963968, 72057594037927936, 144115188075855872, 288230376151711744, 576460752303423488, 1152921504606846976, 2305843009213693952, 4611686018427387904, 9223372036854775808]