Imperativ och Funktionell Programmering i Python #TDDD73

Imperativ och Funktionell Programmering i Python #TDDD73 Fredrik Heintz, IDA fredrik.heintz@liu.se @FredrikHeintz Mål med föreläsningen Du ska bli grymt inspirerad att lära dig programmera! Du ska känna till och förstå målen och upplägget med kursen. Du ska känna till och förstå kopplingen mellan TDDC66, TDDD73, TDDD63 och TATA65. Du ska ha sett ett Python-program och känna till den grundläggande terminologin. Du ska vara medveten om att det krävs mycket arbete att bli bra programmerare! 1

Autonoma farkoster på IDA 245kLOC header filer, 875kLOC C++, 600kLOC C, 300kLOC java, 150kLOC python Totalt mer än 2 millioner rader kod 2

Världen är beroende av mjukvara! De som verkligen förstår och kan utnyttja mjukvaruteknik äger framtiden Vem riktar sig kursen till? Hjälp! Jag fattar noll! Rädda mig! Ska man trycka på Enter nu?! Hur svårt kan det vara? Det är mig Google ringer när de har problem. Hur mycket kan jag om programmering redan? 3

Hur långt kommer vi i den här kursen? 4

Kursmål enligt kursplanen Efter avslutad kurs ska du kunna: redogöra för grundläggande datavetenskapliga begrepp relaterade till programmering och programspråk konstruera program i Python metodiskt lösa programmeringsrelaterade problem med hjälp av ett interaktivt arbetssätt med implementering, testning och felsökning formulera och implementera rekursiva och iterativa algoritmer konstruera abstraktioner med varierande grad av stöd i det underliggande språket Några roliga saker vi inte hinner med Hur man designar grafiska gränssnitt Hur datorer kommunicerar med varandra över nätverk Hur man lagrar information i databaser Hur man startar processer för att få saker att hända samtidigt Hur man hanterar större programmeringsprojekt Hur man gör appar Vi kommer att fokusera på grunderna i programmering och hur man etablerar goda vanor för att bli en bra programmerare. Allt det andra och mycket mer kommer längre fram. 5

Vad är ett program och vad är programmering? Programmering i ett nötskal program en uppsättning regler eller instruktioner med uppgift att styra en dators beräkningar (Nationalencyklopedin NE) programmering skrivande av instruktioner för en dators arbete (NE) komponenterna programspråket och dess konstruktioner processen principer för hur man utformar program resultatet hur program körs och hur de påverkar folk 6

Programutvecklingsprocessen Analys Förstå vilket problem som ska lösas! Specifikation Beskriv vad programmet ska göra! Design Beskriv hur programmet ska lösa problemet! Implementation Översätt designen till ett datorprogram! Testning Prova programmet och rätta eventuella fel! Underhåll Fortsätt utveckla programmet vid behov! Datalogiskt tänkande Computational Thinking Data + logik + tänkande En problemlösningprocess för att beskriva, analysera och lösa problem på ett sätt så att datorer kan hjälpa till Bryta ner problem i delar Hitta mönster Skapa abstraktioner Designa algoritmer 7

Datalogiskt tänkande > Programmering > Kodning Hur lär man sig att programmera? 8

Enligt Peter Norvig, forskningschef på Google Bli intresserad av programmering, så att du orkar lägga ner 10000 timmar på träning. Skriv många olika program. Prata med andra programmerare och läs deras kod. Om du vill, läs på universitet. Arbeta i projekt tillsammans med andra programmerare. Ta över projekt efter andra programmerare. Lär dig åtminstone ett halvt dussin olika programmeringsspråk. Peter Norvig (2001) Teach Yourself Programming in Ten Years. http://norvig.com/21-days.html Varför har vi valt programspråket Python? 9

Pythons historik Skapades i slutet av 1980-talet av holländaren Guido van Rossum, som fortfarande spelar en stor roll för språkets utveckling. Det femte mest populära programspråket i världen. [1] Åtta av tio toppuniversitet i USA använder Python som förstaspråk. [2] Version 3.0, som vi kommer använda, kom i december 2008. Det var en ganska stor förändring som inte är bakåtkompatibel. Fri programvara. [1] TIOBE Programming Community Index, augusti 2015 http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html [2] IT World, 8 juli 2014 http://www.itworld.com/software/426242/python-bumps-java-top-learning-language Fördelar med Python Lätt att komma igång med. Enklare syntax än t.ex. Java och C++. Har en stabil användarbas både på universitet och i industrin. Funkar bra både för systemprogram och för tillämpningar. Neutralt i förhållande till olika programmeringsparadigm. Kan användas för att illustrera koncept inom programmering. 10

Kursupplägg Traditionell programmeringskurs Föreläsare print("hello") 1 Student Labbass 11

Yada yada Labbass Lärare? Student Upplägg för Python Inlärning kräver aktivitet. Föreläsningar är huvudsakligen passiva. Därför är föreläsningarna ersatta med studiematerial samt seminarier. Detta kräver att DU förbereder dig genom att studera materialet på egen hand INNAN seminarierna. Aktivitet Tid i HT1 Innehåll Föreläsningar 2 h Introduktion och översikt Seminarier 16 h Torrövningar samt diskussioner utifrån övningarna Laborationer 26 h Arbete i datorsal med övningar och uppgifter, diskussioner Eget arbete 68 h Läsa, öva, experiementera, arbeta med övningar och uppgifter 12

Examination TDDC66 Datorsystem och programmering UPG1 LAB1 Webbaserad datorintroduktion Slutuppgift Prova på-laborationer Laborationsomgång 1-2 Första läsperioden Python TDDD73 Funktionell och imperativ programmering i Python LAB1 DAT1 Laborationsomgång 3-7 Datortentamen Första och andra läsperioden Tillåtet och otillåtet samarbete Allt arbete med examinerande uppgifter i kursen TDDC66 Datorsystem och programmering ska ske enskilt (förutom prova på-laborationerna där arbetet sker i par). I kursen TDDD73 Funktionell och imperativ programmering i Python (d.v.s. i praktiken från labbomgång 3) kommer ni att arbeta i par som ni själva får välja. Vad är enskilt arbete? Var går gränsen för fusk? Universitetets disciplinnämnd kan vid fusk stänga av studenter upp till sex månader, vilket innebär att man ej får delta i undervisning och inte får några studiemedel. 13

Kurslitteratur John M. Zelle (2010) Python Programming: An Introduction to Computer Science. Second Edition. ISBN 978-1-59028-241-0 Boken har ett bra pedagogiskt upplägg som ansluter väl till det vi vill göra i kursen. Den täcker dock inte allt som vi vill gå igenom, så läs studiematerialet! Om man skaffar en annan Python-bok, se till att den täcker Python 3! På tentan får ni ha med en publicerad bok. Personal Examinator: Fredrik Heintz Studierektor: Peter Dalenius Kursadministratör: Anna Grabska Eklund Lektions- och laborationsassistenter: D1a: Fredrik Bergstrand, Sara Bergman D1b: Henning Nåbo, Anders Märak Leffler D1c: Simon Lindblad, Emil Segerbäck U1: Fredrik Heintz, Erik Hansson, Viktor Holmgren 14

Information och kommunikation På kurswebben finns all information om kursen du behöver: http://www.ida.liu.se/~tddd73 Studiematerial Laborationsmaterial Länk till schema Planering och deadlines Regler för redovisning och komplettering m.m. Förhållande mellan övriga kurser under termin 1 TATA65 Diskret matematik TDDD72 Logik (bara U) TDDD63 Perspektiv på datateknik/datavetenskap TDDC66 Datorsystem och programmering TDDD73 Imperativ och funktionell programmering i Python 15

Introduktion till Python och programmeringsterminologi Hur man startar Python-interpretatorn 16

Hur man använder Python-interpretatorn >>> 2+3 5 >>> 2+4*5-6 16 >>> print("hello world!") Hello world! >>> def greeting():... print( Nobody expects the Spanish Inquisition.")... print( Our chief weapon is surprise... and fear.")... >>> greeting() Nobody expects the Spanish Inquisition. Our chief weapon is surprise... and fear. Hur man använder Python-interpretatorn >>> def skryt(namn):... print("det är bra att kunna Python.")... print(namn, "är jättebra på Python.")... >>> skryt("peter") Det är bra att kunna Python. Peter är jättebra på Python. >>> skryt("jenny") Det är bra att kunna Python. Jenny är jättebra på Python. >>> skryt <function skryt at 0x218390> >>> print <built-in function print> 17

Vårt första Python-program 1. Skriv ut lite informativ text Vad gör programmet? 2. Läs in en rad från användaren, försök tolka vad som matades in och spara detta i variabeln x 3. Börja gissa att roten ur x är x/2 och spara gissningen i variabeln guess def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) 4. Upprepa de följande raderna 5 gånger find_root() 5. Räkna ut en ny bättre gissning och skriv ut den Newton-Raphsons metod för att räkna ut kvadratroten av ett tal x. 18

Varför så mycket mellanrum? def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) find_root() Underordnade rader måste skjutas in en bit på raden, indenteras. Newton-Raphsons metod för att räkna ut kvadratroten av ett tal x. Olika sätt att köra vårt program zaza4 <23> python3 newton.py This program tries to find the square root of a number. Enter a number: 2 1.5 1.4166666666666665 1.4142156862745097 1.4142135623746899 1.414213562373095 zaza4 <24> python3 Python 3.2.2 (default, Mar 7 2012, 13:44:00) [GCC 3.4.6] on sunos5 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> 19

Hur man använder Python-interpretatorn >>> import newton This program tries to find the square root of a number. Enter a number: 2 1.5 1.4166666666666665 1.4142156862745097 1.4142135623746899 1.414213562373095 >>> newton.find_root() This program tries to find the square root of a number. Enter a number: 10 3.5 3.178571428571429 3.162319422150883 3.1622776604441363 3.162277660168379 Hur man använder Python-interpretatorn >>> from newton import * This program tries to find the square root of a number. Enter a number: 3 1.75 1.7321428571428572 1.7320508100147274 1.7320508075688772 1.7320508075688772 >>> find_root() This program tries to find the square root of a number. Enter a number: 5 2.25 2.236111111111111 2.2360679779158037 2.23606797749979 2.23606797749979 20

Två viktiga byggstenar Satser gör något. print("hello") x = x + 3 Uttryck har ett värde. a + b/2 square(y + 7) Imperativ och funktionell programmering Imperativ programmering Ett program är en följd av satser som manipulerar globala datastrukturer så att deras tillstånd förändras över tid. Funktionell programmering Ett program är en uppsättning funktioner vars utdata enbart beror av indata, d.v.s. de har inga sidoeffekter och manipulerar inte globala datastrukturer. Objektorienterad programmering Ett program är en uppsättning objekt som har vissa egenskaper och kan utföra vissa metoder. Programkörning innebär att meddelanden skickas mellan dessa objekt. 21

Satser ryggraden i ett program Ett Python-program består av ett antal satser (eng. statements) som utförs i tur och ordning. De är huvudsakligen imperativa. Vi ska titta på de fem viktigaste, där vi redan sett de fyra första: Enkla satser Tilldelning (eng. assignment) Funktionsanrop Sammansatta satser Iteration med for Funktionsdefinition Selektion med if Olika typer av satser: Tilldelning Hur ser det ut? namn = uttryck Vad händer? Uttrycket beräknas och resultatet sparas i den namngivna variabeln. def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) find_root() 22

Olika typer av satser: Funktionsanrop Hur ser det ut? funktionsnamn(frivilliga argument) Vad händer? Argumenten skickas till funktionen, underprogrammet, för behandling. def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) find_root() Funktionsanrop som inte är självständiga satser Olika typer av satser: Iteration med for Hur ser det ut? for namn in område: undersatser Vad händer? Undersatserna körs så många gånger som området specificerar. def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) find_root() 23

Olika typer av satser: Funktionsdefinitioner Hur ser det ut? def funktionsamn(frivilliga argument): undersatser Vad händer? Undersatserna sparas för att kunna anropas senare. def find_root(): print("this program tries to find the square root of a number.") x = eval(input("enter a number: ")) guess = x/2 for i in range(5): guess = (guess + x/guess)/2 print(guess) find_root() Olika typer av satser: Selektion Enkelt val if a > 0: print( positivt") Två alternativ if a > 0: print( positivt") else: print( negativt") Tre eller fler alternativ if 0 <= a < 10: print("ental") elif a < 0: print("negativt") else: print("tio eller mer") 24

Inför första laborationstillfället Ta reda på vilken labbgrupp du är med i (se kurswebben). Ta reda på när den labbgruppen har sitt första labbtillfälle (se schemat). Dyk upp på rätt plats i rätt tid. Våra laborationer brukar börja kvart över. De flesta har sin första laboration på onsdag, några redan imorgon. Mål med föreläsningen Du ska bli grymt inspirerad att lära dig programmera! Du ska känna till och förstå målen och upplägget med kursen. Du ska känna till och förstå kopplingen mellan TDDC66, TDDD73, TDDD63 och TATA65. Du ska ha sett ett Python-program och känna till den grundläggande terminologin. Du ska vara medveten om att det krävs mycket arbete att bli bra programmerare! 25

Glöm aldrig! Imperativ och Funktionell Programmering i Python #TDDD73 Fredrik Heintz, IDA fredrik.heintz@liu.se @FredrikHeintz 26