Observera att denna sida är under utveckling!

Lektion 5: Mer om funktioner.
Denna lektion innehåller Obligatorisk uppgift 1 (OU1)

Moment: Objekt. Parameteröverföring och returvärden.
Begrepp som introduceras: Föränderliga och oföränderliga objekt.
Arbetssätt: Arbeta gärna tillsammans med någon, men skriv egen kod. Diskutera med varandra!

Försök göra övningarna innan du tittar på svaren. Fråga handledarna om det är något svar du inte förstår!

Tips: Använd debuggern

Uppskattad arbetstid: Schemalagd handledningstid inkl redovisning: 6 timmar. Utöver det räkna med eget arbete med lika många timmar.
Redovisning: Obligatorisk redovisning för lärare/handledare enligt tiderna på kurssidan.
Notera att den pythonkod du redovisar skall följa kodningsreglerna
I denna lektion ska vi exemplifiera mycket av det som togs upp i föregående lektion (funktioner) och dessutom ta upp en del nya saker som har att göra med parametrar och returvärden.

Vad menas med objekt?

I den första lektionen talade vi om "list-objekt" och i den tredje om "turtle-objekt". Det som synligt verkade lite speciellt med dessa var att det fanns metoder för att påverka objekten (append för listor och left, forward m.m. för sköldpaddor). Metoder är funktioner kopplade till individuella objekt.

För att anropa en metod använder man en punktnotation där man framför punkten anger vilket objekt som åsyftas och efter punkten vilken funktion (dvs metod) som avses. Exempel: t.forward(10) som anger att det är just den sköldpadda som t refererar som ska flyttas.

I Python är faktiskt nästan allting objekt (heltal, flyttal, strängar m.m. men även t.ex, funktioner). Det finns alltså metoder knutna även t.ex. till tal.

Det är dock en viktig skillnad mellan å ena sidan t.ex. list- och turtle-objekt och å andra sidan bl.a. heltals- och flyttals-objekt.

Heltals-, flyttals- liksom även t.ex. sträng-objekt är oföränderliga (eng. immutable) medan t.ex. list- och turtle-objekt är föränderliga (eng. mutable). Det har effekter på vad som händer både vid tilldelningar och parameteröverföring.

 

 

im01.png

Vidstående figur illustrerar hur det ser ut när nedanstående kod körts.

t = turtle.Turtle() u = turtle.Turtle() x = 3 y = x

 

 

im02.png

 

 

 

Om vi sedan kör nedanstående rader blir bilden

u = t y = 4

Eftersom heltal är oföränderliga måste y få ett nytt objekt med innehållet 4 (om man kunde ändra 3-an till en 4 skulle även x bli 4 - sannolikt en mycket oönskad effekt...)

Efter tilldelningen u = t kommer u och t att stå för samma objekt. Det innebär alltså att t.ex. t.forward(100) och u.forward(100) gör precis samma sak dvs flyttar på den gröna paddan.

Den röda paddan är borttappad. Den syns (dvs finns) fortfarande men vårt program har svårt att komma åt den.

Vid tilldelning av ett värde av oföränderlig typ till en variabel skapas ett nytt objekt.

Vid tilldelning av ett värde av föränderlig typ till en variabel ändras bara referensen - inget nytt objekt skapas.

Vid funktionsanrop fungerar överföringen av argumenten till parametrarna precis som tilldelningar. Det innebär att om vi skickar ett oföränderligt värde till en parameter så spelar det ingen roll vad funktionen gör med parametern. Om parametern tilldelas ett nytt värde kommer det inte ha någon effekt i den anropande koden.

Om vi skickar ett förändringsbart objekt, t.ex. en turtle, till en funktion så kommer allt funktionen gör med parametern synas (märkas) i den anropande koden.

Återbesök i sköldpaddsdammen

Vi ska nu titta på några funktioner som gör saker med paddor. Det kommer finnas två lite olika typer av funktioner:
  1. Funktioner som ber en viss given padda göra något som det saknas en metod för. Då kan vi skriva en funktion som tar emot en padda som och utför de saker vi vill med den paddan. Om vi själva hade designat paddorna kanska vi hade gjort detta som en metod.
  2. Vi kan också vilja ha paddorna enbart som hjälpmedel för att producera olika geometriska figurer som rektanglar, cirklar, mm. Eftersom vi inte är intresserade av vilken padda som producerar resultatet skickar vi inte med paddan utan låter funktionen själv skapa den! I själva verket behöver vi inte ens veta att funktionen använder paddor för att åstadkomma det vi vill.

Ytterligare turtle-metoder kan vara till nytta i denna lektion

Metod Funktion
xcor() Returnerar paddans x-koordinat.
ycor() Returnerar paddans y-koordinat.
heading() Returnerar paddans kurs. 0 är x-axelns och 90 är y-axelns riktningar.
setheading(angle) Sätter paddans kurs. 0 är x-axelns och 90 är y-axelns riktningar.
towards(x, y) Returnerar riktningen till punkten (xy).
towards(t) Returnerar riktningen till paddan t.
distance(x, y) Returnerar paddans avstånd till punkten (xy).
distance(t) Returnerar avståndet från den egna paddan till paddan t.

Turtlar som parametrar

Om man vill flytta en padda utan att den ritar ett spår är följande funktion användbar:
def jump(t, x, y): t.penup() t.goto(x, y) t.pendown()
Funktionen tar alltså emot en padda (eller, mer exakt uttryckt, en referens till ett padd-objekt), lyfter dess penna, går till den angivna positionen och sätter ned pennan.

Turtlar som funktionsvärde

Exempel: make_turtle

När man skapar en padda med turtle.Turtle() placeras paddan i origo. Om det är vanligt att vilja ge den en annan startposition kan vi använda:
def make_turtle(x, y): t = turtle.Turtle() jump(t, x, y) return t
Dessa behövs för att kunna använda turtlar och slumptal.

Övningar

  1. Skriv en funktion rectangle(x, y, width, height, color) som skapar en padda och målar en rektangel med angiven bredd, höjd och färg. Rektangelns nedre vänstra hörn ska vara i punkten (x, y). Du behöver göra import turtle i programmet för att kunna använda turtlar. Lösningsförslag
    def rectangle(x, y, width, height, color):
        t = make_turtle(x, y)
        t.hideturtle()
        t.fillcolor(color)
        t.begin_fill()
        for dist in [width, height, width, height]:
            t.forward(dist)
            t.left(90)
        t.end_fill()
    
  2. La Tricolore

    Skriv en funktion tricolore(x, y, h) som ritar en fransk flagga med nedre vänstra hörnet i punkten (x, y) och höjden h. Proportionerna ska vara 2:3.

     

    Lösningsförslag
    def tricolore(x, y, h):
        w = h/2  	#färgfältens bredd
        rectangle(x, y, w, h, 'blue')
        rectangle(x+w, y, w, h, 'white')
        rectangle(x+2*w, y, w, h, 'red')
    
  3. pentagram

    Skriv funktionen pentagram(x, y, side) som skapar en padda och ritar ett pentagram. Toppen ska placeras i punkten (x, y). Parametern side anger längden på linjerna mellan spetsarna..

    Tips: Vinkeln i toppen är 36 grader.

     

    Lösningsförslag
    def pentagram(x, y, side):
        t = make_turtle(x, y)
        t.hideturtle()
        t.setheading(270 - 36/2)
        for i in range(5):
            t.forward(side)
            t.left(180-36)
    

Nu följer de obligatoriska uppgifterna som skall redovisas, nämligen Uppgift 1-3

Notera att den pythonkod du redovisar skall följa kodningsreglerna

Uppgift 1: Prova funktionerna!

Uppgift 1
Lägg in ovanstående funktioner (jump, make_turtle, rectangle, tricolore och pentagram) i en Python-fil. Modifiera pentagram så att den tar emot en parameter för fyllnadsfärg på samma sätt som rectangle. Skriv de rader som producerar vidstående resultat. Lägg den kod som anropar funktionerna samlat sist i python-filen.
Kommentar:Färgfyllningen av pentagrammen kan bero på vilken dator/operativsystem du använder. Mac fyller ej i mitten av pentagrammet. Det är alltså inget du behöver fixa, utan det är okej att stjärnorna ser ut som dom gör.

Tips:

  1. Om du ger paddan hastigheten 0 (t.speed(0)) så går det fortare att rita!
  2. Du kan sätta valfri färg på pentagrammen
  3. Det kan räcka med 3 rader kod för att rita de 10 pentagrammen. Tips: Använd for-satser. Tänk på att programmet skall rita identiska pentagrammer i 10 st olika positioner.

Default-värden på parametrar

Man kan ge parametrar standardvärden ("default-värden") som gäller om man utelämnar den.

Exempel: Om man deklarerar rectangle-funktionen så här:
def rectangle(x, y, width, height, color=''):
så kan man anropa den så här:
rectangle(0, 0, 50, 50) En ofylld kvadrat (en tom sträng som fyllnadsfärg anger att ingen fyllnad ska ske)
rectangle(100, 100, 50, 50, 'blue') En kvadrat fylld med blå färg.
rectangle(100, 100, 50, 50, color='red') En kvadrat fylld med röd färg. Är ett bra sätt om man har flera parametrar med default-värden.

Övningar

  1. Lägg till en parameter visible till funktionen make_turtle med defaultvärdet True. Anropet make_turtle(x, y) ska, som tidigare, skapa en synlig padda medan anropet make_turtle(x, y, visible=False) liksom makeTurtle(False) ska returnera en osynlig padda. Sätt också alltid osynliga paddors hastighet till högsta möjliga med speed(0). Lösningsförslag
    def make_turtle(x, y, visible = True):
        t = turtle.Turtle()
        if not visible:
            t.hideturtle()
            t.speed(0)
        jump(t, x, y)
        return t
    
  2. Skriv funktionen random_turtle(side) som skapar en padda, flyttar den till en slumpmässig plats i en centrerad kvadrat med sidan side. Paddan ska få en slumpmässig riktning mellan och och 359. Parametern side ska ha defaultvärdet 500. Tänk på att programmet måste ha import random för att kunna använda slumptal. Lösningsförslag
    def random_turtle(side=500): low = -side//2 high = side//2 t = make_turtle(random.randint(low, high), random.randint(low, high)) t.setheading(random.randint(0, 359)) return t

Uppgift 2: Rita flaggor

flag
Skriv en funktion vietnamese_flag(x, y, height) som ritar den vietnamesiska flaggan med nedre vänstra hörnet i punkten (x, y). Parametern height anger höjden på flaggan och flaggans proportioner är 3:2. Pentagrammet ska vara centrerat på flagga. Uppskatta storleken på pentagrammet (eller leta upp rätt värde på nätet).

Ledning: Du måste antagligen skriva om pentagram-funktionen dels för att du inte ska ha med kantlinjerna och dels för att hela det inre ska vara färgat. <
Kommentar:
Färgfyllningen av pentagrammen kan bero på vilken dator/operativsystem du använder. Mac fyller ej i mitten av pentagrammet. Det är alltså inget du behöver fixa, utan det är okej att stjärnorna ser ut som dom gör.

Du kan välja någon annan flagga t.ex. den amerikanska, som också består ju också av rektanglar och fyllda pentagram. Den flagga du väljer måste bestå av något mer än rektanglar! Lägg den kod som anropar funktionen vietnamese_flag(x, y, height) samlat sist i python-filen.

Uppgift 3: Irrande paddor

  1. Skapa filen dizzyTurtles.py.
  2. Lägg in raderna
    import turtle import random
    först i filen. Dessa behövs för att kunna använda turtlar och slumptal.
  3. Lägg in funktionerna jump, rectangle och make_turtle i filen.
  4. Skriv funktionen move_random(t) som skall göra en slumpmässig förflyttning av paddan.

    Kursen ska ändras med med ett slumpmässigt värde i intervallet [-45, 45]. Om t.ex. paddan har kurs 90 ska kursen sluta i intervallet [45, 135]. Därefter ska paddan gå framåt. Längden på sträckan som paddan går ska vara ett slumptal i intervallet [0, 25].

    För att skapa slumpvärden ska funktionen random.randint(m, n) användas. Den returnerar ett slumptal mellan m och n (gränserna kan antas).

  5. bild1

    Skriv nu kod som skapar en padda, ritar en centrerad kvadrat med metoden rectangle. Kvadraten ska ha sidan 500 och fyllas men någon läcker färg (t.ex. 'lightblue').

  6. Flytta paddan (jump) till en slumpmässig position inuti den blåa rutan. Nu kan det se ut så här:

  7. bild2

    Skriv nu kod som med hjälp av for-satsen gör 250 anrop till move_random.

    Då kan det se ut så här:

  8. bild3

    Lägg nu till kod i move_random som gör så att om paddan efter förflyttningen befinner sig utanför den blå rutan vänder sig mot origo. (Ett annat sätt att lösa "studsen" mot kanten kunde vara att låta utgående vinkel sättas till ingående vinkel. Om paddan går in i kanten med 20 graders vinkel, skall den gå ut med samma vinkel. Detta är dock lite svårare att få till)

    Då kan det se ut så här:

  9. bild4

    Skapa en till padda som också ska placeras ut slumpmässigt. Ge paddorna olika färg (metoden color).

    Låt samma for-sats flytta båda paddorna. Ändra så att move_random-metoderna anropas 500 gånger.

    Låt den ena paddan skriva ut texten 'close' i fönstret om de är närmare varandra än 50 punkter. Metoden write hjälper oss med detta. Exempel: t.write('close') skriver ut texten 'close' intill paddan t i fönstret.

    Låt också programmet räkna och sedan skriva ut hur många gånger det var nära.

    Lägg den kod som anropar funktionen move_random sist i python-filen.

Allmänna frågor

  1. Vilka datatyper har du hittills sett i Python? Svar
    int, float, str, bool, list, tuple och turtle
  2. Vad är det för skillnad på uttrycken 2 och "2"? Svar
    Den första har typen int och den andra typen str.
  3. Vad skrivs ut av satsen print(int(1.8))? Svar
    Prova och förklara resultatet!
  4. Hur gör man för att se vilka funktioner som finns i modulen math? Visa! Svar
    dir(math)
  5. Vad är skillnaden mellan en funktion och en metod? Svar
    En metod hör till ett objekt vilket inte en funktion (normalt) gör.
  6. Vad är en parameter? Svar
    En parameter är en variabel som nämns i funktionsdefinitionen. När funktionen anropas får parametern värde från motsvarande argument.

Fråga

Hur många timmar har du hittills arbetat vid dator för denna kurs?


Gå till nästa lektion eller gå tillbaka