Lektion 1: Grundläggande Python#

Syfte: Introducera grundläggande element i Python-språket.

Viktiga begrepp: Tal, strängar, listor, variabler. Datatyper.

Arbetsform: Arbeta gärna tillsammans med någon men skriv alltid egen kod! Diskutera med varandra!

Uppskattad arbetstid: 2 timmar.

Redovisning: Ingen obligatorisk, men diskutera oklarheter med lärare/labbhandledare.

Komma igång#

Python finns installerat på datorerna i datorsalarna. Om du vill använda din egen dator är det lättast att installera Anaconda för att komma igång. Med Anaconda följer en Python-installation med diverse paket som vi kommer använda senare (t.ex. Matplotlib).

Efter att du installerat Anaconda startar du på Windows programmet Anaconda Prompt och på mac eller linux programmet Terminal. Därefter kan du starta Python genom att skriva python3 i kommandofönstret. Då ska det se ut ungefär så här: startbild

Anmärkning: Det kan hända att du ska skriva bara python på din dator. Det är dock viktigt att du ser till att det är Python 3.6 eller högre som startas och inte Python 2.

Efter promptern (d.v.s. tecknen >>>) går det att skriva Python-kommandon.

Avsluta#

För att komma ur programmet kan man skriva exit(), quit() eller, enklast, ctrl-D.

Aritmetiska uttryck#

Tal skrivs som vanligt (med eller utan decimalpunkt). Aritmetiska operatorer: +, -, *, /, //, % och **. De fyra första har sin vanliga betydelse.

  • Operatorn // står för heltalsdivision d.v.s. eventuella decimaler stryks.

  • Operatorn % ger resten vid heltalsdivision.

  • Operatorn ** står för upphöjt till.

Testa detta genom att skriva några beräkningsuttryck efter >>>. Prova bl.a. följande:

Prova detta!

Kommentar

 
4 + 3*5 - 2*2

Vanlig beräkningsordning d.v.s. * och / före + och -

 
4 + 3*(5-2)*2

Kan ändras med parenteser

 
4+2+1

4+2+1.

Samma värde som ovan men med decimaldel utsatt

 
5/2

Värde med decimaldel

 
5//2

Heltalsdivision

 
-5//2

Heltalsdivision

 
-(5//2)

Annat resultat än ovan!

 
37 % 10

Procent-tecknet är rest-operator

 
1234567//1000 % 10

Fjärde siffran från slutet

 
1/0

3e2 + 1e4 + 2.5e-2

\(3 \cdot 10^2 + 1 \cdot 10^4 + 2.5 \cdot 10^{-2}\)

 
3*10**2 + 10**4 + 2.5*10**-2

Samma värde men klumpigare

 
0.1*0.1

Antagligen inte alldeles rätt…

 
10**1000

10.**1000

-1**0.5

Först upphöjt, sedan minus

 
(-1)**0.5

Först minus, sedan upphöjt

Lärdomar#

  1. Det finns två typer av tal i Python (liksom i de flesta andra programmeringsspråk): heltal och så kallade flyttal. Heltal skrivs utan decimaldel och flyttal med decimaldel. Man säger att heltal och flyttal är olika datatyper. Namnen på dessa två typer är int respektive float.

  2. Om minst den ena operanden i en operation är av flyttalstyp så blir resultatet av flyttalstyp.

  3. Om båda operanderna är av heltalstyp bli resultatet av heltalstyp förutom för division (/) som alltid ger resultat av flyttalstyp.

  4. Det är viktigt att veta i vilken ordning operationer utförs!

  5. Datorer räknar inte alltid helt rätt! I Python är heltalsräkningen exakt medan räkning med flyttal kan ge avrundningsfel.

  6. Det finns uppenbarligen en begränsning på hur stora flyttal kan bli. Heltalen verkar inte ha samma begränsning. (Se exemplen med 10**1000 respektive 10.**1000.)

  7. Det sista exemplet visar att Python kan hantera komplexa tal. Det kommer vi dock inte utnyttja i denna kurs.

Tips#

Det går bra att ta tillbaka, redigera och göra om det man skrivit tidigare med hjälp av pilarna på tangentbordet. Börja med att trycka på uppåtpilen.

Övningar#

Använd Python-satser för lösa nedanstående uppgifter!

  1. Hur många sekunder går det på ett år?

    Svar

    Skriv: >>> 365*24*60*60

    som ger 31536000

  2. Antag att du tänker mycket långsiktigt och sätter in 1 kr på ett konto som ger 2 procents årlig ränta. Vad blir kapitalet med ränta på ränta om 2000 år?

    Svar

    Skriv: >>> 1.02**2000

    som ger 1.586147327603768e+17 kronor.

Variabler och tilldelningar#

En variabel är en namngiven storhet som kan ha ett värde. I Python gäller:

  1. Variabler skapas genom att man ger dem ett värde i en tilldelningssats: variabel = uttryck. I Python har således variabler alltid värden.

  2. Därefter kan variabeln användas i uttryck i stället för värdet.

  3. Variabler kan ges nya värden med nya tilldelningssatser.

  4. Variabelnamn kan innehålla bokstäver, siffror och understrykningstecknet (_). Första tecknet får inte vara en siffra. Python skiljer mellan små och stora bokstäver så att t.ex. page och Page är olika namn!

  5. Från och med Python 3 är det tillåtet att använda nationella bokstäver (t.ex. â, å, å, ö, ç, é, è, ï, …) men det gör programmen svårlästa och ännu svårare att underhålla så vi avråder från det.

    Variabelnamn som börjar med understrykningstecknet (_) har en speciell betydelse i vissa sammanhang.

  6. I våra små exempel använder vi ofta väldigt korta variabelnamn. När man skriver riktiga program är det viktigt att använda namn som anger vad variabeln används till. Exempel på beskrivande namn: weekday, lines_per_page och number_of_convolutions.

    Observera att etablerad stil i Python är att använda tecknet _ mellan ord inom samma variabelnamn för att öka läsbarheten.

Prova i tur och ordning:

>>> i = 2
>>> x = 4.5 
>>> y = i*x
>>> y = i*y
>>> x = i + 2

Du kan ta reda på en variabels värde genom att skriva dess namn efter promptern och trycka return. Variabeln i har ett värde av heltalstyp och y har ett värde av flyttalstyp medan x först får ett värde av flyttalstyp och sedan ett nytt värde av heltalstyp.

Man kan visa flera variablers värden på en gång, t.ex. genom att skriva print(i, x, y).

>>> x = 2  
>>> x += 4 
>>> x      
>>> x *= 2
>>> x      
>>> x -= 11
>>> x      
>>> x /= 2 
>>> x

Uttrycket x += 4 betyder alltså att värdet på x ska ökas med 4, d.v.s. uttrycket är ekvivalent med x = x + 4.

(Anmärkning: Om du har programmerat i språk som t.ex. C, C++ eller Java så har du kanske använt operatorerna ++ och --. Dessa finns inte i Python! Det är extra lurigt eftersom det inte är säkert att man får något felmeddelande om man råkar använda dem. T.ex. är 3 + ++x legalt även i Python men det har en helt annan betydelse! Prova gärna och försök inse varför det blir som det blir!)

Matematiska funktioner#

Standardpaketet math innehåller matematiska funktioner. För att få tillgång till dessa används kommandot import math

Exempel: Beräkna hypotenusan i en rätvinklig triangel:

>>> import math
>>> k1 = 3
>>> k2 = 4
>>> hyp = math.sqrt(k1*k1 + k2*k2)
>>> hyp

Exempel på andra funktioner i math är sin, cos, exp och log. De trigonometriska funktionerna använder radianer och log avser den naturliga logaritmen. Andra varianter finns dock.

Kommandot dir(math) ger en lista på funktioner och konstanter. Prova kommandot help(math) som ger lite mer förklaringar. Eventuellt får du meddelandet Squeezed text. Dubbelklicka på detta meddelande så får du se hela texten!

Ännu mer information finns i den officiella dokumentationen!

Modulen math innehåller också konstanterna pi och e som alltså skrivs som math.pi och math.e.

Om man ska använda t.ex. sqrt på många ställen i koden kan man skriva

from math import sqrt

varefter man inte ska ange math.-prefixet vid anropen.

Om man ska använda många olika funktioner så kan man i stället skriva importsatsen så här:

from math import *

Då kan man anropa funktionerna direkt utan att skriva math. framför varje anrop. Rekommendationen är dock att explicit tala om vilka funktioner man tänker använda.

Strängar#

Strängar är en annan inbyggd datatyp med följande egenskaper:

  • En sträng är en följd av noll eller flera tecken (bokstäver, siffror, specialtecken, …).

  • Strängar omges av citationstecken (exempel: ”Ciao!”) eller apostrofer (exempel ’Han sa ”Ciao!”’). Strängar omgivna av apostrofer kan innehålla citationstecken och tvärt om.

  • Datatypen för att hantera strängar heter str.

  • En sträng kan inte ändras men en strängvariabel kan tilldelas en annan sträng.

  • Operatorn + används för att sätta ihop (konkatenera) strängar.

Exempel:#

Prova följande:

>>> name = 'Kalle'
>>> family_name = 'Andersson'
>>> age = '12'
>>> full_name = name + " " + family_name
>>> full_name + " är " + age + " år"

Sätt age till 12 (d.v.s. talet 12, inte strängen '12') och prova den sista raden igen! (Kom ihåg att du kan ta fram tidigare kommandon med piltangenterna!)

Det fungerade alltså inte. Problemet är att man inte kan blanda typer hur som helst. Operatorn + är definierad för både strängar och tal men med helt olika funktion. När operanderna är av olika typer så vet inte Python vad som ska göras. Programmeraren måste med typkonvertering ange hur det ska tolkas.

f-strängar#

Ett, oftast bättre, alternativ till konkatenering av strängar är att använda s.k. f-strängar som introducerades i Python 3.6.

En f-sträng inleds med f' eller f" och avslutas som vanliga strängar med ' respektive ".

För att få samma resultat som ovan kan vi skriva på följande sätt:

>>> name = 'Kalle'
>>> family_name = 'Andersson'
>>> age = 12
>>> full_name = f'{name} {family_name}'
>>> f'{full_name} är {age} år'

En f-sträng kan alltså innehålla ett variabelnamn inom {}. När värdet av strängen beräknas ersätts {}-uttrycket av variabelns värde. Det blir kortare att skriva, enklare att läsa och vi slipper skriva explicita typkonverteringar.

Innehållet i {}-uttrycket är inte begränsat till att vara variabler utan kan vara generella uttryck som då kommer att beräknas. Exempel:

f'{x} i kvadrat är {x*x}'

Listor#

En lista består av ett antal värden. Värdena kan vara av olika typ. En lista kan definieras genom att man räknar upp elementen, kommaseparerat, inom [ ]-parenteser. Man använder även [ ]-parenteserna för att nå enskilda element genom dess index. Första elementet har alltid index 0.

Uttryck

Värde

Kommentar

 
x = 4
lst = [2, 3, x, x*x]

[2, 3, 4, 16]

En lista med heltal

 
lst[0] + lst[3]

18

Första plus sista elementet

 
lst[1] = lst[2] + 3
lst

[2, 7, 4, 16]

Element kan tilldelas nya värden

 
lst.append(25)
lst

[2, 7, 4, 16, 25]

Element kan läggas till på slutet. Observera syntaxen!

 
len(lst)

5

Funktionen len ger längden av listan

 
['Eva', 'Åke']

Lista med strängar

 
['Eva', 22, 'Åke', 24]

Lista med blandade typer

Observera hur listor kunde utökas med append! Listor har ett antal metoder varav append är en. Metoder används för att hämta information om eller påverka enskilda objekt. Vi kommer ta upp flera metoder både för listor och andra datatyper längre fram.

Listor är en mycket kraftfull datatyp i Python, med stora användningsområden.

Typkonverteringar#

För att översätta en typ till en annan skriver man typnamnet (int, float, str…) följt av det uttryck som man vill konvertera inom parentes.

Exempel:

Uttryck

Värde

Kommentar

 
str(12)

’12’

Heltal till sträng

 
str(-12.5)

’-12.5’

Flyttal till sträng

 
str([1, 2, 3])

’[1, 2, 3]’

Lista till sträng

 
list('abc')

[’a’, ’b’, ’c’]

Sträng till lista

 
int('12')

12

Sträng till heltal

 
int(12.8)

12

Flyttal till heltal. Decimaler trunkeras!

 
float('12.8')

12.8

Sträng till flyttal

Funktionen str kan användas på alla typer medan int och float kräver att argumentet går att tolka som ett tal. Uttrycket float('1x42') kommer alltså att ge en felutskrift.

Konverteringen kan göras var som helst i uttryck. Exempel:

'Svar: ' + str(100*(1//n + int(math.exp(x))))

Frågor och övningar#

  1. Vid omvandling från flyttalstyper till heltalstyper trunkeras värdena, d.v.s. decimalerna stryks. Hur kan man göra om man vill att värdet av x avrundas till närmaste heltal?

    Svar

    int(x + 0.5)    (förutsätter att x ≥ 0)
    Det finns också en funktion round som gör detta, men den har vi inte nämnt än.

  2. Vilka datatyper har du sett under denna lektion?

    Svar

    int för heltal,
    float för flyttal,
    str för strängar och
    list för listor.

  3. Vilka aritmetiska operatorer har du sett under denna lektion?

    Svar

    +, -, *, /, //, %, **, +=, -=, *=, /=, %=

  4. Vad är det för skillnad mellan heltals- och flyttalsaritmetik?

    Svar

    Heltal representeras exakt och heltalsaritmetiken ger exakta resultat. Flyttalen kan inte alltid representeras exakt och aritmetiken kan ge avrundningsfel.

  5. Vilka regler gäller när man blandar heltal och flyttal i samma uttryck?

    Svar

    Python behandlar varje enskild operation för sig. Om båda operanderna är av heltalstyp så blir resultatet av heltalstyp. Om den ena är av heltalstyp och den andra av flyttalstyp så konverteras först heltalsoperanden till flyttal och resultatet blir ett flyttal. Resultatet av /-operatorn är dock alltid ett flyttal.
    Exempel: Uttrycket

    float(1//2 + int(3/2 + 2))

    har värdet 3.0

  6. Vad finns i modulen math? Hur används den?

    Svar

    Ett antal matematiska funktioner som sin, cos, exp, log, …
    För att använda dessa måste modulen importeras.

  7. Vad är en variabel och vilka egenskaper har den?

    Svar

    En variabel har namn och värde.
    Värdet kan ändras med tilldelningsoperatorn (=).

  8. Vilka typkonverteringar kan ske automatiskt?

    Svar

    Från int till float

  9. Hur gör man explicita typkonverteringar?

    Svar

    Genom att använda funktionerna int, float och str.
    Exempel:

    x = int(10*math.sin(z))
ans = 'Svaret är ' + str(x)

  10. Sätt en variabel x till ett heltalsvärde som står för ett antal månader.
    Skriv en rad som skriver ut vad detta blir uttryckt i år och månader.
    Exempel: Om x är satt till 208 så ska utskriften bli 17 år och 4 mån.
    Prova med olika värden på x!

    Svar
    x = 208
str(x//12) + ' år och ' + str(x % 12) + ' månader'

    eller

    print(x//12, ' år och ', x % 12, ' månader')

    eller, med en f-sträng

    print(f'{x//12} år och {x % 12} månader')