Елементи програмирања у Пајтону¶

Типови података¶

У програмирању разликујемо три основне врсте података: нумеричке (бројевe различитих типова, нпр. -3 или 4.17), „стрингове“ (текстуалне или знаковне податке, нпр. "Пајтон" или "###") и „булеане“ (логичке податке: тачно или нетачно, тј. True или False). У Пајтону постоји финија подела на типове податка, нпр. на целе бројеве (integer), децималне бројеве (float), стрингове (string) или листе (list). Свака употреба података подразумева да подаци одговарају намени. Уколико то није случај, програм ће при извршењу пријавити грешку. Не можемо, на пример, да тражимо елемент низа са редним бројем 2.17 или да израчунамо корен из стринга „девет“. Свако програмирање подразумава да неким променљивим вредностима доделимо вредности. Пајтон нас неће терати да унапред кажемо ког је типа променљива, већ ће покушати сам да је препозна. Свеједно, морамо да водимо рачуна о типу података са којима радимо и да будемо доследни.

Логичке вредности¶

Тип променљиве која садржи вредност логичког исказа називамо булеан (boolean). Булеани имају своје вредности које могу да буду или тачно (True) или нетачно (False). Свако поређење вредности променљивих (било ког типа) помоћу оператора једнако (==), није једнако (!=), мање (<), мање или једнако (<=), веће (>) и веће или једнако (>=) резултује логичком вредношћу.

provera = 5==5.0 print(provera)

Замените у претходном пољу оператор == неким другим логичким оператором. Шта се догађа? У којим је све случајевима резултат True.

print(type(5==5.0))

Операције за рад са логичким вредностима су логичко и (and или &), логичко или (or или |) и не (not). Резултати ових логичких операција су такође логичке вредности.

provera = (5==5) and (5!=6) print(provera)

Колекције¶

Пајтон различите врсте скупова података назива колекцијама. Постоје четири основне колекције које имамо на располагању чим покренемо Пајтон. То су листе речници, торке и скупови. Ове године ћемо радити само са листама. (За детаљнији увод у листе можете да погледајте лекцију из приручника за шести разред.)

Петље¶

Када део програма треба да поновимо више пута, пожељно је да тај кôд ставимо у петљу. Петља је програмска структура која нам омогућава да контролишемо колико ће се пута блок инструкција извршавати. Свако извршавање кôда у петљи назива се итерација. Променљива која броји колико пута је блок инструкција извршен назива се итератор или бројач.

Најчешће коришћена петља у Пајтону је for петља. Ова петља почиње инструкцијом for, иза које иде услов да се бројач (итератор) налази у колекцији која следи. Оператор in између бројача и колекције означава услов да вредност бројача припада том скупу вредности. Прва линија петље завршава се знаком две тачке :. Следи блок инструкција који при писању мора да буде увучен.

Петља у наредној ћелији користи излаз функције range(10) као колекцију. Ово је пример једноставног програма који исписује бројеве од 0 до 9.

Скуп вредности које узима променљива током итерирања овде је био дефинисан са range(10), што је распон бројева од 0 до 9. Како у Пајтону индексирање увек почиње од нуле, вредности ове „итерабле“ иду од 0 до 9. Реч итерабла се односи на све колекције кроз које Пајтон може да пролази секвенцијално, односно тачно утврђеним редоследом од прве до последње вредности. Листе су такође итерабле па и њих можемо да користимо за конструисање петљи. Када итерирамо по колекцији типа range, итератори су бројеви. Ако користимо листу као итераблу, онда су вредности итератора вредности из листе које редом узимамо.

Итерабле такође могу да буду и скупови, стрингови, торке итд. Стринг није ништа друго до листа карактера. Зато можемо да итерирамо кроз стринг, односно да правимо петљу у којој ће итератор узимати вредности из стринга. Ево једноставног примера:

Осим for петље, Пајтон има и while петљу. Код ње није битно да итератор буде у одређеном скупу. while петља се извршава док год је припадајући услов испуњен, односно док је логички исказ тачан. Ево начина како пример са for петљом можемо да напишемо користећи инструкцију while.

Приметите да овде „ручно“ морамо да мењамо вредност индекса i. Израз i+=1 је скраћени запис од i=i+1. То значи да у свакој итерацији вредност индекса i повећавамо за 1.

Условно гранање¶

Да би програм могао да одлучи који део кôда треба да изврши потребно је да провери испуњеност траженог критеријума, односно да евалуира (вреднује) одговарајући логички исказ. У зависности од тога да ли је услов испуњен или не, програм ће извршавати различите делове кôда. У Пајтону се најчешће користи if-then-else конструкција. Прво проверавамо да ли је испуњен услов наведен иза if, ако јесте онда програм извршава оно што иде после then, а ако није испуњен извршава оно што следи после else. Погледајте пример:

У овом примеру прво тражимо да неко помоћу тастатуре укуца број, онда тај унос претворимо у интиџер и придружимо га промељивој a. У следећој линији проверавамо да ли је тај број дељив са 2, односно да ли је остатак при дељењу са 2 једнак нули. Потом, као увучени блок инструкција, иде оно што треба извршити ако је услов испуњен, тј. да програм испише да је унети број паран. У противном, програм извршава следећи увучени блок инструкција и исписује да је број непаран.

Обратите пажњу на синтаксу. У Пајтону се инструкција then уопште не користи. Уместо тога користе се знак : и увучени блокови инструкција. Видите како се после реда који се завршава са : појављује увучени део кôда. Први блок инструкција (који може да има произвољно много линија кôда) извршава се ако је услов испуњен, а други блок (после else:) ако услов није испуњен.

Уколико гранање на две могућности није довољно, можемо да уведемо и нове блокове помоћу elif инструкције. Нема ограничења колико ових услова може да буде. Када први услов није испуњен, онда можемо да испитамо да ли је неки други услов испуњен помоћу elif. Погледајте пример:

Други начин да проверимо више услова јесте да у if-then-else блоковима уведемо нове услове и ново гранање. Ако то радите, обратите пажњу да ти нови блокови морају да буду још једном увучени помоћу табулатора. Ако су они први били по 4 размака (1 “таб”), онда ови угњеждени морају да буду по 8 (2 “таба”). Едитор у коме радите обично води рачуна о увлачењу блокова, али није лоше да проверите да ли је све увучено како треба. За разлику од неких других програмских језика, Пајтон неће да ради и пријављује грешку ако блокови нису правилно увучени. Ево начина како смо претходни пример могли да урадимо са угњежденим условима:

Функције¶

Пајтон има неке уграђене функције као што су sum() или min(), али за конкретну намену сами можемо да напишемо нову функцију. Функције се једноставно дефинишу: у првој линији пишемо def <име функције>(<име променљиве у коју се смешта аргумент>):, онда следи блок инструкција којима обрађујемо и рачунамо нешто са улазном променљивом и на крају, у последњој линији, пишемо return <име излазне променљиве>. Свака функција може да има више улазних променљивих, као што може да врати и више излазних.

Први пример функције који ћемо овде приказати је рачунање производа свих вредности у листи. Оваква функција не постоји у стандардној Пајтоновој библиотеци. Зато је добро да знамо да је напишемо.

Задатак: Можете ли, по угледу на претходни пример, сами да напишете функцију zbir() која би сабрала све елементе листе?

Како бисте написали функцију чији је улаз листа, а излаз најмања вредност из те листе? Та функција треба да пронађе најмању вредност у листи и да је врати. Оваква функција већ постоји у Пајтону и зове се min(), али ћемо искористи прилику да напишемо своју верзију. Име ове нове функције ће бити minimum(). Ево једне могућности како то може да се напише.

Библиотеке¶

Пајтон без додатних библиотека има само основне типове података, структуре и функције. У тој стандардној библиотеци нема структура у којима бисмо чували табеле, нема функција које би цртале графиконе или чак рачунале једноставне математичке функције. За све то је потребно да учитамо библиотеке, модуле из библиотека или њихове појединачне функције. Срећом, Пајтон има огроман број врло квалитетних библиотека до којих се лако долази.

Библиотеке се састоје из модула који у себи садрже разне типове података, објекте, функције и методе за те објекте итд. Стандардна библиотека има неколико модула које не учитава аутоматски. То значи да су модули инсталирани, али да треба да их учитамо. Међу њима су модули који су нам често потребни као што су math (математичке функције), random (генерисање случајних бројева) или statistics (статистичке функције).

Када увеземо целу библиотеку или модул помоћу инструкције import, можемо да користимо све њене функције и објекте само морамо да наведемо одакле су преузети. На пример, када учитамо библиотеку math, добићемо и функције и константе које уз њу иду. Кад их позивамо, прво куцамо име библиотеке са тачком на крају, тј. math. па онда име функције или константе.

Има библиотека које имају непрактично дуга имена па би било тешко стално укуцавати њихова имена кад хоћемо да позивамо њихове функције. У тим случајевима већ при учитавању библиотеке кажемо Пајтону да ћемо је убудуће позивати по „надимку“, тј. скраћеној верзији имена коју можемо сами да смислимо. У следећој ћелији је пример како увозимо библиотеку matploylib.pyplot одређујући да ћемо је убудуће звати само plt.

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([4,2,3,4,3])

[<matplotlib.lines.Line2D at 0x1bdb561ab80>]

Ако нас интересује само једна функција из библиотеке, можемо њу посебно да учитамо помоћу линије from <назив библиотеке> import <назив функције>. Тада при употреби не морамо да наводимо из које је библиотеке. На пример, ако из целог модула statistics хоћемо само функцију mean() која рачуна средњу вредност низа, то можемо да урадимо на следећи начин:

from statistics import mean
mean([3,4,4,6])

4.25

Многе важне екстерне библиотеке су већ инсталиране у Џупитер окружењу. Оне које се најчешће користе су pandas за рад са табелама и фајловима, matplotlib.pyplot за цртање графикона и numpy за рад са вишедимензионалним подацима. Уколико тражене библиотеке нема у окружењу, потребно је да је инсталирате. У већини случајева нема потребе да библиотеку тражите на интернету и да је преузимате. Довољно је да укуцате pip install <назив библиотеке> и Пајтон ће библиотеку сам пронаћи, преузети и инсталирати.