Основы программирования на Python

Python – один из самых известных и популярных языков разработки. Он активно изучается как новичками, так и более опытными программистами. 

Python считается не самым сложным языком. Давайте рассмотрим его ключевые особенности, а также преимущества и недостатки. Нужно выяснить, в каких сферах и областях используется рассматриваемый ЯП, рассмотреть несколько готовых небольших проектов и основы Питона. Информация, предложенная далее, ориентирована в основном на программистов-новичков.

Термины для разработки

Перед более глубоким погружением в the Python code требуется запомнить некоторые определения. Они пригодятся всем, кто планирует заниматься разработкой программного обеспечения. И не только на упомянутом ЯП, но и на других:

1. Алгоритм – инструкции и правила, которые предназначены для решения возникшей проблемы или поставленной задачи.
2. Программа – организованный набор инструкций, которые вследствие обработки будут выполнять определенную задачу или функцию (the function). Программа будет обрабатываться центральным процессором устройства перед непосредственным выполнением.
3. API – это интерфейс прикладного программирования. Выражается набором процедур, правил и протоколов, необходимых для создания программных приложений. При помощи API исходный код «общается» со сторонними программами и службами.
4. Аргумент – значение, передаваемое в команду или функцию.
5. ASCII – американский стандартный код для обмена информацией. Представлен стандартом, который присваивает буквам, символам и цифрам разнообразные слоты, доступные в 8-битном коде.
6. Булево выражение – выражение, которое применяется для создания операторов, работающих только со значениями «Истина» (true) и «Ложь» (false).
7. Ошибка – непредвиденная ошибка или дефект в аппаратном/программном обеспечении, приводящие к неисправностям.
8. Символ – простейшая единица отображения информации. Она равняется одной символьной/буквенной записи.
9. Объект – комбинация связанных переменных, констант и иных структурных данных, которые могут быть выбраны и обработаны совместно.
10. Класс – набор связанных объектов, наделенных общими свойствами.
11. Код – письменный набор инструкций, который написан при помощи протоколов на определенном языке.
12. Компиляция – формирование исполняемого приложения при помощи кода, написанного на скомпилированном языке.
13. Константы – неизменные значения. Они остаются одинаковыми на протяжении всей работы программного обеспечения.
14. Типы данных – классификация информации определенного типа.
15. Массив – множество, группы или списки схожих типов значений данных. Они предварительно группируются. В массивах у всех компонентов один и тот же тип данных. Отличие заключается только в местоположении этих самых элементов.
16. Декларация – оператор (the operator), описывающий переменную, функцию или иной идентификатор. Другое его название – объявление.
17. Исключение – неожиданное (аномальное) состояние, возникающее во время выполнения программы.
18. Выражение – допустимая группа, состоящая из символов, цифр и букв, используемых для представления одной или нескольких переменных.
19. Фреймворк – готовые блоки кода, помогающие значительно ускорить процесс разработки программного обеспечения. The Python имеет множество frameworks для новичков и продвинутых разработчиков.
20. Петля (цикл) – последовательность инструкций, повторяющихся друг за другом. Происходит это до тех пор, пока система не получит команду на остановку или не достигнет того или иного условия.
21. Бесконечный цикл – непрерывное повторение части программного кода в проекте. Оно никогда не останавливается. Прекращение непрерывного цикла в the Python происходит при помощи принудительной остановки.
22. Итерация – один проход системы через заданный набор операций, работающих с исходным кодом.
23. Ключевые слова – слова, которые резервируются синтаксисом языка и имеют особое значение. Применяются для описания функций, инструментов, операторов и других элементов разработки.
24. Операнды – объекты, которые могут управляться различными операторами.
25. Оператор – объект, умеющий манипулировать операндами.
26. Переменная – именованная ячейка в памяти. Простейшее пространство хранения данных. Является основным компонентом программного кода в Python и других языках разработки.
27. Указатель – переменная, которая содержит адрес места в памяти. Под местоположением принято понимать начальную точку объекта (элемента, массива, целого числа).
28. Язык высокого уровня – язык программирования, который позволяет программисту формировать проекты, независимо от компьютера. Для понимания устройством исходного кода требуется выполнять компиляцию в машинный.
29. Язык низкого уровня – близок к машинному. Обеспечивает небольшую абстракцию концепций разработки.
30. Машинный язык – является самым низким уровнем. Состоит из двоичных цифр или битов, которые могут быть считаны компьютерным устройством. Только его понимает различное оборудование.
31. Язык разметки – простой язык, который включает в себя понятные ключевые слова и теги. Они используются для форматирования общего вида (дизайна) страницы и его содержимого. Позволяет определять особенности макетов страниц, но в текстовом документе/файле.

У the Python и других ЯП поддерживается свой собственный синтаксис. Так называется совокупность правил о том, как правильно передавать различные операторы.

Краткое описание the Python

The Python – высокоуровневый ЯП общего назначения. Поддерживает простейший синтаксис. Направлен на непосредственное повышение читаемости исходного кода и повышение производительности.

Данный ЯП широко используется в интернет-приложениях, машинном обучении и при работе с Big Data. Обладает строгой динамической типизацией, а также автоматическим управлением памятью.

Относится the Python к полностью объектно-ориентированным. В нем все компоненты, формирующие проект – это объекты. При написании продукта блоки кода будут выделяться пробельными отступами.

Синтаксис the Python является минималистичным, за счет чего обращаться к официальной документации при разработке программного обеспечения приходится редко. Является интерпретируемым. Может использоваться не только для «обычной» разработки, но и для создания отдельных скриптов.

Создан Python в 1989 году Гвидо ван Россумом. Этот ЯП появился за счет того, что для операционной системы Amoeba требовался расширяемый скриптовый язык. Гвидо стал писать the Python, взяв часть наработок от ABC.

 В 2000-м году появилась версия 2.0, которая была одной из самых устойчивых. В 2018 году создатели выпустили Python 3.0. Эта версия стала первой обратно-несовместимой. Она используется программистами чаще всего.

Области применения

The Python широко применяется в современной разработке программного обеспечения. Этот ЯП может быть изучен не только новичками для знакомства с объектно-ориентированным программированием, но и уже опытными специалистами.

The Python чаще всего применяется для:

1. Веб-разработки на серверной стороне в клиент-серверных моделях.
2. Автоматизации некоторых процессов при помощи скриптов. Примеры – преобразования файлов из одних форматов в другие, переименование большого объема документов, удаление повторяющихся слов в текстовом документе, загрузка контента.
3. Науки о данных.
4. Машинного обучения.
5. Разносторонней разработки программного обеспечения. The Python помогает отслеживать ошибки, управлять проектами, создавать прототипы, формировать настольные приложения через библиотеки графического пользовательского интерфейса.
6. Создания игрового контента. Особо сложные проекты только на the Python написать не получится – в них он может поддерживаться в качестве дополнительного ЯП. Для небольших приложений игрового характера он идеально подойдет.
7. Автоматизации тестирования программного обеспечения. Так называются процесс проверки соответствия фактических результатов ПО ожидаемым результатам. С его помощью удается убедиться в том, что программа не содержит ошибок.

Рассматриваемый язык программирования широко используется на практике. Он подойдет также для понимания концепций объектно-ориентированного программирования среди новичков.

Преимущества и недостатки

The Python имеет ряд сильных и слабых сторон, которые должны учитываться программистом перед началом изучения ЯП. Если запомнить соответствующие моменты, получится понять, стоит ли вообще рассматривать Питон для формирования проектов.

Сильные стороны

К преимуществам The Python относят:

• компактный исходный код с высоким уровнем читаемости;
• простой для понимания синтаксис, который напоминает английский – за счет этого освоить the Python будет проще простого;
• отсутствие необходимости при формировании исходного кода использовать точки с запятыми, а также фигурные скобки;
• универсальность и кроссплатформенность;
• наличие концепций объектно-ориентированного программирования;
• мультипарадигменность;
• функциональность, которая расширяется за счет множества библиотек и фреймворков;
• элементарное обозначение вложенности фрагментов.

Рассматриваемый ЯП выступает в качестве одного из наиболее популярных среди разработчиков программного обеспечения. Он рекомендован не только начинающим IT-специалистам, но и их более опытным коллегам.

Слабые стороны

Критических недостатков у the Python нет. К ним принято относить:

• медленную работу в крупных проектах и в сравнении с языками СИ-семейства;
• отсутствие строгой типизации, из-за чего могут возникнуть проблемы выделения памяти для нормальной работы приложения.

Программировать на the Python не слишком трудно даже тем, кто раньше не имел ничего общего с разработкой. Этот язык с легкостью изучается как отдельный ЯП или в виде дополнительного.

Ключевые особенности

Питон, как и любой другой язык программирования, имеет некоторые особенности, которые выделяют его из «общей массы». Это не только его преимущества и сильные стороны, но и другие важные аспекты.

К ключевым особенностям the Python относят:

• динамическую типизацию – несмотря на то, что она может доставить некоторые проблемы, в большинстве случае такая концепция является плюсом;
• удобный возврат нескольких значений функции;
• наличие собственного сборщика мусора;
• автоматические выделение необходимого объема памяти на устройстве – так обеспечивается максимальная стабильность и работоспособность всей системы;
• привязку типа данных;
• удобное и простое применение циклов (особенно с for);
• интерпретируемость без предварительной компиляции исходного кода;
• объектно-ориентированные концепции;
• множество библиотек и фреймворков;
• дружелюбное сообщество и наличие документации на русском языке.

Программирование на Питоне может быть значительно упрощено за счет изучения разработчиком различных туториалов, а также видео-уроков. Они распространяются в больших количествах в Интернете, причем бесплатно, помогая новичкам решать достаточно сложные задачи.

Начало работы с Python

The Python program code является не только компактным, но и максимально читабельным. Разобраться, что к чему, в исходном коде сможет даже начинающий разработчик в считанные минуты. Главное начать изучение Питона.

Далее будет представлена информация, которая пригодится для того, чтобы создать первые приложения на соответствующем ЯП. Эти данные также способствуют грамотной установке необходимого программного обеспечения.

Инициализация

У большинства компьютерных устройств, включая MacOS, уже установлен the Python. Для проверки факта инициализации достаточно вызвать командную строку (в Windows) и указать там команду:

В случае с Linux и MacOS в терминале указывается запись:

Если на экране появилась информация о том, что Питон отсутствует, его необходимо скачать и установить. Загрузка осуществляется с официального сайта разработчика.

Быстрый старт

Рассматриваемый язык программирования является интерпретируемым. Это значит, что сначала в текстовом редакторе специалист пишет исходный код (файл) с форматом .py, а затем помещает соответствующие документы в интерпретатор.

Для того, чтобы запустить файл Python в командной строке, можно воспользоваться следующей записью:

Helloworld.py – это имя документа, заранее подготовленного на Питоне.

Типизация

The Python – язык с полной динамической типизацией, а также автоматическим управлением памятью. Тип переменной в исходном коде будет определяться только во время непосредственного запуска программного обеспечения.

За счет динамической типизации значительно упрощается процедура написания программ и игр. Этот прием также повышает риски возникновения ошибок при определении типа данных, что напрямую сказывается на производительности программного продукта.

The Python имеет встроенные типы:

• комплексные числа;
• целочисленные с произвольной точностью;
• числа с плавающей запятой;
• строки;
• булевый тип.

Язык имеет возможность работать с коллекциями, которые выражаются:

• списками;
• кортежами;
• множествами;
• словарями.

Разработчики имеют право создать собственный тип путем формирования отдельного класса и определения нового типа в модуле расширения.

Переменные

Переменная – хранилище данных. Так называется объект, который имеет определенное значение в исходном коде программы.

The Python позволяет программистам присваивать любые значения любым переменным, не ограничиваясь числовыми «параметрами».

Для присваивания значения переменной в рассматриваемом ЯП требуется использовать символ равенства, подобно математике: a = 2, значит, что переменной a присваивается значение двойки, b = a + 2 – приравнивается к тому, что значение переменной b является результатом прибавления к a двойки.

При работе с переменными активно применяется команда print (a), где a – это имя переменной. С ее помощью в консоль (на экран) выводится значение именованной ячейки памяти на устройстве, которая указана в скобках.

Циклы

Циклы в the Python могут применяться для решения не только элементарных, но и достаточно сложных задач. Здесь встречаются такие «петли» как:

• со счетчиком;
• с выбором (switch);
• с предусловием;
• с постусловием.

Наибольшее распространение получили циклы for (со счетчиком) и while (с постусловием). Вот – наглядный пример первой «петли»:

В нем назначена переменная для цикла, которая увеличивает значение переменной. Код работает до тех пор, пока не будет достигнуто значение 11. Обработка цикла for приведет к тому, что на экране появятся цифры от 1 до 10. Это самый простой вариант. В For количество итераций заранее известно.

Циклы с while:

• работают и выполняются до тех пор, пока значение имеющегося выражения является логической истиной;
• требуют в обязательном порядке условия повтора – если оно тоже «истина», итерации продолжатся;
• ко второму алгоритму, предложенному в коде, система перейдет, если значение станет «ложью».

Разработчики могут отыскать множество видео-уроков и примеров с соответствующим типом цикла. К его изучению рекомендуется приступать только после того как окончательно будет понят цикл for.

Списки

Списки в рассматриваемом языке программирования представлены массивами. Они являются коллекциями, используемыми для хранения нескольких значений одного и того же типа. Используются настолько же легко, как и переменные. Ниже – наглядный пример списка в the Python:

Для получения конкретного значения списка используется система индексирования (номеров). Нумерация компонентов в the Python code начинается с 0. Это значит, что первый элемент будет иметь индекс 0, второй – 1 и так далее.

Вот – пример отображения компонентов в заданном списке при помощи индексирования:

В нем сначала на экран выводится второй элемент, затем – четвертый и первый. Точно также происходит работа с текстовыми значениями.

Классы и объекты

Определение объекта в ООП уже известно. Соответствующие компоненты имеют две ключевые характеристики. К ним относят данные и поведение.

В объектно-ориентированной разработке поддерживается идентификация данных в качестве атрибутов. Поведения – как методов.

Классом в the Python называется схема или чертеж, которые применяются для формирования в исходном коде уникальных объектов. Это объекты, обладающие схожими характеристиками (параметрами).

Наглядный пример

Чтобы лучше понимать принцип работы языка, нужно изучить наглядный пример. Речь зайдет о классическом варианте – «Hello, World!». В этом проекте даны 10 случайных чисел. Они должны быть отсортированы «по возрастанию»:

Здесь:

1. Сначала происходит импорт randint из модуля под названием random. Эта функция требуется для генерации случайный чисел. Random – модуль, включенный в стандартную Питон-библиотеку. Он не требует отдельной установки.
2. Get_numbers – функция. На это указывает инструкция def. В круглых скобках расположен аргумент соответствующей функции – count.
3. За счет инструкции get_numbers(10) происходит вызов функции. Аргумент count будет равен 10. В приведенном примере это количество чисел, необходимых для генерации.
4. В инструкции for I in range (count) происходит перебор. В заданном примере – от 0 до 9.
5. Randint(1, 99) будет отвечать за возврат случайного числа от 1 до 99.
6. Append добавляет случайное число в Numbers. Это происходит 10 раз.
7. Когда цикл заканчивается, функция возвращает в качестве результата список из 10-ти случайных чисел. Он присваивается переменной my_numbers.
8. Вызывается метод sort, отвечающий за сортировку по возрастанию.
9. Функция print выводит на экран готовый и отсортированный список.

Выше – наглядный пример результата обработки изученного фрагмента кода.

Популярные библиотеки

Библиотека в the Python – это набор часто (регулярно) использующихся кодов, которые разработчики могут включать в свои приложения. Они необходимы для более быстрой и качественной разработки контента, ведь «с нуля» формировать исходный код не придется.

На данный момент the Python имеет более 137 000 библиотек, которые решают самые разные задачи, включая работу с машинным обучением и искусственным интеллектом. Вот наиболее распространенные библиотеки Питона:

1. Matplotlib – используется для качественного отображения информации в двух- и трехмерной графике. Подходит для решения различных научных задач. Работает с диаграммами всех типов.
2. Pandas – имеет в своем составе оптимизированные гибкие структуры данных, используемые для управления информацией временных рядов и структурированных данных (массивов, таблиц). Пример применения Pandas – при чтении, записи, фильтрации и группировке, а также объединении данных.
3. NumPy – известная библиотека для создания массивов и дальнейшего управления ими. Применяется при работе с логическими фигурами, выполнении операций линейной алгебры. Поддерживает интеграцию с различными языками – C++, C и другими.
4. Keras – библиотека глубокой нейронной сети для the Python program code. Имеет потрясающие функции обработки данных, визуализации и иные опции. Поддерживает самые разные нейронные сети. Обладает модульной структурой, обеспечивающей гибкость самых современных приложений.
5. Open-CV – библиотека, используемая для обработки изображений при работе машинного зрения. Она включает в себя большое количество функций обработки картинок: одновременное чтение и запись, преобразование двухмерной среды в трехмерную, захват и анализ изображений из видео.

Все это – только начало. Лучше изучить библиотеки, синтаксис и функции the Python помогут дистанционные компьютерные курсы.

Интересует Python? Добро пожаловать на курс в Otus!