Числа

Числа в Python бывают трёх типов:

целые, например,  4

вещественные, например,  5.02

комплексные

Строки

Строка – это последовательность символов. Чаще всего строки – это просто некоторые наборы слов. Слова могут быть как на английском языке, так и  почти на любом языке мира.

Операции со строками

string[i] извлекает символ в позиции i

string[-1] извлекает последний символ

string[i:j] извлекает символы в диапазоне от i до j

Методы работы сос строками

string.upper() преобразует строку в верхний регистр

String.lower() преобразует в строку в нижний регистр

string.count(x) подсчитывает, сколько раз появляется x

string.find(x) позиция первой строки вхождения x

string.replace(x, y) заменяет x на y

string.strip(x) удаляет как начальные, так и конечные символы x

string.join (List) объединяет список строк

string.format(x) возвращает строку, которая включает отформатированное представление x

Кавычки

Одинарные кавычки

Строку можно указать, используя одинарные кавычки, как например, 'Это строка'.  Любой одиночный символ в кавычках, например,  'ю'  — это строка. Пустая строка '' — это тоже строка. То есть строкой мы считаем всё, что находится внутри кавычек.

Двойные кавычки

Запись строки в одинарных кавычках  это не единственный способ. Можно использовать и двойные кавычки, как например, ''Это строка''.  Для интерпретатора разницы между записями строки в одинарных и двойных кавычках нет.  

Внимание:
Если  строка началась с двойной кавычки — значит и закончиться должна на двойной кавычке. 
Если внутри строки мы хотим использовать двойные кавычки, то саму строку надо делать в одинарных кавычках. 

Театр ''Современник''
print('Театр ''Современник''')

Тройные кавычки

Строка, занимающая несколько строк,  должна быть обрамлена тройными кавычками ('' '' ''  или ''').  Например:

'''В Python можно использовать одинарные,
    двойные и тройные кавычки,
    чтобы обозначить строку'''

Отступы

Сдвиг строки с помощью пробелов называется отступами.

• Для выделения блоков программного кода используются отступы.

• В одном и том же блоке кода должно быть одинаковое количество пробелов. 

• Количество пробелов в отступах произвольно.  Общепринято использовать четыре пробела.  

Оператор присваивания

Переменная – это именованная область памяти, в которой хранятся данные. Данные помещаются в эту область памяти, как в ящик, с помощью оператора присваивания. Общая форма  записи операции присваивания:

имя = значение

Знакомый нам знак  равно (=) в программирование это знак операции присваивания. Различие между  знаками равно и присваивания в следующем.
Например:

b = 4
b = b + 2 # переменная  будет иметь значение 6

В обычной математической записи  выражение  b (рано) = b + 2 является не верным. Однако запись оператора присваивания b (присвоить) = b + 2 правильная и означает следующее: к текущему значению переменной b, например, оно было равно 4, прибавляется число 2 , и после  выполнения данного оператора, значение переменной будет равно 6.

Основные операторы

Основные типы данных

Список

Список (list) представляет тип данных, который хранит набор или последовательность элементов.
Для создания списка в квадратных скобках [ ] через запятую перечисляются все его элементы.

Создание пустого списка

numbers = [] 

Создание списка чисел:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5] # имя списка numbers, он содержит 5 элементов

Создание списка слов:

words = ["C", "C++", "Java", "Python"] # имя списка words, он  содержит 4 элемента

Создание списка из элементов разного типа

listNum = [1,2,3,4, "один", "два", "три", "четыре"] # имя списка listNum,    список     содержит целые числа и строки

Для управления элементами списки имеют целый ряд методов. Некоторые из них:

append(item): добавляет элемент item в конец списка

insert(index, item): добавляет элемент item в список по индексу index

remove(item): удаляет элемент item. Удаляется только первое вхождение элемента. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError

clear(): удаление всех элементов из списка

index(item): возвращает индекс элемента item. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError

pop([index]): удаляет и возвращает элемент по индексу index. Если индекс не передан, то просто удаляет последний элемент.

count(item): возвращает количество вхождений элемента item в список

sort([key]): сортирует элементы. По умолчанию сортирует по возрастанию. Но с помощью параметра key мы можем передать функцию сортировки.

reverse(): расставляет все элементы в списке в обратном порядке

Кроме того, Python предоставляет ряд встроенных функций для работы со списками:

len(list): возвращает длину списка

sorted(list, [key]): возвращает отсортированный список

min(list): возвращает наименьший элемент списка

max(list): возвращает наибольший элемент списка

Генераторы

Для создания списков, заполненных по более сложным формулам можно использовать генераторы: выражения, позволяющие заполнить список значениями, вычисленными по некоторым формулам. 

Общий вид генератора следующий:

[выражение for переменная in последовательность]

Пример. Создать список чисел от 0 до 10

Записываем генератор

             [i for i in range(0, 10)]
Вся конструкция заключается в квадратные скобки, потому что будет создан список. Внутри квадратных скобок можно выделить три части:

1) что делаем с элементом i:   просто   добавляем значение i в список
2) что берем: берем i
3) откуда берем:  из объекта range.
Части отделены друг от друга ключевыми словамиfor и in.

list_of_numbers = []             #создаем пустой список
list_of_numbers = [i for i in range(0, 10)]
print(list_of_numbers)Результат работы программы

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

Пример. Создать список заглавных букв английского алфавита.Код символа 'A' – 65, код символа 'Z' – 91. Поскольку символы идут подряд, то возможно использовать генератор.

что делаем: к значению элемента i применяем функцию chr(i).

Внимание.Функция  chr(i) – по числовому коду символа возвращает сам символ.  Пример. chr(65)  даст символ 'A'.

list_of_char = []                   #создаем пустой список
list_of_char = [chr(i) for i in range(65, 91)]
print(list_of_char)Результат работы программы

['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z']

Пример.  Создать список строчный букв английского алфавита.Код символа 'a' – 97, код символа 'z' – 123. Поскольку символы идут подряд, то возможно использовать генератор.

list_of_char = []                    #создаем пустой список    
list_of_char = [chr(i) for i in range(97, 123)]
print(list_of_char)Результат работы программы

['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z']

Библиотека math

Для проведения вычислений с действительными числами язык Python содержит много дополнительных функций, собранных в библиотеку, которая называется math. Для использования этих функций в начале программы необходимо подключить библиотеку, что делается командой

import math           # подключение модуля библиотеки

После подключения программа получает доступ ко всем функциям, методам и классам, содержащимся в нём. После подключения можно вызвать любую функцию из подключенной библиотеки по следующему правилу: указывается имя модуля и через точку имя функции

имя_модуля.имя_функции

Например, пусть мы хотим вызвать функцию вычисления Синус угла, задаваемого в радианах
import math
y = sin(5)         # ошибка не подключен модуль math
x = math.sin(5)    # записываем имя модуля и через точку имя функции

Можно подключать не весь модуль, а какую-то его часть. Например, программист хочет использовать только одну функцию из математической библиотеки math. Если он подключит всю библиотеку, то будет добавлено более 40 функций, которые будут занимать место. Чтобы добавить в проект какую-то часть, используют ключевое слово from:

from <имя подключаемого модуля> import <название функции>

Например.

from math import sin       # подключена только одна функция sin
y = sin(5)                 # операция выполнена
x = cos(5)               # ошибка функция cos не подключена

Ниже приведен список основных функций модуля math. Некоторые из перечисленных функций (int, round, abs) являются стандартными и не требуют подключения модуля math для использования.

Генерация случайных чисел (модуль random)

Python порождает случайные числа на основе формулы, так что они на самом деле не случайные, а, как говорят, псевдослучайные.

Модуль random позволяет генерировать случайные числа и  имеет большое множество важных для практики функций. Рассмотрим  основные функции:

random.random() - случайное число от 0 до 1.

random.randint(A, B) - случайное целое число N, A ≤ N ≤ B.

random.shuffle(list) перемешивает список случайным образом

random.choice(list) возвращает один случайный элемент из списка

Примеры

Функция  random.random()случайное число от 0 до 1.

import random
number = random.random()  # значение от 0.0 до 1.0
print(number)
number = random.random() * 100  # значение от 0.0 до 100.0
print(number)

Функция    random.randint(A, B) - случайное целое число N, A ≤ N ≤ B

import random
number = random.randint(20, 35)  # значение от 20 до 35
print(number)

функция random.shuffle(list) перемешивает список случайным образом

import random
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]   # список
random.shuffle(numbers)
print('numbers shuffle:',numbers)

Результат работы программы:

numbers shuffle: [6, 8, 1, 4, 7, 5, 2, 3]

функция  random.choice(list) возвращает один случайный элемент из списка

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
 random_number = random.choice(numbers)
 print('random_number:', random_number)

random_number: 4

Преобразование типов данных

Встроенные функции

print (x, sep = 'y') печатает x объектов, разделенных y

len (x) возвращает длину x (s, L или D)

min (L ) возвращает минимальное значение в L

max (L) возвращает максимальное значение в L

sum (L) возвращает сумму значений в диапазоне L

range(n1,n2,n) (n1, n2, n) возвращает последовательность чисел от n1 до n2 с шагом n

abs (n) возвращает абсолютное значение n

round (n1, n) возвращает число n1, округленное до n цифр

type (x) возвращает тип x (string, float, list, dict…)

str (x) преобразует x в string 

list (x) преобразует x в список

int (x) преобразует x в целое число

float (x) преобразует x в число с плавающей запятой

help (s) печатает справку о x

map (function, L) Применяет функцию к значениям в L

Принятые обозначения: x, y обозначают любые значения данных, s - строку, n - число, L - список, где i, j - индексы списка, D - словарь, а k - ключ словаря

Чтение и запись данных в файл

f = open(<path>,‘r')

f.read(<size>)

f.readline(<size>)

f.close()

f = open(<path>,’r’)

for line in f:

    <code>

f.close()

f = open(<path>,'w')

f.write(<str>)

f.close()

Циклы

while <condition>:
      <code>

for <variable> in <list>:
    <code>

for <variable> in range(start,stop,step):
    <code>

for key, value in dict.items():
    <code>

Операторы управления циклом

break завершает выполнение цикла

continue переходит к следующей итерации 

pass  ничего не делает

Условный оператор if

Оператор if позволяет изменить порядок выполнения операторов в зависимости от истинности или ложности некоторого условия. Формат оператора может быть записан в двух формах: полной и неполной форме.

if  условие:
    # блок if
    <операторы>
else:
    # блок else
    <операторы>

Блок инструкций if будет выполнен, если условие истинно. Если условие ложно, будет выполнен блок инструкций else.

В условном операторе  может отсутствовать слово else и последующий блок. Такая инструкция называется неполным ветвлением.

Пример 5.  Записать следующее   выражение  на языке Python.
Если a  >  0,  то  b  =  1,   иначе  a  =  0. 

print ("Введите значение a: ")
a = int(input())
if a > 0:
    b = 1      
else:
    b = 0
print("b = ", b)

Условный оператор  elif

if условие_1:
   # блок if
   <операторы>
elif условие_2:
   # первый блок elif
   <операторы>
elif условие_3:
   <операторы>
...
else
   # блок else
   <операторы>   

Ключевое слово elif  расшифровывается, как else + if. Это конструкция позволяет  реализовать алгоритм  выбора   необходимого варианта из нескольких альтернативных вариантов.  Оператор elif позволяет упростить код. Сделать его легче читаемым и позволяет избежать написание несколько условий  if.

Когда исполняется инструкция if-elif-else, в первую очередь  проверяется условие_1.  Если условие истинно, тогда исполняется блок инструкций if .  Следующие условия и операторы пропускаются, и управление переходит к оператору  за  условным оператором if-elif-else.

Если условие_1 оказывается ложным, тогда управление переходит к следующему условию elif,  и проверяется условие_2.  Если оно истинно, тогда исполняются инструкции внутри первого блока elif. Последующие инструкции внутри этого блока пропускаются. Этот процесс повторяется, пока не находится условие elif, которое оказывается истинным. Если такого нет, тогда исполняется блок операторов else

 Пример.  

x = int(input())

y = int(input())

if x > 0 and y > 0:

    print("Первая четверть")

elif x > 0 and y < 0:

    print("Четвертая четверть")

elif y > 0:

    print("Вторая четверть")

else:
   print("Третья четверть")

Функции

Определение функции начинается с выражения def, которое состоит из имени функции, набора скобок с параметрами и двоеточия. Параметры в скобках необязательны.

def function(<параметры>):
     <code>
    return <данные>

Пример.

def max(a, b):
     if a > b:
        return a
     else:
        return b
  

Выражение return прекращает выполнение функции и возвращает заданное  значение (называется возвращаемое значение). Ключевое слово не обязательно.

Аргументы - ключевые слова

Основные правила:

1. Ключевые аргументы указываются перечислением ключ=значение
2. При вызове функции,  аргументы определяются  по имени.
3. Это позволяет пропускать аргументы или размещать их не по порядку, поскольку интерпретатор Python может использовать предоставленные ключевые слова (ключи) для сопоставления значений с параметрами.

Пример. Используем ключевые слова  name (имя), age (возраст) для функции person():

# Определение функции

def person( name, age ):
    print("Name: " + name + " age: " + str(age))

# Вызов функции person

person( age = 24,   name = "Никита" )
person( name = "Мария",  age = 22 )

Результат:

Name: Никита age: 24
Name: Мария age: 22

Операции со словарем

dict = {} определяет пустой словарь

dict[k] = x сохраняет x, связанный с ключом k

dict[k] извлекает элемент с ключом k

del dict[k] удаляет элемент с ключом k

Методы работы со словарем

dict.keys() возвращает список ключей

dict.values​​() возвращает список значений

dict.items() возвращает список пар (ключ, значение)

dict.get(k) возвращает значение, связанное с ключом k

dict.pop() удаляет элемент, связанный с ключом, и возвращает его значение

dict.update(D) добавляет значения ключей (D) в словарь

dict.clear() удаляет все значения ключей из словаря

dict.copy() возвращает копию словаря

 Исключения

 Исключения - это ошибки, которые приводят к сбою программ. Они часто происходят из-за плохого ввода или ошибок программирования. Наша задача-предвидеть и обрабатывать эти исключения, чтобы предотвратить сбои в наших программах.

try:

    <code>

except <error>:

    <code>

else:

    <code>

 Множества

 Множество — это совокупность неповторяющихся элементов, расположенных в случайном порядке. При этом они могут быть как числовыми, так и символьными.

items = set()

items.add("Яблоко")

items.add("Апельсин")

items.add(1)

items.add("Машина")

items.remove("Машина")

Краткое введение в ООП

Объектно-ориентированное программирование (ООП) – технология разработки сложного программного обеспечения, в которой программа строится в виде совокупности объектов и их взаимосвязей.

Объединение данных и действий, производимых над этими данными, в единое целое, которое называется объектом – является одним из основных принципов ООП.

Основными понятиями являются понятие класса и объекта.

Класс является типом данных, определяемым пользователем и представляет собой структуру в виде данных и методов для работы с данными.

Формально Класс — это шаблон, по которому будет сделан объект.

Объект является экземпляром класса. Объект  и экземпляр - это одно и то же.

Вот пример. Форма для изготовления печенья – это класс, а само печенье это объект или экземпляр класса, т.е. это конкретное изделие. Печенье имеет размеры, цвет, состав – это атрибуты класса. Также в классе описываются методы, которые предназначены для чтения или изменения данных объекта.

В Python характеристики  объекта, называются атрибутами, а действия, которые мы можем проделывать с объектами, — методами. Методами в Python  называют функции, которые определяются внутри класса.

Объект = атрибуты + методы 

self

 Рассотрим  пример. Пусть у нас есть объект  мяч  - ball , обладающий атрибутами и методами.

Атрибуты мяча  могут быть:

ball.color  - цвет, например, красный
ball.size  -  размер, например, маленький
ball.price – стоимость мяча

Методы нашего объекта  могут выглядеть следующим образом:

ball.Move( )  - перемещение мяча
ball.Show( ) – вывести характеристики (атрибуты) мяча  на экран 

Переменная  self  указывает на конкретный объект экземпляра класса. Доступ к атрибутам   и методам  осуществляется через переменную self.  Это главное назначение переменной self.

Предположим мы создали три мяча - экземпляры класса Ball: ball1, ball2, ball3.  Мячи могут иметь разные характеристики, например, как в таблице.

Переменная  self  представляет ссылку на экземпляр класса, т.е. содержит адрес объекта. Всем методам класса  автоматически передается эта ссылка.

Предположим в классе Ball  имеется  метод  Show( ) – вывести характеристики мяча.

При создании трех мячей – трех экземпляров  класса Ball, каждый мяч имеет свои значения атрибутов – свои характеристики, а вот метод    Show( ) будет только в единственном экземпляре - один для всех трех мячей. Спрашивается как метод Show() может определить  характеристики какого мяча  выводить  на экран? На помощь приходит переменная self, которая знает адрес каждого из трех  экземпляров  класса.  Метод получает  доступ к атрибутам требуемого  объекта с помощью переменной  self. Как это делается рассмотрим несколько позже.

Что такое точка?

 В приведенных примерах между именем объекта и именем атрибута или метода стоит точка. Это обозначение, которое применяется, когда нужно обратиться к атрибутам или методами объекта      

объект.атрибут, например, так можно изменить цвет мяча  ball.color = «зеленый»

объект.метод()  например,  так можно переместить мяч      ball. Move( )

 Создание класса в Python:

 Определение класса начинается с ключевого слова class, после него следует имя класса и двоеточие.

class имя_класса:
           # тело класса 
          # объявление конструктора
          # объявление атрибутов
          # объявление методов 

Основные определения 

Метод __init__  или Конструктор

 В процессе создания объекта  атрибутам класса необходимо задать начальные значения. Это действие  называется инициализацией.  Для этой цели используется   специальный метод __init__(), который  называется методом инициализации или  конструктором.    Метод __init__ запускается при создании экземпляра класса - один раз. Обратите внимание на двойные подчёркивания в начале и в конце имени.
Синтаксис метода следующий:

def __init__(self, параметр1, параметр2):
              self.атрибут1 = параметр1
             self.атрибут2 = параметр2

Два символа подчеркивания в начале  __init__ и  два символа подчеркивания в конце обязательны. Параметров у конструктора  параметр1, параметр2 может быть сколько угодно, но первым дожен быть параметр  self.

 Атрибуты и методы класса

 Атрибуты класса

Характеристики  объекта, называются атрибутами и записываются в внутри конструктора с помощью переменной self.   Доступ к атрибутам осуществляется через переменную self.

Например, класс имеет атрибут  цвет – color, он должен быть записан как

     self.color  

Методы  класса

Методы класса создаются посредством ключевого слова def , имени метода , слова self, которое всегда указывается как первый параметр метода

def имя метода(self, передаваемые параметры):
       # тело метода

Пример. Создаем метод, который выводит на печать характеристики мяча

 def Show(self):
       print("Мяч: ", self.color, self.size )

 Мы определили атрибуты класса и методы. Таким образом,  класс  для нашего мяча будет выглядеть так:

class Ball:
    def __init__(self, color, size):
         self.color =  color
         self.size = size
    def Show(self):
       print("Мяч: ", self.color, self.size )

 Создание экземпляра

 Для создания объекта — экземпляра класса достаточно вызвать класс по имени и задать параметры конструктора. Пример. Предположим у нас есть конструктор

              def __init__(self, color, size): 

Подставляем на место формальных параметров, которые указаны  в конструкторе

def __init__(self, color, size)  фактические, например,  для параметра color указываем "красный,",   а для  size задаем зачение "маленький".

Создание экземпларя будет выглядеть следующим образом.

ball = Ball("красный,","маленький")

 Переменная self автоматически примет значение ссылки при создании экземпляра класса.Обратиться к методу Show() можно так:

 ball.Show()

Будет выведено:

Мяч:  красный, маленький