Lekcja 2. Sterowanie pracą programu.¶

Rozgałęzienia¶

W języku Python instrukcją rozgałęziającą program jest if, co tłumaczymy jako ‘jeżeli’. Gdybyśmy chcieli postawić problem

jeżeli zmienna x jest mniejsza od liczby 0 to zmień ją na liczbę nieujemną, a w przeciwnym przypadku nie rób nic

dostajemy właśnie takie rozgałęzienie. Formalnie możemy zapisać to w postaci kodu:

if x < 0: x = -x

Aby zobrazować to rozgałęzienie, możemy też użyć schematu blokowego. Jest to jedna z możliwości przedstawienia danego problemu (później będziemy używać słowa algorytm).

Rozgałęzienie - schemat blokowy.

Ogólny schemat rozgałęzienia w języku Python ma postać:

if WARUNEK:
    BLOK_INSTRUKCJI_IF
elif WARUNEK_1:
    BLOK_1
elif WARUNEK_2:
    BLOK_2
...
else:
    BLOK_ELSE

Widzimy dwie nowe instrukcje: elif oraz else. Pierwszą moża odczytać jako else if i należy rozumieć w przypadku gdy. Ostatnią instrukcją jest else, która oznacza w każdym innym przypadku. Obowiązkową konstrukcją jest zastosowanie słowa kluczowego if, wszystkie inne słowa są opcjonalne. Służą one nieco bardziej skomplikowanym rozgałęzieniom. Python będzie sprawdzał powyższe warunki po kolei, jeden po drugim. Jeżeli napotka na warunek który będzie prawdą, to reszta warunków nie będzie już sprawdzana. Co więcej - bloki instrukcji nie będą nawet interpretowane. Sprawdzana będzie tylko poprawność składni.

Popatrzmy na przykład. Przetestujemy, czy zmienna liczba wskazuje na liczbę parzystą.

Oczywiście w powyższym przykładzie zobaczymy, że ‘liczba jest parzysta’. Pobaw się powyższym kodem, zobacz, dla jakich liczb otrzymujemy informację o liczbach parzystych, a dla jakich nie. Zobaczymy, jak wygląda nieco bardziej skomplikowany przykład rozgałęzień. Parzystość liczby oznacza, że jest ona podzielna przez 2 bez reszty. Ale jak sprawdzić, czy liczba jest podzielna przez 2 oraz przez 3 jednocześnie? Jeżeli powiemy, że rozgałęzienia można zagnieżdżać, tzn: czyli kolejne rozgałęzienia (konstrukcje if - elif - ... - else), można umieszczać w odpowiednich blokach rozgałęzień to konstrukcja stanie się bardzo podobna do powyższej.

Zmieniając zmienne A i B możecie posprawdzać, czy wybrana liczba jest podzielna przez dowolną parę innych liczb.

Na koniec tego podrozdziału omówimy wybór największej z trzech liczb.

W tym miejscu warto zaznaczyć, że w języku Python nie znajdziemy instrukcji wyboru (podobnej do switch z C). Taką instrukcję można oczywiście łatwo zasymulować powyższą konstrukcją if - elif - else.

Pętle w języku Python¶

Najbardziej uniwersalną konstrukcją języka Python, umożliwającą wykonywanie bloku instrukcji wielokrotnie jest instrukcja while. Podobnie jak rozgałęzienie bazuje ona na warunku logicznym.

while WARUNEK:
    BLOK_WHILE

Tak długo jak długo spełniony jest warunek (zwraca True), tak długo wykonywany będzie blok instrukcji BLOK_WHILE. Aby zwrócić kwadraty liczby od 1 do 5, musimy napisać:

Ostatnia linia (numer 5) jest bardzo istotna. Jeżeli jej zapomnimy, co zdarza się nadspodziewanie często, pętla wykonywać się będzie w nieskończoność. Poniżej znajdziecie tabelę, w której podane są, krok po kroku, wszystkie wartości zmiennej num i jej kwadratu, a także wynik testu num >= 5. Proszę zauważyć, że zmienna kwadrat_num nie zostanie obliczona dla num = 6.

Znając już dwie konstrukcje warunkowe if oraz while, możemy już konstruować dowolnie skomplikowane problemy. W zasadzie możemy rozwiązać dowolne zadanie programistyczne. Nie zawsze będzie to łatwe, ale da się to zrobić. Spróbujemy wypisać teraz liczby podzielne przez 2 i 3 większe od 33 i mniejsze od 67.

Na koniec tego podrozdziału dodamy, że podobnie jak dla rozgałęzień pętlę while możemy napisać z wykorzystaniem słowa else. Konstrukcja będzie następująca:

while WARUNEK:
    BLOK_WHILE
else:
    BLOK_ELSE

i rozumieć możemy ją dokładnie tak jak znaną już konstrukcję if - else. W momencie, gdy WARUNEK nie będzie spełniony, uruchomi się blok instrukcji przy else. Mamy dwie takie możliwości:

• pętla while wykona się do końca i po niej wywoła się blok else

  i = 1
  while i < 2 ** 3:
      print 2 ** i
      i += 1
  else:
      print 'koniec dzialania petli'
  

• pętla while nie wykona się w ogóle (warunek nie będzie spełniony), wykona się natomiast blok else

  i = 100
  while i < 2 ** 3:
      print 2 ** i
      i += 1
  else:
      print 'petla while nie wywola sie wcale'
  

W języku Python znajdziemy jeszcze jeden, bardzo użyteczny rodzaj pętli, pętlę for. Wykorzystuje ona do działania typy sekwencyjne, czyli takie, które posiadają elementy, kóre można odliczać. Zanim omówimy składnię for musimy te typy poznać.

Typy sekwencyjne¶

Do typów sekwencyjnych zaliczymy listy (list), krotki (tuple), łańcuchy znaków (str). Innym typem zmiennych po których można iterować, ale nie zaliczamy ich do sekwencji, są słowniki (dict).

ciag_znakow[indeks]

seq[len(seq) - 1]

seq[start:stop:krok]

>>> tekst[2:5] == tekst[2:5:1]
True

>>> seq = 'Mielonka i jaja'
>>> 'M' in seq
True
>>> 'z' not in seq
True

L1 = [1, 2, 3]
L2 = []

# odwolanie do funkcji (metody)
obiekt.funkcja(argumenty)
# oraz zmiennej (pola)
obiekt.zmienna

print tabliczka
[[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10],
 [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20],
 [3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30],
 [4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40],
 [5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50],
 [6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60],
 [7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70],
 [8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72, 80],
 [9, 18, 27, 36, 45, 54, 63, 72, 81, 90],
 [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100]]

K_trzyelementowa = (1, 2, 3)
K_jednoelementowa = ('Mielonka',)
K_pusta = ()

Pętla for¶

Jak wspomniano wyżej, instrukcja ta służy do iterowania (przechodzenia) po elementach sekwencji. Składnia tej pętli jest następująca:

for element in sekwencja:
    BLOK_FOR

Taka pętla będzie miała dokładnie len(sekwencja) obrotów, zatem blok instrukcji pętli wywoła się dokładnie tyle razy, ile mamy elementów sekwencji. Spójrzmy na przykład.

Możemy też najpierw zadeklarować zmienną, a później po niej iterować:

Oczywiście, w miejsce zmiennej seq możemy wstawić dowolną zmienną o typie sekwencyjnym, w tym taką, na której przeprowadziliśmy wycinanie:

range(start, stop, krok)

xrange(start, stop, krok)

Słowniki¶

Sekwencje indeksowane są liczbami. Słowniki indeksowane są kluczami. W innych językach programowania możecie spotkać się z tablicami asocjacyjnymi lub tablicami z haszowaniem. Słowniki tworzymy za pomocą nawiasów klamrowych oraz pary obiektów (klucz, wartość).

slownik_pusty = {}
slownik = {klucz1: wartosc1, klucz2: wartosc2, ...}

Pierwsza linijka tworzy pusty słownik. Druga linijka definiuje słownik o parach klucz: wartość. O słownikach możemy myśleć jako o nieuporządkowany zbiór właśnie takich par. Kluczami mogą być dowolne zmienne o typach niemodyfikowalnych np: liczby, łańcuchy znaków. Kluczem może być i krotka, pod warunkiem, że jej elementy też są niemodyfikowalne. Słowniki posiadają wiele metod, którymi możemy modyfikować dany obiekt, sprawdzać istnienie klucza czy też pobierać pełną listę kluczy czy też wartości. Do elementów słownika odwołujemy się za pomocą klucza, słownik zwróci wtedy wartość, która powiązana jest z danym kluczem. Jeżeli dany klucz nie występuje w słowniku, dostaniemy komunikat o błędzie.

>>> s = {'Mielonka': 100, 'Jajka': 3.55}
>>> s['Mielonka']
100
>>> s['Jajka']
3.55
>>> s['Pomidor']
KeyErrorTraceback (most recent call last)

KeyError: 'Pomidor'

Wracając na chwilę do problemu piłki wyrzucanej w górę na powierzchni ciała niebieskiego (zadanie 103). Aby rozwiązać to zadanie w nieco bardziej eleganckiej formie, możemy zdefiniować słownik przyspieszeń na powierzchniach takich ciał i wykorzystać go do obliczeni,a na jaką wysokość wzniesie się piłka na danych planetach.

Za pomocą operatora przypisania = możemy zarówno nadpisać istniejącą wartość dla danego klucza, ale i dodać kolejny element:

s = {'Mielonka': 100, 'Jajka': 3.55}
s['Mielonka'] = 120  # nadpisanie wartosci
s['Pomidor'] = 1.20  # dodanie nowej pary 'Pomidor': 1.20

Typ dict posiada wiele innych metod. Jest metoda``s.keys()``, zwracająca listę wszystkich kluczy, D.values(), zwracająca listę wszystkich wartości, czy metoda s.has_key(klucz) sprawdzająca czy dany klucz klucz istnieje w słowniku s. Jest metoda s.clear() usuwająca wszystkie elementy słownika czy też s.items(), zwracająca pary (klucz, val) w postaci krotki.