729G46 Informationsteknologi och programmeringTema 1, Föreläsning 2

Jody Foo, jody.foo@liu.se

Igår⁃ Datorn

Turingmaskinen som teoretisk modell av en generell beräkningsmaskin

von Neumann-arkitekturen med lagrade program

⁃ Operativsystem och tillämpningsprogram

⁃ Terminalen och skalprogrammet som textbaserat gränssnitt

⁃ Forts. terminalen

⁃ Program och programmeringsspråk

maskinkod till text, tur och retur

⁃ Programmeringsspråket Python

⁃ Skriva och köra pythonprogram

Föreläsningsöversikt

ThinLinchttps://www.ida.liu.se/local/students/remote/index.sv.shtml

Terminalen som gränssnitt

Varför använda ett textbaserat gränssnitt⁃ Syfte: miljö för att utveckla och köra egna program

⁃ Enklare (färre rörliga delar):

Output: text (en rad/tecken i taget)

Input: textkommandon

⁃ Kraftfullt

⁃ Jämfört med grafiskt gränssnitt:

Output: fönster med olika interaktiva grafiska komponenter

Input: musposition, musklick, tangenttryckningar, objekt som dras och släpps m.m.

"Terminalen"⁃ Terminalprogrammet tillhandahåller funktionalitet för

program att visa text och ta emot tangentbordstryck från användaren.

⁃ Terminalprogrammet kör ett skalprogram: bash (Bourne Again SHell) som tillhandahåller ett interaktivt gränssnitt för att köra kommandon

⁃ Prompt: sekvens av tecken som visar att skalet är redo att ta emot ett kommando.

⁃ Tecknet $ används ofta för att representera prompten.

"Skriva kommandon"⁃ I terminalen kan man köra inbyggda kommandon,

kompilerade program och skript

⁃ Ingen skillnad på kommandon, program och skript till "utseendet"

⁃ Både kommandon och program körs genom att rätt ord skrivs i prompten

⁃ Jämförelse med grafiskt gränssnitt: "i gränssnittet kan du klicka på knappar, program och skript"

⁃ I kursen kommer ordet "kommando" att användas för att referera till alla varianter

Argument⁃ De flesta kommandon tar emot argument

⁃ Som användare använder vi argument för att styra ett programs beteende

⁃ Syntax för kommando + argument:

$ kommando argument1 argument2

Sökväg⁃ Beskrivning av en plats i filsystemet

⁃ Filsystem: består av kataloger och filer

Kataloger kan innehålla kataloger och filer

Filer innehåller data

⁃ Tecknet / används som skiljetecken mellan namnet på en katalog och kataloger eller filer som ligger i den

Filsystemets trädstruktur⁃ katalog1

⁃ katalog1/katalog1_1

⁃ katalog1/katalog1_1/fil4

⁃ katalog2/hejsan/hoppsan/fallerallera

Rot-, arbets- föräldra- och hemkatalog⁃ Toppen av filträdet, "roten": /

⁃ Aktuell katalog (arbetskatalog): ./

⁃ Föräldrakatalog: ../

⁃ Din användares hemkatalog: /home/<liuid>

/home/jodfo01

Absoluta och relativa sökvägar⁃ Absolut sökväg har med roten

/courses/729G46/kursmaterial/temauppg1

/home/jodfo01/katalog1/fil1

/home/jodfo01/katalog1/katalog2/fil2

/home/jodfo01/katalog1/katalog3/fil3

⁃ Relativ sökväg har inte med roten och utgår från aktuell arbetskatalog (katalogen man står i)

kursmaterial/temauppg1

katalog1/fil1

../katalog3/fil3

Exempel på kommandon⁃ echo: skriver ut dess argument

⁃ ls: visar innehåll i katalog

⁃ cd: byter katalog

⁃ mv: flytta fil eller katalog

⁃ mkdir: skapa katalog

⁃ cat: skriv ut innehåll i fil

⁃ touch: skapa ny fil/uppdatera senast ändrad hos existerande fil

⁃ man: hjälptext för kommando

Från data till program som körs

Från data till program?⁃ which ls

/bin/ls

⁃ Vad händer när jag kör programmet ls?

Program, process, processor⁃ Starta program:

Programmet läses från lagring in till minnet

Operativsystemet skapar en process för programmet

Processen körs på processorn

⁃ Processen tilldelas minne och andra resurser

⁃ Operativsystemet hanterar processen och ser till att den sköter sig.

Process Program

Processor

Hur ser programmet ut i minnet?

Bandet i turingmaskinen⁃ . . . men om det bara finns ettor och nollor i datorn? Räcker två symboler?

⁃ Vi kan få fler symboler genom att titta på grupper av ettor och nollor.

⁃ 0/1 en bit

⁃ 8 bitar = 1 byte

⁃ 1 byte kan ha 256 olika värden (0-255 decimalt, eller 0-FF hexadecimalt)

⁃ Ettor och nollor: binära talsystemet

0: 0 1: 1 10: 2 11: 3 100: 4 101: 5

Programmering på låg nivå

CPU + MinneEtt program sett från den lägsta abstraktionsnivån:

⁃ numeriska värden i minnet som representerar instruktioner

⁃ läses och avkodas av processorn som sedan utför den avkodade instruktionen

⁃ Ettor och nollor: binära talsystemet

0: 0 1: 1 10: 2 11: 3 100: 4 101: 5

Maskinkod⁃ Numerisk sekvens i minnet: 184, 0, 184, 142, 216, 198, 6, 158, 15, 36, 205, 32

⁃ Resultat på en PC som kör MS-DOS: ett dollartecken i vänstra nedersta hörnet på skärmen.

⁃ Det tar extremt lång tid att programmera genom att skriva maskinkod.

Programmeringsspråk⁃ Minns von Neumann arkitekturen

⁃ Skriva program som översätter text till maskinkod

⁃ Låg-nivå språk som liknar motsvarar maskinkod till väldigt stor grad: Assembler (eng. assembly language)

⁃ Översätts till maskinkod av en assemblator (eng. assembler)

(från siffror till text)⁃ binära talsystemet till

hexadecimala talsystemet: 0123456789ABCDEF

decimala talsystemet: 0123456789

⁃ Tolka siffror som bokstäver, teckenkodning

Assembler

MOVAX,47104MOVDS,AXMOV[3998],36INT32Exempelfrånhttp://www.swansontec.com/sprogram.html

Lågnivåprogrammering⁃ Maskinkod

⁃ Assemblerkod

Ökad abstratktionsnivålågnivå-språk till högnivå-språk

ökande abstraktionnivå på våra "kommandon"

Kompilering och interpretering⁃ Två strategier för att gå från text till maskinkod

⁃ Kompilering ~ översättning av kod i förväg

+ process för att göra kompilerade koden körbar = exekverbar fil

⁃ Interpretering ~ simultantolkning av kod

En programtolk "läser" källkod och utför det som står i koden. programtolken står för att ge processorn instruktioner / skapa maskinkod.

Högnivåprogrammering⁃ Python

⁃ Java

⁃ JavaScript

⁃ C#

Programmeringsspråket Python

Kort om Python⁃ Födelsedatum: sent 80-tal

⁃ Skapare: Guido van Rossum

⁃ Fyllde 2.0 i oktober 2000

⁃ Fyllde 3.0 i december 2008

⁃ Idag: 3.7.4 och 2.7.15

⁃ Interpreterat, men det finns en uppsjö av möjligheter

⁃ Stöd för flera olika programmeringsparadigm

⁃ Populärt som "nybörjarspråk"

⁃ Finns till flera plattformer, även inbäddade system

Stort community⁃ Konferenser runt om i världen av olika storlek

⁃ Många, ramverk som används i produktion inom många områden

15november2018. h0ps://blog.github.com/2018-11-15-state-of-the-octoverse-top-programming-languages/

Skriva och köra pythonprogram

Datormiljön på IDA⁃ Operativsystem: Linux (Ubuntu)

⁃ Inloggning med LiU-ID

⁃ Möjlighet att logga in från egen dator via ThinLinc

https://www.ida.liu.se/local/students/remote/index.sv.shtml

Två sätt1.Interaktivt genom att skriva in ett kommando i taget

2.Genom att skriva programmet i förväg

⁃ Interaktiv användning: använda IDE eller starta Python i terminalen

⁃ Skriva program i förväg: skriv programkod i textfil och starta Python och ange textfilen som program

Interaktiv användning⁃ Starta pythontolken genom att skriva kommando i

terminalen

python3

eller

ipython3

⁃ Avsluta med Ctrl-D

Köra ett program som skrivits i förväg⁃ Gör så här:

1. Starta en text-editor

2. Skriv kod och spara fil.

3. Från terminalen, kör programtolken och skicka sökvägen till textfilen med pythonkoden som argument

⁃ Exempel

$ python3 hello.py

Beståndsdelar i ett programvärden (value): t.ex. siffror eller text (kallas för strängar)

Datatyper: Heltal och flyttal⁃ De flesta programmeringsspråk skiljer på heltal och

decimaltal (eller flyttal som det kallas för inom datavetenskapen)

⁃ Flyttal och heltal är olika datatyper, float och int

⁃ Flyttal skrivs i Python med punkt. Exempel: 1.0, 3.1415, -4.5

⁃ Heltal skrivs som vanligt. Exempel: 1, -10, 6000

⁃ Både flyttal och heltal kan vara antingen positiva eller negativa i Python.

Datatyp: sträng⁃ En sträng är en sekvens av tecken.

⁃ Skiljer på sträng och variabel genom att en sträng skrivs inom citattecken.

"Ada"

"boll"

"far är rar"

Beståndsdelar i ett programoperatorer (operators): token/symbol som likt en funktion appliceras på värden

Matematiska operatorer⁃ Matematiska operatorer

addition: +

subtraktion: -

multiplikation: *

division: /

division trunkerat till närmaste heltal //

modulo (rest vid division): %

Användning av operatorer⁃ Operatorer vi kan använda på siffror

5 + 5 → 10

10 - 198 → -188

8.9 * 10 → 89.0

29 / 3 → 9.666666666666666

29 // 3 → 9

29 % 3 → 2

⁃ Operatorer vi kan använda på strängar

"hej" + "san" → "hejsan"

"hej" * 2 → "hejhej"

Beståndsdelar i ett programvariabler (variable): namngivna referenser till värden

uttryck (expression): ett uttryck kan beräknas till ett värde (ibland säger man även utvärderas istället för beräknas)

Variabler, tilldelning och uttryck⁃ Tilldelning: =

⁃ Exempel

x = 5

x = 7 + 9

voltage = 5 * (3 + 6)

⁃ Variabeln i vänsterledet tilldelas värdet till i högerledet.

⁃ Om högerledet är ett uttryck beräknas det innan tilldelningen kan ske

⁃ Ett uttryck kan beräknas till ett värde

⁃ Exempel på uttryck:

användning av operatorer

funktionsanrop

Variabler, tilldelning och uttryck⁃ För att öka värdet på en variabel med 1 skrivs

min_variabel = min_variabel + 1

⁃ Nedanstående förkortade syntax kan också användas

min_variabel += 1

⁃ Följande förkortningar finns

+=

-=

*=

/=

Funktionsanrop, en typ av uttryck⁃ En funktion, definierad med matematisk notation

f(x) = 2x

⁃ Ett anrop till funktionen, vi "stoppar in ett värde"

f(10) → 20

⁃ Ett funktionsanrop är ett uttryck som beräknas till ett värde.

Inbyggda funktioner för omvandling mellan datatyper⁃ Ett heltal kan omvandlas till ett flyttal genom att använda

funktionen float(). Exempel: float(5)→ 5.0

⁃ Flyttal kan omvandlas till ett heltal genom att använda funktionen int(). Vid omvandlingen huggs alla decimaler bort. Exempel: int(3.1415) → 3

⁃ Vill man ha avrundning används funktionen round(). Som också kan ta emot ett andra argument för antal decimaler. Exempel:

round(3.1415) → 3

round(3.1415, 2) → 3.14

print() - en inbyggd funktion som skriver ut värdenprint("Hej")

x=56namn="Beata"

print(namn)

print(x+487)

Beståndsdelar i ett programnyckelord (keywords): speciella ord som refererar till instruktioner som ska utföras

skiljetecken (punctuators)

Definiera en funktion i Pythondeff(x):return2*x

resultat=f(10)

Med hjälp av nyckelorden def och return samt skiljetecknet : kan vi definiera funktionen f(x) = 2x i Python.

När funktionen anropas returnerar den värdet som fås när uttrycket 2*x beräknas.

Beståndsdelar i ett programsats (statement): fullständig instruktion

Satser och uttryck⁃ En sats motsvarar "en mening", dvs minsta beståndsdelen i

programmeringsspråk som har betydelse.

⁃ Exempel på satser:

uttryck

korrekt användning av nyckelord

⁃ Ett uttryck kan beräknas till ett värde (ibland säger man även utvärderas istället för beräknas)

⁃ Exempel på uttryck

användning av operatorer

funktionsanrop

Nyckelord och betydelsebärande tecken⁃ Vissa ord har speciell betydelse i Python

def

return

⁃ Korrekt användning av nyckelord ger oss en sats.

⁃ Vissa tecken används på samma sätt som skiljetecken i naturligt språk. Exempel:

nyckelord som påbörjar ett block har ett : innan första raden på det nya blocket

tecknet # påbörjar en kommentar, resten av raden ses inte som Pythonkod.

Block⁃ Vissa nyckelord påbörjar ett eget block (t.ex. nyckelordet def)

⁃ För att visa vad som ingår i ett block används indentering i Python

⁃ Indentering: inskjutning av textrad med tab-tecken eller blankstegstecken (standard är 4 blanksteg per nivå)

Funktioner i Python⁃ Definition av funktion med matematisk notation:

f(x) = 2 * x

⁃ Definition av samma funktion i Python

deff(x):return2*x

Syntax:

deffunktionsnamn(argument1,argument2,...,argumentN):sats1sats2sats3...

Beståndsdelar i ett program⁃ värden (value): t.ex. siffror eller text (kallas för strängar)

⁃ operatorer (operators): token/symbol som står för en instruktion

⁃ variabler (variable): namngivna referenser till värden

⁃ uttryck (expression): ett uttryck kan beräknas till ett värde (ibland säger man även utvärderas istället för beräknas)

⁃ nyckelord (keywords): speciella ord som refererar till instruktioner som ska utföras

⁃ skiljetecken (punctuators)

⁃ sats (statement): fullständig instruktion

Mer om strängar

Datatypen str⁃ Datatypen str (eng. string) används för att representera en

sekvens av tecken, kallas för teckensträng eller sträng

⁃ Tecken som ingår i en sträng omges av enkel- eller dubbelcitattecken

⁃ Exempel

"hej"

'hej'

"detta är en längre sträng"

Osynliga tecken⁃ Vissa tecken är "osynliga", t.ex. tab och radbryt

⁃ För att skriva dem används följande teckenkombinationer

tabtecken: "\t"

radbryt: "\n"

Operatorer som kan användas med strängar⁃ Följande operatorer kan användas med strängar

+: slår ihop två strängar och returnerar en ny sträng

*: returnerar en sträng som slagits ihop med sig själv ett antal gånger

⁃ Exempel

namn = "Ada"

hälsning = "Hej på dig "

print(hälsning + namn)

print("hej" * 5)

Åtkomst av tecken på en viss position i en sträng⁃ Vi kan använda följande syntax för att komma åt ett tecken

på en viss position i en sträng

sträng[index]

⁃ index är ett heltal

⁃ Strängars index börjar på 0, dvs sträng[0] är det första tecknet i variabeln sträng.

⁃ Negativa index kan användas för att titta "bakifrån"

sträng[-1]

ger det sista tecknet i variabeln sträng.

Längden på en sträng⁃ För att ta reda på hur många tecken en sträng innehåller

kan funktionen len() användas.

⁃ Exempel

namn = "Alfred"

namnlängd = len(namn)

print(namnlängd)

Delsträngar⁃ Vi kan även plocka fram delar av en sträng

⁃ sträng[gräns1:gräns2] från gräns1 till gräns2

⁃ sträng[:gräns2] från början till gräns2

⁃ sträng[gräns1:] från gräns1 till slutet

namn = "Birgitta"

print(namn[1:4])→ "irg"

B i r g i t t a0 1 2 3 4 5 6 7 8

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Input från användaren⁃ Den inbyggda funktionen input(prompt) visar strängen

prompt och väntar på att användaren ska skriva in något följt av enter. Funktionen returnerar sedan en sträng som innehåller det användaren skrev in.

⁃ Exempel

svar=input("Skrivnågotföljtaventer:")print("Duskrev:"+svar)

Omvandla mellan datatyper⁃ Vi kan använda funktionen str() för att få en sträng-

representation av vilket värde som helst.

⁃ Exempel:

str(3.1415) → "3.1415"

str(True) → "True"

Datatypen list

Datatypen list⁃ Används för att lagra en sekvens av värden.

⁃ Listor är också värden, dvs en lista kan innehålla listor (som i sin tur kan innehålla listor osv)

⁃ Syntax:

studenter = ["Ada", "Bertil", "Cecilia"]

⁃ Det går bra att blanda datatyper i en lista:

diverse = [5, 3.0, "rosa", [100, 200, 300]]

⁃ Precis som med strängar använder vi index för att komma åt ett värde på en viss position.

⁃ Index för listor börjar också på 0.

Del-listor⁃ Vi kan även plocka fram delar av en lista

⁃ lista[gräns1:gräns2] från gräns1 till gräns2

⁃ lista[:gräns2] från början till gräns2

⁃ lista[gräns1:] från gräns1 till slutet

teckenlista = ["B", "i", "r", "g", "i", "t", "t", "a"]

print(teckenlista[1:4])→ ["i", "r", "g"]

B i r g i t t a0 1 2 3 4 5 6 7 8

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Operatorer som kan användas med listor⁃ Operatorn + kan användas för att slå ihop två listor till en

ny lista.

⁃ Exempel frukter1=["äpple","päron"]frukter2=["apelsin","banan"]alla_frukter=frukter1+frukter2

print(alla_frukter)

Ändra på ett värde i en lista⁃ Vi kan ändra värdet på en viss position i en lista med en

tilldelning:

värden = [1, 2, 3, 4]

print(värden)

värden[2] = "hoppsan"

print(värden)

Lägga till nytt värde till slutet på en listafrukter=["apelsin"]print(frukter)

frukter=frukter+["banan"]print(frukter)

Lägga till nytt värde till början på en listafrukter=["apelsin"]print(frukter)

frukter=["banan"]+frukterprint(frukter)

Metoder - speciella funktioner som hör ihop med värdencharacters1=["a","b","c"]

#metodenlist.append(value)läggertillvaluetillenlistacharacters1.append("d")

print(characters1)#kommerskrivaut["a","b","c","d"]

characters2=["e"]

#användningavoperatorn+medlistorändrarintepåoperanderna#nedanståendeuttryckkommerberäknas,menresultatetsparasintecharacters1+characters2

Moduler

Moduler⁃ Specialiserade funktioner m.m. kan göra tillgängliga t.ex.

genom att importera moduler i sin Python-kod

⁃ Varje fil med Python-kod kan användas som en modul.

⁃ Ett antal moduler följer med Python

Moduler⁃ tillhandahåller ytterligare funktionalitet, t.ex. funktioner

⁃ Exempel på moduler som följer med Python

random: har t.ex. funktioner som returnerar slumpvärden

sys: funktioner m.m. som har med systemet att göra

os: funktioner m.m. som har med operativsystemet att göra

Import av modul och exempel på användning⁃ För att få tillgång till en modul behöver den importeras med

nyckelordet import

⁃ Standard är att lägga alla importsatser i början av textfilen.

importrandom

#funktionenrandom()imodulenrandomreturnerarettslumpmässigt#flyttalmellan0.0och1.0slumpvärde1=random.random()

#funktionenrandint(heltal1,heltal2)imodulenrandomreturnerarett#slumpmässigtheltalfrånheltal1tillochmedheltal2.slumpvärde2=random.randint(10,90)

Import, namnrymder, punktnotation⁃ import random

⁃ Ovanstående laddar in innehållet i modulen random och ser till att det hamnar i namnrymden random

⁃ Funktionen randint(heltal1, heltal2) i modulen random kommer man då åt genom random.randint(heltal1, heltal2)

⁃ Man kan också importera innehållet i en modul och låta det hamna i samma namnrymd som resten av koden i filen:

⁃ from random import *

⁃ Då kommer man åt funktionen randint(heltal1, heltal2) utan att ange namnrymd.

import-exempel 1importrandom

list_of_names=["Ada","Bea","Cecilia","Dolores"]

defrandom_greeting1(names):#random.choice()väljerutettslumpmässigtelementfrån#ensekvensname=random.choice(names)print("Hello"+name+"!")

defrandom_greeting2(names):#random.randint()slumparframettheltalfrånettslutet#intervallrandom_index=random.randint(0,len(names)-1)print("Hello"+names[random_index]+"!")

import-exempel 2fromrandomimport*

list_of_names=["Ada","Bea","Cecilia","Dolores"]

defrandom_greeting1(names):#choice()frånmodulenrandomväljerutettslumpmässigt#elementfrånensekvensname=choice(names)print("Hello"+name+"!")

defrandom_greeting2(names):#randint()frånmodulenrandomslumparframettheltalfrån#ettslutetintervallrandom_index=randint(0,len(names)-1)print("Hello"+names[random_index]+"!")