Loeng 3: Ülevaade: andmetüübid ja operatorid, numbrisüsteemid, tehete ja avaldiste prioriteetsus; lausend def, if laused, voodiagramm, algoritm

Viimati uuendatud 21.09.2024.

---

Koodinäited

Pythoni sisseehitatud andmetüübid

• None 'NoneType' — Tühimärk, null
• Numbrid
  • Integer 'int' — Täisarv
  • Floats 'float' — Kümmnendmurdarv
  • Complex 'complex' — Kompleksarv
  • Boolean 'bool' — Tõeväärtus
• Jadad
  • String 'str' — Sõne
  • List 'list' — List, loend
  • Tuple 'tuple' — Korteez, ennik
  • Range 'range' — Vahemik
• Set 'set' — Hulk
• Map — Kujutus
  • Dictionary 'dict' — Sõnastik

Andmetüüpidega seotud funktsioonid

Pythoni sisseehitatud andmetüüpe saab deklareerida/luua või teisi andmetüüpe muuta/teisendada soovitud andmetüübiks kasutades sisseehitatud funktsioone: int, float, complex, bool, str, list, tuple, range, set, dict. NB! Ära kasuta neid funktsiooninimesid enda loodud muutujate nimedena.

tpl = (1, 2, 3)
list(tpl)

[1, 2, 3]

list('Hello')

['H', 'e', 'l', 'l', 'o']

tuple([2, 3, 4])

(2, 3, 4)

tuple('Hello')

('H', 'e', 'l', 'l', 'o')

set('Hello')  # Unikaalsus ja järjestus.

{'H', 'e', 'l', 'o'}

set([1, 1, 2, 2])  # Unikaalsus.

{1, 2}

str(2)

'2'

int(2.2)

2

float(2)

2.0

Tühimärk

a = None
print(a)

None

Andmetüübi järgivaatamiseks kasuta sisseehitatud funktsiooni type:

type(a)

NoneType

Kompleksarvud

z = 2 + 4j
z

(2+4j)

1j

1j

z2 = (-2-3j)
z2

(-2-3j)

z3 = complex(-1, -2)
z3

(-1-2j)

z4 = complex(22)
z4

(22+0j)

type(z)

complex

Joonis 1: Programmeerimine Pythonis ja Pythoni programmi osad.

z.real  # Atribuut, argumendi sulud puuduvad: reaalosa.

2.0

z.imag  # Atribuut: imaginaarosa.

4.0

#dir(z)  # dir funktsioon väljastab seotud meetodid ja atribuudid.

Süntaksi erinevus atribuudi ja meetodi vahel on järgmine. (Üldjuhul) meetodi nimele järgnevad argumendi sulud koos või ilma argumentideta ja atribuutidel sulud puuduvad kuna argumente pole võimalik atribuudile edastada.

Booli tõeväärtus

Miks numbrite all? Omab numbrilist väärtust.

int(True)

1

int(False)

0

10 * False

0

10 + True

11

type(True)

bool

Sisseehitatud funktsiooni bool kasutamine, triviaalne ja mittetriviaalne argument:

bool(1)  # Mittetriviaalne.

True

bool('Python')  # Mittetriviaalne.

True

bool([])  # Triviaalne.

False

bool(0)  # Triviaalne.

False

Vahemik

Sisseehitatud funktsioon range:

type(range(3))

range

list(range(10))  # Algab 0-st ja lõpeb 10-ga (mittekaasaarvatud).

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

list(range(3, 10))

[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

list(range(3, 10, 2))  # NB! Ei toeta murdarvulist sammu.

[3, 5, 7, 9]

list(range(10, 0, -2))  # Toetab negatiivset sammu.

[10, 8, 6, 4, 2]

Pythoni operaatorid, ülevaade

• Arithmetic operators — aritmeetika operaatorid (tehtemärgid): +, -, *, /, @, %, //

  Operaatorit - kasutame ka muutuja märgi muutmiseks: a = 3, siis -a = -3.

  Maatrikskorrutis @ ei tööta ühegi Pythoni andmetüübiga (loodud kolmandate osapoolte teekides kasutamiseks).

• Assignment operators — omistuslaused: =, +=, -=, *=, /=, @=, %=, //=, **=, &=, |=, ^=, >>=, <<=, :=

  Mitme väärtuse samaaegne omistamine: x, y, z = 3, 5, 6, a, b, c = [1, 2, 3] jne.

• Comparison operators — võrdlus operaatorid: ==, !=, >, <, >=, <=

• Logical operators — loogika tehtemärgid: and, or, not

• Identity operators — identiteedi operaatorid: is, is not

• Membership operators — koosseisu operaatorid: in, not in

• Bitwise operators — bitioperatsioonide operaatorid: &, |, ^, ~, <<, >>

Omistuslaused ja operaatorid: += ja teised, :=

+= tähendus

x = 2
x = x + 1  # Võrdluseks, vt. alla.
x

3

x += 1  # += kasutus: lühem kirjapilt.
x

4

Morsa operaator :=

Kasutatakse muutujatele väärtuste omistamiseks teiste avaldiste sees, nii öelda samalt realt.

print(x := 'Python')  # Loob muutuja ja omistab väärtuse avaldiste sees.

Python

Võrdlus operaatorid: ==, !=, >, <, >=, <=

5 == 5  # On võrdne.

True

5 != 2  # Mitte võrdne.

True

2 > 5  # Suurem kui.

False

2 < 5  # Väiksem kui.

True

5 >= 5  # Suurem või võrdne.

True

6 <= 5  # Väiksem või võrdne.

False

Python luban võrrelda sama tüüpi jadasid. Võrdlemisel kasutatakse leksikograafilist järjestust (seda teemat eksamile ei tule). Eriveva pikkusega jadade võrdlemisel peetakse lühemat (ja võrdset) jada väiksemaks. Sõnede sümolite korral võrreldakse nende kodeeringu ordinaale (sisseehitatud funktsiooniga ord järgi vaadatav). NB! See teema pole eksami osa.

[1, 2, 3] == [1, 2, 3]  # Element-element haaval ja vasakult paremale.

True

(1, 2, 3) != (1, 2, 4)

True

(1, 2, 3) < (1, 2, 3, -1)

True

(1, 2, 3) < (1, 2, 4)

True

'ABC' < 'C' < 'Pascal' < 'Python'

True

(1, 2, 3, 4) < (1, 2, 4)

True

(1, 2) < (1, 2, -1)

True

(1, 2, 3) == (1.0, 2.0, 3.0)

True

(1, 2, ('aa', 'ab')) < (1, 2, ('abc', 'a'), 4)

True

Loogika tehtemärgid: and ja or

True = 1 või mittetriviaalsed andmetüübid (nt. mittetühi list, jt.).

False = 0 või triviaalsed andmetüübid (nt. tühi list, None, jt.).

Tehtemärgi and tõeväärtustabel:

x	y	Tulem: x and y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

True and True

True

True and False

False

False and False

False

1 and 1

1

1 and 0

0

Tehtemärgi or tõeväärtustabel:

x	y	Tulem: x or y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

True or True

True

True or False

True

False or False

False

1 or 1

1

1 or 0

1

Lausend not tähistab eitust:

not True

False

not False

True

Identiteedi operaatorid: is, is not

Kontrollib kas objektid jagavad sama mälukohta (aadressi).

x, y = 1000, 1000
x is y  # Kaks muutujat viitavad samale väärtusele.

True

Kontrollime saadud tulemust kasutades sisseehitatud funktsiooni id.

id(x)  # Funktsioon mis tagastab argumendi identiteedi.

4393474288

id(y)

4393474288

Lausendi not kasutamine antud kontekstis:

x, y = 500, 500
x is not y

False

Koosseisu operaatorid: in, not in

Kontrollib kas andmetüübi objekt sisaldab elementi.

s = 'Python'
'P' in s

True

'hon' in s

True

33 in [1, 2, 3]

False

Lausendi not kasutamine antud kontekstis:

'Q' not in [1, 2, 3, 4]

True

Numbrisüsteemid

Erinevate numbrite esitamine ja numbrisüsteemide vahelised teisendused:

Pythoni standardteek toetab kahend- või binaar-, kaheksand-, kümmnend-, ja kuueteistkümnendiksüsteeme. Sisseehitatud funktsioonide bin, oct ja hex abil deklareerime või teisendame arve kahendsüsteemi arvuks, kaheksandiksüsteemi arvuks ja kuueteistkümnendiksüsteemi arvuks.

a = 7
bin(a)  # Binaarsüsteemi arv, kahendsüsteem.

'0b111'

oct(a)  # Kaheksandsüsteemi arv.

'0o7'

a  # Kümnendsüsteemi arv, detsimaalsüsteem.

7

hex(a)  # Kuueteistkümnendiksüsteemi arv.

'0x7'

Lisaks saame deklareerida ja opereerida erinevate süsteemide arvudega järgmiselt:

0b010010110101  # Binaarsüsteemi arv.

1205

0o123  # Kaheksandsüsteemi arv.

83

23  # Kümnendsüsteemi arv.

23

0x121b  # Kuueteistkümnendiksüsteemi arv.

4635

0b01001 + 0b01001  # Proovi ka teisi operaatoreid.

18

0x121b / 0b01011  # Segatehe.

421.3636363636364

oct(0x121b)  # Süsteemide vaheline teisendus.

'0o11033'

Bitioperatsioonide operaatorid: &, |, ^, ~, <<, >>

Binaarne süsteem:

Joonis 2: Kümnendsüsteemi arv 6 kahendsüsteemis (neljabitine esitus).

biti JA - bitwise and: & Siin rakendame and tõeväärtustabelit binaarsete arvude vastavatele bittidele paarikaupa.

Joonis 3: 5 & 3 = 1.

bin(0b0101 & 0b0011)

'0b1'

5 & 3

1

biti VÕI - bitwise or: | Siin rakendame or tõeväärtustabelit binaarsete arvude vastavatele bittidele paarikaupa.

Joonis 4: 5 | 3 = 7.

bin(0b0101 | 0b0011)

'0b111'

5 | 3

7

biti välistav VÕI - bitwise xor (exclusive or): ^

Tehtemärgi ^ tõeväärtustabel:

Allolevas tabelis on 0 ja 1 arvude P ja Q bittide väärtused.

P bitt	Q bitt	Tulem
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Näide:

Joonis 5: 5 ^ 3 = 6.

bin(0b0101 ^ 0b0011)

'0b110'

5 ^ 3

6

Täiend - complement: ~, bitwise NOT, bitwise inversion Muudame arvu bitiväärtused vastupidisteks.

Joonis 6: ~6 = -7. Negatiivsete kümnendarvude binaarne esitus erineb positiivsete omast.

Seos kümnendsüsteemiga: ~x = -x - 1, kus x on täisarv.

bin(~0b0110)  # Negatiivsete arvude bin. representatsioon erineb eelmainitust.

'-0b111'

~6

-7

Binaarne nihe vasakule - binary shift: <<

Joonis 7: 6 << 1 = 12.

Seos kümnendsüsteemiga: $x << n = 2^n x$, kus $x$ ja $n$ on täisarvud.

bin(0b0110 << 1)  # 1d nihkuvad vasakule.

'0b1100'

6 << 1

12

Binaarne nihe paremale - binary shift: >>

Joonis 8: 6 >> 1 = 3.

Seos kümnendsüsteemiga: $x >> n = x / 2^n$, kus $x$ ja $n$ on täisarvud.

bin(0b0110 >> 1)

'0b11'

6 >> 1

3

Tehete ja avaldiste prioriteetsus

• Tehete aritmeetiline prioriteetsus määrab ära nende rakendamise järjekorra

• Prioriteetust saab hallata kasutades sulge ()

• Võrdse prioriteetsuse korral määrab tehete tulemuse tehete järjekord, reeglina vasakult paremale, näiteks:

expr1, expr2, expr3, expr4
(expr1, expr2, expr3, expr4)
{expr1: expr2, expr3: expr4}
expr1 + expr2 * (expr3 - expr4)
expr1(expr2, expr3, *expr4, **expr5)
expr3, expr4 = expr1, expr2

Erand: Astendamise leidmise järjekord on paremalt vasakule

a = 2**3**5 != (2**3)**5

Lisainfo: https://docs.python.org/3/reference/expressions.html#

Allolev tabel näitab kõigi Pythoni operaatorite ja avaldiste prioriteetsuse hierarhiat.

Tehe, operaator, avaldis	Operatsioon
(expressions...), [expressions...], key: value..., expressions...	avaldised (konstruktorid)
x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute	indekseerimine, funktsiooni väljakutsumine, atribuut
await x	võtmesõna await (ei käsitle)
**	astendamine
+x, -x, ~x	positiivne, negatiivne, biti NOT (täiend)
*, @, /, //, %	korrutamine, maatriksite korrutamine, jagamine, jääk
+, -	liitmine, lahutamine
<<,>>	biti nihked
&	bititehte AND
^	bititehte XOR
|	bititehte OR
in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, ==	võrdlused, samasused, sisaldavused
not x	tõeväärtuslik MITTE
and	tõeväärtuslik JA
or	tõeväärtuslik VÕI
if-else	if tingimus avaldis
lambda	anonüümne funktsioon
:=	omistus avaldis (morsa operaator)

Funktsioonid: lausend def ja konstruktsioon def-return

Pythoni funktsioon (protseduur) on alamprotseduur (subroutine). Funktsiooni saab taaskasutada. Funktsioon defineerib reeglite kogumi mis seob argumendi/argumentide väärtused funktsiooni väärtusega/väärtustega. Argumendina võetakse vastu kõiki andmetüüpe. Pythoni funktsiooni defineerime kasutades lausendit def. Funktsiooni koosseisu kuuluv kood eristatakse taande abil.

def name():                # PEP8: Väikse tähaega nimi, kirjeldav.
    print('Hello World!')  # NB! TAANE.

name()                     # Funktsiooni/protseduuri väljakutse.

Hello World!

def function_name(argument):
    print(argument)

arg = 'Hello World!'
    
function_name(arg)

Hello World!

def function2(argument, argument2):
    print(argument, argument2)
    
arg = 'Hello'
    
function2(arg, 'World!')

Hello World!

Konkreetse tulemuse või tulemuste (erista komaga) väljastamiseks kasutame lausendit return.

def function3():
    return 2 + 5

function3()

7

def function4():
    result = 2 + 5
    return result, 77  # Kaks väljundit.

function4()  # Vaikimisi väljastati tulemused ennikusse.

(7, 77)

def my_summation(a, b, c):
    return a + b + c

my_summation(4, 5, 6)

15

Tulevastes loengutes laiendame funktsiooni argumendi mõistet. Pythoni funktsioonid ja protseduurid toetavad erinevat tüüpi argumente.

Kuidas eristada funktsiooni protseduurist? Kui kasutame lausendit return siis eelistatakse nime funktsioon ja kui see puudub eelistame nime protseduur.

Funktsiooni abiinfo (DocString)

DocString või docstring on inimloetav dokumentatsioon mida saame loodud funktsioonile lisada. See aitab programmi kasutajatel, k.a. sind ennast, sinu enda loodud funktsioone paremini taaskasutada. Docstring kirjutatakse alati kolme jutumärgi vahele olenemata sellest kas see on üherealine või mitmerealine. Docstringi vormistamise, hea tava ja soovituste kohta loe lisaks PEP 257.

def summation(a, b):
    """This is a quick summary."""  # Minimaalne näide.
    
    return a + b

summation?

Signature: summation(a, b)
Docstring: This is a quick summary.
File:      /var/folders/zj/x7zjlmt54ds1474pvcr76vk80000gn/T/ipykernel_2864/4122679038.py
Type:      function

def my_summation(a, b, c):
    '''Function that calculated sum of 3 numbers.
    
    Additional info on arguments a, b, and c.
    Returns a number (integer, float, complex)
    '''
    
    return a + b + c

# Või help(my_summation)
my_summation?

Signature: my_summation(a, b, c)
Docstring:
Function that calculated sum of 3 numbers.

Additional info on arguments a, b, and c.
Returns a number (integer, float, complex)
File:      /var/folders/zj/x7zjlmt54ds1474pvcr76vk80000gn/T/ipykernel_2864/1939052527.py
Type:      function

Docstringi lugemiseks võid ka vajutada: Shift+Tab.

Lausendid ja konstruktsioonid: if, if-else ja if-elif-else

Tingimuslausete abil saame juhtida programmi käitumist sõltuvalt booli tõeväärtustehete tulemustele.

Joonis 9: Neli põhilist vooskeemi kuju: ovaal, rööpkülik, nelinurk ja romb.

Vooskeem või voodiagramm on programmis esinevate juhiste jada graafiline esitus. Diagrammi koostamisel kasutatakse neli põhilist kujundit millel on kindel tähendus. Need kujundid on kujutatud Joonisel 9. Nooled ühendavad põhikujundeid vooskeemis. Vooskeemi kujundid ja nooled kirjeldavad programmi kulgu selle algolekust lõppolekuni.

if blokk

Joonis 10: If bloki vooskeem.

if True:                          # Tingimuslause
    print('Tingimus rahuldatud')  # Tegevus, NB! TAANE.

Tingimus rahuldatud

if False:
    print('Tingimus rahuldatud')

if-else blokk

Joonis 11: If-else bloki vooskeem.

if True:  # Sama mis not False.
    print('Tegevus 1')
else:
    print('Tegevus 2')

Tegevus 1

if False:  # not True
    print('Tegevus 1')
else:
    print('Tegevus 2')

Tegevus 2

if-elif-else blokk/konstruktsioon

Joonis 12: If-elif-else bloki vooskeem.

if False:
    print('Tegevus 1')
elif False:
    print('Tegevus 2')
elif True:
    print('Tegevus 3')  # Soovitud valik.
else:
    print('Tegevus 4')

Tegevus 3

NB! Peale konkreetse elif lausendiga seotud tegevuse teostust ülejäänuid elif tingimuslauseid (alumisi) enam ei kontrollita, vt. Joonis 12.

if bloki näiteid

if 4 < 5 and 3 < 6:
    print('Mõlemad tingimused.')
else:
    print('Vähemalt üks tingimus.')

Mõlemad tingimused.

if len('Python') == 6:  # Funktioon len loendab jada elemendid.
    print('Kuus tähte.')

Kuus tähte.

num = 6
if num % 2 == 0:
    print(f'{num} on paaris.')
else:
    print(f'{num} on paaritu.')

6 on paaris.

Algoritmi mõiste

Algoritm ( = lahenduseeskiri) on fikseeritud juhiste jada, millega teisendatakse algoritmi sisendandmed algoritmi väljundandmeteks. Algoritmi esitatakse kas juhiste loendina või graafiliselt kasutades voodiagrammi. Algoritmi rakendatakse probleemi lahendamiseks.

☻   ☻   ☻