Programiranje i programski jezik Python

Motivacija:

• The Real Reason Why Everyone Should Learn to Code
• Computational Biologist Melissa Wilson on Sex Chromosomes, Gila Monsters, and Career Advice

Python je programski jezik visoke razine opće namjene. Odlikuje ga jednostavnost učenja i čitljiv kod. Može se primijeniti u raznim područjima poput podatkovne znanosti, velikih podatka, testiranja, automatizacije, strojnog učenja, računalnih i mobilnih aplikacija i drugo. Nudi brzu izradu prototipa, jasnu sintaksu, veliki ekosustav biblioteka i podršku za više platformi.

Preduvjeti

• Visual Studio Code
• Python
• Jupyter Notebooks u Visual Studio Codeu

Jupyter Notebook projekt je otvorenog koda koji omogućuje jednostavno kombiniranje Markdown teksta i izvršnog Python izvornog koda na jednom platnu koje se zove bilježnica. Visual Studio Code podržava rad s Jupyter Notebooks izvorno i putem Python kodnih datoteka.

Ukoliko nemate instaliranu jezgru IPythona, možete je instalirati naredbom:

pip install -U ipykernel

Osnovna sintaksa

U VS Codeu stvorimo novu praznu Jupyter bilježnicu kombinacijoom tipki (Ctrl+Shift+P) i u paleti naredbi odaberite Jupyter Notebook: Create New Blank Notebook. Ova opcija stvara novu bilježnicu ekstenzije .ipynb.

U izvršnjoj ćeliji (engl. execute cell) napišimo i pokrenimo sljedeće:

print("Hello, World!")

Komentari

Komentari se označavaju znakom # i protežu se do kraja linije. Oni imaju ulogu opisivanja dijelova koda radi lakšeg razumijevanja i ne izvršavaju se tijekom izvođenja programa.

# Program koji ispisuje Hello, World! na ekran
print("Hello, World!") # Još jedan komentar
# Treći komentar
print("# Ovo nije komentar jer se nalazi unutar navodnika!")

Python omogućava korištenje komentara i kroz nekoliko linija programskog koda. Takvi komentari počinju i završavaju s tri dvostruka navodnika""":

"""Ovo je komentar
koji se proteže
kroz nekoliko
linija koda"""

Varijable

Varijable u programu čuvaju vrijednosti i omogućuju pristup tim informacijama iz različitih dijelova koda. Možemo ih zamisliti kao "kutije" u koje pohranjujemo vrijednosti, koje zatim možemo koristiti, mijenjati ili pridruživati drugim varijablama.

Pridruživanje vrijednosti varijabli vrši se pomoću operatora =. Nazivi varijabli trebali bi logički odražavati pohranjenu vrijednost. Na primjer, varijablu koja sadrži zbroj brojeva prikladnije je nazvati zbroj nego umnozak.

varijabla = 5
print(varijabla)

Aritmetički operatori

Python podržava nekoliko aritmetičkih operatora za rad s brojevima. U nastavku je prikazana tablica koja sadrži popis dostupnih aritmetičkih operatora:

Pored prethodno navedenih aritmetičkih postoje i skraćene verzije operatora pridruživanja:

Operatori usporedbe

Operatori usporedbe uspoređuju vrijednosti s obje strane operatora i određuju rezultat usporedbe. Oni vraćaju vrijednosti 0 (netočno, engl. false) ili 1 (točno, engl. true). Često se koriste za kontrolu toka programa, posebno u uvjetima koji provjeravaju točnost rezultata logičkih operatora.

Naredba if

Naredba if pripada kontroli toka za odluke. U najjednostavnijem obliku ova struktura sastoji se od zaglavlja i tijela odluke. Ako je uvjet zadovoljen, izvršava se tijelo odluke, u suprotnom, tijelo odluke se neće izvršiti.

Proučite primjere ispod i razmislite što će se ispisati na ekran:

a = 15
b = 200
if b > a:
    print("b je veće od a")

a = 15
b = 15
if b > a:
    print("b je veće od a")
elif a == b:
    print("a i b su jednaki")

a = 200
b = 15
if b > a:
    print("b je veće od a")
elif a == b:
    print("a i b su jednaki")
else:
    print("a je veće od b")

Biblioteka NumPy

NumPy je biblioteka za programski jezik Python koja pruža podršku za rad s višedimenzionalnim nizovima i matricama, zajedno s kolekcijom matematičkih funkcija za rad s tim strukturama podataka. Iako u Pythonu imamo liste koje funkcioniraju kao nizovi, rad s njima je spor u odnosu na druge programske jezike. NumPy koristi objekt niza koji se naziva ndarray i nudi mnogo funkcionalnosti koje olakšavaju rad s nizovima.

Ako već imate instaliran Python i pip, tada je instalacija NumPyja vrlo jednostavna:

$ pip install numpy

Da biste pristupili NumPy-u i njegovim funkcijama, potrebno ga je uvesti u svoj Python kod:

import numpy as np

Skraćujemo uvođenje imena na np kako bismo poboljšali čitljivost koda koji koristi NumPy. Ova široko prihvaćena konvencija čini kod čitljivijim i jasnijim.

Nula-dimenzionalni niz

Nula-dimenzionalni (0D) nizovi predstavljaju pojedinačne brojeve ili skalare. Ovi nizovi nemaju dimenzije, što znači da su jednostavno pojedinačni elementi, a ne vektori, matrice ili višedimenzionalni nizovi.

import numpy as np

niz = np.array(1)

print(niz)

Jednodimenzionalni niz

Jednodimenzionalni (1D) niz je niz koji sadrži elemente poput uobičajenog niza ili vektora.

import numpy as np

niz = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6])

print(niz)

Dvodimenzionalni niz

Dvodimenzionalni (2D) niz predstavlja matricu koja se sastoji od redova i stupaca elemenata.

import numpy as np

niz = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

print(niz)

Ovaj niz ima dva retka i tri stupca. Svaki redak predstavlja jednodimenzionalni niz, a skup redaka tvori dvodimenzionalni niz.

Trodimenzionalni niz

Trodimenzionalni (3D) niz je skup elemenata organiziranih u tri dimenzije. To se može zamisliti kao skup dvodimenzionalnih nizova, stvarajući 3D strukturu podataka.

import numpy as np

niz = np.array([[[1, 2, 3], [4, 5, 6]], [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]])

print(niz)

Broj dimenzije niza možemo saznati pomoću atributa ndim, a ukupan broj elemenata u nizu pomoću size.

import numpy as np

a = np.array(1)
b = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
c = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
d = np.array([[[1, 2, 3], [4, 5, 6]], [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]])

print(a.ndim)
print(b.ndim)
print(c.ndim)
print(d.ndim)

print(a.size)
print(b.size)
print(c.size)
print(d.size)

Jednostavno kreiranje niza

Osim stvaranja niza od već definiranog niza elemenata, možete jednostavno stvoriti niz ispunjen nulama ili jedinicama pomoću np.zeros(n), np.ones(n), gdje je n broj elemenata niza.

Možete stvoriti niz s intervalom elemenata np.arange(n) ili niz s ravnomjerno raspoređenih intervala pri čemu ćete navesti prvi n i posljednji broj m te veličinu koraka k, np.arange(n, m, k).

Pristup elementima niza

Za dohvaćanje određenog elementa niza koristi se indeksiranje. Indeksi počinju s 0, što znači da prvi element niza ima indeks 0 (niz[0]), drugi indeks 1 (niz[1]) i tako dalje.

Elementima niza možemo pristupiti i momoću definiranog intervala od interesa:

• niz[1:5]
• niz[3:]
• niz[:5]
• niz[1:9:2]
• niz[-3:3:-1]

Za pristup elementima iz 2D nizova možemo koristiti cijele brojeve odvojene zarezima koji predstavljaju dimenziju i indeks elementa. Zamislite 2D nizove poput tablice s redovima i stupcima, gdje dimenzija predstavlja red, a indeks predstavlja stupac.

Elementima iz 3D nizova također pristupamo pomoću cijelih brojeva odvojenih zarezima koji predstavljaju dimenzije i indeks elementa.

Biblioteka Matplotlib

Matplotlib je biblioteka za stvaranje statičnih, animiranih i interaktivnih vizualizacija. Većina Matplotlib pomoćnih programa nalazi se pod podmodulom pyplot i obično se uvoze pod aliasom plt.

import matplotlib.pyplot as plt

Koristit ćemo funkciju plot() za crtanje točaka u dijagramu. Prema zadanim postavkama, funkcija crta crtu od točke do točke. Primjerice, želimo li iscrtati liniju od točke (1, 2) do točke (6, 8), moramo proslijediti dva niza [1, 6] i [2, 8] funkciji iscrtavanja:

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

xtocke = np.array([1, 6])
ytocke = np.array([2, 8])

plt.plot(xtocke, ytocke)
plt.show()

Author: Matea Turalija, Vedran Miletić