Python является универсальным языком высокого уровня, который может быть расширен и встроен. Он, например, входит в комплект приложений как инструмент написания макросов. Это делает Python разумным выбором для многих задач программирования, больших и не очень, и не таким удачным для небольшого числа вычислительных задач.
Где лучше использовать?
Язык Python идеально подходит для проектов, требующих быстрой разработки. Он поддерживает несколько парадигм программирования, что хорошо для программ, требующих гибкости. А наличие множества пакетов и модулей обеспечивает универсальность и экономит время.
Гвидо ван Россум – создатель Python, ласково удостоенный сообществом звания «великодушный пожизненный диктатор». В конце 1980-х Гвидо нравились особенности некоторых языков программирования, но ни один из них не обладал всеми возможностями, которые бы ему хотелось иметь. В частности язык должен был обладать следующими характеристиками.
Язык сценариев
Сценарий представляет собой программу, которая управляет другими программами. Языки сценариев подходят для быстрой разработки и прототипирования, потому что они хорошо справляются с передачей данных от одного компонента к другому и избавляют программиста от таких хлопотных вещей, как управление памятью.
Сообщество пользователей предпочитает называть Python динамическим языком программирования.
Отступ для группирования операторов
Python определяет принадлежность выражений к одной группе с помощью отступов. Такая группа называется блоком кода. В других языках для этого используется другой синтаксис или знаки препинания. Например, в C символ символ { обозначает начало и } – конец последовательности команд. Наличие отступов считается хорошей практикой и в других языках, но одним из первых, в котором соблюдение отступов обеспечивается принудительно, был Python. Что это дает? Отступ делает код более удобным для чтения, а кодовые блоки требуют меньше обозначений их начала и конца и знаков препинания, которые можно случайно пропустить. Все это ведет к меньшему количеству ошибок.
Типы данных высокого уровня
Компьютеры хранят данные в единицах и нулях, но люди нуждаются в более сложных формах, таких как текст. О языке, поддерживающем сложные данные, говорят, что он поддерживает типы данных высокого уровня. Такими типами данных легко оперировать. Например, в Python строки можно разделять, объединять, переводить в верхний или нижний регистр, в них можно производить поиск и т. д. Высокоуровневые типы данных, такие как списки и словари, которые могут хранить и другие данные, обладают гораздо большими функциональными возможностями, чем другие языки.
Расширяемость
Расширяемый язык программирования может быть дополнен. Такие языки являются очень мощными, потому что дополнения делают их пригодными для множества применений и операционных систем. Расширения могут добавлять типы данных или концепции, модули и плагины. Язык Python расширяется несколькими способами. Основная группа программистов работает над его изменением и улучшением, а сотни других пишут модули для конкретных целей.
Интерпретация
Интерпретируемые языки выполняются непосредственно из исходного кода, написанного людьми, а программы, написанные на компилируемых языках, таких как C ++, должны быть переведены в машинный код. Интерпретируемые языки более медленные, так как трансляция происходит на лету, но написание программ и их отладка происходит быстрее, так как отсутствует необходимость ожидать завершения работы компилятора. Они легче переносятся на разные платформы.
Можно спорить по поводу того, является ли Python интерпретируемым или компилируемым языком. Хотя во многих отношениях он работает как интерпретируемый, перед выполнением его код компилируется (как в Java), и многие его компоненты работают на полной скорости машины, так как написаны на C.
Гвидо начал писать Python во время рождественских каникул в 1989 г., и в течение следующего года он дорабатывал язык на основе отзывов своих коллег. Широкая публика увидела результат в феврале 1991 г., когда он был размещен в одной из новостных групп Usenet.
Python для начинающих
Для того чтобы начать писать программы на Python, нужно его установить. У версий Python 2.7 и Python 3.5 есть существенные различия, из-за которых программы, написанные на них, являются несовместимыми.
В компьютерах «Макинтош» данный язык предустановлен, и его версия зависит от возраста ОС. При работе в Windows придется самостоятельно установить Python. Файлы инсталляционного пакета можно выбрать на сайте python.org.
Два способа взаимодействия
Одной из причин простоты, которой отличается программирование на Python, является то, что он поставляется с инструментами, которые помогут разрабатывать, писать и отлаживать программы.
В интерактивном режиме команды вводятся по одной строке за один раз, почти так же, как операционная система (оболочка) принимает команды из командной строки. Также можно создавать короткие многострочные программы или импортировать код из текстовых файлов или встроенных модулей Python. Для начинающих будет полезно знать, что интерактивный режим включает обширную справочную систему. Это удобный способ изучения возможностей языка программирования.
Среда разработки IDLE включает интерактивный режим и инструменты для написания и запуска программ, а также систему отслеживания имен. Среда написана на Python и демонстрирует обширные возможности языка.
Интерактивный режим
Здесь можно делать практически все, что можно сделать в программе, даже писать многострочный код. Данный режим может служить:
- песочницей для безопасных экспериментов;
- средой, позволяющей изучать программирование на Python;
- инструментом поиска и исправления ошибок.
Следует учесть, что сохранить введенное в интерактивном режиме невозможно. Для этого необходимо записать копию кода и результаты в файле.
Интерактивный режим можно использовать в качестве калькулятора, манипулировать текстом и присваивать значения переменным. Также можно импортировать модули, функции или части программ для их тестирования. Это помогает экспериментировать с объектами Python без написания длинных программ и отлаживать программы путем импортирования их частей по одной за раз.
Работа в интерактивном режиме
После запуска Python в окне терминала отобразится информация о текущей версии программы, дате ее выпуска, несколько подсказок дальнейших действий и приглашение ввода >>>.
Для работы в интерактивном режиме следует ввести команду или выражение и нажать клавишу ввода.
Python интерпретирует ввод и отреагирует, если набранное требует ответа, или интерпретатор его не понимает.
Следующая команда напечатает строку. Поскольку место печати не указано, вывод происходит на экран.
- >>> print "Привет, мир!"
- Привет, мир!
Эта единственная строка является целой программой! В интерактивном режиме Python обрабатывает каждую строку введенного кода после нажатия клавиши ввода, и результат появляется ниже.
Просмотр информации об объекте
В интерактивном режиме есть два способа просмотра информации об объекте:
- ввести объект (или его имя) и нажать клавишу ввода;
- ввести команду print и объект (или его имя) и нажать Enter.
Результат зависит от объекта.
При использовании некоторых типов данных (целых и списков, например) эти два метода дают одинаковый результат:
- >>> х = [3,2]
- >>> х
- [3, 2]
- >>> print х
- [3, 2]
Для строк результат набора команды «print имя» немного отличается от результата, полученного для ввода имени. В первом случае значение заключается в кавычки, а во втором – нет:
- >>> x = "MyString"
- >>> х
- "MyString"
- >>> print х
- MyString
Когда имя относится к блоку кода (например, функции, модулю или экземпляру класса), ввод имени предоставит информацию о виде данных, имени и месте хранения.
В следующем примере создается класс с именем Message и выводится информация о
нем:
- >>> class Message:
- ... pass
- ...
- >>> Message
- <class ___ main ___. Message at 0x58db0>
- >>> print Message
- __main __. Message
Строки
В Python строки являются последовательностями символов. Строковый литерал создается путем заключения символов в одинарные ('), двойные (") или тройные (''' или """) кавычки. В приведенном примере присваивается значение переменной x:
- >>> x = "MyString"
Строка Python имеет несколько встроенных возможностей. Одной из них является способность вернуть свою копию со всеми строчными буквами. Эти возможности известны как методы. Чтобы вызвать метод объекта, следует использовать точечный синтаксис. То есть после ввода имени переменной, которая в данном случае является ссылкой на объект строки, нужно поставить оператор-точку (.), а затем название метода с последующим открытием и закрытием скобки:
- >>> x.lower ()
- "mystring"
Можно получить часть строки с помощью оператора индексирования s[i]. Индексация начинается с нуля, так что s [0] возвращает первый символ в строке, s [1] возвращает второй, и так далее:
- >>> x[0]
- 'm'
- >>> x[1]
- 'y'
Строковые методы работают как с обычными строками, так и с "Юникодом". Они производят следующие действия:
- изменение регистра (capitalize, upper, lower, swapcase, title);
- подсчет (count);
- изменение кодировки (encode, decode);
- поиск и замену (find, replace, rfind, index, rindex, translate);
- проверяют выполнение условий (startswith, endswith, isalnum, isalpha, isdigit, islower, isspace, istitle, isupper);
- объединяют и разделяют (join, partition, rpartition, split, splitlines);
- форматируют (center, ljust, lstrip, rstring, rjust, strip, zfill, expandtabs).
Python: списки
Если строки Python ограничены символами, то списки каких-либо ограничений не имеют. Они представляют собой упорядоченные последовательности произвольных объектов, включая другие списки. Кроме того, можно добавлять, удалять и заменять их элементы. Ряд объектов, разделенных запятыми внутри квадратных скобок, и есть список Python. Что это собой представляет, показано ниже – здесь приведены примеры данных и операций с ними:
- >>> bases = ['A', 'C', 'G', 'T']
- >>> bases
- ['A', 'C', 'G', 'T']
- >>> bases.append('U')
- >>> bases
- ['A', 'C', 'G', 'T', 'U']
- >>> bases.reverse()
- >>> bases
- ['U', 'T', 'G', 'C', 'A']
- >>> bases[0]
- 'U'
- >>> bases[1]
- 'T'
- >>> bases.remove('U')
- >>> bases
- ['T', 'G', 'C', 'A']
- >>> bases.sort()
- >>> bases
- ['A', 'C', 'G', 'T']
В этом примере был создан список отдельных символов. Затем в конец был добавлен элемент, обращен порядок элементов, извлечены элементы по позиции их индекса, был удален элемент со значением 'U' и произведена сортировка элементов. Удаление элемента из списка иллюстрирует ситуацию, когда методу remove() необходимо предоставить дополнительную информацию, а именно значение, которое следует удалить.
Помимо методов, подобных remove(), Python обладает еще одной сходной возможностью, называемой функцией. Единственное различие между функцией и методом является то, что первая не связана с конкретным объектом.
Python: функции
Функции выполняют действия над одним или несколькими значениями и возвращают результат. Большое их количество встроено в Python. Примеры встроенных функций:
- len() – возвращает количество элементов в последовательности;
- dir() – возвращает список строк, представляющих атрибуты объекта;
- list() – возвращает новый список, инициализированный из какой-либо другой последовательности.
- >>> help(round)
- Help on built-in function round:
- round(...)
- round(number[, ndigits]) -> floating point number
Также есть возможность определить свои собственные функции.
Функции, определенные пользователем
Процесс создания собственной Python-функции такой. Первая строка начинается с ключевого слова def, за которым идет имя функции и аргументы (ожидаемые входные значения), заключенные в скобки, и заканчивается двоеточием. Последующие команды составляют тело функции и должны иметь отступ. Если комментарий находится вначале тела функции, он становится частью ее документации. Последняя строка функции возвращает результат:
- >>> def transcribe(dna):
- ... """Return dna string as rna string."""
- ... return dna.replace('T', 'U')
- ...
- >>> transcribe('CCGGAAGAGCTTACTTAG')
- 'CCGGAAGAGCUUACUUAG'
В этом примере была создана функция под названием transcribe, которая ожидает строку, представляющую последовательность ДНК. Метод replace() возвращает копию исходной строки с заменой всех вхождений одного символа на другой. Три строки кода позволили транскрибировать ДНК в РНК. Обратная функция выглядит так:
- >>> def reverse(s):
- ... """Return the sequence string in reverse order."""
- ... letters = list(s)
- ... letters.reverse()
- ... return ''.join(letters)
- ...
- >>> reverse('CCGGAAGAGCTTACTTAG')
- 'GATTCATTCGAGAAGGCC'
Функция reverse принимает строку, создает список, основанный на ней, и изменяет его порядок. Теперь нужно сделать обратное преобразование. Объект имеет метод join (), который объединяет список, разделяя каждый его элемент значением строки. Так как разделитель не нужен, метод используется на пустой строке, представленной двумя кавычками ('' или "").
Словари
А словарь Python - что это? Он имеет те же преимущества, что и обычный бумажный словарь. Позволяет быстро найти нужное значение (определение), связанное с ключом (словом). Словари заключаются в фигурные скобки и содержат разделенную запятыми последовательность пар ключ-значение. Словари не упорядочены. Вместо этого словарные значения доступны через их ключ, а не их позицию.
- >>> basecomplement = {'A': 'T', 'C': 'G', 'T': 'A', 'G': 'C'}
- >>> basecomplement.keys()
- ['A', 'C', 'T', 'G']
- >>> basecomplement.values()
- ['T', 'G', 'A', 'C']
- >>> basecomplement['A']
- 'T'
Классы
Для того чтобы создавать свои собственные объекты, необходимо определить своего рода шаблон, называемый классом. В Python для этого служит оператор class, за которым следует имя и двоеточие. Тело определения класса содержит свойства и методы, которые будут доступны для всех экземпляров объектов, основанных на этом классе.
Преимущества
Большинство языков программирования предлагают удобные функции, но ни один из них не обладает такой комбинацией удобства и мощности, которую предлагает Python. Что это за преимущества? Вот некоторые из них:
- Язык может быть встроен в другие приложения и использован для создания макросов. Например, в Paint Shop Pro 8 и более поздних версиях он является языком сценариев.
- Python бесплатен для использования и распространения, на коммерческой основе или нет.
- Язык обладает мощными возможностями по обработке и поиску текста, что используется в приложениях, работающих с большим количеством текстовой информации.
- На нем можно создавать большие приложения без необходимости проверки запускаемых программ.
- Python поддерживает тестирование и отладку отдельных модулей и целых программ.
