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bernd KLEIN EINFÜHRUNG IN PYTHON 3 FÜR EIN- UND UMSTEIGER 2. Auflage EXTRA: E-Book inside Im Internet: Musterlösungen zu den Übungen Klein Einführung in Python 3 Bleiben Sie auf dem Laufenden! Unser Computerbuch-Newsletter informiert Sie monatlich über neue Bücher und Termine. Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben. Gleich anmelden unter www.hanser-fachbuch.de/newsletter Hanser Update ist der IT-Blog des Hanser Verlags mit Beiträgen und Praxistipps von unseren Autoren rund um die Themen Online Marketing, Webentwicklung, Programmierung, Softwareentwicklung sowie IT- und Projektmanagement. Lesen Sie mit und abonnieren Sie unsere News unter www.hanser-fachbuch.de/update Bernd Klein Einführung in Python 3 In einer Woche programmieren lernen 2., überarbeitete und erweiterte Auflage Der Autor: Bernd Klein, [email protected] Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Waren­ ­­be­zeich­­nungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National­biblio­ grafie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) – auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. © 2014 Carl Hanser Verlag München, www.hanser-fachbuch.de Lektorat: Brigitte Bauer-Schiewek Herstellung: Irene Weilhart Copy editing: Jürgen Dubau, Freiburg/Elbe Layout: le-tex publishing services, Leipzig Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr. 0748702 Printed in Germany print-ISBN:978-3-446-44133-0 e-book-ISBN: 978-3-446-44151-4 Inhalt Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII Danksagung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XVIII 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Einfach und schnell zu lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Zielgruppe des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 Aufbau des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 Programmieren lernen „interaktiv” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.5 Download der Beispiele und Hilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.6 Anregungen und Kritik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Einführung in Python 3 – Für Ein- und Umsteiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 Kommandos und Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 Erste Schritte mit Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.1 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.2 Teil I Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Herkunft und Bedeutung des Begriffes interaktive Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.1 Erste Schritte in der interaktiven Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3 Verlassen der Python-Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4 Benutzung von Variablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 Mehrzeilige Anweisungen in der interaktiven Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.6 Programme schreiben oder schnell mal der Welt “Hallo” sagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Bytecode und Maschinencode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 Unterschied zwischen Programmier- und Skriptsprachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3 Interpreter- oder Compilersprache. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2 VI Inhalt 4 Datentypen und Variablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.2 Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.2.1 Ganze Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.2.2 Fließkommazahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.2.3 Zeichenketten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2.4 Boolesche Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2.5 Komplexe Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2.6 Operatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3 Statische und dynamische Typdeklaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.4 Typumwandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.5 Datentyp ermitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5 Sequentielle Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.1.1 Zeichenketten oder Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.1.2 Listen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.1.3 Tupel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.1.4 Sequenz von Binärdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.2 Indizierung von sequentiellen Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.3 Slicing oder Ausschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.4 Die len-Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.5 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6 Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.1 Dictionaries und assoziative Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.2 Definition und Benutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.3 Fehlerfreie Zugriffe auf Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.4 Zulässige Typen für Schlüssel und Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.5 Verschachtelte Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.6 Methoden auf Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.7 Operatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6.8 Die zip-Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.9 Dictionaries aus Listen erzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.10 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Inhalt 7 Mengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.2 Mengen in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.3 7.4 7.2.1 Sets erzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 7.2.2 Mengen von unveränderlichen Elementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Frozensets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Operationen auf „set”-Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.4.1 add(element). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.4.2 clear() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.4.3 copy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 7.4.4 difference() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 7.4.5 difference_update() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7.4.6 discard(el) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7.4.7 remove(el) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7.4.8 intersection(s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 7.4.9 isdisjoint() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 7.4.10 issubset() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 7.4.11 issuperset() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 7.4.12 pop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8 Eingaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 8.1 Eingabe mittels input. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Verzweigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 9.1 Anweisungsblöcke und Einrückungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 9.2 Bedingte Anweisungen in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9.3 Vergleichsoperatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 9.4 Zusammengesetzte Bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 9.5 Wahr oder falsch: Bedingungen in Verzweigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 9.6 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 10 Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10.2 while-Schleife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 10.3 break und continue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 10.4 die Alternative im Erfolgsfall: else . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 10.5 For-Schleife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 10.6 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 61 VII VIII Inhalt 11 Dateien lesen und schreiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 11.1 Dateien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 11.2 Text aus einer Datei lesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 11.3 Schreiben in eine Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 11.4 In einem Rutsch lesen: readlines und read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 11.5 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 12 Formatierte Ausgabe und Strings formatieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 12.1 Wege, die Ausgabe zu formatieren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 12.2 Details zur print-Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 12.2.1 Unterschiede zu Python 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 12.2.2 Import aus der Zukunft: print_function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 12.2.3 print-Funktion in Python 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 12.3 Stringformatierung im C-Stil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 12.4 Der pythonische Weg: Die String-Methode „format” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 12.5 Benutzung von Dictionaries beim Aufruf der „format”-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.6 Benutzung von lokalen Variablen in „format” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 12.7 Weitere String-Methoden zum Formatieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 13 Flaches und tiefes Kopieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 13.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 13.2 Kopieren einer Liste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 13.3 Kopie mit Teilbereichsoperator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 13.4 Kopieren mit deepcopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 13.5 Deepcopy für Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 14 Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 14.1 Allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 14.2 Funktionen in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 14.3 Optionale- und Schlüsselwortparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 14.4 Docstring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 14.5 Rückgabewerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 14.6 Mehrere Rückgabewerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 14.7 Lokale und globale Variablen in Funktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 14.8 Parameterübergabe im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 14.9 Effekte bei veränderlichen Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 14.10 Kommandozeilenparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 14.11 Variable Anzahl von Parametern / Variadische Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 14.12 * in Funktionsaufrufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Inhalt 14.13 Beliebige Schlüsselwortparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 14.14 Doppeltes Sternchen im Funktionsaufruf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 14.15 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 15 Rekursive Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 15.1 Definition und Herkunft des Begriffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 15.2 Definition der Rekursion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 15.3 Rekursive Funktionen in Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 15.4 Die Tücken der Rekursion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 15.5 Fibonacci-Folge in Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 15.6 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 16 Listen und Tupel im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 16.1 Stapelspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 16.2 Stapelverarbeitung in Python: pop und append. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 16.3 extend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 16.4 ,+’-Operator oder append . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 16.5 Entfernen eines Wertes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 16.6 Prüfen, ob ein Element in Liste enthalten ist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 16.7 Finden der Position eines Elementes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 16.8 Einfügen von Elementen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 16.9 Besonderheiten bei Tupel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 16.9.1 Leere Tupel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 16.9.2 1-Tupel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 16.9.3 Mehrfachzuweisungen, Packing und Unpacking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 16.10 Die veränderliche Unveränderliche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 16.11 Sortieren von Listen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 16.11.1 „sort” und „sorted” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 16.11.2 Umkehrung der Sortierreihenfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 16.11.3 Eigene Sortierfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 16.12 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 17 Modularisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 17.1 Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 17.1.1 Namensräume von Modulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 17.1.2 Namensräume umbenennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 17.1.3 Modularten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 17.1.4 Suchpfad für Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 17.1.5 Inhalt eines Modules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 IX X Inhalt 17.1.6 Eigene Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 17.1.7 Dokumentation für eigene Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 17.2 Pakete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 18 Globale und lokale Variablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 18.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 18.2 Globale und lokale Variablen in Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 19 Alles über Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 19.1 ... fast alles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 19.2 Aufspalten von Zeichenketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 19.2.1 split . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 19.2.2 Standardverhalten und „maxsplit” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 19.2.3 rsplit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 19.2.4 Folge von Trennzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 19.2.5 splitlines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 19.2.6 partition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 19.3 Zusammenfügen von Stringlisten mit join . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 19.4 Suchen von Teilstrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 19.4.1 „in” oder „not in” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 19.4.2 s.find(substring[, start[, end]]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 19.4.3 s.rfind(substring[, start[, end]]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 19.4.4 s.index(substring[, start[, end]]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 19.4.5 s.rindex(substring[, start[, end]]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 19.4.6 s.count(substring[, start[, end]]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 19.5 Suchen und Ersetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 19.6 Nur noch Kleinbuchstaben oder Großbuchstaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 19.7 capitalize und title . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 19.8 Stripping Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 19.9 Strings ausrichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 19.10 String-Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 19.11 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 20 Ausnahmebehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 20.1 Abfangen mehrerer Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 20.2 except mit mehrfachen Ausnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 20.3 Die optionale else-Klausel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 20.4 Fehlerinformationen über sys.exc_info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 20.5 Exceptions generieren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 20.6 Finalisierungsaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Inhalt 21 Objektorientierte Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 21.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 21.2 Klassen in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 21.2.1 Objekte und Instanzen einer Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 21.2.2 Kapselung von Daten und Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 21.2.3 Ein minimale Klasse in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 21.2.4 Eigenschaften und Attribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 21.3 Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 21.3.1 Instanzvariablen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 21.3.2 Die __init__-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 21.4 Datenkapselung, Datenabstraktion und Geheimnisprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 21.4.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 21.4.2 Die __str__- und die __repr__-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 21.5 Public-, Protected- und Private-Attribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 21.6 Destruktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 21.7 Klassenattribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 21.8 Statische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 21.9 Klassenmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 21.10 Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 21.11 Public-Attribute statt private Attribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 21.12 Vererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 21.12.1 Oberbegriffe und Oberklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 21.12.2 Ein einfaches Beispiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 21.12.3 Überladen, Überschreiben und Polymorphie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 21.12.4 Vererbung in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 21.13 Mehrfachvererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 21.13.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 21.13.2 Beispiel: CalendarClock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 21.13.3 Diamand-Problem oder „deadly diamond of death” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 21.13.4 super und MRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 21.14 Magische Methoden und Operatorüberladung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 21.14.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 21.14.2 Übersicht magische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 21.14.3 Beispielklasse: Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 21.15 Standardklassen als Basisklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 21.16 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 XI XII Inhalt Teil II Weiterführende Themen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 22 Tests und Fehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 22.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 22.2 Modultests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 22.3 Modultests unter Benutzung von __name__ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 22.4 doctest-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 22.5 Testgetriebene Entwicklung oder „Im Anfang war der Test” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 22.6 unittest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 22.7 Methoden der Klasse TestCase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 22.8 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 23 Systemprogrammierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 23.1 Systemprogrammierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 23.2 Häufig falsch verstanden: Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 23.3 os-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 23.3.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 23.3.2 Umgebungsvariablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 23.3.3 Dateiverarbeitung auf niedrigerer Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 23.3.4 Die exec-„Familie” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 23.3.5 Weitere Funktionen im Überblick. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 23.3.6 os.path - Arbeiten mit Pfaden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 23.4 shutil-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 24 Forks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 24.1 Fork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 24.2 Fork in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 25 Daten konservieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 25.1 Persistente Speicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 25.2 Pickle-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 25.2.1 Daten „einpökeln” mit pickle.dump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 25.2.2 pickle.load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 25.3 Ein persistentes Dictionary mit shelve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 26 Reguläre Ausdrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 26.1 Ursprünge und Verbreitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 26.2 Stringvergleiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 26.3 Überlappungen und Teilstrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 26.4 Das re-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Inhalt 26.5 Matching-Problem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 26.6 Syntax der regulären Ausdrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 26.6.1 Beliebiges Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 26.7 Zeichenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 26.8 Endliche Automaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 26.9 Anfang und Ende eines Strings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 26.10 Vordefinierte Zeichenklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 26.11 Optionale Teile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 26.12 Quantoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 26.13 Gruppierungen und Rückwärtsreferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 26.13.1 Match-Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 26.14 Umfangreiche Übung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 26.15 Alles finden mit findall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 26.16 Alternativen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 26.17 Kompilierung von regulären Ausdrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 26.18 Aufspalten eines Strings mit oder ohne regulären Ausdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 26.18.1 split-Methode der String-Klasse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 26.18.2 split-Methode des re-Moduls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 26.18.3 Wörter filtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 26.19 Suchen und Ersetzen mit sub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 26.20 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 27 lambda, map, filter und reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 27.1 lambda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 27.2 map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 27.3 Filtern von sequentiellen Datentypen mittels „filter” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 27.4 reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 27.5 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 28 Listen-Abstraktion/List Comprehension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 28.1 Die Alternative zu Lambda und Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 28.2 Syntax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 28.3 Weitere Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 28.4 Die zugrunde liegende Idee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 28.5 Anspruchsvolleres Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 28.6 Mengen-Abstraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 28.7 Rekursive Primzahlberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 28.8 Generatoren-Abstraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 28.9 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 XIII XIV Inhalt 29 Generatoren und Iteratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 29.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 29.2 Iteration in for-Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 29.3 Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 29.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 29.4.1 Permutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 29.4.2 Variationen und Kombinationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 29.5 Generatoren zähmen mit firstn und islice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 29.6 send-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 29.7 Generator-Ausdrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 29.8 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 30 Memoisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 30.1 Bedeutung und Herkunft des Begriffes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 30.2 Memoisation mit Dekorateur-Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 30.3 Memoize in einer Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 30.4 Dekorateure in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 30.5 Überprüfung von Argumenten durch Dekorateure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 31 NumPy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 31.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 31.2 Arrays in NumPy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 31.3 Arrays flach machen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 31.4 Arrays umdimensionieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 31.5 Arrays konkatenieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 31.6 Array, neue Dimension hinzufügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 31.7 Array mit Nullen und Einsen initialisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 31.8 Matrizenarithmetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 31.9 Vektoraddition und Vektorsubtraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 31.10 Matrix-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 31.10.1 Matrix-Produkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 31.10.2 Eine einfache praktische Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 31.11 Inverse Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 31.12 Kreuzprodukt / Vektorprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 31.13 Lineare Gleichungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 31.14 Polynome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 31.15 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Inhalt Teil III Umfassende Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 32 Bruchklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 32.1 Brüche à la 1001 Nacht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 32.2 Zurück in die Gegenwart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 32.3 Rechenregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 32.3.1 Multiplikation von Brüchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 32.3.2 Division von Brüchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 32.3.3 Addition von Brüchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 32.3.4 Subtraktion von Brüchen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 32.4 Integer plus Bruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 32.4.1 Die Bruchklasse im Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 32.5 Die Fraction-Klasse im fractions-Modul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 33 Mastermind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 33.1 Die Ursprünge des Spiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 33.2 Die Spielregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 33.2.1 „Bulls and Cows” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 33.2.2 Mastermind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 33.3 Kombinatorikmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 33.4 Mastermind in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 34 Textklassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 34.1 Einführung in die Textklassifikation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 34.2 Textklassifikation: Aufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 34.3 Naive-Bayes-Klassifikator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 34.3.1 Definition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 34.3.2 Bayes-Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 34.4 Formale Herleitung der Naive-Bayes-Klassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 34.5 Textklassifikation in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 34.5.1 BagOfWords-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 34.5.2 Document-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 34.5.3 DocumentClass-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 34.5.4 Pool-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 XV XVI Inhalt Teil IV Lösungen zu den Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 35 Lösungen zu den Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 35.1 Lösungen zu Kapitel 5 (Sequentielle Datentypen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 35.2 Lösungen zu Kapitel 6 (Dictionaries) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 35.3 Lösungen zu Kapitel 9 (Verzweigungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 35.4 Lösungen zu Kapitel 10 (Schleifen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 35.5 Lösungen zu Kapitel 11 (Dateien lesen und schreiben) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 35.6 Lösungen zu Kapitel 16 (Listen und Tupel im Detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 35.7 Lösungen zu Kapitel 14 (Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 35.8 Lösungen zu Kapitel 15 (Rekursive Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 35.9 Lösungen zu Kapitel 19 (Alles über Strings . . . ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 35.10 Lösungen zu Kapitel 21 (Objektorientierte Programmierung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 35.11 Lösungen zu Kapitel 22 (Tests und Fehler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 35.12 Lösungen zu Kapitel 26 (Reguläre Ausdrücke) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 35.13 Lösungen zu Kapitel 27 (lambda, map, filter und reduce) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 35.14 Lösungen zu Kapitel 28 (Listen-Abstraktion/List Comprehension) . . . . . . . . . . . . . . . 475 35.15 Lösungen zu Kapitel 29 (Generatoren und Iteratoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 35.16 Lösungen zu Kapitel 31 (NumPy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 Vorwort Bedingt durch den traumhaften Anstieg der Bedeutung von Python in der Wissenschaft und Wirtschaft in den letzten Jahren gibt es auch ein wachsendes Interesse an geeigneten Python-Büchern. Gerade für Programmieranfänger besteht die Schwierigkeit darin, ein geeignetes Buch zu finden. Der unüberlegte Griff ins Bücherregal führt schnell zum Kauf eines Buches, was zwar viele Vorzüge haben mag, aber für Anfängerinnen und Anfänger völlig ungeeignet ist. Dies ist besonders schade, da es sich bei Python ja um eine einfache Programmiersprache handelt. Das war bereits beim anfänglichen Design der Sprache eines der wesentlichen Ziele ihres „Erfinders” Guido van Rossum, als er Python Anfang der 1990er Jahre am Zentrum für Mathematik und Informatik (Centrum voor Wiskunde en Informatica) in Amsterdam entwarf. Python ist einfach, weil es mit erstaunlich wenigen Schlüsselwörtern auskommt und seine Syntax, also der Aufbau der Sprache, auf Übersichtlichkeit optimiert ist. Auch im Bereich objektorientierte Programmierung ist Python sehr konsequent, in manchen Dingen sogar konsequenter als Java. So sind in Python alles Objekte, d.h. es gibt keine primitiven Typen. Selbst Integer und Float-Zahlen sind in Python als Klassen realisiert. Ein weiterer Unterschied zu Java besteht darin, dass in Python Mehrfachvererbung möglich ist. Auch Programme in anderen Sprachen lassen sich einfach als Module in Python einbetten. So kann man beispielsweise zeitkritische Algorithmen in C programmieren und sie dann in Python einbinden. Zusammenfassend kann man sagen, dass es sich bei Python um eine Programmiersprache handelt, die sich bestens zum Einstieg in die Programmierung eignet, aber auch die optimale Lösung für Spezialisten aus zahlreichen Problemfeldern ist. In diesem Sinne finden Sie in diesem Buch den idealen Einstieg. Brigitte Bauer-Schiewek, Lektorin Danksagung Zum Schreiben eines Buches benötigt es neben der nötigen Erfahrung und Kompetenz im Fachgebiet vor allem viel Zeit. Zeit außerhalb des üblichen Rahmens. Zeit, die vor allem die Familie mitzutragen hat. Deshalb gilt mein besonderer Dank meiner Frau Karola, die mich während dieser Zeit tatkräftig unterstützt hat. Außerdem danke ich den zahlreichen Teilnehmern an meinen Python-Kursen, die mir geholfen haben, meine didaktischen und fachlichen Kenntnisse kontinuierlich zu verbessern. Ebenso möchte ich den Besuchern meiner Online-Tutorials unter www.pythonkurs.eu und www.python-course.eu danken, vor allem denjenigen, die sich mit konstruktiven Anmerkungen bei mir gemeldet haben. Allen voran Stefan Günther, der mir auch wertvolle Anregungen zur Erstauflage des Buches lieferte. Zuletzt danke ich auch ganz herzlich dem Hanser Verlag, der dieses Buch – nun auch in der zweiten Auflage – ermöglicht hat. Vor allem danke ich Frau Brigitte Bauer-Schiewek, Programmplanung Computerbuch, und Frau Sarah Merz, Lektorat und Online-Marketing, für die kontinuierliche ausgezeichnete Unterstützung. Für die technische Unterstützung bei LaTex-Problemen danke ich Herrn Uwe Hartmann und Herrn Stephan Korell. Herrn Jürgen Dubau danke ich fürs Lektorat. Für die Hilfe zur zweiten – weitestgehend überarbeiteten – Auflage möchte ich im besonderen Maße Herrn Jan Lendertse und Herrn Vincent Bermel Dank sagen. Von ihnen kamen viele wertvolle Anregungen und Änderungsvorschläge. Bernd Klein, Singen 1 1.1 Einleitung Einfach und schnell zu lernen Python ist eine Programmsprache, die in vielerlei Hinsicht begeistert. Ein riesiger Vorteil im Vergleich zu anderen Sprachen liegt in der leichten Erlernbarkeit der Sprache. In der ersten Auflage führte das Buch den Untertitel „In einer Woche Programmieren lernen”. Kann man wirklich in so kurzer Zeit programmieren lernen? Das ist möglich! Vor allem mit Python. Wir erfahren es mehrmals im Monat in unseren meist fünftägigen Python-Kursen. Sie werden zum einen von totalen Programmieranfängern und zum anderen von Programmierern mit Erfahrungen in C, C++, Java, Perl und anderen Programmiersprachen besucht. Manche haben auch schon vorher Erfahrungen in Python gesammelt. Aber eines ist in allen Gruppen gleich: Wir haben es immer geschafft, dass jeder programmieren gelernt hat, und vor allen Dingen – was uns am wichtigsten ist – konnten wir immer die Begeisterung für die Sprache Python entfachen. So ist es auch eines der wichtigsten Ziele dieses Buches, die Leserinnen und Leser möglichst schnell und mit viel Freude zum selbständigen Programmieren zu bringen. Komplexe Sachverhalte werden in einfachen leicht verständlichen Diagrammen veranschaulicht und an kleinen Beispielen eingeübt, die sich im Laufe vieler Schulungen herausgebildet und bewährt haben. 1.2 Zielgruppe des Buches Beim Schreiben eines Buches hat man ein Gegenüber vor sich, eine Person, die das Geschriebene lesen, mögen und verstehen soll. Diese Person kann sowohl eine Frau als auch ein Mann sein, dennoch werden wir im Text meistens zum Beispiel nur vom „Benutzer”1 sprechen. Wörter wie „BesucherInnen” sehen unserer Meinung nach hässlich aus, und objektiv betrachtet erschweren sie die Lesbarkeit eines Textes. Ebenso hemmen Formulierungen der Art „Als Benutzerin oder Benutzer gilt .... er oder sie .... sollten sein oder ihr ...” den Lesefluss und lenken vom eigentlichen Ziel ab, also Python schnell und problemlos zu erlernen. 1 als Übersetzung des englischen Fachbegriffs „user” 2 1 Einleitung Natürlich hatten wir beim Schreiben aber nicht nur eine Person im Blickfeld, sondern eine ganze Leserschar. Da sind zum einen die totalen Programmieranfänger, die Sachverhalte erklärt haben wollen, die erfahrene Programmierer anderer Sprachen vielleicht als „trivial” oder „selbstverständlich” bezeichnen würden. Aber hier ist ein Buch wohl dem Präsenzunterricht, also wenn Lehrer und Lernende am gleichen Ort zusammen sind, deutlich überlegen: Ist einem der Stoff eines Abschnittes oder sogar Kapitels bereits vertraut, kann man es einfach überspringen, bevor man sich zu langweilen beginnt. Das Gleiche können dann auch die totalen Anfänger tun, wenn wir auf Ähnlichkeiten, aber auch generelle Unterschiede in der Vorgehensweise von Python im Vergleich zu anderen Sprachen eingehen. Damit können wir also im ersten Teil des Buches sowohl totale Programmieranfänger als auch erfahrenere Programmierer anderer Sprachen zufriedenstellen. In der obigen Aufzählung fehlt aber noch eine wichtige Gruppe, nämlich diejenigen, die schon Erfahrungen mit Python haben. Dies ist eine Gruppe mit einer breiten Streuung: angefangen bei denjenigen, die bereits ein wenig reingeschnuppert haben, gefolgt von solchen, die bereits kleine oder auch größere Programme geschrieben haben, bis hin zu jenen, die sich als Experten bezeichnen. Experten, die alles wissen oder zu wissen glauben, können dieses Buch als Nachschlagewerk benutzen, wenn sie mal etwas vergessen haben sollten oder sich in einer Sache mal doch nicht so ganz sicher sind. Der umfangreiche Index in diesem Buch macht das Auffinden besonders einfach und erlaubt es damit, dieses Buch außerdem als Referenz zu verwenden, auch wenn es keinesfalls unter diesem Aspekt geschrieben worden ist. Insbesondere im zweiten Teil befinden sich viele Themen, die auch Anwendern von Python noch unbekannt sein könnten. Wenn Programmieranfänger oder auch Programmierumsteiger von anderen Programmiersprachen erfolgreich den ersten Teil des Buches bearbeitet haben, sollten sie in der Lage sein, auch den zweiten Teil zu verstehen. Vielleicht mit Ausnahme des Kapitels über die Systemprogrammierung, weil dieses Kapitel Vorkenntnisse über Betriebssysteme, vor allem Linux und Unix, voraussetzt. 1.3 Aufbau des Buches Dieses Buch besteht aus vier Teilen: Teil I: In diesem Teil behandeln wir die Grundlagen der Sprache. Dies ist der eigentliche Stoff, den man durcharbeiten sollte, um Python zu beherrschen. Dieser Teil wird auch in unseren fünftägigen Kursen komplett behandelt. An die Bearbeitung dieses Teiles denken wir auch, wenn wir von „Programmieren lernen in einer Woche” sprechen. Teil II: Im nächsten Teil behandeln wir weiterführende Themen. Dies sind zum einen weitere Sprachkonstrukte, die unmittelbar zum Sprachumfang von Python gehören, und wichtige Module und Programmierkonzepte. Während es im ersten Teil prinzipiell keine Gebiete gibt, die man weglassen kann, wenn man Python lernen will, so sieht es in diesem Teil anders aus. Die Kapitel sind sehr wichtig für Python und die Benutzung von Python, 1.4 Programmieren lernen „interaktiv” aber sie sind von unterschiedlicher Wichtigkeit für verschiedene Anwender und Anwendungszwecke. So ist beispielsweise das Kapitel zur Systemprogrammierung von besonderer Wichtigkeit für Systemprogrammierer, die ihre Systemprogramme zukünftig unter Python und nicht mehr mit Shell-Skripting schreiben wollen. NumPy ist insbesondere für Mathematiker und Ingenieure von besonderem Interesse, die gerne numerische Probleme effizient mit Python bearbeiten wollen, also beispielsweise „numerisches Lösen von Gleichungssystemen”, „Matrizenmultiplikation” oder „Nullstellen von Polynomen”. Die Listen-Abstraktionen, ebenso wie die lambda-, map-, filter- und reduceFunktionen, bieten eine faszinierende Möglichkeit, die Programmierung auf ein abstrakteres Level zu bringen. Dadurch kann man komplexere Probleme mit geringerem Programmieraufwand lösen. Dennoch kann man die gleichen Programme auch ohne diese Techniken schreiben. Aber das einführende Kapitel über Testverfahren und Debugging ist von allgemeinem Interesse. Im Prinzip hätten wir dieses Kapitel ebenso gut in den ersten Teil nehmen können. Außerdem behandeln wir in einem Kapitel „Reguläre Ausdrücke”, die nahezu unerlässlich sind, wenn man Textverarbeitung betreibt. Man braucht sie auch, wenn man aus Log- oder Parameterdateien bestimmte Informationen herausfiltern will. Teil III: In diesem Teil wenden wir das im 1. Teil gelernte Wissen in umfassenden Beispielen an. Dabei verwenden wir viele kleine Beispiele und Übungsaufgaben, die wir bereits im 1. Teil behandelt haben. Sie werden sehen, wie man Funktionen, wenn man sie gut konzipiert hat, in anderen Programmen wiederverwenden kann. Teil IV: Programmieren lernen ist vor allen Dingen eine aktive Tätigkeit. Nur ein Buch zu lesen und Beispiele nachzuvollziehen genügt nicht. Deshalb finden Sie zu den meisten Kapiteln interessante und lehrreiche Übungsaufgaben, die den Stoff vertiefen. In diesem Teil des Buches finden Sie nun die ausführlichen Musterlösungen mit Erläuterungen zu diesen Aufgaben. 1.4 Programmieren lernen „interaktiv” Wie bereits erwähnt, floss in dieses Buch die jahrelange Erfahrung sowohl in der Theorie und Praxis des Programmierens allgemein, aber vor allem auch die Vermittlung des Stoffes in zahlreichen kleinen und großen Kursen mit unterschiedlichsten Besuchertypen ein. Aber ein Buch zu schreiben, stellt dennoch eine neue Herausforderung dar. Beim Buch fehlt leider die direkte Interaktion zwischen dem, der das Wissen vermittelt, und dem Lernenden. Vor Ort kann man sofort sehen, wenn sich bei einem Teilnehmer die Stirn runzelt, große Fragezeichen erscheinen oder wenn sich jemand aus Stress das Ohrläppchen zu reiben beginnt. Dann weiß man als erfahrener Dozent, dass es höchste Zeit ist, ein paar zusätzliche Beispiele und Analogien hinzuzunehmen, oder dass man den Stoff nochmals 3 4 1 Einleitung in anderen – möglicherweise auch einfacheren – Worten erklären sollte. Beim Schreiben eines Buches muss man diese möglichen Klippen vorhersehen und die nötigen zusätzlichen Übungen und Beispiele an den entsprechenden Stellen bereitstellen. Aber was bei vielen Lesern nun hilft, diese Klippen zu umgehen, führt bei anderen vielleicht zu Langeweile und Ungeduld, denn sie empfinden diese zusätzlichen Erklärungen, Übungen oder Beispiele möglicherweise als Zeit- oder Platzvergeudung. Das Grundproblem ist, dass es sich bei einem Buch nicht um ein interaktives Medium handelt. Aber dank des Internets können wir Ihnen diese Interaktivität dennoch bieten. Im nächsten Abschnitt finden Sie die Adressen, wo Sie Hilfe und zusätzliche Informationen zum Buch finden. 1.5 Download der Beispiele und Hilfe Alle im Buch verwendeten Beispiele finden Sie zum Download unter http://www.python-kurs.eu/buch/beispiele/ Auch wenn wir das Buch so geschrieben haben, dass Sie ohne zusätzliche Hilfe auskommen sollten, wird es dennoch hier und da mal ein Problem geben, wo Sie sich vielleicht fest gebissen haben. Wenn Sie das Glück haben, in einer Umgebung zu arbeiten, in der es andere Python-Programmierer gibt, haben Sie es natürlich gut. Aber viele Leserinnen und Leser haben nicht diesen Vorteil. Dann könnte sich ein Besuch unserer Webseite besonders lohnen: http://www.python-kurs.eu/buch/ Dort finden Sie ein Korrekturverzeichnis, zusätzliche bzw. aktualisierte Übungen und sonstige Hilfestellungen. Ansonsten bleibt natürlich immer noch der Einsatz einer Suchmaschine! Falls Sie glauben, eine Ungenauigkeit oder einen Fehler im Buch gefunden zu haben, können Sie auch gerne eine E-Mail direkt an den Autor schicken: [email protected]. Natürlich gilt dies auch, wenn Sie Anregungen zum Buch geben wollen. Leider können wir jedoch – so gerne wir es auch tun würden – keine individuellen Hilfen zu speziellen Problemen geben. Dazu soll unser Forum dienen. 1.6 Anregungen und Kritik Trotz großer Sorgfalt können wir sicherlich nicht verhindern, dass sich der eine oder andere Fehler eingeschlichen hat. Wenn Sie also Kritik, Anmerkungen oder auch Wünsche haben, senden Sie uns einfach eine E-Mail an [email protected]. Wir werden versuchen, dies alles in kommenden Auflagen zu berücksichtigen. Die jeweils aktuellsten Ergänzungen und weitere Informationen können Sie unter http://www.python-kurs.eu/buch/ finden. TEIL I Einführung in Python 3 – Für Ein- und Umsteiger 2 2.1 2.1.1 Kommandos und Programme Erste Schritte Linux Bei den meisten Linux-Distributionen ist Python bereits vorinstalliert, und damit ist auch die interaktive Python-Shell direkt verfügbar. Der Interpreter wird üblicherweise im Verzeichnis /usr/bin/ (aber manchmal auch in /usr/local/bin) installiert, aber diese Information benötigen wir jetzt noch nicht. Der einfachste Weg, um mit Python unter Linux zu arbeiten, besteht darin, dass man zuerst ein Terminal startet wie beispielsweise ein „xterm” oder ein „gnome-terminal”. Bild 2.1 Gnome-Terminal In diesem Terminal — im Bild sehen Sie ein Gnome-Terminal — tippen Sie „python3” ein und drücken die Eingabetaste. Damit starten Sie die interaktive Python-Shell. Python meldet sich mit Informationen über die installierte Version. Der Interpreter steht nun mit dem sogenannten Eingabeprompt (»>) für Eingaben bereit. Man kann jetzt beliebigen PythonCode eingeben, der nach dem Quittieren mit der Eingabetaste (Return-Taste) sofort ausgeführt wird. $ python3 Python 3.2.3 (default, Oct 19 2012, 19:53:57) 8 2 Kommandos und Programme [GCC 4.7.2] on linux2 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> Bitte beachten Sie, dass Sie keinesfalls die Ziffer 3 hinter „python” vergessen dürfen. Wenn Sie nur „python” eingeben, starten Sie Python in einer 2er-Version. $ python Python 2.7.3 (default, Sep 26 2012, 21:53:58) [GCC 4.7.2] on linux2 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> Um die Beispiele in unserem Buch nachvollziehen zu können, benötigen Sie jedoch Python in einer 3er-Version.1 2.1.2 Windows Unter Windows muss Python erst installiert werden. Die neuesten Versionen findet man unter www.python.org. Wir haben die Version 3.2.2 von ActiveState installiert. Python starten unter Windows 1 Also eine Version 3.x, d.h. Python 3.0, 3.1, 3.2, 3.3 usw. 2.2 Herkunft und Bedeutung des Begriffes interaktive Shell Nachdem Python installiert worden ist, findet man unter „Alle Programme” einen Eintrag „Python 3.2” oder „Python 3.3”, unter dem sich die Untereinträge „IDLE (Python GUI)” und „Python (command line)” bzw. „Python Interactive Shell” befinden. Um die nachfolgenden Beispiele und Übungen nachvollziehen zu können, starten Sie bitte die Python-Kommandozeile, also „Python (command line)” bzw. „Python Interactive Shell”. Sie erhalten ein schwarzes Terminal-Fenster. Alternativ kann man auch mit IDLE arbeiten. Dabei handelt es sich um eine Mini-Entwicklungsumgebung, auf die wir hier jedoch nicht eingehen wollen. 2.2 Interaktive Shell Wenn die Aktivitäten des vorigen Kapitels erfolgreich waren, sollten Sie sich nun sowohl unter Linux als auch unter Windows in der interaktiven Python-Shell befinden. Der Begriff „interaktiv” kommt vom lateinischen „inter agere”. Das Verb „agere” bedeutet unter anderem „tun”, „treiben”, „betreiben”, „handeln”, und „inter” bezeichnet die zeitliche und örtliche Position zu Dingen und Ereignissen, also „zwischen” zwei oder „inmitten” (oder „unter”) vielen Objekten, Personen oder Ereignissen sein. Also heißt „inter agere” dazwischen handeln. In diesem Sinne steht die interaktive Shell zwischen dem Anwender und dem Betriebssystem (Linux, Unix, Windows oder anderen) bzw. dem zu interpretierenden Programm (z.B. Python). Die interaktive Shell steht aber auch zeitlich zwischen den einzelnen Aktionen, d.h. zwischen den einzelnen Befehlen und Kommandos. Der Benutzer gibt einen Befehl ein, die Shell führt diesen unverzüglich aus, liefert sofort das Ergebnis und wartet dann auf den nächsten Befehl. In Englisch steht das Wort „shell” für eine Schale, einen Panzer oder ganz allgemein eine Hülle oder Schutzhülle. „shell” bezeichnet auch ein Schneckenhaus und das Gehäuse, das eine Muschel umschließt. Ebenso liegt eine Shell auch zwischen einem Betriebssystem und dem Benutzer. Wie eine Muschelschale schützt sie einerseits das Betriebssystem vor dem Benutzer, und andererseits erspart sie dem Benutzer die Benutzung der „primitiven” und schwer verständlichen Basisfunktionen, indem es ihm komfortable Befehle zur Kommunikation mit dem Computer zur Verfügung stellt. Auch die Programmiersprache Python bietet dem Anwender eine komfortable Kommandozeilenschnittstelle, die sogenannte Python-Shell, manchmal auch als interaktive Python-Shell bezeichnet. Man könnte meinen, dass es sich bei dem Begriff „interaktive Shell” um eine Tautologie handelt, da ja, so wie oben beschrieben, Shells immer interaktiv sind. Dies ist jedoch nicht so: Es gibt auch vor allem im Umfeld von Linux und Unix Shells, die als Subshell aufgerufen und nicht interaktiv ausgeführt werden. 2.2.1 Erste Schritte in der interaktiven Shell Wir nehmen nun an, dass Sie entweder unter Linux oder unter Windows vor einer lauffähigen Python-Shell sitzen, die mit blinkendem Cursor hinter dem Prompt „»>” auf Ihre Eingabe wartet. 9 10 2 Kommandos und Programme Unsere Experimente mit der Python-Shell starten wir mit der Eingabe eines beliebigen arithmetischen Ausdrucks wie z.B. „4 * 5.2” oder „4 * 12 / 3”. Ein Ausdruck wird mit dem Drücken der Eingabetaste (Return) sofort ausgeführt, und das Ergebnis wird in der nächsten Zeile ausgegeben: >>> 4 * 5.3 21.2 >>> 4 * 12 / 3 16.0 >>> Die interaktive Shell erlaubt eine Bequemlichkeit, die innerhalb eines Python-Skripts nicht zulässig ist. In einem Programm hätten wir das Ergebnis des obigen Ausdrucks nur mittels einer print-Anweisung ausgeben können: >>> print(4 * 5.3) 21.2 Python kennt wie die meisten anderen Programmiersprachen die Regel „Punktrechnung geht vor Strichrechnung”, wie wir im folgenden Beispiel sehen können: >>> 1 + (42 * 2) 85 >>> 1 + 42 * 2 85 >>> >>> (1 + 42) * 2 86 Der jeweils letzte Ausgabewert wird vom Interpreter in einer speziellen Variablen automatisch gespeichert. Der Name der Variable ist einfach ein Unterstrich, also „_”. Das Ergebnis der letzten Berechnung kann man sich also damit wieder ausgeben lassen: >>> _ 85 >>> Der Unterstrich kann im Prinzip wie eine normale Variable benutzt werden: >>> _ * 3 255 >>> Dies gilt allerdings nicht in einem Python-Skript oder Python-Programm! In einem PythonProgramm hat der Unterstrich nicht diese Bedeutung. Auch Strings lassen sich mit oder ohne print in der interaktiven Shell ausgeben: >>> print("Hello World") Hello World >>> "Hello World" 'Hello World' >>> 2.3 Verlassen der Python-Shell Die Python-Shell bietet noch einen Komfort, den man von den Linux-Shells gewöhnt ist. Es gibt einen Befehlsstack, in dem alle Befehle der aktuellen Sitzung gespeichert werden. Mit den Tasten „↑” und „↓” kann man sich in diesem Stack nach unten („↑”), also zu älteren Befehlen, und nach oben („↓”), also wieder in Richtung neuester Befehl, bewegen. 2.3 Verlassen der Python-Shell Wir haben zwar gerade erst damit begonnen, in der Python-Shell „herumzuspielen”, dennoch wollen sicherlich einige das Programm bereits verlassen. Ctrl-C – was vielen Linux- und Unix-Benutzern häufig als Erstes einfällt – funktioniert nicht! Den Python-Interpreter kann man per Kontrollsequenz nur mit Ctrl-D wieder verlassen. Alternativ dazu kann man die Python-Shell mittels Eingabe der Funktion exit() verlassen. Die Klammern hinter exit sind ab Python 3 zwingend notwendig. Bild 2.2 Emergency Exit Alle Einstellungen wie beispielsweise Variablen oder eingegebene Funktionsdefinitionen gehen beim Verlassen der Python-Shell verloren und sind beim nächsten Start nicht mehr vorhanden. 2.4 Benutzung von Variablen In der Python-Shell kann man auch ganz einfach Variablen benutzen. Wenn Sie genau wissen wollen, was es mit Variablen und Datentypen auf sich hat, empfehlen wir, in Kapitel 4 (Datentypen und Variablen) weiterzulesen. Das folgende Beispiel wendet sich an Benutzer, die bereits ein wenig Erfahrung mit Programmierung haben. Man kann also ganz einfach Werte in Variablen speichern. Variablennamen bedürfen keiner besonderen Kennzeichnung wie in anderen Sprachen wie zum Beispiel das Dollarzeichen in Perl: >>> maximal = 124 >>> breite = 94 >>> print(maximal - breite) 30 >>> 11
