2.1. Начало работы в Python 3 и Wing IDE 101

2.1.1. О версиях Python

Сейчас существуют две основных ветки (версии) развития языка Python (питон): Python 2 и Python 3. Версия 2 официально считается устаревшей (поддержка версии 2 заканчивается в 2020 году), версия 3 — более новой и современной. Мы будем изучать именно версию 3. Версия 2 существенно отличается от версии 3, мы не будем обсуждать эти отличия.

В пределах как версии 2, так и версии 3 есть «подверсии», например, последняя версия из третьей ветки сейчас (2020 г.) — версия 3.8.2 (не считая тех версий, которые находятся еще в разработке). В принципе, для наших занятий можно использовать более-менее любую версию питона из третьей ветки, лучше как минимум 3.3, но если нет особенных причин, то устанавливайте последнюю доступную вам версию.

2.1.2. Установка Python

Python — это свободное кросс-платформенное программное обеспечение, поэтому его можно легко скачать с официального сайта, можно свободно распространять, и можно установить на все современные операционные системы.

Чтобы установить Python под Windows, скачайте программу установки со странички курса или с официального сайта (http://python.org, через пункт Downloads; убедитесь, что вы скачиваете питон третьей версии для Windows). Установите Python с помощью этой программы, ничего сложного в установщике нет. Полезно установить питон куда-нибудь в корень диска, типа в C:\Python3, а не в тот путь, который предлагается установщиком по умолчанию. Для этого при установке надо выбрать пункт типа Customize install и на одном из следующих экранов указать конкретный путь.

Если вы работаете в другой операционной системе, то разберитесь, как установить питон, самостоятельно. В Linux, например, питон есть в репозиториях всех ведущих дистрибутивов, пакет обычно называется python3 (а просто python — это питон второй версии).

2.1.3. Установка Wing IDE

Сам по себе питон — это только интерпретатор кода. Он запускает ваши программы, но не содержит удобного редактора. Поэтому для написания программ я советую вам использовать среду разработки (по сути, продвинутый редактор) Wing IDE.

Wing IDE — это, к сожалению, не свободное ПО, но у него существует официально бесплатная версия для образовательных целей, называется Wing IDE 101. Она доступна как для Windows, так и для Linux и macOS.

Все программы для установки можно скачать с официального сайта Wing IDE (http://wingware.com/, через пункт Download — Wing IDE 101); установщик под Windows также можно скачать со странички курса. Обратите внимание, что вам нужна именно версия 101, а не какая-нибудь другая! Установите Wing IDE с помощью этого установщика, ничего сложного в нем нет.

Wing IDE — это просто среда разработки (IDE) для Python, т.е. удобный редактор программ, позволяющий легко запускать программы с помощью питона (именно поэтому надо отдельно устанавливать сам Python — Wing IDE его не включает в себя). В принципе, вы можете использовать и какую-нибудь другую среду разработки, но тогда разбирайтесь с ней сами. В частности, сам Python включает простенькую среду разработки Python IDLE, ее описание вы можете встретить во многих книжках по Python, но она слишком простая и потому не очень удобная. Так же есть популярная среда PyCharm, но на мой вкус она слишком сложная.

2.1.4. Проверка установки

Запустите Wing IDE. Появится следующее окошко:

../_images/wing_ide_0.png

Во-первых, убедитесь, что в правом нижнем углу, на панели, озаглавленной Python Shell, появился текст, похожий на приведенный на рисунке; в частности, там должна быть указана версия питона, которую вы устанавливали. Убедитесь, что это версия 3 (на рисунке это версия 3.5.2). Если это не так, то попробуйте через меню Edit — Configure Python указать путь к питону вручную (см. рисунок ниже) — в пункте Python Executable надо указать что-нибудь типа C:\Python3\python.exe, если вы установили питон в каталог C:\Python3, возможно, также в список Python Path надо добавить C:\Python3. Возможно, вам придется поэкспериментировать, чтобы найти правильные настройки. Если у вас на компьютере установлены обе версии питона (и 2, и 3), то, возможно, Wing IDE по умолчанию «подцепит» версию 2, тогда тоже вручную укажите, что вам надо работать с версией 3.

../_images/wing_ide_config.png

Если у вас не получается, напишите мне [1], указав, куда вы установили питон, и прислав скриншоты основного окна Wing IDE и диалога Edit — Configure Python.

2.1.5. Первая программа

В основном меню Wing IDE выберите пункт File — New. Появится окно для редактирования текста программы. В этом окне наберите следующий текст:

print("Test", 2*2)

(Здесь " — это символ кавычек.)

Должно получиться так:

../_images/wing_ide_1.png

Убедитесь, что опечаток нет. Сохраните программу: нажмите Ctrl-S или выберите пункт меню File — Save As. Wing IDE предложит выбрать имя файла для сохранения, для первой программы можно выбрать любое имя.

Примечание

Обратите внимание, что Wing IDE раскрашивает вашу программу. Это делается для того, чтобы ее было удобнее читать; на самом деле для питона цвет не важен, он сделан только для того, чтобы вам было удобнее читать. Аналогично, в этом тексте код тоже раскрашен, причем раскраска может быть немного другой (это просто обусловлено системой, которую я использую для написания текста). Но еще раз: цвета только для удобства чтения, никакой больше нагрузки они не несут, в частности, Wing может раскрашивать не так, как вы видите в этом тексте, это не страшно.

После этого запустите программу, нажав на кнопку с зеленым треугольничком—стрелочкой на панели инструментов над текстом программы. Результат выполнения программы появляется в правой нижней части экрана, в панели «Python Shell» А именно, там вы можете увидеть один из двух возможных результатов, показанных на двух рисунках ниже.

Если там появилась надпись «Test 4»:

../_images/wing_ide_2.png

значит, все хорошо, программа успешно выполнилась.

Если же там появился длинный текст со словами «Traceback» (в начале) и «Error» (в конце):

../_images/wing_ide_3.png

значит, в вашей программе есть ошибки. Подробнее про ошибки ниже (раздел Ошибки в программе), а пока, если вы увидели ошибку, то просто внимательно проверьте, не ошиблись ли вы где-нибудь в наборе программы.

Добейтесь того, чтобы ваша программа отработала успешно (внимательно проверив, не допустили ли вы ошибок), и посмотрите, что же именно пишется в этом окошке «Python Shell». Там, во-первых, виден заголовок питона (включающий номер версии), дальше строка >>> [evaluate tmp.py] (вместо tmp.py здесь будет имя файла, куда вы сохранили программу). Эта строка была выведена в тот момент, когда Wing IDE начал запускать вашу программу. И, наконец, есть строка Test 4, которую и напечатала наша программа. Почему она напечатала именно это, обсудим чуть ниже.

Позапускайте программу (зеленой стрелочкой) ещё несколько раз и посмотрите на результаты. Вы увидите что, Wing IDE каждый раз печатает строку evaluate... перед запуском программы, потом программа печатает свою строку. Вывод программы перемешивается с выводом Wing IDE — ничего страшного, это нормально.

Можно также запускать программу нажатием на кнопку с картинкой типа красного жучка. Это немного другой режим запуска, более удобный для поиска ошибок. Попробуйте позапускать и так, и так, посмотрите на отличия (основное отличие пока — при запуске через «красного жучка» вывод предыдущих программ затирается).

2.1.6. Ошибки в программе

В вашей программе могут быть серьёзные ошибки — такие, что питон «не понимает», что вы от него хотите (а могут быть и не столь серьёзные — программа отработает как бы нормально, но выдаст неверный результат). В случае таких серьезных ошибок питон выдаст сообщение, похожее на сообщение, показанное на рисунке выше. Оно обычно начинается со слова Traceback, а ближе к концу в нем есть слово Error.

С ошибками удобнее разбираться, запуская программу в режиме «красного жучка». В таком случае Wing IDE подсвечивает строку около ошибки красным, а подробную информацию пишет в особом окошке справа.

Пока для вас важным будет то, какую строку Wing IDE подсветила красным — примерно в том месте и ошибка. Важен также текст («сообщение об ошибке»), обычно содержащий слово «Error» (в примере на рисунке Syntax Error ...), там же рядом указан и номер строки с ошибкой (line 1). Поначалу сообщения об ошибке сложно понимать, но со временем вы выучите наиболее часто встречающиеся и будете сразу понимать, что не так.

А пока посмотрите внимательно на строчку с ошибкой (при запуске через жучка питон подсвечивает ее красным, при запуске через стрелочку — только пишет номер строки), и на строчки рядом — и попробуйте понять, что там не так. В примере на рисунке я забыл вторую цифру 2 (в результате чего питону стало непонятно, на что надо умножать). (В примере на рисунке я запускал программу через зеленую стрелочку, а не через «красного жучка», поэтому там нет подсвеченной красным строки.)

Имейте в виду, что питон не телепат и не может точно определить, где вы допустили ошибку. Он подсвечивает красным ту строку, где текст программы впервые разошёлся с правилами языка. Поэтому бывает, что на самом деле ваша ошибка чуть выше, чем подсвеченная строка (а иногда — и намного выше). Но тем не менее место, которое выделил питон, обычно бывает полезно при поиске ошибки.

Попробуйте в своей программе поделать разные ошибки и посмотрите, как на них отреагирует питон.

2.1.7. Как работает эта программа

Давайте разберём, как эта программа работает. Напомню её текст:

print("Test", 2*2)

Вообще, любая программа — это, в первую очередь, последовательность команд, которые программист даёт компьютеру, а компьютер будет последовательно их выполнять.

В нашей программе одна команда — print("Test", 2*2). Команда print обозначает «вывести на экран» (английское слово «print» обозначает «печатать»). В скобках после слова print указываются, как говорят, аргументы команды. Они разделяются запятыми, в данном случае у команды два аргумента: первый — "Test", и второй — 2*2.

Если аргументом команды print является некоторая строка, заключённая в кавычки (символы "), то команда print выводит эту строку на экран как есть (без кавычек). Поэтому первым делом наша команда выводит на экран текст Test.

Вторым аргументом команды print в нашем примере является арифметическое выражение 2*2. Если аргументом команды (любой команды, не обязательно именно print, просто других мы пока не знаем) является арифметические выражение, то компьютер сначала вычислит его, а потом передаст команде. Поэтому в данном случае сначала компьютер вычислит \(2\cdot 2\), получит 4, а потом передаст результат команде print, которая выведет его на экран.

Команда print разделяет выводимые элементы пробелами, поэтому между Test и 4 выведен пробел.

В итоге получается, что наша программа выводит Test 4.

2.1.8. Использование питона как калькулятора

Таким образом можно использовать питон как калькулятор. Например, если надо посчитать значение выражения \(7+3\cdot(8-2)\), то можно написать команду print(7+3*(8-2)), после чего запустить программу — и на экран будет выведен результат. Обратите внимание, что скобки учтутся корректно и порядок действий будет правильный. Две скобки в конце команды — это одна является частью выражения, а вторая заканчивает список аргументов команды print.

В выражениях можно использовать следующие операторы:

  • + и - — сложение и вычитание (в том числе то, что называется унарный минус для записи отрицательных чисел: чтобы написать \(2\cdot(-4)\), надо написать 2*(-4));
  • * — умножение;
  • / — деление («честное», например, \(5/2=2.5\));
  • // (это два символа / подряд) — неполное частное (см. ниже);
  • % ­— остаток (см. ниже).
  • Скобки (только круглые) работают для группировки операций, можно использовать вложенные скобки, например, 2*(3-(4+6)).

Чуть подробнее про деления. Есть три оператора, связанных с делением: один оператор для честного деления (/), и два оператора для деления с остатком (// и %). Вспомните младшие классы и деление с остатком: 16 разделить на 3 будет 5 («неполное частное») и в остатке 1. Вот // вычисляет неполное частное, а % — остаток. Пишется так: 16 // 3 и 16 % 3, как будто // и % — это символ операции, а-ля плюс или звёздочка. (Пробелы вокруг // и % не обязательны, но на питоне так принято.) (При работе с отрицательными числами результат может показаться вам неожиданным, но это мы обсудим потом.)

Кроме того, есть так называемые функции:

  • Запись abs(-3) обозначает взятие числа по модулю: \(|{-}3|\). Обратите внимание: пишется сначала имя функции (в данном случае abs), а потом в скобках — от чего взять эту функцию (от чего взять модуль в данном случае). То, что в скобках, аналогично командам называется аргументом функции.

  • Аналогично, запись sqrt(4) обозначает взятие квадратного корня (если не знаете, что это такое, то пока пропустите этот пункт), но, поскольку эта операция бывает нужна несколько реже, то чтобы ее использовать, в начале программы надо написать магическую строку from math import *. Программа получается, например, такая:

    from math import *
    print(sqrt(4))
    

Все эти операции можно комбинировать. Например, команда print( (20 * 3) + sqrt( 2 + abs(5 - 7) ) ) выведет на экран значение выражения \(20\cdot 3 + \sqrt{2+|5-7|}\). Пробелы в команде поставлены, чтобы проще было читать; вообще, в питоне пробелы можно ставить в любом разумном месте (внутри названий команд и чисел нельзя, но около скобок, знаков препинания и прочих символов можно), но рекомендуется ставить их как минимум вокруг знаков действий.

В одной программе можно вычислять несколько выражений. Например, программа

print(2 * 2, 2 + 2)
print(3 * 3)

вычисляет три выражения. Первая команда print выводит на экран две четвёрки, разделённых пробелом. Вторая команда просто выводит одно число 9. Оно будет выведено на отдельной строке, т.к. каждая команда print выводит одну строку. Обратите еще раз внимание, что аргументы команды разделяются запятыми.

Можно также, как мы видели раньше, смешивать текст (в кавычках) и выражения:

print("Дважды два равно", 2 * 2, ".")

2.1.9. Простейший ввод и вывод. Переменные

Но не очень интересно писать программы, которые всегда выводят одно и то же. Хочется, чтобы программа что-нибудь запрашивала у пользователя, и работала с учётом того, что пользователь ввёл. Давайте, например, напишем программу, которая будет спрашивать у пользователя два числа и выводить на экран их сумму.

Но для этого нам придётся научиться ещё одной важной вещи. Когда пользователь вводит два числа, программе надо их как-то запомнить, чтобы потом сложить между собой и результат вывести на экран. Для этого у компьютера есть память (оперативная память). Программа может использовать эту память и положить туда числа, введённые пользователем. А потом посмотреть, что там лежит, сложить эти два числа, и вывести на экран.

Во многих языках, чтобы использовать память, надо особо попросить компьютер об этом. В питоне другой подход: питон достаточно умен, чтобы самому догадаться, что вам нужна память. Давайте напишем следующую программу:

a = input()
print("Вы ввели ", a, "!")

Прежде чем мы разберем, что обозначают все эти команды, наберите эту программу и попробуйте ее запустить. Сначала запустите «зеленой стрелочкой». В окошке Python Shell появится надпись [evaluate ...], после чего будет моргать курсор, а наверху этого окошка будет надпись «Waiting for keyboard input», что обозначает «Ожидаем ввод с клавиатуры». Введите что-нибудь в этом окошке и нажмите Enter. Вы тут же увидите, что то, что вы ввели, вывелось еще одной строчкой на экран, с дополнительными словами («Вы ввели»), с дополнительными пробелами и восклицательным знаком. Именно это и делает программа: она выводит на экран то, что вы ей вводите, добавив еще текст.

Если вы запустите программу «красным жучком», то все будет аналогично, только текст вам надо будет вводить в пустом окошке «Debug I/O», которое появится на месте окошка «Python Shell».

Теперь разберем, как эта программа работает.

Команда input() обозначает «подожди, пока пользователь введет что-нибудь с клавиатуры, и запомни то, что он ввел». Но просто так попросить «запомнить» довольно бессмысленно, нам ведь потом надо будет как-то сказать компьютеру, чтобы он вспомнил то, что он запомнил. Поэтому мы пишем a = input(). Это обозначает «запомни то, что ввел пользователь, в памяти, и дальше это место в памяти мы будем называть буквой a». Соответственно, команда print(a) обозначает «посмотри, что лежит в памяти, называемой буквой a, и выведи это на экран», а команда print("Вы ввели ", a, "!") обозначает «выведи сначала фразу Вы ввели, потом то, что лежит в a, потом восклицательный знак, и раздели это все пробелами».

Обратите внимание, что a написано без кавычек. Если бы мы написали print("Вы ввели ", "a", "!"), то питон бы вывел просто букву a (ну и весь остальной текст), он не понял бы, что надо вывести то, что лежит в памяти a.

Вот такие «места в памяти» называются переменные. Т.е. говорят: «переменная a». Говорят: в первой строке мы считали, что ввел пользователь с клавиатуры, и записали это в переменную a, а во второй строке мы прочитали, что записано в переменной a, и вывели это на экран.

В программе можно заводить несколько переменных. Простейший вариант может выглядеть так:

a = input()
b = input()
print(b, a)

Эта программа считывает две строки, которые вводит пользователь, и выводит их, причем сначала вторую, а потом первую.

Но мы хотели написать программу, которая выводит сумму двух чисел. Простой подход тут не сработает:

a = input()
b = input()
print(a + b)

сделает вовсе не то, что вы могли ожидать: питон пока считает, что в a и b могут лежать какие угодно строки, и не понимает, что вы имели в виду числа.

Чтобы объяснить, что вы имеете в виду числа, надо написать так:

a = int(input())
b = int(input())
print(a + b)

Мы используем новую команду (точнее, функцию) — int. Она обозначает: возьми то, что получилось у команды input() (т.е. ту строку, которую вводит пользователь), и преврати это в число. Пока это не надо до конца осознавать, просто запомните, что, чтобы считать одно число, надо написать ... = int(input()), где на место многоточия надо подставить имя той переменной, куда надо записать результат.

Запустите эту программу. В окошке ввода наберите какое-нибудь число, нажмите Enter, наберите второе число и еще раз нажмите Enter. Вы увидете, что программа вывела их сумму.

Если вы этой программе попытаетесь ввести два числа на одной строке (т.е. введете «2 пробел 3 Enter»), то программа выдаст ошибку. Еще бы: вы пропросили строку «2 3» превратить в число (в одно!) и записать в переменную a, но ведь это не есть верная запись одного числа.

Чтобы вводить числа через пробел, надо использовать другую конструкцию:

a, b = map(int, input().split())

Это пока магия, ее придется запомнить наизусть. Потом вы поймете, что здесь что значит. Обратите внимание, что после слова int тут нет скобок, а вот после input и split есть.

Так можно вводить сколько угодно чисел; например, чтобы считать четыре числа, вводимые в одной строке, надо написать

a, b, c, d = map(int, input().split())

Переменные не обязательно называть a и b, можно использовать более-менее любые строки из английских букв и цифр (есть некоторые исключения, но пока это не так важно); например, можно было назвать переменные first и second, или x1 и x2 и т.п. Конечно, переменных можно делать столько, сколько вам понадобится; вообще, переменные — это основная вещь, с которой работают программы.

Ещё несколько замечаний по нашей программе. Во-первых, программа не вывела на экран никаких «приглашений» типа «Введите a и b». Питон ничего за вас делать не будет; если вы хотите, чтобы программа вывела это на экран, то так и сделайте: print("Введите a и b"). Но мы не будем выводить такие приглашения в наших программах, мы будем считать, что пользователь сам знает, что от него требуется. В задачах, которые вы будете решать, будет чётко написано, что надо вывести на экран — и ничего лишнего выводиться не должно.

2.1.10. Присваивания

Пока мы умеем записывать в переменные только то, что пользователь ввел с клавиатуры. На самом деле, намного чаще приходится записывать в переменные значения, которые программа сама вычисляет. Для этого есть специальная команда, которая называется присваивание (и на самом деле мы ее уже видели):

a = 10

обозначает «в переменную a записать 10».

Справа от знака «равно» можно писать любые выражения (например, a = 10 + abs(5 - 9)). Более того, там же можно использовать другие переменные, в которые уже что-то записано. Например, программа

a = 20
b = a + 10
print(b)

выведет на экран 30, потому что сначала в a записывается 20, потом компьютер смотрит, что записано в a, прибавляет 10, и результат записывает в b, потом смотрит, что записано в b, и выводит на экран.

Если в переменной уже было что-то записано, то после присваивания старое значение затирается:

a = 20
a = 30

в результате в a лежит 30, а про 20 все забыли.

Особый интересный вариант — справа можно упоминать ту же переменную, которая стоит слева — тогда будет использоваться ее предыдущее значение:

a = 20
a = a + 10

обозначает «в a запиши 20. Потом посмотри, что записано в a, прибавь к этому 10 и то, что получится, запиши обратно в a». В итоге в a будет записано 30.

Та команда a = input(), которую мы раньше видели, на самом деле тоже является присваиванием: она говорит: «прочитай то, что пользователь ввел с клавиатуры, и запиши это в a».

Слева от знака «равно» можно указывать несколько переменных через запятую. Тогда справа тоже должно быть несколько значений через запятую (или специальные функции типа уже упоминавшейся map, но их мы подробнее пока обсуждать не будем):

a, b = 10, 20

обозначает «в a записать 10, а в b — 20».

Запись a = 10 читается «переменной a присвоить 10», или кратко «a присвоить 10». Не надо говорить «a равно 10», т.к. «равно» — это не глагол, и не понятно, какое действие совершается. Более того, если запись a = a + 1 прочитать с «равно», то получается «a равно a плюс один», что никак не похоже на команду, а скорее на уравнение, которое не имеет решений. Поэтому говорите «присвоить», а не «равно».

Есть еще ряд полезных команд, которые совмещают арифметическое действие и присваивание. Например, запись a += 10 обозначает a = a + 10 («увеличить a на 10»). Аналогично можно поступать с остальными арифметическими действиями: a /= 5 обозначает a = a / 5, a %= 5 обозначает a = a % 5, и т.п.

2.1.11. Комментарии

(Эта информация вам прямо сейчас не нужна, но будет полезна при чтении дальнейших разделов.)

В программе можно оставлять так называемые комментарии. А именно, если где-то в программе встречается символ «решетка» (#), то этот символ и все, что идет за ним до конца строки, полностью игнорируется питоном. Таким образом можно в программе оставлять пометки для себя, или для других программистов, которые будут читать вашу программу. Например

a = int(input())  # считали число

Здесь запись # считали число полностью игнорируется питоном, как будто этих символов нет вообще, а запись a = int(input()) работает как и должна.

В частности, решетка может стоять в начале строки, тогда вся эта строка будет игнорироваться:

# для начала, считаем число
a = int(input())

Питону совершенно не важно, где и как вы оставляете комментарии, вы их оставляете только для себя, или для других людей, которые будут читать вашу программу. В простейших программах комментарии не нужны, и вам поначалу они не понадобятся, но я буду их использовать в дальнейших разделах этого курса, чтобы пояснять фрагменты кода.

2.1.12. Язык программирования как конструктор

Выше я рассказал ряд самых основных конструкций языка питон. Теперь ваша задача будет из этих конструкций, как из конструктора, собирать программы. Относитесь к этому именно как к конструктору: все программирование — это сборка больших программ из таких отдельных команд.

2.1.13. Что дальше?

(Естественно, это раздел только для учеников моего курса.)

Во-первых, если вы еще этого не сделали, прочитайте на страничке курса все тексты в «шапке» курса, особенно раздел «Работа с сайтом…», после чего начинайте решать «Задачи на арифметические операторы». И двигайтесь дальше.

И по любым вопросам пишите мне.

[1]Конечно, предложения «написать мне» относятся только к ученикам моего курса.