Изучаем Python. Программирование игр, визуализация данных, веб-приложения

2016

Переводчик Е. Матвеев

Технический редактор Н. Суслова

Литературный редактор Н. Суслова

Художник С. Заматевская

Корректоры Н. Витько, М. Одинокова

Верстка Л. Соловьева

Эрик Мэтиз

Изучаем Python. Программирование игр, визуализация данных, веб-приложения. — СПб.: Питер, 2016.

ISBN 978-5-496-02305-4

© ООО Издательство "Питер", 2016

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Об авторе

Эрик Мэтиз (Eric Matthes), преподаватель физики и математики, живет на Аляске и ведет курс Python начального уровня. Эрик пишет программы с пяти лет, а в настоящее время занимается разработкой продуктов, которые исправляют недочеты в системе образования и помогают использовать возможности программных продуктов с открытым кодом в системе образования. В свободное время занимается альпинизмом и проводит время с семьей.

О научном рецензенте

Кеннет Лав (Kenneth Love) — преподаватель и программист Python с многолетним стажем. Он выступал с докладами и лекциями на конференциях, занимался профессиональной подготовкой, работал внештатным программистом Python и Django, а в настоящее время ведет занятия в компании дистанционного образования. Кеннет также является одним из создателей пакета django-braces, предоставляющего удобные примеси (mixins) для представлений на базе классов Django. Желающие могут читать его сообщения в Твиттере (@kennethlove).

Моему отцу, который никогда не жалел времени, чтобы ответить на мои ­вопросы по программированию, и Эверу, ­который только начинает задавать мне свои ­вопросы.

Благодарности

Эта книга никогда бы не появилась на свет без великолепных, чрезвычайно профессиональных сотрудников издательства No Starch Press. Билл Поллок (Bill Pollock) предложил мне написать вводный учебник, и я глубоко благодарен ему за это. Тайлер Ортман (Tyler Ortman) помог привести в порядок мои идеи на ранней стадии подготовки чернового варианта. Лиз Чедвик (Liz Chadwick) и Лесли Шен (Leslie Shen) предоставили бесценные отзывы на исходные варианты каждой главы, а Энн Мэри Уокер (Anne Marie Walker) помогла прояснить многие части книги. Райли Хоффман (Riley Hoffman) отвечал на все вопросы, которые возникали у меня в процессе построения полной книги, и терпеливо превращал мою работу в прекрасный завершенный продукт.

Также хочу поблагодарить Кеннета Лава (Kenneth Love), научного рецензента книги. Я познакомился с Кеннетом на конференции PyCon, и его энтузиазм в отношении языка и сообщества Python с тех пор неизменно оставался для меня источником профессионального вдохновения. Кеннет вышел за рамки простой проверки фактов; он следил за тем, чтобы книга помогала начинающим программистам сформировать основательное понимание языка Python и программирования в целом. Вместе с тем ответственность за все оставшиеся неточности лежит исключительно на мне.

Я хочу поблагодарить своего отца, который познакомил меня с программированием в раннем возрасте и не побоялся, что я сломаю его оборудование. Также хочу сказать спасибо своей жене Эрин за поддержку и помощь во время работы над книгой и своему сыну Эверу, чья любознательность постоянно служит мне примером.

Введение

У каждого программиста найдется своя история о том, как он написал свою первую программу. Я начал изучать программирование еще в детстве, когда мой отец работал на Digital Equipment Corporation, одну из ведущих компаний современной эры вычислительной техники. Я написал свою первую программу на компьютере, ­который был собран моим отцом из набора комплектующих в подвале дома. Компьютер представлял собой системную плату (без корпуса), подключенную к клавиатуре, а в качестве монитора использовалась простейшая электронно-­лучевая трубка. Моей первой программой стала игра по отгадыванию чисел, которая выглядела примерно так:

Я загадал число! Попробуйте отгадать мое число: 25

Слишком мало! Следующая попытка: 50

Слишком много! Следующая попытка: 42

Верно! Хотите сыграть снова? (да/нет) нет

Спасибо за игру!

Никогда не забуду, как доволен я был, когда моя семья играла в написанную мной игру и все работало точно так, как я задумал.

Мои ранние переживания имели далеко идущие последствия. Очень приятно построить нечто, предназначенное для конкретной цели; нечто, успешно решающее свою задачу. Программы, которые я пишу сейчас, намного серьезнее моих детских попыток, но чувство удовлетворения, которое я ощущаю от вида работающей программы, остается практически тем же.

Для кого написана эта книга?

Цель этой книги — как можно быстрее ввести читателя в курс дела, чтобы тот начал писать на Python работоспособные программы (игры, визуализации данных и веб-приложения), и одновременно заложить основу в области программирования, которая пригодится ему на протяжении всей жизни. Книга написана для людей любого возраста, которые прежде никогда не программировали на Python или вообще никогда не программировали. Если вы хотите быстро изучить азы программирования, чтобы сосредоточиться на интересных проектах, а также проверить свое понимание новых концепций на содержательных задачах — эта книга для вас. Книга также прекрасно подходит для преподавателей, желающих предложить вводный курс программирования, основанный на проектах.

Чему эта книга вас научит?

Цель книги — сделать вас хорошим программистом вообще и хорошим программистом Python в частности. Процесс обучения будет эффективным, и вы приобретете много полезных навыков, так как я представлю основательное введение в общие концепции программирования. После того как вы перевернете последнюю страницу, вы будете готовы к знакомству с более серьезными возможностями Python, а изучение вашего следующего языка программирования тоже упростится.

В первой части книги будут представлены базовые концепции программирования, которые необходимо знать для написания программ Python. Эти концепции ничем не отличаются от тех, которые рассматриваются в начале изучения почти любого языка программирования. Вы познакомитесь с разными видами данных и возможностями хранения данных в списках и словарях. Вы научитесь создавать коллекции данных и эффективно работать с этими коллекциями. В частности, циклы while и if позволяют выполнять определенные фрагменты кода, если некоторое условие истинно, и выполнять другие фрагменты в противном случае — эти конструкции очень сильно помогают при автоматизации процессов.

Вы научитесь получать входные данные от пользователя, чтобы ваши программы стали интерактивными, и выполнять их до тех пор, пока пользователь остается активным. Также вы узнаете, как написать функции для многократного выполнения некоторых частей ваших программ, чтобы вы один раз программировали некоторое действие, а потом могли использовать его столько раз, сколько потребуется. Затем эта концепция будет распространена на более сложное поведение с классами, что позволит даже относительно простым программам реагировать на множество разнообразных ситуаций. Вы научитесь писать программы, корректно обрабатывающие многие типичные ошибки. После знакомства с базовыми концепциями мы напишем несколько коротких программ для решения конкретных задач. Наконец, вы сделаете первые шаги на пути к программированию среднего уровня: вы научитесь писать тесты для своего кода, чтобы вы могли продолжать разработку программ, не беспокоясь о возможном внесении ошибок. Вся информация части I подготовит вас к более сложным и масштабным проектам.

В части II знания, полученные в части I, будут применены для построения трех проектов. Вы можете взяться за любые из этих проектов в том порядке, который лучше подходит для вас. В первом проекте (главы 12–14) будет создана игра-«стрелялка» в стиле классического хита Space Invaders, состоящая из многих уровней с нарастающей сложностью. После завершения этого проекта вы будете знать многое из того, что необходимо знать для разработки собственных 2D-игр.

Второй проект (главы 15–17) познакомит вас с визуализацией данных. Чтобы разобраться в огромных объемах доступной информации, специалисты по анализу данных применяют различные средства визуализации. Вы будете работать с наборами данных, генерируемыми в программах; наборами данных, загруженными из сетевых источников; и наборами данных, которые загружаются вашей программой автоматически. После завершения этого проекта вы сможете писать программы, обрабатывающие большие наборы данных и строящие визуальные представления сохраненной информации.

В третьем проекте (главы 18–20) будет построено небольшое веб-приложение Learning Log. Этот проект позволяет вести журнал новых идей и концепций, которые вы узнали в ходе изучения конкретной темы. Пользователь приложения сможет вести разные журналы по разным темам, создавать учетные записи и начинать новые журналы. Вы также узнаете, как развернуть свой проект в Интернете, чтобы любой желающий мог работать с ним откуда угодно.

Почему именно Python?

Каждый год я задумываюсь над тем, продолжать ли мне работать на Python или же перейти на другой язык — вероятно, более новый в мире программирования. И все же я продолжаю работать на Python по многим причинам. Язык Python невероятно эффективен: ваши программы делают больше, чем многие другие языки, в меньшем объеме кода. Синтаксис Python также позволяет писать «чистый» код. Ваш код будет легко читаться, у вас будет меньше проблем с отладкой и расширением программ по сравнению с другими языками.

Python используется для разных целей: для создания игр, построения веб-приложений, решений бизнес-задач и разработки внутренних инструментов для всевозможных интересных проектов. Python также широко применяется в научной области для теоретических исследований и решения прикладных задач.

Впрочем, одной из самых важных причин для использования Python для меня остается сообщество Python, состоящее из невероятно разных и благожелательных людей. Сообщество играет исключительно важную роль в программировании, потому что программирование не является сугубо индивидуальным делом. Многим из нас, даже самым опытным программистам, приходится обращаться за советом к коллегам, которые уже решали похожие задачи. Существование дружного, доброжелательного сообщества помогает решать задачи, и сообщество Python готово прийти на помощь людям, у которых Python является первым языком программирования.

Python — замечательный язык, давайте же браться за дело!

От издательства

Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу электронной почты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция).

Мы будем рады узнать ваше мнение!

На веб-сайте издательства http://www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.

От изготовителя fb2

Питон очень требователен к правильному применению отступов, к сожалению fb2 «съедает» лишние пробелы или табуляции, да, есть теги для оформления кода, но не все читалки правильно их воспринимают.

Поэтому для зрительного восприятия отступов группы пробелов (табуляцию) я заменю группой точек и пробелов « . .»

При необходимости замените их на табуляцию, или группу пробелов.

Часть I. Основы

В части I этой книги представлены базовые концепции, необходимые для написания программ на языке Python. Многие из этих концепций встречаются во всех языках программирования, поэтому они пригодятся вам на протяжении всей карьеры программиста.

В главе 1 вы установите Python на свой компьютер и запустите свою первую программу, которая выводит на экран сообщение Hello world!. В главе 2 вы научитесь хранить информацию в переменных, работать с текстовыми и числовыми данными.

В главах 3 и 4 вы познакомитесь со списками. Списки позволяют хранить любой объем информации в одной переменной, что повышает эффективность работы с данными. Вы сможете работать с сотнями, тысячами и даже миллионами значений всего в нескольких строках кода.

В главе 5 будут представлены команды if. С их помощью вы сможете написать код, который делает что-то одно, если некоторое условие истинно, и что-то другое, если условие не выполняется.

Глава 6 показывает, как использовать словари Python, связывающие разные виды информации. Словари, как и списки, могут содержать столько информации, сколько вы захотите в них поместить.

В главе 7 вы научитесь получать данные от пользователей, чтобы ваши программы стали интерактивными. Также в этой главе описаны циклы while, многократно выполняющие блоки кода, пока некоторое условие остается истинным.

В главе 8 вы займетесь написанием функций — именованных блоков кода, которые решают конкретную задачу и запускаются тогда, когда потребуется.

В главе 9 представлены классы, предназначенные для моделирования реальных объектов: собак, кошек, людей, машин, ракет и т.д. С их помощью вы сможете представить в своем коде любые сущности, реальные или абстрактные.

Глава 10 научит вас работать с файлами и обрабатывать ошибки, чтобы ваши программы не завершались аварийно. Вы узнаете, как сохранить данные перед закрытием программы и снова загрузить их при запуске программы. В этой главе рассматриваются исключения Python; с их помощью вы сможете предвидеть возможные ошибки и организовать их корректную обработку в программах.

В главе 11 вы научитесь писать тесты для кода. Тесты проверяют, что ваша программа работает так, как предполагается. В результате вы сможете расширять свои программы, не беспокоясь о возможном внесении новых ошибок. Тестирование — один из первых навыков, отличающих новичка от программиста среднего уровня.

1. Начало работы

В этой главе вы запустите свою первую программу на языке Python, hello_world.py. Сначала вы проверите, установлен ли Python на вашем компьютере, и если нет — установите его. Также будет установлен текстовый редактор для подготовки программ Python. Текстовые редакторы распознают код Python и выделяют синтаксические конструкции во время работы, упрощая понимание структуры кода разработчиком.

Подготовка среды программирования

Поддержка Python слегка отличается в разных операционных системах, поэтому вы должны учитывать некоторые аспекты. В этой главе представлены две основные версии Python, используемые в наше время, и описаны основные действия по настройке Python в вашей системе.

Python 2 и Python 3

Сейчас доступны две версии Python: Python 2 и более новая версия Python 3. Каждый язык программирования развивается с появлением новых идей и технологий, и разработчики Python неустанно трудятся над тем, чтобы сделать язык более мощным и гибким. Многие изменения имеют второстепенный характер и малозаметны на первый взгляд, но в отдельных случаях код, написанный на Python 2, некорректно работает в системах с установленной поддержкой Python 3. В книге я буду указывать на существенные различия между Python 2 и Python 3, так что вы сможете следовать приведенным инструкциям независимо от используемой версии.

Если в вашей системе установлены обе версии или вы еще не установили Python, используйте Python 3. Если в вашей системе установлена только версия Python 2 и вы предпочитаете с ходу взяться за написание кода, не желая возиться с установкой, начните с Python 2. Но чем скорее вы перейдете на Python 3, тем лучше — все же полезнее использовать самую новую версию.

Выполнение фрагментов кода Python

В поставку Python входит интерпретатор, который выполняется в терминальном окне и позволяет опробовать фрагменты кода Python без сохранения и запуска всей программы.

В этой книге встречаются фрагменты следующего вида:

(1) >>> print("Hello Python interpreter!")

Hello Python interpreter!

Жирным шрифтом выделен текст, который вы вводите и выполняете нажатием клавиши Enter. Большинство примеров в книге представляет собой небольшие самостоятельные программы, которые запускаются из редактора, потому что именно так вы будете писать бульшую часть своего кода. Но в некоторых случаях базовые концепции будут проиллюстрированы серией фрагментов в терминальном сеансе Python для более эффективной демонстрации отдельных концепций. Каждый раз, когда в листинге встречаются три угловые скобки (1) , это означает, что перед вами вывод терминального сеанса. Вскоре мы опробуем возможность программирования в интерпретаторе для вашей системы.

Hello World!

В мире программирования издавна принято начинать освоение нового языка с программы, выводящей на экран сообщение Hello world! — считается, что это приносит удачу.

На языке Python программа Hello World состоит всего из одной строки:

print("Hello world!")

Даже такая простая программа выполняет вполне конкретную функцию. Если она запускается в вашей системе, то и любая программа, которую вы напишете на Python, тоже должна запускаться нормально. О том, как написать эту программу для вашей конкретной системы, мы поговорим чуть ниже.

Python в разных операционных системах

Python является кросс-платформенным языком программирования; это означает, что он работает во всех основных операционных системах. Любая программа на языке Python, написанная вами, должна выполняться на любом современном компьютере с установленной поддержкой Python. Впрочем, способы настройки Python для разных операционных систем слегка отличаются.

В этом разделе вы узнаете, как подготовить Python к работе и запустить программу Hello World в вашей системе. Сначала вы проверите, установлена ли поддержка Python в вашей системе, и если нет — установите ее. Затем вы установите простой текстовый редактор и сохраните пустой файл Python с именем hello_world.py. Наконец, вы запустите программу Hello World и устраните любые неполадки. Этот процесс будет описан для всех операционных систем, так что в итоге в вашем распоряжении появится простая и удобная среда программирования на Python.

Python в системе Linux

Системы семейства Linux ориентированы на программистов, поэтому поддержка Python уже установлена на большинстве компьютеров Linux. Люди, которые ­занимаются разработкой и сопровождением Linux, ожидают, что в какой-то момент вы займетесь программированием, и всячески способствуют этому. По этой причине для перехода к программированию вам почти ничего не придется устанавливать, а количество необходимых настроек будет минимальным.

Проверка версии Python

Откройте терминальное окно, запустив приложение Terminal в вашей системе (в Ubuntu нажмите клавиши Ctrl+Alt+T). Чтобы проверить, установлена ли поддержка Python в вашей системе, введите команду python (со строчной буквы p). На экране появится информация о том, какая версия Python у вас установлена, и приглашение >>>, в котором можно вводить команды Python:

$ python

Python 2.7.6 (default, Mar 22 2014, 22:59:38)

[GCC 4.8.2] on linux2

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

Этот вывод сообщает, что Python 2.7.6 в настоящее время является версией Python по умолчанию, установленной на данном компьютере. Нажмите Ctrl+D или введите exit(), чтобы выйти из приглашения Python и вернуться к приглашению терминала.

Чтобы проверить наличие Python 3, возможно, вам придется указать эту версию; итак, даже при том, что в качестве версии по умолчанию в выходных данных указан Python 2.7, попробуйте ввести команду python3:

$ python3

Python 3.5.0 (default, Sep 17 2015, 13:05:18)

[GCC 4.8.4] on linux

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

Из выходных данных видно, что в системе также установлена версия Python 3, так что вы сможете использовать любую из этих версий. Каждый раз, когда вы встречаете команду python в этой книге, вводите вместо нее команду python3. В большинстве дистрибутивов Linux поддержка Python уже установлена, но, если по какой-то причине в вашей системе ее нет или ваша система была укомплектована Python 2, а вы хотите установить Python 3, обращайтесь к приложению А.

Установка текстового редактора

Geany — простой и удобный текстовый редактор; он легко устанавливается, позволяет запускать практически любые программы прямо из редактора (вместо терминала) и использует цветовое выделение синтаксиса, а код выполняется в терминальном окне. В приложении Б приведена информация о других текстовых редакторах, но я рекомендую использовать Geany, если только у вас нет веских причин для работы в другом редакторе.

В большинстве систем Linux установка Geany выполняется одной строкой:

$ sudo apt-get install geany

Если команда не работает, обращайтесь к инструкциям по адресу http://geany.org/Download/ThirdPartyPackages/.

Запуск программы Hello World

Чтобы запустить свою первую программу, откройте Geany. Нажмите клавишу Super (она также часто называется клавишей Windows) и найдите Geany в вашей системе. Создайте ярлык, перетащив значок на панель задач или рабочий стол. Создайте папку для своих проектов и присвойте ей имя python_work. (В именах файлов и папок лучше использовать буквы нижнего регистра и символы подчеркивания, потому что это соответствует соглашениям об именах Python.) Вернитесь к Geany и сохраните пустой файл Python (File—>Save As) с именем hello_world.py в папке python_work. Расширение .py сообщает Geany, что файл содержит программу Python. Оно также подсказывает Geany, как следует запускать программу и как правильно выделить элементы синтаксиса.

После того как файл будет сохранен, введите следующую строку:

print("Hello Python world!")

Если в системе установлено несколько версий Python, проследите за тем, чтобы в Geany была настроена правильная версия. Откройте окно Build—>Set Build Commands. В окне приведены команды Compile и Execute, рядом с каждой из которых располагается команда. Geany предполагает, что правильной командой в каждом случае является python, но, если в системе должна использоваться команда python3, настройку необходимо изменить.

Если команда python3 работала в терминальном сеансе, измените команды Compile и Execute так, чтобы в Geany использовался интерпретатор Python 3. Команда Compile должна выглядеть так:

python3 -m py_compile "%f"

Команда должна быть введена точно в таком виде без малейших изменений. Проследите за правильностью регистра символов и расстановки пробелов.

Команда Execute должна выглядеть так:

python3 "%f"

И снова тщательно проверьте пробелы и регистр символов. На рис. 1.1 показано, как эти команды должны выглядеть в меню конфигурации Geany.

Теперь выполните программу hello_world.py: выберите команду меню Build—>Execute, щелкните на кнопке Execute (с шестеренками) или нажмите клавишу F5.

На экране появляется терминальное окно со следующим выводом:

Hello Python world!

------------------

(program exited with code: 0)

Press return to continue

Если вы не увидели это сообщение, проверьте каждый символ во введенной строке. Может, вы случайно набрали print с прописной буквы? Пропустили одну или обе

Рис. 1.1. Настройка Geany для использования Python 3 в Linux

кавычки или круглые скобки? В языках программирования используется предельно конкретный синтаксис, и при малейшем его нарушении произойдет ошибка. Если программа так и не заработала, обращайтесь к разделу «Решение проблем с установкой» на с. 28.

Запуск Python в терминальном сеансе

Для выполнения фрагментов кода Python можно открыть терминальное окно и ввести команду python или python3, как мы поступили при проверке версии. Сделайте то же самое, но на этот раз введите в терминальном сеансе следующую строку:

>>> print("Hello Python interpreter!")

Hello Python interpreter!

>>>

Сообщение выводится прямо в текущем терминальном окне. Вспомните, что интерпретатор Python закрывается комбинацией клавиш Ctrl+D или командой exit().

Python в системе OS X

В большинстве систем OS X поддержка Python уже установлена. Даже если вы уверены в том, что Python устанавливать не нужно, вам придется установить текстовый редактор и убедиться в том, что он правильно настроен.

Проверка наличия Python

Откройте терминальное окно (команда Applications—>Utilities—>Terminal). Также можно нажать Command+пробел, ввести terminal и нажать Enter. Чтобы проверить, установлена ли поддержка Python в вашей системе, введите команду python (со строчной буквы p). На экране появится информация о том, какая версия Python у вас установлена, и приглашение >>>, в котором можно вводить команды Python:

$ python

Python 2.7.5 (default, Mar 9 2014, 22:15:05)

[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 5.0 (clang-500.0.68)] on darwin

Type "help", "copyright", "credits", or "license" for more information.

>>>

Этот вывод сообщает, что Python 2.7.5 в настоящее время является версией Python по умолчанию, установленной на данном компьютере. Нажмите Ctrl+D или введите exit(), чтобы выйти из приглашения Python и вернуться к приглашению терминала.

Чтобы проверить наличие Python 3, попробуйте ввести команду python3. На экране может появиться сообщение об ошибке, но, если из вывода следует, что версия Python 3 в вашей системе установлена, вы сможете использовать ее без необходимости установки. Если команда python3 работает в вашей системе, каждый раз, когда вы встречаете команду python в этой книге, вводите вместо нее команду python3. Если по какой-то причине в вашей системе нет Python или ваша система была укомплектована Python 2, а вы хотите установить Python 3, обращайтесь к приложению А.

Запуск Python в терминальном сеансе

Для выполнения фрагментов кода Python можно открыть терминальное окно и ввести команду python или python3, как мы поступили при проверке версии. Сделайте то же самое, но на этот раз введите в терминальном сеансе следующую строку:

>>> print("Hello Python interpreter!")

Hello Python interpreter!

>>>

Сообщение выводится прямо в текущем терминальном окне. Вспомните, что интерпретатор Python закрывается комбинацией клавиш Ctrl+D или командой exit().

Установка текстового редактора

Sublime Text — простой и удобный текстовый редактор; он легко устанавливается в OS X, позволяет запускать практически любые программы прямо из редактора (вместо терминала) и использует цветовое выделение синтаксиса, а код выполняется в терминальном окне, встроенном в окно Sublime Text. В приложении Б приведена информация о других текстовых редакторах, но я рекомендую использовать Sublime Text, если только у вас нет веских причин для работы в другом редакторе.

Программу установки Sublime Text можно загрузить по адресу http://sublimetext.com/3. Щелкните на ссылке загрузки и найдите программу установки для OS X. Политика лицензирования Sublime Text более чем либеральна: вы можете бесплатно пользоваться редактором сколь угодно долго, но автор требует приобрести лицензию, если программа вам понравилась и вы собираетесь использовать ее в будущем. После того как программа установки будет загружена, откройте ее и перетащите значок Sublime Text в папку Applications.

Настройка Sublime Text для Python 3

Если для запуска терминального сеанса Python вместо python используется другая команда, вам придется настроить Sublime Text, чтобы программа знала, где найти правильную версию Python в вашей системе. Чтобы узнать полный путь к интерпретатору Python, введите следующую команду:

$ type -a python3

python3 is /usr/local/bin/python3

Теперь откройте Sublime Text и выберите команду Tools—>Build System—>New Build System. Команда открывает новый конфигурационный файл. Удалите его текущее содержимое и введите следующий код:

{

. ."cmd": ["/usr/local/bin/python3", "-u", "$file"],

}

Этот код приказывает Sublime Text использовать команду python3 вашей системы для запуска текущего открытого файла. Проследите за тем, чтобы в коде использовался путь, полученный при выполнении команды type -a python3 на предыдущем шаге. Сохраните файл с именем Python3.sublime-build в каталоге по умолчанию, который Sublime Text открывает при выполнении команды Save.

Запуск программы Hello World

Чтобы запустить свою первую программу, запустите Sublime Text — откройте папку Applications и сделайте двойной щелчок на значке Sublime Text. Также можно нажать Command+пробел и ввести sublime text в открывшейся панели поиска.

Создайте для своих проектов папку с именем python_work. (В именах файлов и папок лучше использовать буквы нижнего регистра и символы подчеркивания, потому что это соответствует соглашениям об именах Python.) Сохраните пустой файл Python (File—>Save As) с именем hello_world.py в папке python_work. Расширение .py сообщает Sublime Text, что файл содержит программу Python. Оно также подсказывает Sublime Text, как следует запускать программу и как правильно выделить элементы синтаксиса.

После того как файл будет сохранен, введите следующую строку:

print("Hello Python world!")

Если команда python работает в вашей системе, программу можно запустить ­командой меню Tools—>Build или комбинацией клавиш Ctrl+B. Если вы настроили Sublime Text на использование другой команды вместо python, выберите команду меню Tools—>Build System, а затем Python 3. Тем самым вы назначаете Python 3 версией Python по умолчанию, и в дальнейшем программы можно будет запускать командой Tools—>Build или комбинацией клавиш Command+B.

Терминальное окно должно отображаться в нижней части окна Sublime Text со следующим текстом:

Hello Python world!

[Finished in 0.1s]

Если вы не увидели это сообщение, проверьте каждый символ во введенной строке. Может, вы случайно набрали print с прописной буквы? Пропустили одну или обе кавычки или круглые скобки? В языках программирования используется предельно конкретный синтаксис, и при малейшем его нарушении произойдет ошибка. Если программа так и не заработала, обращайтесь к разделу «Решение проблем с установкой» на с. 28.

Python в системе Windows

Windows далеко не всегда включает поддержку Python. Скорее всего, вам придется загрузить и установить Python, а затем загрузить и установить текстовый редактор.

Установка Python

Для начала проверьте, установлена ли поддержка Python в вашей системе. ­Откройте окно командной строки: введите command в меню Пуск или щелкните на ­рабочем столе с нажатой клавишей Shift и выберите команду Open command window here. Введите в окне командной строки команду python в нижнем регистре.

Рис. 1.2. Не забудьте установить флажок Add Python to PATH

Если на экране появится приглашение >>>, значит, в системе установлена поддержка Python. Впрочем, скорее всего вместо приглашения появится сообщение об ошибке, в котором говорится, что команда python не опознана системой.

В таком случае загрузите программу установки Python для Windows. Откройте страницу http://python.org/downloads/. Вы увидите на ней две кнопки: для загрузки Python 3 и для загрузки Python 2. Щелкните на кнопке Python 3, которая запускает автоматическую загрузку правильного установочного пакета для вашей системы. После того как загрузка файла будет завершена, запустите программу установки. Не забудьте установить флажок Add Python to PATH — это упростит правильную настройку системы. На рис. 1.2 изображено окно мастера установки с активным флажком.

Запуск терминального сеанса

Настроить текстовый редактор будет несложно, если вы сначала подготовите систему к запуску Python в терминальном сеансе. Откройте окно командной строки и введите команду python в нижнем регистре. Если на экране появится приглашение Python (>>>), значит, система Windows обнаружила установленную версию Python:

C:\> python

Python 3.5.0 (v3.5.0:374f501f4567, Sep 13 2015, 22:15:05) [MSC v.1900 32 bit

(Intel)] on win32

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

Если команда сработала, переходите к следующему разделу «Запуск Python в терминальном сеансе».

Однако вывод может выглядеть и так:

C:\> python

'python' is not recognized as an internal or external command, operable

program or batch file.

В этом случае необходимо сообщить Windows, как найти свежеустановленную версию Python. Команда python в вашей системе обычно хранится на диске C; запустите Проводник Windows и откройте диск C. Найдите папку, имя которой начинается с Python, откройте ее и найдите файл python (в нижнем регистре). Например, на моем компьютере существует папка Python35, в которой находится файл с именем python, поэтому путь к команде python в вашей системе имеет вид C:\Python35\python. Если найти файл не удалось, введите строку python в поле поиска в Проводнике Windows — система поиска покажет, где именно хранится команда python в вашей системе.

Когда вы решите, что знаете путь к команде, проверьте его: введите этот путь в терминальном окне. Откройте окно командной строки и введите только что найденный полный путь:

C:\> C:\Python35\python

Python 3.5.0 (v3.5.0:374f501f4567, Sep 13 2015, 22:15:05) [MSC v.1900 32 bit

(Intel)] on win32

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

Если команда успешно работает, то вы знаете, как запустить Python в вашей системе.

Запуск Python в терминальном сеансе

Введите в терминальном сеансе следующую строку и убедитесь в том, что на экране появился вывод Hello Python world!:

>>> print("Hello Python world!")

Hello Python interpreter!

>>>

Каждый раз, когда вы захотите выполнить фрагмент кода Python, откройте окно командной строки и запустите терминальный сеанс Python. Чтобы закрыть терминальный сеанс, нажмите Ctrl+Z или введите команду exit().

Установка текстового редактора

Geany — простой и удобный текстовый редактор; он легко устанавливается, позволяет запускать практически любые программы прямо из редактора (вместо терминала) и использует цветовое выделение синтаксиса, а код выполняется в терминальном окне. В приложении Б приведена информация о других текстовых редакторах, но я рекомендую использовать Geany, если только у вас нет веских причин для работы в другом редакторе.

Программу установки Geany для Windows можно загрузить по адресу http://geany.org/. Щелкните в строке Releases меню Download и найдите пакет geany-1.25_setup.exe (или что-нибудь в этом роде). Запустите программу и подтвердите все значения по умолчанию.

Чтобы запустить свою первую программу, откройте Geany: нажмите клавишу Windows и найдите Geany в вашей системе. Создайте ярлык, перетащив значок на панель задач или рабочий стол. Создайте папку для своих проектов и присвойте ей имя python_work. (В именах файлов и папок лучше использовать буквы нижнего регистра и символы подчеркивания, потому что это соответствует соглашениям об именах Python.) Вернитесь к Geany и сохраните пустой файл Python (File—>Save As) с именем hello_world.py в папке python_work. Расширение .py сообщает Geany, что файл содержит программу Python. Оно также подсказывает Geany, как следует запускать программу и как правильно выделить элементы синтаксиса.

После того как файл будет сохранен, введите следующую строку:

print("Hello Python world!")

Если команда python успешно сработала в вашей системе, то дополнительная настройка Geany не нужна; пропустите следующий раздел и переходите к разделу «Запуск программы Hello World» на с. 28. Если для запуска интерпретатора Python пришлось вводить полный путь вида C:\Python35\python, выполните инструкции по настройке Geany для вашей системы, приведенные в следующем разделе.

Настройка Geany

Чтобы настроить Geany для работы с Python, откройте окно Build—>Set Build Commands. В окне приведены команды Compile и Execute, рядом с каждой из которых располагается команда. Команды Compile и Execute начинаются с команды python, записанной символами нижнего регистра, но Geany не знает, где в вашей системе находится исполняемый файл python. К команде нужно добавить путь, который вы ввели в окне командной строки.

Добавьте в начало команд Compile и Execute диск и путь к папке, в которой находится файл. Команда Compile должна выглядеть примерно так:

C:\Python35\python -m py_compile "%f"

Возможно, в вашей системе путь будет выглядеть немного иначе; проследите за правильностью регистра символов и расстановки пробелов.

Рис. 1.3. Настройка Geany для использования Python 3 в Windows

Команда Execute должна выглядеть примерно так:

C:\Python35\python "%f"

И снова внимательно проверьте пробелы и регистр символов. На рис. 1.3 показано, как эти команды должны выглядеть в меню конфигурации Geany.

Завершив настройку команд, нажмите кнопку OK.

Запуск программы Hello World

Все должно быть готово для успешного выполнения программы. Запустите программу hello_world.py: выберите команду меню Build—>Execute, щелкните на кнопке Execute (с шестеренками) или нажмите клавишу F5. На экране появляется терминальное окно со следующим выводом:

Hello Python world!

------------------

(program exited with code: 0)

Press return to continue

Если вы не увидели это сообщение, проверьте каждый символ во введенной строке. Может, вы случайно набрали print с прописной буквы? Пропустили одну или обе кавычки или круглые скобки? В языках программирования используется предельно конкретный синтаксис, и при малейшем его нарушении произойдет ошибка. Если программа так и не заработала, возможно, следующий раздел поможет вам в этом.

Решение проблем с установкой

Хочется надеяться, что вы успешно настроили среду разработки на своем компьютере. Но если вам так и не удалось запустить программу hello_world.py, возможно, вам помогут следующие полезные советы.

• Если программа содержит серьезную ошибку, Python выводит данные трассировки. Python анализирует содержимое файла и пытается составить отчет о проблеме. Возможно, трассировка подскажет, что именно мешает выполнению программы.

• Отойдите от компьютера, отдохните и попробуйте снова. Помните, что синтаксис в программировании очень важен: даже пропущенное двоеточие, неверно расположенная кавычка или непарная скобка могут помешать нормальной работе программы. Перечитайте соответствующие части главы, еще раз проанализируйте, что было сделано, и попробуйте найти ошибку.

• Начните заново. Вероятно, ничего переустанавливать не придется, но хотя бы попробуйте удалить файл hello_world.py и создать его «с нуля».

• Попросите кого-нибудь повторить действия, описанные в этой главе, на вашем (или на другом) компьютере. Внимательно понаблюдайте за происходящим. Возможно, вы упустили какую-нибудь мелочь, которую заметят другие.

• Найдите специалиста, хорошо знающего Python, и попросите его помочь. Вполне может оказаться, что такой специалист есть среди ваших знакомых.

• Инструкции по настройке среды программирования, приведенные в этой главе, также доступны по адресу https://www.nostarch.com/pythoncrashcourse/. Возможно, сетевая версия будет для вас более удобной.

• Обратитесь за помощью в Интернет. В приложении В перечислены некоторые ресурсы (форумы, чаты и т.д.), где вы сможете проконсультироваться у людей, уже сталкивавшихся с вашей проблемой.

Не стесняйтесь обращаться к опытным программистам. Любой программист в какой-то момент своей жизни заходил в тупик; многие программисты охотно помогут вам правильно настроить вашу систему. Если вы сможете четко объяснить, что вы хотите сделать, что уже пытались и какие результаты получили, скорее всего, кто-нибудь вам поможет. Как упоминалось во введении, сообщество Python доброжелательно относится к новичкам.

Python должен нормально работать на любом современном компьютере, и если у вас все же возникли проблемы — обращайтесь за помощью. На первых порах проблемы могут быть весьма неприятными, но с ними стоит разобраться. Когда программа hello_world.py заработает, вы сможете приступить к изучению Python, а ваша работа станет намного более интересной и принесет больше удовольствия.

Запуск программ Python в терминале

Большинство программ, написанных вами в текстовом редакторе, ­будут запускаться прямо из редактора. Тем не менее иногда бывает полезно запускать программы из терминала — например, если вы хотите просто выполнить готовую программу, не открывая ее для редактирования.

Это можно сделать в любой системе с установленной поддержкой Python; необходимо лишь знать путь к каталогу, в котором хранится файл программы. Приведенные ниже примеры предполагают, что вы сохранили файл hello_world.py в папке python_work на рабочем столе.

В Linux и OS X

Запуск программы Python в терминальном сеансе в системах Linux и OS X осуществляется одинаково. Команда cd (Change Directory) используется для перемещения по файловой системе в терминальном сеансе. Команда ls (LiSt) выводит список всех не-скрытых файлов в текущем каталоге. Откройте новое терминальное окно и введите следующие команды для запуска программы hello_world.py:

(1) ~$ cd Desktop/python_work/

(2)~/Desktop/python_work$ ls

. .hello_world.py

(3)~/Desktop/python_work$ python hello_world.py

. .Hello Python world!

Команда cd используется для перехода к папке python_work, находящейся в ­папке Desktop (1) . Затем команда ls проверяет, что файл hello_world.py действительно ­находится в этой папке (2). Далее файл запускается командой python hello_world.py (3).

Как видите, все просто. По сути вы просто используете команду python (или python3) для запуска программ Python.

В Windows

Команда cd (Change Directory) используется для перемещения по файловой системе в окне командной строки. Команда dir (DIRectory) выводит список всех файлов в текущем каталоге.

Откройте новое терминальное окно и введите следующие команды для запуска программы hello_world.py:

(1) C:\> cd Desktop\python_work

(2)C:\Desktop\python_work> dir

. .hello_world.py

(3)C:\Desktop\python_work> python hello_world.py

. .Hello Python world!

Команда cd используется для перехода к папке python_work, находящейся в папке Desktop (1) . Затем команда dir проверяет, что файл hello_world.py действительно находится в этой папке (2). Далее файл запускается командой python hello_world.py (3).

Если вы еще не настроили свою систему для использования простой команды python, возможно, вам придется использовать более длинную версию этой команды:

C:\$ cd Desktop\python_work

C:\Desktop\python_work$ dir

hello_world.py

C:\Desktop\python_work$ C:\Python35\python hello_world.py

Hello Python world!

В основном ваши программы будут нормально запускаться прямо из редактора. Со временем ваша работа станет более сложной, и может оказаться, что какие-то программы придется запускать в режиме терминала.

Упражнения

Упражнения этой главы в основном направлены на самостоятельный поиск информации. Начиная с главы 2, упражнения будут ориентированы на решение задач по изложенному материалу.

1-1. Python.org: изучите домашнюю страницу Python (http://python.org/) и найдите темы, которые вас заинтересуют. Со временем вы лучше узнаете Python, и другие разделы этого сайта покажутся вам более полезными.

1-2. Опечатки в Hello World: откройте только что созданный файл hello_world.py. Сделайте где-нибудь намеренную опечатку и снова запустите программу. Удастся ли вам сделать опечатку, которая приводит к ошибке? Поймете ли вы смысл сообщения об ошибке? Удастся ли вам сделать опечатку, которая не приводит к ошибке? Как вы думаете, почему на этот раз выполнение обходится без ­ошибки?

1-3. Бесконечное мастерство: если бы вы были программистом с неограниченными возможностями, за какой проект вы бы взялись? Вы сейчас учитесь программировать. Если у вас имеется ясное представление о конечной цели, вы сможете немедленно применить свои новые навыки на практике; попробуйте набросать общие описания тех программ, над которыми вам хотелось бы поработать. Заведите «блокнот идей», к которому вы сможете обращаться каждый раз, когда вы собираетесь начать новый проект. Выделите пару минут и составьте описания трех программ, которые вам хотелось бы создать.

Итоги

В этой главе вы познакомились с языком Python и установили поддержку Python в своей системе, если это было необходимо. Также вы установили текстовый редактор, упрощающий работу над кодом Python. Вы научились выполнять фрагменты кода Python в терминальном сеансе и запустили свою первую настоящую программу hello_world.py. Скорее всего, попутно вы кое-что узнали о поиске и исправлении ошибок.

В следующей главе рассматриваются структуры данных, с которыми вы будете работать в программах Python. Кроме того, вы научитесь пользоваться переменными Python.

2. Переменные и простые типы данных

В этой главе представлены разные виды данных, с которыми вы будете работать в своих программах Python. Вы также научитесь хранить данные в переменных и использовать эти переменные в программах.

Что происходит при запуске hello_world.py

Давайте повнимательнее разберемся с тем, что же делает Python при запуске hello_world.py. Оказывается, даже для такой простой программы Python проделывает достаточно серьезную работу:

hello_world.py

print("Hello Python world!")

При выполнении этого кода выводится следующий текст:

Hello Python world!

Суффикс .py в имени файла hello_world.py указывает, что файл является программой Python. Редактор запускает файл в интерпретаторе Python, который читает программу и определяет, что означает каждое слово в программе. Например, когда интерпретатор обнаруживает слово print, он выводит на экран текст, заключенный в скобки.

Во время написания программы редактор выделяет цветом разные части программы. Например, он понимает, что print является именем функции, и выводит это слово синим шрифтом. С другой стороны, “Hello Python world!” не является кодом Python, поэтому этот текст выделяется оранжевым цветом. Этот механизм, называемый цветовым выделением синтаксиса, очень вам пригодится, когда вы возьметесь за самостоятельное программирование.

Переменные

Попробуем использовать переменную в программе hello_world.py. Добавьте новую строку в начало файла и измените вторую строку:

message = "Hello Python world!"

print(message)

Запустите программу и посмотрите, что получится. Программа выводит уже знакомый результат:

Hello Python world!

В программу добавилась переменная с именем message. В каждой переменной хранится значение, то есть данные, связанные с переменной. В данном случае значением является текст “Hello Python world!”.

Добавление переменной немного усложняет задачу интерпретатора Python. Во время обработки первой строки он связывает текст “Hello Python world!” с переменной message. А когда интерпретатор доберется до второй строки, он выводит на экран значение, связанное с именем message.

Давайте немного расширим эту программу hello_world.py, чтобы она выводила второе сообщение. Добавьте в hello_world.py пустую строку, а после нее еще две строки кода:

message = "Hello Python world!"

print(message)

message = "Hello Python Crash Course world!"

print(message)

Теперь при выполнении hello_world.py на экране должны появляться две строки:

Hello Python world!

Hello Python Crash Course world!

Вы можете в любой момент изменить значение переменной в своей программе; Python всегда отслеживает его текущее состояние.

Выбор имен и использование переменных

При работе с переменными в языке Python необходимо соблюдать некоторые правила и рекомендации. Нарушение правил приведет к ошибке; рекомендации всего лишь помогают писать более понятный и удобочитаемый код. Работая с переменными, помните о следующем.

• Имена переменных могут состоять только из букв, цифр и символов подчеркивания. Они могут начинаться с буквы или символа подчеркивания, но не с цифры. Например, переменной можно присвоить имя message_1, но не 1_message.

• Пробелы в именах переменных запрещены, а для разделения слов в именах переменных используются символы подчеркивания. Например, имя greeting_message допустимо, а имя greeting message вызовет ошибку.

• Не используйте имена функций и ключевые слова Python в качестве имен переменных; иначе говоря, не используйте слова, которые зарезервированы в Python для конкретной цели, например слово print (см. раздел «Ключевые слова и встроенные функции Python», с. <469>).

• Имена переменных должны быть короткими, но содержательными. Например, имя name лучше n, имя student_name лучше s_n, а имя name_length лучше length_of_persons_name.

• Будьте внимательны при использовании строчной буквы l и прописной буквы O, потому что они похожи на цифры 1 и 0.

Вероятно, вы не сразу научитесь создавать хорошие имена переменных, особенно когда ваши программы станут более сложными и интересными. Но когда вы начнете писать свои программы и читать код, написанный другими разработчиками, ваши имена переменных станут более содержательными.

примечание

Пока ограничьтесь именами переменных, записанными в нижнем регистре. Использование символов верхнего регистра не приведет к ошибке, и все же пока лучше обойтись без них.

Предотвращение ошибок в именах при использовании переменных

Каждый программист совершает ошибки, а большинство программистов ошибается ежедневно. И хотя даже опытный программист не застрахован от ошибок, он знает, как эффективно реагировать на них. Рассмотрим типичную ошибку, которую вы довольно часто будете совершать на первых порах, и выясним, как ее исправить.

Для начала напишем код с намеренно внесенной ошибкой. Введите следующий фрагмент (неправильно написанное слово mesage выделено жирным шрифтом):

message = "Hello Python Crash Course reader!"

print(mesage)

Когда в программе происходит ошибка, интерпретатор Python всеми силами старается помочь вам в поиске причины. Если программа не выполняется нормально, интерпретатор предоставляет данные трассировки — информацию о том, в каком месте кода находился интерпретатор при возникновении проблем. Ниже приведен пример трассировки, которую выдает Python после случайной опечатки в имени переменной:

Traceback (most recent call last):

(1) File "hello_world.py", line 2, in <module>

(2) . . print(mesage)

(3) NameError: name 'mesage' is not defined

Строка (1) сообщает, что ошибка произошла в строке 2 файла hello_world.py. Интерпретатор выводит номер строки, чтобы вам было проще найти ошибку (2), и сообщает тип обнаруженной ошибки (3). В данном случае была обнаружена ошибка в имени: переменная с указанным именем (mesage) не определена. Другими словами, Python не распознает имя переменной. Обычно такие ошибки возникают в том случае, если вы забыли присвоить значение переменной перед ее использованием или ошиблись при вводе имени.

Конечно, в данном примере в имени переменной во второй строке пропущена буква s. Интерпретатор Python не проверяет код на наличие опечаток, но следит за тем, чтобы имена переменных записывались одинаково. Например, вот что происходит, если имя message будет неправильно записано еще в одном месте кода:

mesage = "Hello Python Crash Course reader!"

print(mesage)

На этот раз программа выполняется успешно!

Hello Python Crash Course reader!

Компьютеры не отличаются гибкостью, но орфография их совершенно не волнует. Как следствие, вам не нужно следить за тем, чтобы в именах переменных идеально соблюдались правила орфографии английского языка.

Многие ошибки программирования сводятся к простым опечаткам – случайной замене одного символа в одной строке программы. Если вы потратили много времени на поиск одной из таких ошибок, знайте, что вы не одиноки. Многие опытные и талантливые программисты тратят долгие часы на поиск подобных мелких ошибок. Нечто подобное будет часто происходить в ходе вашей работы – поэтому просто посмейтесь и идите дальше.

примечание

Как лучше всего освоить новые концепции программирования? Попытайтесь использовать их в своей программе. Если в ходе работы над упражнением вы зайдете в тупик, попробуйте на какое-то время заняться чем-нибудь другим. Если это не поможет, перечитайте соответствующую часть этой главы. Если и это не помогло, обращайтесь к рекомендациям из приложения В.

Упражнения

Напишите отдельную программу для выполнения каждого из следующих упражнений. Сохраните каждую программу в файле, имя которого подчиняется стандартным правилам Python по использованию строчных букв и символов подчеркивания – например, simple_message.py и simple_messages.py.

2-1. Простое сообщение: сохраните текстовое сообщение в переменной и выведите его на экран.

2-2. Простые сообщения: сохраните сообщение в переменной и выведите это сообщение. Затем замените значение переменной другим сообщением и выведите новое сообщение.

Строки

Так как многие программы определяют и собирают некие данные, а затем делают с ними что-то полезное, желательно выделить основные разновидности данных. Начнем со строковых данных. На первый взгляд строки достаточно просты, но с ними можно работать многими разными способами.

Строка представляет собой простую последовательность символов. Любая последовательность символов, заключенная в кавычки, в Python считается строкой; при этом строки могут быть заключены как в одиночные, так и в двойные кавычки:

"This is a string."

'This is also a string.'

Это правило позволяет использовать внутренние кавычки и апострофы в строках:

'I told my friend, "Python is my favorite language!"'

"The language 'Python' is named after Monty Python, not the snake."

"One of Python's strengths is its diverse and supportive community."

Рассмотрим некоторые типичные операции со строками.

Изменение регистра символов в строках

Одна из простейших операций, выполняемых со строками, – изменение регистра символов. Взгляните на следующий фрагмент кода и попробуйте определить, что в нем происходит:

name.py

name = "ada lovelace"

print(name.title())

Сохраните файл с именем name.py и запустите его. Вывод программы должен выглядеть так:

Ada Lovelace

В этом примере в переменной name сохраняется строка, состоящая из букв нижнего регистра "ada lovelace". За именем переменной в команде print() следует вызов метода title(). Метод представляет собой действие, которое Python выполняет с данными. Точка (.) после name в конструкции name.title() приказывает Python применить метод title() к переменной name. За именем метода всегда следует пара круглых скобок, потому что методам для выполнения их работы часто требуется дополнительная информация. Эта информация указывается в скобках. Функции title() дополнительная информация не нужна, поэтому в круглых скобках ничего нет.

Метод title() преобразует первый символ каждого слова в строке к верхнему регистру, тогда как все остальные символы выводятся в нижнем регистре. Например, данная возможность может быть полезна, если в вашей программе входные значения Ada, ADA и ada должны рассматриваться как одно и то же имя, и все они должны отображаться в виде Ada.

Для работы с регистром также существуют другие полезные методы. Например, все символы строки можно преобразовать к верхнему или нижнему регистру:

name = "Ada Lovelace"

print(name.upper())

print(name.lower())

Программа выводит следующий результат:

ADA LOVELACE

ada lovelace

Метод lower() особенно полезен для хранения данных. Нередко программист не может рассчитывать на то, что пользователи введут все данные с точным соблюдением регистра, поэтому строки перед сохранением преобразуются к нижнему регистру. Затем, когда потребуется вывести информацию, используется регистр, наиболее подходящий для каждой строки.

Конкатенация

Также часто возникает необходимость в объединении строк. Представьте, что имя и фамилия хранятся в разных переменных и вы хотите объединить их для вывода полного имени:

first_name = "ada"

last_name = "lovelace"

(1) full_name = first_name + " " + last_name

print(full_name)

Для объединения строк в Python используется знак «плюс» (+). В приведенном примере полное имя строится объединением first_name, пробел и last_name (1) :

ada lovelace

Такой способ объединения строк называется конкатенацией. Вы можете использовать конкатенацию для построения сложных сообщений с информацией, хранящейся в переменных. Рассмотрим пример:

first_name = "ada"

last_name = "lovelace"

full_name = first_name + " " + last_name

(1) print("Hello, " + full_name.title() + "!")

Полное имя используется в точке (1) для вывода приветственного сообщения, а метод title() обеспечивает правильное форматирование имени. Этот фрагмент возвращает простое, хорошо отформатированное сообщение:

Hello, Ada Lovelace!

Конкатенацией также можно воспользоваться для построения сообщения, которое затем сохраняется в переменной:

first_name = "ada"

last_name = "lovelace"

full_name = first_name + " " + last_name

(1) message = "Hello, " + full_name.title() + "!"

(2) print(message)

Этот код также выводит сообщение “Hello, Ada Lovelace!”, но сохранение текста сообщения в переменной (1) существенно упрощает завершающую команду ­печати (2).

Табуляции и разрывы строк

В программировании термином «пропуск» (whitespace) называются такие непечатаемые символы, как пробелы, табуляции и символы конца строки. Пропуски структурируют текст, чтобы пользователю было удобнее читать его.

Для включения в текст позиции табуляции используется комбинация символов \t, как в точке (1) :

>>> print("Python")

Python

(1) >>> print("\tPython")

. .Python

Разрывы строк добавляются с помощью комбинации символов \n:

>>> print("Languages:\nPython\nC\nJavaScript")

Languages:

Python

C

JavaScript

Табуляции и разрывы строк могут сочетаться в тексте. Скажем, последовательность "\n\t" приказывает Python начать текст с новой строки, в начале которой располагается табуляция.

Следующий пример демонстрирует вывод одного сообщения с разбиением на ­четыре строки:

>>> print("Languages:\n\tPython\n\tC\n\tJavaScript")

Languages:

. .Python

. .C

. .JavaScript

Разрывы строк и табуляции часто встречаются в двух следующих главах, когда наши программы начнут выводить относительно длинный текст.

Удаление пропусков

Лишние пропуски могут вызвать путаницу в программах. Для программиста строки 'python' и 'python ' внешне неотличимы, но для программы это совершенно разные строки. Python видит лишний пробел в 'python ' и считает, что он действительно важен — до тех пор, пока вы не сообщите о противоположном.

Обращайте внимание на пропуски, потому что в программах часто приходится сравнивать строки, чтобы проверить на совпадение их содержимое. Типичный пример — проверка имен пользователей при входе на сайт. Лишние пропуски могут создавать путаницу и в более простых ситуациях. К счастью, Python позволяет легко удалить лишние пропуски из данных, введенных пользователем.

Python может искать лишние пропуски у левого и правого края строки. Чтобы убедиться в том, что у правого края (в конце) строки нет пропусков, вызовите метод rstrip().

(1) >>> favorite_language = 'python '

(2)>>> favorite_language

'python '

(3)>>> favorite_language.rstrip()

'python'

(4)>>> favorite_language

'python '

Значение, хранящееся в переменной favorite_language в точке (1) , содержит лишние пропуски в конце строки. Когда вы приказываете Python вывести это значение в терминальном сеансе, вы видите пробел в конце значения (2). Когда метод rstrip() работает с переменной favorite_language в точке (3), этот лишний пробел удаляется. Впрочем, удаление лишь временное: если снова запросить значение favorite_language, мы видим, что строка не отличается от исходной, включая лишний пропуск (4).

Чтобы навсегда исключить пропуск из строки, следует записать усеченное значение обратно в переменную:

>>> favorite_language = 'python '

(1) >>> favorite_language = favorite_language.rstrip()

>>> favorite_language

'python'

Сначала пропуски удаляются в конце строки, а потом значение записывается в исходную переменную (1) . Операция изменения значения переменной с последующим его сохранением в исходной переменной часто выполняется в программировании. Так значение переменной может изменяться в ходе выполнения программы или в ответ на действия пользователя.

Пропуски также можно удалить у левого края (в начале) строки при помощи метода lstrip(), а метод strip() удаляет пропуски с обоих концов:

(1) >>> favorite_language = ' python '

(2)>>> favorite_language.rstrip()

' python'

(3)>>> favorite_language.lstrip()

'python '

(4) >>> favorite_language.strip()

'python'

В этом примере исходное значение содержит пропуски в начале и в конце (1) . Затем пропуски удаляются у правого края (2), у левого края (3) и с обоих концов строки (4). Поэкспериментируйте с функциями удаления пропусков, это поможет вам освоиться с работой со строками. На практике эти функции чаще всего применяются для «очистки» пользовательского ввода перед его сохранением в программе.

Предотвращение синтаксических ошибок в строках

Синтаксические ошибки встречаются в программах более или менее регулярно. Синтаксическая ошибка происходит тогда, когда Python не распознает часть вашей программы как действительный код Python. Например, если заключить апостроф в одиночные кавычки, случится ошибка. Это происходит из-за того, что Python интерпретирует все символы от первой одиночной кавычки до апострофа как строку. После этого Python пытается интерпретировать остаток текста строки как код Python, что порождает ошибки.

Разберемся, как же правильно использовать одиночные или двойные кавычки. Сохраните следующую программу в файле apostrophe.py и запустите ее:

apostrophe.py

message = "One of Python's strengths is its diverse community."

print(message)

Апостроф находится в строке, заключенной в двойные кавычки, так что у интерпретатора Python не возникает проблем с правильной интерпретацией следующей строки:

One of Python's strengths is its diverse community.

Однако при использовании одиночных кавычек Python не сможет определить, где должна заканчиваться строка:

message = 'One of Python's strengths is its diverse community.'

print(message)

Программа выводит следующий результат:

. File "apostrophe.py", line 1

. .message = 'One of Python's strengths is its diverse community.'

. . . . . . . . . . . . . .^ (1)

SyntaxError: invalid syntax

Из выходных данных видно, что ошибка происходит в позиции (1) сразу же после второй одиночной кавычки. Эта синтаксическая ошибка указывает, что интерпретатор не распознает какую-то конструкцию как действительный код Python. Ошибки могут возникать по разным причинам; я буду выделять наиболее распространенные источники по мере того, как они будут встречаться нам.

Синтаксические ошибки будут часто досаждать вам, пока вы учитесь писать правильный код Python. Кроме того, ошибки этой категории также являются наиболее расплывчатыми и неконкретными, поэтому их особенно трудно находить и исправлять. Если вы зайдете в тупик из-за особенно коварной ошибки, обращайтесь к рекомендациям в приложении В.

примечание

Функция цветового выделения синтаксиса ускоряет выявление некоторых синтаксических ошибок прямо во время написания программы. Если вы увидите, что код Python выделяется как обычный текст (или обычный текст выделяется как код Python), скорее всего, в вашем файле где-то пропущена кавычка.

Вывод в Python 2

В Python 2 команда print имеет немного иной синтаксис:

>>> python2.7

>>> print "Hello Python 2.7 world!"

Hello Python 2.7 world!

В Python 2 выводимый текст не обязательно заключать в круглые скобки. Формально в Python 3 print является функцией, поэтому круглые скобки обязательны. Некоторые команды print в Python 2 содержат круглые скобки, однако их поведение несколько отличается от того, что вы видите в Python 3. Когда вы смотрите на код, написанный на Python 2, с большой вероятностью в одних командах print будут присутствовать круглые скобки, а в других круглых скобок не будет.

Упражнения

Сохраните код каждого из следующих упражнений в отдельном файле с именем name_cases.py. Если у вас возникнут проблемы, сделайте перерыв или обратитесь к рекомендациям в приложении В.

2-3. Личное сообщение: сохраните имя пользователя в переменной и выведите сообщение, предназначенное для конкретного человека. Сообщение должно быть простым, например: “Hello Eric, would you like to learn some Python today?”

2-4. Регистр символов в именах: сохраните имя пользователя в переменной и выведите его в нижнем регистре, в верхнем регистре и с капитализацией начальных букв каждого слова.

2-5. Знаменитая цитата: найдите известное высказывание, которое вам понравилось. Выведите текст цитаты с именем автора. Результат должен выглядеть примерно так (включая кавычки):

Albert Einstein once said, "A person who never made a

mistake never tried anything new."

2-6. Знаменитая цитата 2: повторите упражнение 2-5, но на этот раз сохраните имя автора цитаты в переменной famous_person. Затем составьте сообщение и сохраните его в новой переменной с именем message. Выведите свое сообщение.

2-7. Удаление пропусков: сохраните имя пользователя в переменной. Добавьте в начале и в конце имени несколько пропусков. Проследите за тем, чтобы каждая служебная последовательность , “\t” и “\n”, встречалась по крайней мере один раз.

Выведите имя, чтобы были видны пропуски в начале и конце строки. Затем выведите его снова с использованием каждой из функций удаления пропусков: lstrip(), rstrip() и strip().

Числа

Числа очень часто применяются в программировании для ведения счета в играх, представления данных в визуализациях, хранения информации в веб-приложениях и т.д. В Python числовые данные делятся на несколько категорий по способу их использования. Для начала посмотрим, как Python работает с целыми числами, потому что с ними возникает меньше всего проблем.

Целые числа

В Python с целыми числами можно выполнять операции сложения (+), вычитания (-), умножения (*) и деления(/).

>>> 2 + 3

5

>>> 3 - 2

1

>>> 2 * 3

6

>>> 3 / 2

1.5

В терминальном сеансе Python просто возвращает результат операции. Для представления операции возведения в степень в Python используется сдвоенный знак умножения:

>>> 3 ** 2

9

>>> 3 ** 3

27

>>> 10 ** 6

1000000

В Python также существует определенный порядок операций, что позволяет использовать несколько операций в одном выражении. Круглые скобки используются для изменения порядка операций, чтобы выражение могло вычисляться в нужном порядке. Пример:

>>> 2 + 3*4

14

>>> (2 + 3) * 4

20

Пробелы в этих примерах не влияют на то, как Python вычисляет выражения; они просто помогают быстрее найти приоритетные операции при чтении кода.

Вещественные числа

В Python числа, имеющие дробную часть, называются вещественными (или «числами с плавающей точкой»). Обычно разработчик может просто пользоваться дробными значениями, не особенно задумываясь об их поведении. Просто введите нужные числа, а Python скорее всего сделает именно то, что вы от него хотите:

>>> 0.1 + 0.1

0.2

>>> 0.2 + 0.2

0.4

>>> 2 * 0.1

0.2

>>> 2 * 0.2

0.4

Однако в некоторых ситуациях вдруг оказывается, что результат содержит неожиданно большое количество разрядов в дробной части:

>>> 0.2 + 0.1

0.30000000000000004

>>> 3 * 0.1

0.30000000000000004

Нечто подобное может произойти в любом языке; для беспокойства нет причин. Python пытается подобрать как можно более точное представление результата, что иногда бывает нелегко из-за особенностей внутреннего представления чисел в компьютерах. Пока просто не обращайте внимания на «лишние» разряды; вы ­узнаете, как поступать в подобных ситуациях, когда эта проблема станет актуальной для вас в проектах части II.

Предотвращение ошибок типов с использованием функции str()

Часто значение переменной должно использоваться внутри сообщения. Допустим, вы хотите поздравить пользователя с днем рождения. И вы написали для этого следующий код:

birthday.py

age = 23

message = "Happy " + age + "rd Birthday!"

print(message)

Казалось бы, программа должна вывести простое приветствие: Happy 23rd birthday! Но, если запустить ее, появляется сообщение об ошибке:

Traceback (most recent call last):

File "birthday.py", line 2, in <module>

. .message = "Happy " + age + "rd Birthday!"

(1) TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

На этот раз произошла ошибка типа. Это означает, что Python не понимает, какую информацию вы используете. В данном примере Python видит, что в точке (1) используется переменная с целочисленным значением (int), но не знает, как следует интерпретировать это значение. Дело в том, что переменная может представлять как число 23, так и пару отдельных символов 2 и 3. При таком использовании целых чисел в строках необходимо явно указать, что целое число должно использоваться как строка из символов. Для этого переменная передается функции str(), преобразующей не-строковые значения к строковому виду:

age = 23

message = "Happy " + str(age) + "rd Birthday!"

print(message)

Теперь Python понимает, что вы хотите преобразовать числовое значение 23 в строку и вывести символы 2 и 3 в составе поздравления. Ожидаемый результат выводится без всяких ошибок:

Happy 23rd Birthday!

В большинстве случаев работа с числами в Python проходит достаточно тривиально. Если вы получаете неожиданные результаты, проверьте, правильно ли Python интерпретирует числовые данные – как числовое значение или как строку.

Целые числа в Python 2

При делении целых чисел Python 2 возвращает несколько иной результат:

>>> python2.7

>>> 3 / 2

1

Вместо 1.5 Python возвращает 1. Результатом деления целых чисел в Python 2 становится целое число с потерей остатка. Обратите внимание: результат не округ­ляется, просто остаток от деления пропадает.

Чтобы избежать этого поведения в Python 2, проследите за тем, чтобы хотя бы одно из двух чисел было вещественным. В этом случае результат также будет вещественным:

>>> 3 / 2

1

>>> 3.0 / 2

1.5

>>> 3 / 2.0

1.5

>>> 3.0 / 2.0

1.5

Такое поведение при делении часто приводит к недоразумениям, когда люди, привыкшие работать с Python 3, начинают использовать Python 2, или наоборот. Если вы используете или пишете код, в котором смешиваются целые и вещественные числа, будьте внимательны.

Упражнения

2-8. Число 8: напишите операции сложения, вычитания, умножения и деления, результатом которых является число 8. Не забудьте заключить операции в команды print, чтобы проверить результат. Вы должны написать четыре строки кода, которые выглядят примерно так:

print(5 + 3)

Результатом должны быть четыре строки, в каждой из которых выводится ­число 8.

2-9. Любимое число: сохраните свое любимое число в переменной. Затем при помощи переменной создайте сообщение для вывода этого числа. Выведите это сообщение.

Комментарии

Комментарии чрезвычайно полезны в любом языке программирования. До сих пор ваши программы состояли только из кода Python. По мере роста объема и сложности кода в программы следует добавлять комментарии, описывающие общий подход к решаемой задаче, — своего рода заметки, написанные на понятном языке.

Как создаются комментарии?

В языке Python признаком комментария является символ «решетка» (#). Интерпретатор Python игнорирует все символы, следующие в коде после # до конца строки. Пример:

comment.py

# Say hello to everyone.

print("Hello Python people!")

Python игнорирует первую строку и выполняет вторую.

Hello Python people!

Какие комментарии следует писать?

Комментарии пишутся прежде всего для того, чтобы объяснить, что должен делать ваш код и как он работает. В ходе работы над проектом вы понимаете, как работают все его компоненты. Но, если вернуться к проекту спустя некоторое время, скорее всего, некоторые подробности будут забыты. Конечно, всегда можно изучить код и разобраться в том, как должны работать его части, но хорошие комментарии с доступным изложением общих принципов работы кода сэкономят немало времени.

Если вы хотите стать профессиональным программистом или участвовать в совместной работе с другими программистами, научитесь писать осмысленные комментарии. В наши дни почти все программы разрабатываются коллективно в группах — либо группами работников одной компании, либо группами энтузиастов, совместно работающих над проектом с открытым кодом. Опытные программисты ожидают увидеть комментарии в коде, поэтому лучше привыкайте добавлять содержательные комментарии прямо сейчас. Написание простых, лаконичных комментариев – одна из самых полезных привычек, необходимых начинающему программисту.

Принимая решение о том, нужно ли писать комментарий или нет, спросите себя, пришлось ли вам перебрать несколько вариантов в поисках разумного решения для некоторой задачи; если ответ будет положительным, напишите комментарий по поводу вашего решения. Удалить лишние комментарии позднее намного проще, чем возвращаться и добавлять комментарии в программу. С этого момента я буду использовать комментарии в примерах для пояснения смысла некоторых частей кода.

Упражнения

2-10. Добавление комментариев: выберите две программы из написанных вами и добавьте в каждую хотя бы один комментарий. Если вы не найдете, что написать в комментариях, потому что программы были слишком просты, добавьте свое имя и текущую дату в начало кода. Затем добавьте одно предложение с описанием того, что делает программа.

Философия Python

Долгое время язык программирования Perl был краеугольным камнем интернет-программирования. На первых порах функционирование многих интерактивных сайтов было основано на сценариях Perl. В то время сообщество Perl руководствовалось девизом: «Это можно сделать несколькими способами». Какое-то время разработчикам нравился такой подход, потому что гибкость, присущая языку, позволяла решать многие задачи разными способами. Подобный подход был допустим при работе над собственными проектами, но со временем стало ясно, что чрезмерная гибкость усложняет долгосрочное сопровождение крупных проектов. Было слишком трудно, утомительно и долго разбираться в коде и пытаться понять, что же думал другой разработчик при решении сложной задачи.

Опытные программисты Python рекомендуют избегать лишних сложностей и применять простые решения там, где это возможно. Философия сообщества Python выражена в очерке Тима Питерса «The Zen of Python». Чтобы просмотреть этот краткий набор принципов написания хорошего кода Python, достаточно ввести команду import this в интерпретаторе. Я не стану воспроизводить все принципы, но приведу несколько строк, чтобы вы поняли, почему они важны для вас как для начинающего программиста Python.

>>> import this

The Zen of Python, by Tim Peters

• Красивое лучше, чем уродливое.

Программисты Python считают, что код может быть красивым и элегантным. В программировании люди занимаются решением задач. Программисты всегда ценили хорошо спроектированные, эффективные и даже красивые решения. Со временем вы больше узнаете о Python, начнете писать больше кода, и когда-нибудь ваш коллега посмотрит на экран вашего компьютера и скажет: «Ого, какой красивый код!»

• Простое лучше, чем сложное.

Если у вас есть выбор между простым и сложным решением и оба работают, используйте простое решение. Ваш код будет проще в сопровождении, а у вас и других разработчиков будет меньше проблем с обновлением этого кода в будущем.

• Сложное лучше, чем запутанное.

Реальность создает свои сложности; иногда простое решение задачи невозможно. В таком случае используйте самое простое решение, которое работает.

• Удобочитаемость имеет значение.

Даже если ваш код сложен, он должен нормально читаться. Работая над проектом, требующим написания сложного кода, постарайтесь написать содержательные комментарии для этого кода.

• Должен существовать один — и желательно только один — очевидный способ сделать это.

Если предложить двум программистам Python решить одну и ту же задачу, они должны выработать похожие решения. Это не значит, что в программировании нет места для творчества. Наоборот! Но бульшая часть работы программиста заключается в применении небольших, стандартных решений для простых ситуаций в контексте большого, более творческого проекта. Внутренняя организация ваших программ должна выглядеть логично с точки зрения других программистов Python.

• Сейчас лучше, чем никогда.

Вы можете потратить весь остаток жизни на изучение всех тонкостей Python и программирования в целом, но тогда вы никогда не закончите ни один проект. Не ­пытайтесь написать идеальный код; напишите код, который работает, а потом решите, стоит ли доработать его для текущего проекта или же перейти на что-то другое.

Когда вы перейдете к следующей главе и займетесь изучением более сложных тем, постарайтесь не забывать об этой философии простоты и ясности. Опытные программисты будут с большим уважением относиться к вашему коду, охотнее делиться своим мнением и сотрудничать с вами в интересных проектах.

Упражнения

2-11. Дзен Python: введите команду import this в терминальном сеансе Python и просмотрите другие принципы.

Итоги

В этой главе вы научились работать с переменными. Вы узнали, как использовать содержательные имена переменных и как исправлять ошибки в именах и синтаксические ошибки в случае их возникновения. Вы узнали, что такое строки и как выводить их в нижнем/верхнем регистре и с капитализацией всех слов. Мы рассмотрели способы аккуратного оформления вывода с применением пропусков, а также удаления лишних пропусков из разных частей строки. Вы начали работать с целыми и вещественными числами и узнали о некоторых неожиданностях, встречающихся при работе с числовыми данными. Вы научились писать содержательные комментарии, которые упрощают написание кода для вас и его чтение для других разработчиков. В завершение главы была представлена философия максимальной простоты кода.

В главе 3 рассматривается хранение наборов данных в переменных, называемых списками. Вы узнаете, как перебрать содержимое списка и обработать хранящуюся в нем информацию.

3. Списки

В этой и следующей главах вы узнаете, что собой представляют списки и как начать работать с элементами списка. Списки позволяют хранить в одном месте взаимосвязанные данные, сколько бы их ни было — несколько элементов или несколько миллионов элементов. Работа со списками относится к числу самых выдающихся возможностей Python, доступных для начинающего программиста. Операции со списками связывают воедино многие важные концепции в программировании.

Что такое список?

Список — это набор элементов, следующих в определенном порядке. Вы можете создать список для хранения букв алфавита, цифр от 0 до 9 или имен всех членов вашей семьи. В список можно поместить любую информацию, причем данные в списке даже не обязаны быть как-то связаны друг с другом. Так как список обычно содержит более одного элемента, рекомендуется присваивать спискам имена во множественном числе: letters, digits, names и т.д.

В языке Python список обозначается квадратными скобками ([]), а отдельные элементы списка разделяются запятыми. Простой пример списка с названиями моделей велосипедов:

bicycles.py

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles)

Если вы прикажете Python вывести список, то на экране появится перечисление элементов списка в квадратных скобках:

['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

Конечно, вашим пользователям такое представление не подойдет; разберемся, как обратиться к отдельным элементам в списке.

Обращение к элементам списка

Списки представляют собой упорядоченные наборы данных, поэтому для обращения к любому элементу списка следует сообщить Python позицию (индекс) нужного элемента. Чтобы обратиться к элементу в списке, укажите имя списка, за которым следует индекс элемента в квадратных скобках.

Например, название первого велосипеда в списке bicycles выводится следующим образом:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

(1) print(bicycles[0])

Синтаксис обращения к элементу показан в точке (1) . Когда мы запрашиваем один элемент из списка, Python возвращает только этот элемент без квадратных скобок или кавычек:

trek

Именно такой результат должны увидеть пользователи — чистый, аккуратно отформатированный вывод.

Также можно использовать строковые методы из главы 2 с любым элементом списка. Например, элемент 'trek' можно более аккуратно отформатировать при ­помощи метода title():

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles[0].title())

Этот пример выдает такой же результат, как и предыдущий, только название 'Trek' выводится с прописной буквы.

Индексы начинаются с 0, а не с 1

Python считает, что первый элемент списка находится в позиции 0, а не в позиции 1. Этот принцип встречается в большинстве языков программирования и объясняется особенностями низкоуровневой реализации операций со списками. Если вы получаете неожиданные результаты, определите, не допустили ли вы простую ошибку «смещения на 1».

Второму элементу списка соответствует индекс 1. В этой простой схеме индекс любого элемента вычисляется уменьшением на 1 его позиции в списке. Например, чтобы обратиться к четвертому элементу списка, следует запросить элемент с индексом 3.

В следующем примере выводятся названия велосипедов с индексами 1 и 3:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles[1])

print(bicycles[3])

При этом выводится второй и четвертый элементы списка:

cannondale

specialized

В Python также существует специальный синтаксис для обращения к последнему элементу списка. Если запросить элемент с индексом –1, Python всегда возвращает последний элемент в списке:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles[-1])

Фрагмент вернет значение 'specialized'. Этот синтаксис весьма полезен, потому что при работе со списками часто требуется обратиться к последним элементам, не зная точное количество элементов в списке. Синтаксис также распространяется на другие отрицательные значения индексов. Индекс –2 возвращает второй элемент от конца списка, индекс –3 — третий элемент от конца и т.д.

Использование отдельных элементов из списка

Отдельные значения из списка используются так же, как и любые другие переменные. Например, вы можете воспользоваться конкатенацией для построения сообщения, содержащего значение из списка.

Попробуем извлечь название первого велосипеда из списка и составить сообщение, включающее это значение.

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

(1) message = "My first bicycle was a " + bicycles[0].title() + "."

print(message)

В точке (1) программа строит сообщение, содержащее значение из bicycles[0], и сохраняет его в переменной message. Так создается простое предложение с упоминанием первого велосипеда из списка:

My first bicycle was a Trek.

Упражнения

Попробуйте написать несколько коротких программ, чтобы получить предварительное представление о списках Python. Возможно, для упражнений из каждой главы стоит создать отдельную папку, чтобы избежать путаницы.

3-1. Имена: сохраните имена нескольких своих друзей в списке с именем names. Выведите имя каждого друга, обратившись к каждому элементу списка (по одному за раз).

3-2. Сообщения: начните со списка, использованного в упражнении 3-1, но вместо вывода имени каждого человека выведите сообщение. Основной текст всех сообщений должен быть одинаковым, но каждое сообщение должно включать имя адресата.

3-3. Собственный список: выберите свой любимый вид транспорта (например, мотоциклы или машины) и создайте список с примерами. Используйте свой список для вывода утверждений об элементах типа: «Я хотел бы купить мотоцикл Honda».

Изменение, добавление и удаление элементов

Обычно вы будете создавать динамические списки; это означает, что во время выполнения программы в созданном вами списке будут добавляться и удаляться элементы. Например, вы можете создать игру, в которой игрок должен стрелять по кораблям космических захватчиков. Исходный набор кораблей сохраняется в списке; каждый раз, когда вы сбиваете корабль, он удаляется из списка. Каждый раз, когда на экране появляется новый враг, он включается в список. Длина списка кораблей будет уменьшаться и увеличиваться по ходу игры.

Изменение элементов в списке

Синтаксис изменения элемента напоминает синтаксис обращения к элементу списка. Чтобы изменить элемент, укажите имя списка и индекс изменяемого элемента в квадратных скобках; далее задайте новое значение, которое должно быть присвоено элементу.

Допустим, имеется список мотоциклов, и первым элементом списка хранится строка 'honda'. Как изменить значение первого элемента?

motorcycles.py

(1) motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

(2)motorcycles[0] = 'ducati'

print(motorcycles)

В точке (1) определяется исходный список, в котором первый элемент содержит строку 'honda'. В точке (2) значение первого элемента заменяется строкой 'ducati'. Из вывода видно, что первый элемент действительно изменился, а остальные элементы списка сохранили прежние значения:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['ducati', 'yamaha', 'suzuki']

Изменить можно значение любого элемента в списке, не только ­первого.

Добавление элементов в список

Новые элементы могут добавляться в списки по разным причинам — например, для появления на экране новых космических кораблей, включения новых данных в визуализацию или добавления новых зарегистрированных пользователей на построенный вами сайт. Python предоставляет несколько способов добавления новых данных в существующие списки.

Присоединение элементов в конец списка

Простейший способ добавления новых элементов в список — присоединение элемента в конец списка. Используя список из предыдущего примера, добавим новый элемент 'ducati':

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

(1) motorcycles.append('ducati')

print(motorcycles)

Метод append() в точке (1) присоединяет строку 'ducati' в конец списка, другие элементы в списке при этом остаются неизменными:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

Метод append() упрощает динамическое построение списков. Например, вы можете начать с пустого списка и добавлять в него элементы серией команд append(). В следующем примере в пустой список добавляются элементы 'honda', 'yamaha' и 'suzuki':

motorcycles = []

motorcycles.append('honda')

motorcycles.append('yamaha')

motorcycles.append('suzuki')

print(motorcycles)

Полученный список выглядит точно так же, как и списки из предыдущих примеров:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

Такой способ построения списков встречается очень часто, потому что данные, которые пользователь захочет сохранить в программе, нередко становятся известными только после запуска программы. Чтобы пользователь мог управлять содержимым списка, начните с определения пустого списка, а затем присоединяйте к нему каждое новое значение.

Вставка элементов в список

Метод insert() позволяет добавить новый элемент в произвольную позицию списка. Для этого следует указать индекс и значение нового элемента.

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

(1) motorcycles.insert(0, 'ducati')

print(motorcycles)

В этом примере в точке (1) значение 'ducati' вставляется в начало списка. Метод insert() выделяет свободное место в позиции 0 и сохраняет в нем значение 'ducati'. Все остальные значения списка при этом сдвигаются на одну позицию вправо:

['ducati', 'honda', 'yamaha', 'suzuki']

Удаление элементов из списка

Нередко возникает необходимость в удалении одного или нескольких элементов из списка. Например, когда игрок сбивает корабль пришельца, этот корабль нужно удалить из списка активных врагов. Или когда пользователь решает удалить свою учетную запись в созданном вами веб-приложении, этот пользователь должен быть убран из списка активных пользователей. Элементы удаляются из списка по позиции или по значению.

Удаление элемента с использованием команды del

Если вам известна позиция элемента, который должен быть удален из списка, воспользуйтесь командой del.

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

(1) del motorcycles[0]

print(motorcycles)

В точке (1) вызов del удаляет первый элемент, 'honda', из списка motorcycles:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['yamaha', 'suzuki']

Команда del позволяет удалить элемент из любой позиции списка, если вам известен его индекс. Например, вот как из списка удаляется второй элемент 'yamaha':

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

del motorcycles[1]

print(motorcycles)

Второй элемент исчез из списка:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'suzuki']

В обоих примерах значение, удаленное из списка после использования команды del, становится недоступным.

Удаление элемента с использованием метода pop()

Иногда значение, удаляемое из списка, должно как-то использоваться. Допустим, вы хотите получить координаты x и y только что сбитого корабля пришельцев, чтобы изобразить взрыв в этой позиции. В веб-приложении пользователь, удаленный из списка активных участников, может быть добавлен в список неактивных и т.д.

Метод pop() удаляет последний элемент из списка, но позволяет работать с ним после удаления. Удалим мотоцикл из списка:

(1) motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

(2)popped_motorcycle = motorcycles.pop()

(3)print(motorcycles)

(4)print(popped_motorcycle)

Сначала в точке (1) определяется и выводится содержимое списка motorcycles. В точке (2) значение извлекается из списка и сохраняется в переменной с именем popped_motorcycle. Вывод измененного списка в точке (3) показывает, что значение было удалено из списка. Затем мы выводим извлеченное значение в точке (4), демонстрируя, что удаленное из списка значение остается доступным в программе.

Из вывода видно, что значение 'suzuki', удаленное в конце списка, теперь хранится в переменной popped_motorcycle:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'yamaha']

suzuki

Для чего может понадобиться метод pop()? Представьте, что мотоциклы в списке хранятся в хронологическом порядке в соответствии с датой их покупки. В таком случае команда pop() может использоваться для вывода сообщения о последнем купленном мотоцикле:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

last_owned = motorcycles.pop()

print("The last motorcycle I owned was a " + last_owned.title() + ".")

Программа выводит простое сообщение:

The last motorcycle I owned was a Suzuki.

Извлечение элементов из произвольной позиции списка

Вызов pop() может использоваться для удаления элемента в произвольной позиции списка; для этого следует указать индекс удаляемого элемента в круглых скобках.

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

(1) first_owned = motorcycles.pop(0)

(2)print('The first motorcycle I owned was a ' + first_owned.title() + '.')

Сначала первый элемент извлекается из списка в точке (1) , а затем в точке (2) выводится сообщение об этом мотоцикле. Программа выводит простое сообщение о первом мотоцикле:

The first motorcycle I owned was a Honda.

Помните, что после каждого вызова pop() элемент, с которым вы работаете, уже не находится в списке.

Если вы не уверены в том, какой из двух способов выбрать — команду del или метод pop(), — то простое правило поможет вам определиться. Если вы собираетесь просто удалить элемент из списка, никак не используя его, выбирайте команду del; если же вы намерены использовать элемент после удаления из списка, выбирайте метод pop().

Удаление элементов по значению

Иногда позиция удаляемого элемента неизвестна. Если вы знаете только значение элемента, используйте метод remove().

Допустим, из списка нужно удалить значение 'ducati':

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

print(motorcycles)

(1) motorcycles.remove('ducati')

print(motorcycles)

Код в точке (1) приказывает Python определить, в какой позиции списка находится значение 'ducati', и удалить этот элемент:

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

Метод remove() также может использоваться для работы со значением, которое удаляется из списка. Следующая программа удаляет значение 'ducati' и выводит причину удаления:

(1) motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

print(motorcycles)

(2)too_expensive = 'ducati'

(3)motorcycles.remove(too_expensive)

print(motorcycles)

(4)print("\nA " + too_expensive.title() + " is too expensive for me.")

После определения списка в точке (1) значение 'ducati' сохраняется в переменной с именем too_expensive в точке (2). Затем эта переменная сообщает Python, какое значение должно быть удалено из списка (3). В точке (4) значение 'ducati' было удалено из списка, но продолжает храниться в переменной too_expensive, что позволяет вывести сообщение с причиной удаления 'ducati' из списка мотоциклов:

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

A Ducati is too expensive for me.

примечание

Метод remove() удаляет только первое вхождение заданного значения. Если существует вероятность того, что значение встречается в списке более одного раза, используйте цикл для определения того, были ли удалены все вхождения данного значения. О том, как это делать, рассказано в главе 7.

Упражнения

Следующие упражнения немного сложнее упражнений из главы 2, но они предоставляют возможность попрактиковаться в выполнении всех описанных операций со списками.

3-4. Список гостей: если бы вы могли пригласить кого угодно (из живых или умерших) на обед, то кого бы вы пригласили? Создайте список, включающий минимум трех людей, которых вам хотелось бы пригласить на обед. Затем используйте этот список для вывода пригласительного сообщения каждому участнику.

3-5. Изменение списка гостей: вы только что узнали, что один из гостей прийти не сможет, поэтому вам придется разослать новые приглашения. Отсутствующего гостя нужно заменить кем-то другим.

• Начните с программы из упражнения 3-4. Добавьте в конец программы команду print для вывода имени гостя, который прийти не сможет.

• Измените список и замените имя гостя, который прийти не сможет, именем нового приглашенного.

• Выведите новый набор сообщений с приглашениями – по одному для каждого участника, входящего в список.

3-6. Больше гостей: вы решили купить обеденный стол большего размера. Дополнительные места позволяют пригласить на обед еще трех гостей.

• Начните с программы из упражнения 3-4 или 3-5. Добавьте в конец программы команду print, которая выводит сообщение о расширении списка гостей.

• Добавьте вызов insert() для добавления одного гостя в начало списка.

• Добавьте вызов insert() для добавления одного гостя в середину списка.

• Добавьте вызов append() для добавления одного гостя в конец списка.

• Выведите новый набор сообщений с приглашениями – по одному для каждого участника, входящего в список.

3-7. Сокращение списка гостей: только что выяснилось, что новый обеденный стол привезти вовремя не успеют, и места хватит только для двух гостей.

• Начните с программы из упражнения 3-6. Добавьте команду для вывода сообщения о том, что на обед приглашаются всего два гостя.

• Используйте метод pop() для последовательного удаления гостей из списка до тех пор, пока в списке не останутся только два человека. Каждый раз, когда из списка удаляется очередное имя, выведите для этого человека сообщение о том, что вы сожалеете об отмене приглашения.

• Выведите сообщение для каждого из двух человек, остающихся в списке. Сообщение должно подтверждать, что более раннее приглашение остается в силе.

• Используйте команду del для удаления двух последних имен, чтобы список остался ­пустым. Выведите список, чтобы убедиться в том, что в конце работы программы список действительно не содержит ни одного элемента. ...