Введение. Знакомство с Python

1. Введение. Знакомство с Python 1

Что такое Python? 1

Как и где применяется Python 2

Веб-разработка 2

Научные исследования и машинное обучение 2

Тестирование 2

Десктоп-приложения 3

Мобильные приложения 3

Игры 3

*** 3

Трудоустройство и средняя зарплата Python-разработчика 4

Настраиваем компьютер для работы с Python 4

Выбор IDE 4

Знакомимся с IDLE 5

Практика 7

1. Введение. Знакомство с Python

Программирование (от англ. programming) – это процесс создания компьютерных программ.

Для того, чтобы иметь возможность общаться с компьютером и создавать программы, нужно знать один или несколько языков программирования. Благодаря языкам программирования человек получает возможность писать программы и ставить перед компьютером конкретные задачи, которые тот впоследствии решает в соответствии с заданными условиями.

В настоящее время число языков программирования давно уже перевалило за сотню! Однако пугаться этого не стоит, поскольку несмотря на то, что языки могут сильно отличаться областью своего применения, все они в принципе имеют одну и ту же логическую основу и зачастую очень похожий синтаксис. Поэтому, хорошо изучив какой-нибудь один современный язык программирования, вы в дальнейшем сможете без особых проблем освоить и любой другой необходимый вам язык.

Что такое Python?

Python — высокоуровневый язык программирования общего назначения с динамической строгой типизацией и автоматическим управлением памятью, ориентированный на повышение производительности разработчика, читаемости кода и его качества. Он универсален, поэтому подходит для решения разнообразных задач и для многих платформ: Windows, Linux, iOS, Android.

Язык является полностью объектно-ориентированным в том плане, что всё является объектами. Необычной особенностью языка является выделение блоков кода пробельными отступами. Синтаксис ядра языка минималистичен, за счёт чего на практике редко возникает необходимость обращаться к документации.

Python можно встретить почти везде: в вебе, мобильных и десктопных приложениях, а также в играх. На нём пишут нейросети, проводят научные исследования и тестируют программы. Поговорим подробнее об основных сферах его применения.

Задуман он был еще в 1980-x, а первая версия вышла в 1991 году. Конечно, с тех пор он претерпел множество улучшений, особенно в версии Python 3.0, выпущенной в декабре 2008 года. Отличия оказались настолько значительными, что программы предыдущих версий 2.x далеко не всегда можно запустить в интерпретаторе Python 3.x. Однако, сейчас это уже не проблема, так как с 2008 года прошло много времени и все важные программы были адаптированы к версии 3. Именно эту последнюю, современную версию языка Python мы с вами и будем изучать.

Как и где применяется Python

Веб-разработка

Чаще всего Python используют в веб-разработке. Для него написано множество фреймворков: FastAPI, Flask, Tornado, Pyramid, TurboGears, CherryPy и, самый популярный, Django.

Ещё на Python пишут парсеры для сбора информации с веб-страниц. Делают это с помощью таких популярных библиотек:

• Scrapy — кросс-платформенная высокопроизводительная библиотека с большим сообществом пользователей.

• Beautiful Soup — простая и мощная библиотека для парсинга HTML- и XML-документов. Отличается хорошей документацией.

• Selenium — инструмент для автоматизации и тестирования онлайн-приложений, который позволяет имитировать работу браузера.

Научные исследования и машинное обучение

Благодаря лаконичности, простому синтаксису и богатому набору инструментов Python стал любимым языком учёных. Есть специальные библиотеки для Python, которые позволяют строить графики, проводить исследования и вычисления:

• SciPy — набор инструментов для научных вычислений.

• NumPy — расширение, которое позволяет оперировать матрицами и многомерными массивами.

• pandas — библиотека для аналитики данных.

• Matplotlib — библиотека для построения графиков различной сложности.

Также для Python есть множество свободных ML-инструментов:

• TensorFlow

• scikit-learn

• Keras

• pandas

Тестирование

Ещё одна область применения Python — автоматизация тестирования. Многие специалисты по автоматизации QA выбирают Python из-за его простоты. Он отлично подходит тем, кто имеет небольшой опыт в разработке приложений. Развитое сообщество, логичный синтаксис и удобочитаемость упрощают процесс обучения.

У Python есть простые фреймворки для модульного тестирования:

• unittest;

• nose;

• pytest.

Десктоп-приложения

Хоть язык не компилируется, с его помощью всё же можно создать десктопные программы. Вот, например, небольшой список популярных приложений, которые написаны на Python:

• GIMP — визуальный редактор на Linux;

• Ubuntu Software Centre — центр приложений в ОС Ubuntu (один из дистрибутивов Linux);

• BitTorrent до шестой версии — менеджер торрент-закачек (позже программу переписали на C++, но сети peer-to-peer всё ещё работают на Python);

• Blender — программа для создания 3D-графики;

• Ansible — механизм управления конфигурацией, позволяющий развёртывать многоузловое программное обеспечение;

• Mercurial — кросс-платформенный инструмент управления распределённым исходным кодом.

Мобильные приложения

Мобильная разработка на Python менее популярна. Для Android чаще используют Java, C#, C++ или Kotlin, а для iOS — Swift или Objective-C. На Python обычно программируют серверную часть приложения. Например, клиент «Инстаграма»* для iOS написан на Objective-C, а сервер — на Python. Тем не менее у Python есть фреймворки для разработки кросс-платформенных мобильных GUI-приложений: Kivy и BeeWare.

Игры

Многие компьютерные игры полностью или частично написаны на Python. Существует заблуждение, что этот язык не подходит для серьёзных проектов, но на самом деле он использовался в разработке таких хитов, как:

• Battlefield 2;

• World of Tanks;

• Civilization IV;

• The Sims 4;

• EVE Online.

Хоть Python позволяет писать пользовательские интерфейсы и работать с графикой, чаще всего на нём пишут скрипты — например, для взаимодействия персонажей, запуска сцен и обработки событий. На Python написан искусственный интеллект AlphaStar для StarCraft 2, способный победить сильнейших профессиональных игроков.

***

Язык оказался настолько удачным, что он стал широко применяться при разработке алгоритмов искусственного интеллекта, в частности, в нейронных сетях. При разработке серверной части сайтов, используя известные фреймворки Django и Flask. Например, на нем разработаны сайты Youtube, Instagram, поиск от Google, DropBox и многие другие

Также он используется в многочисленных научных проектах, где требуются сложные математические вычисления или реализация алгоритмов обработки данных, в том числе и больших данных – Big Data. В последнее время Python стали применять также и для создания игр, обычно мобильных. А если вы еще школьник, то этот язык ввели в ОГЭ и ЕГЭ по информатике, а также в олимпиадное программирование.

Но, все же, почему этот язык приобрел такую широкую популярность и завоевал любовь программистов по всему миру? Считается, что все благодаря его простым, понятным, явным конструкциям, хорошо читаемому тексту программ, богатой библиотеке модулей для программирования самых разных задач и возможность использования языка практически на всех платформах: Windows, Linux, Mac OS, Android, iOS и др. Python позволяет заметно быстрее реализовывать сложные алгоритмы и этим качеством он затмевает большинство современных языков программирования. А скорость работы критического фрагмента кода можно увеличить, если реализовать его на том же С++, а затем, вызывать из Python-программы. Например, так делается при проектировании и обучении нейронных сетей. Благодаря этому получаем удобство программирования и высокую скорость исполнения.

Трудоустройство и средняя зарплата Python-разработчика

Популярность Python растёт уже больше восьми лет, язык часто занимает первые места в индексе TIOBE. Параллельно растёт и востребованность Python-разработчиков. Средняя зарплата «питониста» в России — 180 тысяч рублей. Правда, чтобы получать такую зарплату, нужно знать не только сам язык, но и его фреймворки и другие дополнительные технологии.

Нижняя зарплатная планка для начинающих разработчиков находится на уровне 30 тысяч рублей. Программисты со стажем от двух лет могут рассчитывать на зарплату в 100–150 тысяч рублей.

Настраиваем компьютер для работы с Python

Чтобы начать работать с Python 3, вам нужно получить доступ к интерпретатору Python. Существует несколько общих способов сделать это:

1. Python можно получить на сайте Python Software Foundation python.org. Как правило, это означает загрузку нужного установочного файла для вашей операционной системы и запуска его на вашем компьютере.

2. Некоторые операционные системы, особенно Linux, предоставляют менеджер пакетов, который можно запустить для установки Python.

3. Для macOS лучший способ установить Python 3 включает в себя установку менеджера пакетов под названием Homebrew.

Получить более подробную инструкцию по установке можно здесь: install-python

Выбор IDE

IDE (или интегрированная среда разработки) — это программа, предназначенная для разработки программного обеспечения. Как следует из названия, IDE объединяет несколько инструментов, специально предназначенных для разработки. Эти инструменты обычно включают:

• Редактор, предназначенный для работы с кодом (например, подсветка синтаксиса и авто дополнение)

• Инструменты сборки, выполнения и отладки

• Определённую форму системы управления версиями.

Большинство IDE поддерживают множество языков программирования и имеют много функций, из-за чего могут быть большими, занимать много времени для загрузки и установки и требуют глубоких знаний для правильного использования.

С другой стороны, есть редакторы кода, которые представляют собой текстовый редактор с подсветкой синтаксиса и возможностями форматирования кода. Большинство хороших редакторов кода могут выполнять код и использовать отладчик, а лучшие даже могут взаимодействовать с системами управления версиями. По сравнению с IDE, хороший редактор кода, как правило, легковесней и быстрее, но зачастую ценой меньшей функциональности.

Итак, что нам нужно от среды разработки? Набор функций разных сред может отличаться, но есть набор базовых вещей, упрощающих программирование:

1. Сохранение файлов.

2. Запуск кода из среды.

3. Поддержка отладки, т. е. возможности пошагового выполнения кода.

4. Подсветка синтаксиса.

5. Автоматическое форматирование кода.

Для написания программ на языке программирования Python, помимо встроенного редактора IDLE, который вы получаете вместе с установкой интерпретатора на компьютер, существуют специализированные среды. Вот небольшой список рекомендуемых к применению приложений:

1. PyCharm

2. Visual Studio Code

В нашем курсе мы будем работать в основном в программах IDLE, Jupyter Notebook и Visual Studio Code.

Знакомимся с IDLE

IDLE устанавливается на компьютер вместе с установкой Python. Найти ее можно в меню «Пуск» в разделе Python.

Когда мы ее запустим, то увидим следующее открывшееся окно:

Это окно интерактивного выполнения программы. Все что мы вводим в окно программы – выполняется сразу после нажатия клавиши Enter. Пример:

Чтобы начать писать код своей программы, нужно создать соответственный файл. Это делается через меню File – New File.

Откроется второе окно, в котором можно начинать писать свою программу:

Чтобы запустить выполнение кода из открытого файла, нужно нажать кнопку Run и выбрать пункт Run Module:

В первый раз нужно будет сохранить файл на компьютер.

Практика

1. Установить Python на свой рабочий компьютер

2. Запустить редактор IDLE на своем компьютере

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие из представленных утверждений верны для Python: распространяется бесплатно, компилируемый язык программирования, тип переменной объявлять не нужно, объектно-ориентированный язык программирования, низкоуровневый язык, язык программирования общего назначения, интерпретируемый язык программирования, обладает высокой скоростью разработки?

Ответ. Для Python верны утверждения: распростра­няется бесплатно, тип переменной объявлять не нужно, объектно-­ориентированный язык программирования, язык программи­рования общего назначения, интерпретируемый язык программирования, обладает высокой скоростью разработки.

2. Назовите хотя бы три основных причины, по которым программисты выбирают Python?

Ответ. Бесплатный, простой в изучении, хорошо поддерживается сообществом, обладает высокой скоростью разработки, хорошо переносим, легко расширяем, может использоваться в одной программе совместно с другими языками.

3. Какие задачи можно решать с помощью Python?

Ответ. Веб-разработка, машинное обучение, обработка данных, системное администри­рование, научные исследования, создание настольных приложений и вообще любые задачи, которые можно решить при помощи компьютера.

4. Чем компилятор отличается от интерпретатора?

Ответ. Компилятор преобразует сразу весь исходный код в машинный. Если в коде будут присутствовать ошибки, то программа не скомпилируется. Компиляция выполняется только один раз, после чего компилятор больше не нужен, а программу можно будет использовать на целевом устройстве многократно.
Интерпретатор же транслирует исходный код в машинный по мере его поступления во время работы программы. При чем делает он это каждый раз, когда программа запускается. В случае наличия в коде ошибки, интерпретатор прекратит дальнейшее выполнение программы. Также стоит помнить, что программы будут запускаться только на устройствах с установленным интерпретатором языка. Так что, если вы еще не установили интерпретатор языка Python, сделайте это!

5. Как создать файл с исходным кодом Python?

Ответ. Для этого нужно открыть любой текстовый редактор, создать в нем новый файл, записать туда требуемый исходный код, например, print('Привет, Мир!'), сохранить файл с расширением .py. После этого файл можно будет запускать на исполнение любым удобным способом, например, двойным кликом по ярлыку файла. Надеюсь, что интерпретатор вы уже установили. Добро пожаловать в мир Пайтона!