Základy programování & Aplikované programování (VŠCHT – ZS+LS 2024/2025)

21P+kecanemanZ.iriJ

Pomůcky

Python
~ tahák pro Python 3.x
~ Python Enhancement Proposals (PEPs), především pak PEP 8 -- Style Guide for Python Code
~ PyPI aka Python CheeseShop (repozitář balíčků pro pip)

Komentovaná řešení
~ rozpoznávání samohlásek
~ výpis Fibonacciho posloupnosti
~ součet prvků v seznamu
~ slovník písmen v textu

Ukázkový test a písemka (ZS)
~ ukázkový zápočtový test (řeší se na papír bez počítače!)
~ písemka (řeší se v počítači s přístupem na internet)

Ukázková písemka (LS)
~ písemka (řeší se v počítači s přístupem na internet)

Nástroje
~ Karel – webová implementace jazyka Karel
~ distribuce Pythonu: Python.org, MiniConda
~ DreamPie – pythoní shell s víceřádkovou historií
~ pythoní IDE: PyScripter, PyCharm (volná verze Community Edition)
~ textové editory: Notepad2, PSPad, Notepad++, Sublime Text, CotEditor
~ SQLite: SQLite.org, DB Browser for SQLite
~ regexpy: kiki-re (GUI pro vizuální testování regexpů)

Příklady z hodin

1. 2024-09-17:
   • karel.k – ukázkové příkazy Karla z hodiny
   • řešení problému Hanojských věží pomocí Karla (neznámý autor)
   • program.py – superjednoduchý program v Pythonu
2. 2024-09-24:
   • Z důvodu nemoci hodina bohužel odpadá :-(
3. 2024-10-01:
   • Z důvodu nemoci hodina bohužel odpadá :-(
4. 2024-10-08:
   • karel.k – ukázkové příkazy Karla z hodiny
   • Na hodině se řešily následující příklady na rekurzi z první části úkolů z přednášky – 1, 5, 6, 7, 10 a 14.
   • ukázky na kontrolní součty
5. 2024-10-15:
   • záznam z Dreampie
   • úvod do želví grafiky
   • jak nakreslit čtverec (smyčka for-in & pozor na odsazení)
   • úvod do funkcí
   • další funkce
   • parametry funkcí
   • bonus – olympijští sněhuláci (paralelní vykreslování pomocí vláken)
6. 2024-10-22:
   • záznam z Dreampie
   • pes a zajíc – simulace fyzikálního děje v želví grafice
   • data pro Kochův ostrov
   • zobrazení Kochova ostrova želví grafikou (smyčka for-in, rozhodování if-elif-else a match-case)
   • práce s řetězci (smyčka for-in, skládání řetězců, operátor +=)
   • výpočet a zobrazení Kochova ostrova (úplný program pro L-systém)
7. 2024-10-29:
   • Hodina odpadá! Náhradou domácí úkol ^_~
8. 2024-11-05:
   • Kochův ostrov (z minulé hodiny, mírně vyšperkovaný)
   • záznam z Dreampie
   • příkazy L-systémů [ a ] – implementace zásobníku stavů želvy (seznam, rozbalování n-tic, využití objektu Ellipsis)
   • vybrané L-systémy
9. 2024-11-12:
   • data na cvičení k filmové sérii Harry Potter
   • záznam z Dreampie
   • proč je při práci s textovými soubory extrémně důležité uvádět jejich kódování
   • příklady různých kódování textových souborů
   • zpracování CSV-souboru (smyčka for-in, funkce next(), řetězcové operace strip() a split(), funkce print(), rozbalování do n-tic, formátované řetězce f'')
10. 2024-11-19:
    • záznam z Dreampie
    • filtrování textového vstupu pomocí čísel (funkce int(), sum() a další)
    • datový typ seznam a řazení dat (funkce sorted(…, key=))
    • zpřehlednění práce s daty pomocí typu pojmenovaná n-tice (named tuple)
    • cvičení – zpracování dat o chemických prvcích (volně podle úlohy číslo 6 z procvičování na parsování souborů)
11. 2024-11-26:
    • záznam z Dreampie
    • příklad na hustotu obyvatel (slovníky a množiny)
12. 2024-12-03:
    • záznam z Dreampie
    • serializace dat na disk (modul pickle)
    • úvod do parametrů příkazové řádky (sys.argv)
    • praktická aplikace – filtrování výstupu programu (na hustotě obyvatelstva)
    • formát obrázků PNM (textové varianty)
    • tvorba PNM-obrázků programem
13. 2024-12-10:
    • záznam z Dreampie
    • PGM binárně (plus schovávání cizích dat)
    • barevné obrázky PPM binárně (duhy)
    • PBM textově (různé šachovnice)
    • PBM binárně (šachovnice a další vzory)
14. 2024-12-17:
    • Hodina odpadá! Ne všichni tady mohou být. Tudíž pokračování v letním semestru ^_~

Příklady

1. Karel ~ základy
             ~ podmínky
             ~ rekurze
2. seznámení s Python'em
3. „Želví“ grafika:
          ~ úvod (cykly, iterace po objektech)
          ~ obrazce 1 (funkce, náhodnost)
          ~ obrazce 2 (parametry funkcí) [TODO]
4. práce s funkcí print()
5. typy ~ čísla
           ~ řetězce
   práce se soubory
6. parsování souborů (filmová série & chemické prvky)
   typy ~ seznamy
7. zpracování dat z vícero souborů najednou (hustota obyvatelstva)
   typy ~ slovníky
           ~ množiny
8. grafický formát PNM:
           ~ šachovnice
           ~ barevné přechody
9. cvičení na funkce
10. cvičení na Numpy:
            ~ základní grafické operace
            ~ konvoluční filtry
            ~ steganografie
11. …

Domácí úkoly: ZS, LS

Nenechávejte si je na poslední chvíli – nebudete stíhat a ještě budete zbytečně bez bodů ^_~

Bloky

0. úvodní slovo & organizace předmětu
1. Odbočka kvůli FITu – instalace a používání Pythonu:
   • „čistý“ Python:
         ~ potřebné programy a jejich instalace (instalace Python'u, interaktivní interpretr, spouštění programů z příkazové řádky, konzole Dreampie, distribuce MiniConda…)
          ~ jak pracovat s vícero Python'y na jednom systému
   • konzole ve Windows:
         ~ základy ovládání, pokročilejší vlastnosti (barevná výzva apod.)
   • konzole v Linuxu (a Macu):
         ~ …
   • Jupyter Notebook pomocí Condy:
     
          ~ externí nejen balíčkovací systém Conda:

     1. Conda – Víc než Python?
     2. základy práce s Condou (připravil Jiří Novotný)
          ~ práce s Jupyter Notebookem:
     1. úvod, instalace, spuštění
     2. základy práce
2. Programovací jazyk KAREL:
       ~ KAREL: Úvod do programování & cykly
       ~ KAREL: podmínky
       ~ KAREL: rekurze
3. Úvod do Python'u:
       ~ Od Karla k Python'u
   
       ~ „Želví“ (aneb relativní) grafika:

   1. úvod
   2. další vlastnosti
   3. rekurzivní obrazce
       ~ L-systémy (paralelní přepisovací gramatiky):

   1. úvod
   2. další příklady
4. Kódování textů a funkce print():
       ~ kódování textů (aneb „Co na to Unicode“)
       ~ možnosti výstupu na terminál (především slajdy 3 a 10+)
5. Základy Python'u:
       ~ základní řídicí konstrukce – podmínky, cykly, výjimky, funkce… (slajdy 12-17 o výjimkách pro informaci)
       ~ pravdivostní typ Boolean (včetně priorit operátorů)
       ~ použití funkce print()
       ~ funkce: základy, argumenty (parametry)
       ~ typy: řetězce, čísla, n-tice (tuples), slovníky, množiny, seznamy
       ~ přehled třídění/řazení v Python'u
       ~ kuchařka pro práci se soubory
       ~ vstup dat do programu pomocí input() a sys.argv (po slajd 7)
       ~ generátorová notace
       ~ kuchařka pro práci s moduly
       ~ …
6. Binární data:
       ~ motivace: grafický formát PNM
       ~ práce s binárními daty: bajtové řetězce, bajtová pole, binární soubory
   
7. Pokročilejší koncepty:
       ~ doc-testy v Python'u
       ~ serializace datových struktur: základy & modul pickle
       ~ další vestavěné datové typy: pojmenované n-tice (named tuples), slovníky s výchozími hodnotami (default dicts), modul Counter
       ~ povídání o typech v různých programovacích jazycích
       ~ (nejen typové) anotace obecných prvků a funkcí
       ~ pokročilé funkce: generátory, uzávěry, dekorátory
       ~ viditelnost a dohledávání jmen (Důležité!)
8. SQLite:
       ~ obecný úvod do databází
       ~ úvod do SQLite
       ~ SQLite
       ~ SQLite v Python'u
9. PonyORM:
       ~ vybraná pythoní ORM
       ~ PonyORM
10. Komunikace po síti, formuláře:
        ~ Jemný úvod do TCP/IP (aneb „Co všechno se musí (a může) stát, aby prohlížeč zobrazil vyžádanou stránku“)
        ~ více o protokolu HTTP
        ~ standard WSGI (zpracování dat z GETu a POSTu na straně serveru pomocí Python'u)
        ~ formuláře v HTML, element <input> (připravil Jiří Novotný)
11. Regexpy:
        ~ formální úvod
        ~ ukázky
        ~ řídicí znaky a sekvence . ^ $ * + ? { } [ ] \ | ( )
        ~ speciální řídicí sekvence \d \D \w \W \s \S \b \B \A \Z …
        ~ skupiny
        ~ rozšíření (?=…) (?!…) (?<=…) (?<!…) (?:…) (?#…) …
        ~ kompilační příznaky I M S A X
        ~ regexpy v Python'u
12. Matplotlib:
        ~ úvod do kreslení grafů
        ~ základy animace
13. třídy (objekty):
        ~ obecný přehled
        ~ příklad – třídění a porovnávání
        ~ jedno z hlavních použití – „magické“ metody
        ~ úvod (zavedení, atributy, inicializace, dědičnost…)
14. Numpy:
        ~ úvod
        ~ tvorba a vlastnosti polí
        ~ základní operace
        ~ „broadcasting“
        ~ základy vektorizace
        ~ výřezy, optimalizace
15. Pandas:
        ~ ...
16. Další užitečné informace:
        ~ modul textwrap (zalamování textu a další)
        ~ modul argparse (zpracování parametrů příkazové řádky)
        ~ modul pathlib (objektový přístup k cestám na souborovém systému)
        ~ moduly v Python'u (dosti podrobně)
        ~ modul random (pseudonáhodná čísla)
        ~ binární příznaky (binary flags)
        ~ generování a přehrávání zvuků na platformě Windows pomocí modulu winsound
        ~ …
17. Python prakticky – co se výše nevešlo:
         ~ virtuální prostředí: úvod & modul venv
         ~ balíčky prakticky: pip a wheel

Zápočet

K získání zápočtu musíte odevzdat alespoň polovinu domácích úkolů plus v zimním semestru navíc napsat zápočtovou písemku (píše se na papír) na nadpoloviční počet bodů. Body za domácí úkoly budou (v ZS) tvořit 14 bodů u zkoušky.

a) Domácí úkoly

Domácí úkoly musí být odevzdány do zadání dalšího úkolu (typicky do dvou týdnů). Za každý včas odevzdaný příklad můžete dostat maximálně 2 body. Příklad odevzdaný pozdě už může získat maximálně bod 1 (a to samozřejmě musí fungovat). Musíte odevzdat alespoň polovinu příkladů, abyste měli nárok na zápočet! Příklady odevzdané až o zkouškovém jsou za nula bodů, ale pořád je musíte odevzdat, jinak se rozlučte se zápočtem a tudíž i známkou.

PS: Příkladů za semestr by mohlo být asi tak 7 (a půlka je pak 4 :-), ale pokud jich z nejrůznějších důvodů bude méně, budou body za ně na konci semestru na příslušný počet přepočítány.

b) Teoretická písemka (pouze ZS)

Písemka je teoretická, řešená na papír bez připojení k internetu. Skládá se z:

• 25 otázek, co příklad, to 0 až 2 body [celkových 50 pro známkování přepočítáno na 10 bodů]
• rozboru předložených kódů programů (jeden Karel, jeden Python) [3+3 body]

Na její vypracování je vyhrazeno (přibližně) 45 minut. Je třeba z ní získat nadpoloviční počet bodů. Náhradní pokusy jsou dva.

Zkouška ZS

Zkouška bude trvat asi 4 hodiny a bude probíhat u počítače a s připojením k internetu (čímž ovšem neříkám, že je opisování povoleno). Její náplní jest praktické řešení pěti úloh z Python'u (přibližně po čtyřech bodech za úlohu; případně podle obtížnosti).

PS: ??? Co se použití AI týká, zkuste ji prosím letos vynechat. Do budoucna to budeme muset nějak pořešit. ???

Zkouška LS

Náplň je podobná jako v semestru zimním, ale je to složitější o to, že příklady na sebe (obvykle) navazují, takže když nevyřešíte první, nemůžete vyřešit ani žádný další ^_~

PS: ??? Co se použití AI týká, zkuste ji prosím letos vynechat. Do budoucna to budeme muset nějak pořešit. ???

Bodové hodnocení a výsledná známka

• 46-50 : A
• 41-45 : B
• 36-40 : C
• 31-35 : D
• 26-30 : E
•   0-25 : F