Python (VŠCHT – ZS 2025/2026)

TYP+kecanemanZ.iriJ

PS: Na obdobný předmět BI-PYT volně navazuje předmět MI-PYT zaměřený na praktické aplikace Python'u, jako jsou webové aplikace, testování, dokumentace a distribuce modulů, zpracování dat, tvorba GUI, matematické a jiné náročné výpočty.

Pomůcky

Python 3.x
~ přehled Python'u 3.x
~ tahák pro Python 3.x
~ základní programové konstrukce pro Python 3.x
~ PyPI aka Python CheeseShop (repozitář balíčků pro pip)

IDEs
~ PyCharm – pythoní IDE v Javě (multiplatformní)
~ Thonny – pythoní IDE s pokročilými vlastnostmi
~ Jupyter – webový notebook
~ PyScripter – pythoní IDE s integrovaným debugerem (pro Windows)
~ DreamPie – pythoní shell s víceřádkovou historií (dnes už bohužel velmi zastaralý)

Další nástroje
~ kiki-re – vizualizátor regexpů
~ Git – DVCS
~ Mercurial (hg) – DVCS

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

Příklady z hodin

1. 2025-09-19:
   • záznam z Dreampie
   • příspěvek ke kódování textů
   • historické souvislosti – input() a range() v Python'u 2.x
2. 2025-09-26:
   • záznam z Dreampie
   • int je nafukovací
   • není konzole jako konzole
3. 2025-10-03:
   • Relativní cesty ve skriptu se vyhodnocují vůči místu spuštění interpretru, nikoli místu umístění skriptu!!!
   • záznam z Dreampie
   • iterace po řádcích textového souboru a zpracování textu
   • Jak přeskočit hlavičku v CSV aneb iterátory a funkce next()
   • generátorová notace seznamu a jeho řazení
   • „magický“ parametr key= aneb Jak funguje řazení v Python'u
   • použití pojmenovaných n-tic pro zpřehlednění práce s daty
4. 2025-10-10:
   • záznam z Dreampie
   • rozšíření vestavěných typů (úvod do tříd)
   • slovníky a pojmenované n-tice
   • dokumentační testy, operátor @ a moduly
   • základní použití modulů
   • cyklický import
5. 2025-10-17:
   • záznam z Dreampie (především část o argumentech funkcí)
   • cvičení – hustota zalidnění (práce se soubory, množiny, slovníky, smyčky, řazení, n-tice…)
   • serializace datových struktur
   • výjimky v praxi
6. 2025-10-24:
   • Hodina odpadá.
7. 2025-10-31:
   • záznam z Dreampie (funkce jako argumenty, aserce, anotace)
   • zpracování dat SYN2010 (porovnání náročnosti implementace slovníků a načítání souborů pomocí mmap)
   • mmap a skutečně veliká data
   • porovnání vlastností řetězců a bajtových řetězců (knihovna difflib)
   • jak fungují anotace v Python'u a použití knihovny MyPy
   • PS: středníky v Python'u
8. 2025-11-07:
   • záznam z Dreampie (generátory, dekorátory, funkce zip())
   • příklady na dekorátory
   • použití techniky memoizace pro rekurzivní algoritmy
   • funkce zip() funguje i nad textovými soubory
   • DCV: generátory pro načítání bioinformatických formátů FASTA a FASTQ
9. 2025-11-14:
   • záznam z Dreampie (třídy, třídy, třídy…)
   • ukázky magických metod
   • PS: import this
10. 2025-11-21:
    • Hodina odpadá, rektorský den.
11. 2025-11-28:
    • ...
12. 2025-12-05:
    • ...
13. 2025-12-12:
    • Hodina odpadá.
14. 2025-12-05:
    • Prezentace projektů.

Příklady

1. řešené: rozcvička
2. řešené: typy – čísla
             ~ typy – řetězce
   cvičení: hrátky s „printem“ (úlohy 1-4)
3. cvičení: parsování textových souborů (úlohy 1-4)
4. řešené: typy – seznamy
   cvičení: příklady na čísla (úlohy 1-2, případně i 3)
5. cvičení: hrátky s čísly
6. cvičení: parsování textových souborů (úloha 6)
   řešené: typy – slovníky
             ~ typy – množiny
             ~ výjimky
   cvičení: hustota obyvatelstva
7. řešené: funkce
   cvičení: velká data a jejich zpracování
8. řešené: generátory (úlohy 1, 3 a 5)
             ~ dekorátory
   cvičení: formáty FASTA a FASTQ
9. řešené: iterátory (úlohy 2, 4 a 6)
   cvičení:
           ~ implementace typu cyklický seznam
           ~ šifry
10. odpočinkové příklady :-): L-systémy a několik jejich příkladů (želví grafika v Pythonu: úvod, přehled)
11. řešené (grafický formát PNM):
            ~ šachovnice
            ~ barevné přechody
    cvičení: problémy pro PNM
12. Numpy: základní grafické operace
                ~ korelační/konvoluční filtry (zvýrazňování hran, ostření)
                ~ steganografie
13. cvičení: náhoda a pravděpodobnost (úloha 1)
14. jazyk brainfuck a jeho grafické varianty:
            ~ přehled
            ~ základy programování
15. …

Domácí úkoly

Domácí úkoly nejsou – nahrazuje je letos zápočtový projekt. Procvičování bude věnován čas na hodinách.

Přednášky

1. úvodní slovo (Python, Numpy, BDFL, PEPs…)
2. Python prakticky:
        ~ instalační kuchařka (pro úplné začátečníky)
        ~ jak pracovat s vícero Python'y na jednom systému
        ~ virtuální prostředí: úvod & modul venv
        ~ balíčky prakticky: pip a wheel
        ~ 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
3. PS 0: obecné poznámky k typům v Python'u (a specifické pro sekvenční typy)
   PS 1: dokumentační řetězce a dokumentační testy
   PS 2: modulová kuchařka (pro začátečníky)
4. základní řídicí konstrukce
   typy:
        ~ čísla
        ~ řetězce
   k textům:
        ~ kódování textů & Unicode
        ~ hrátky s printem
5. typy:
        ~ n-tice (tuples) & pojmenované n-tice
        ~ Boolean (a priority operátorů)
        ~ seznamy & číselná typovaná pole array
   základy řazení
   souborová kuchařka aneb „Jak číst/psát ze/do souboru“
   
6. typy:
        ~ slovníky (& slovníky s výchozími hodnotami collections.defaultdict)
        ~ množiny a „zmražené“ množiny
   zpracování chyb – výjimky
   serializace datových struktur:
        ~ základy
        ~ moduly pickle (včetně pickletools)
7. funkce I:
        ~ základy
        ~ argumenty / parametry (důležité!)
        ~ viditelnost proměnných
        ~ funkce jako „first-class citizen“
   nejen typové anotace:
        ~ anotace funkcí (příklad na slajdech 7+8 až po dekorátorech)
        ~ anotace proměnných a objektů
        ~ modul typing
        ~ projekt Mypy
8. funkce II:
        ~ generátory (a generátorové výrazy)
        ~ velmi důležité uzávěry (a také trochu lambda-funkce)
        ~ dekorátory (aplikace uzávěrů)
        ~ funkce vyššího řádu (higher/order functions)
   PS: „přetěžování“ funkcí pomocí dekorátoru @functools.singledispatch
   PS – rekurzivní funkce a memoizace:
        ~ rekurzivní algoritmy a jejich náročnost
        ~ technika memoizace
9. některé aplikace tříd:
        ~ iterátory
        ~ třídění a porovnávání
        ~ kontextový manažer with
   třídy:
        ~ úvod
        ~ funkce super()
        ~ magické metody
        ~ introspekce
        ~ protokol deskriptorů
   PS: „Úvod do tříd pro ne-OOP-programátory“
10. důležitá přednáška o modulech v Python'u
    PS k formulářům na webu:
         ~ knihovna CherryPy
         ~ formuláře na webu: úvod, element <input> (připravil Jiří Novotný)
11. uživatelský vstup:
         ~ input() a sys.argv (plus getopt a optparse)
         ~ zpracování vstupu z pajpy pomocí modulu fileinput
         ~ modul argparse [TODO subcommands a 3.3+]
12. typy:
         ~ bajtový řetězec (binární data neproměnná)
         ~ bajtová pole (binární data proměnná)
    aplikace bajtových typů na grafiku:
         ~ formát PNM
    práce se soubory:
         ~ přehled (více o binárních a textových souborech)
         ~ práce s velkými soubory pomocí mmap
         ~ modul pathlib
         ~ modul tempfile
13. Numpy:
         ~ úvod
         ~ tvorba a vlastnosti polí
         ~ základní operace
         ~ „broadcasting“
         ~ výřezy, optimalizace
         ~ základy vektorizace
    PS k Numpy: rozšířená výřezová notace
    knihovna Pillow
    zrychlování kódu:
         ~ přehled
         ~ Numba [TODO @(gu)vectorize]
         ~ viz Cython
         ~ příklad – filtrace obrázků
14. Pandas:
         ~ úvod
         ~ příklad – meteorologická pozorování v Klementinu
         ~ příklad – pozorování vodního ptactva
15. testování kódu:
         ~ úvod
         ~ doc-testy aneb O smysluplnosti docstringů
         ~ unit-testy
    ladění kódu:
         ~ modul timeit
         ~ moduly cProfile a pstats
         ~ odbroukovávače pdb (interní) a pudb3 (externí)
16. Python a SQLite
    regexpy v Python'u
    kreslení grafů pomocí externí knihovny matplotlib:
         ~ úvod a přehled
         ~ animace (základy)
17. interakce s prostředím:
         ~ os.system(), subprocess [TODO]
         ~ FFI: přehled, poznámky k vybraným jazykům, modul ctypes
         ~ Cython: přehled, úvod
18. …

Přednášky PLUS

• k textům:
       ~ modul textwrap
• pseudonáhodná čísla – modul random
• k serializaci datových struktur: modul shelve
• DVCS – přehled (mercurial a git + git složitější)
  
• minimalistický úvod do Tkinter'u
• souborový systém postaru aneb os, os.path, shutil (dnes už snad jenom když nemáte pathlib)
• základní použití modulů time, calendar a datetime
• WSGI aneb Web Server Gateway Interface
• Py3k vs Py2k
• Když Python nestačí: jazyk Nim(rod)
• grafika: formát PNM
• …
• třídy²:
       ~ abstract base classes
       ~ metatřídy
       ~ dekorátory tříd [TODO]
• Python funkcionální:
       ~ modul functional [REDO]
       ~ modul itertools [TODO]
       ~ bonusová přednáška Python funkcionální
       ~ jazyky Hy a Coconut
• Procházka růžovou zahradou aneb Fakírovo lože:
       ~ Funkce čtené podruhé
       ~ Pythoní záludnosti
• Python asynchronní:
       ~ Korutiny aneb „Dvojí použití yield“
       ~ vybrané partie modulu asyncio ?
• grafika:
       ~ formát PNG
       ~ třída PhotoImage (GIF, PNM)
  modul struct

Zápočet

Zápočet bude udělen za odevzdaný protokol a datové soubory k vybrané alternativě k systému Conda. Každý dostane přidělenu jednu z alternativ, prozkoumá ji, zkusí si pomocí ní zprovoznit systém pro práci s (nejen) audio signály Pyo a sepíše, jak se s daným nástrojem pracuje plus jak rozchodil Pyo u sebe na počítači. Alternativy k systému Conda jsou přinejmenším následující:

• PyEnv [pouze pythoní závislosti]
• PipEnv [pouze pythoní závislosti; nevytváří balíčky]
• Poetry [jako PipEnv, ale vyrábí balíčky]
• UV [pouze pythoní závislosti]
• Pixi [language-agnostic nad conda-forge]
• pipx [pouze CLI-aplikace, žádné knihovny]
• Hatch [pouze Python?]
• asdf [language-agnostic]
• nix [language-agnostic]
• Conan [language-agnostic?]
• pdm (Python Dependency Manager) [asi jenom Python?]
• Mamba & micromamba [rychlejší resolver a další nástroje nad Condou?]
• Docker [language-agnostic; kanón na vrabce]

Obecně se tyto nástroje liší v tom, co všechno navíc (pokud vůbec něco) oproti standardní kombinaci pip+venv dělají. Některé jsou jenom hezky zabalené standardní nástroje, jiné umí instalovat různé verze Python'u, další zkompilují, zabalí a odešlou na PyPI vytvářenou knihovnu…

Další kandidáti:

• pip, venv [pouze pythoní závislosti; popsáno u mě na webu]
  
• Miniconda (pouze nástroje pro Condu), Miniforge (totéž, ale nad conda-forge)
  
• Yarn, brew, pipsi [obsolete], pip-run, fades, pae/pactivate

Zkouška

Na zkoušce se řeší:

• část teoretická – na papír a bez přístupu k internetu (abyste si aspoň na chvilku museli něco zapamatovat :-);
• část praktická – na vlastním notebooku s dostupnými veškerými materiály (používat AI povoleno).