data.PREP #Python – Simple Expressions
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Formale Metadaten
| Titel |
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| Serientitel | ||
| Anzahl der Teile | 17 | |
| Autor | 0000-0002-5178-8497 (ORCID) | |
| Lizenz | CC-Namensnennung 4.0 International: Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen. | |
| Identifikatoren | 10.5446/65710 (DOI) | |
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Inhaltliche Metadaten
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data.PREP #Python1 / 17
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Vorlesung/KonferenzBesprechung/Interview
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Vorlesung/KonferenzComputeranimation
Transkript: Deutsch(automatisch erzeugt)
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So, nachdem wir unsere Arbeitsumgebung Python Notebooks geladen haben, können wir sie als Taschenrechner benutzen. Das schauen wir uns hier an einigen Beispielen an. Zum Beispiel können wir addieren. Das ist noch relativ einfach, das hätten wir auch im Kopf geschafft, aber Python
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rechnet uns 1, 1 plus 2 ist 3. Wir können auch multiplizieren und sehen, das Ganze gibt den Wert 20. Wenn wir mehrere Ausdrücke in einer Zelle haben, dann sehen wir, dass Python,
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dass Python Notebook, also dass der Python Interpreter immer die gesamte Zelle interpretiert, aber unser Notebook als Ergebnis immer das letzte Ergebnis der Zelle, die letzte Berechnung ausgibt. In dem Fall 4 mal 6 ist 24. Es gibt die anderen Operatoren, die sie aus der Mathematik
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kennen. Wir können addieren, subtrahieren oder dividieren. Bei der Division sehen wir jetzt erstmals, dass es noch andere Zahlenwerte gibt, nicht nur ganze Zahlen, sondern eben auch Leitpunktzahlen, die hier als Ergebnis herauskommen. Es gibt manchmal aber auch den Fall, dass wir eine
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sogenannte Ganzzahl-Division durchführen wollen. Wenn wir also 42 ganzzahlig durch 5 dividieren, dann kommt der Wert 8 raus. Das ist mit anderen Worten die größte Zahl, die noch durch 5 dividierbar ist. 40 durch 5 ist 8. Und deshalb gibt es noch den Restbildungs, den Modulo-Operator.
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Wenn wir also 42 modulo 5 rechnen, dann gibt uns das den Rest an, der bei einer Ganzzahl-Division übrig bleibt. In dem Fall 40 durch 5 ganzzahlig ist 8. Rest 2, also Modulo-Operator, ist der Wert 2.
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Wozu ist dieser Modulo-Operator nützlich? In der Regel haben wir irgendwelche Programme laufen, die irgendwelche Werte berechnen. Und ich will an der Stelle wissen, ist es eine Gerade oder eine Gerade Zahl. Dann kann ich den Modulo-Operator einsetzen, um das herauszufinden. Nämlich Modulo 2 gibt 0, wenn die Zahl eine Gerade Zahl ist und gibt 1, wenn die Zahl nicht gerade ist. Dann können
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kompliziertere Ausdrücke zusammensetzen. Zum Beispiel ein Ausdruck 1 plus 2 mal 3
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dividiert durch 7 und das ist der Wert 0,85 und so weiter. Wir sehen diesen Ausdruck. Wie wird das Ganze ausgewertet? Ich wollte hier eigentlich plus tippen, also tippe ich hier nochmal plus ein. Wie wird das Ganze ausgewertet? Nun, es wird zunächst nach Prioritäten, so wie sie es aus der Mathematik kennen, ausgewertet. Das heißt, der Interpreter erchnet zunächst 2 mal 3, das ist der Wert 6.
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Dann dividiert er durch 7, das ist der Wert 0,185 und anschließend wird die 1 drauf addiert. Das war der Ausdruck, den wir hier oben gesehen haben. Das heißt, die Auswertung ist von links nach rechts,
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aber die Operatoren haben unterschiedliche Prioritäten. Das heißt, Punktrechnung vor Strichrechnung, so wie sie es in der Mathematik in der Schule auch gelernt haben. Wenn sie das Ganze ändern wollen, wenn sie also die Addition zunächst ausführen wollen, dann können sie
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klammern. Auch das kennen sie aus der Schule und sie sehen an dieser Stelle, erzielen wir einen anderen Wert, weil zunächst 1 plus 2 gerechnet wird und anschließend die Multiplikation und
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Division durchgeführt wird. Eine weitere wichtige Operation, die wir auch für unser Chaos, Challenge of the Day, noch benötigen, ist das Quadrieren eines Wertes. Das heißt, wenn sie zum Beispiel 5 hoch 2 rechnen wollen, dann brauchen sie diesen Operator doppelt Stern, der quadriert,
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also 6² und genau genommen quadriert er nicht, sondern rechnet hoch. Also wir können auch große Zahlen ausrechnen, 2 hoch 10.000 und dies auswerten und sehen, jetzt habe ich multipliziert, also wenn
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ich 2 hoch 10.000 rechne, dann sehen sie, dass Python, der Python-Interpreter, auch mit sehr großen Zahlen zurechtkommt, die hier dargestellt ist. Als erstes Zwischenfazit können wir festhalten,
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dass es die Grundoperation, wie sie sie aus der Schule, aus der Mathematik kennen, eben genauso geschrieben auch in Python gibt und sie können eben in den Codezellen dann entsprechend diese Ausdrücke eingeben und ausrechnen lassen und so funktioniert eben unser Jupyter Notebook eben
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auch als Taschenrechner. Als nächstes gibt es weitere Rechnungen oder Funktionen, die wir eben auch ausführen können, die nicht direkt mit Operatoren, wie sie sie aus der Mathematik kennen, verwendet werden können, aber eben, die man aufrufen kann, das sind sogenannte eingebaute Funktionen, die eben in der Python-Interpreter zur Verfügung stellt. Ein Beispiel ist, wenn wir eine
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eine Gleitpunktzahl haben und wollen diese runden, also wir haben den Wert 1.7 und wir wollen den runden, dann wird er hier aufgerundet zum Wert 2. Hier will ich auf zwei Dinge hinweisen. Sie sehen,
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wir sagen auf Deutsch immer, dass eine Gleitkommazahl vorliegt. Auf Englisch ist es eine floating point value und das heißt eben, die Zahlen werden mit einem Punkt geschrieben, also 1.7 entspricht unser 1,7. Hier sehen wir eben, dass so runden, aufrunden gibt es eben als Funktion vordefiniert.
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Ich kann mir auch etwas kompliziertere Ausdrücke nehmen. Wir hatten vorhin eben einen zusammengesetzten Ausdruck verwendet und das können wir auch hier tun und wir können das Ganze zum Beispiel aufrunden, abrunden, also runden gibt es. Es gibt weitere Funktionen, die Sie aus der Mathematik kennen, zum Beispiel das Minimum von zwei Zahlen oder von mehreren Zahlen auszurechnen.
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Das können wir auswerten. Es ist auch eine vordefinierte Funktion, genauso gibt es das Maximum und so weiter. Es gibt eine ganze Reihe eingebauter Funktionen. In den bereitgestellten Vorlesungsnotebooks haben wir Ihnen einen Verweis auf die Übersicht dargestellt, sodass Sie sich
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dort einlesen können. Eine wichtige eingebaute Funktion möchte ich Ihnen als nächstes auch noch vorstellen. Die ist ganz praktisch. Wir haben ja gesehen, dass wenn wir Codezellen ausführen, dass immer nur der letzte Wert der Auswertung auch angezeigt wird. Und hier habe ich mal drei
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Rechnungen, wieder zwei Additionen und ein Runden dargestellt. Allerdings habe ich das Ganze jeweils mit der Funktion print auch dargestellt und das heißt, wenn wir mehrere Ausdrücke in einer Zelle auswerten, können wir uns auch alle Ergebnisse ansehen, indem wir eben die jeweils ausgeben. Das ist wichtig, wenn Sie später auch ausführlichere Code-Fragmente entwickeln oder
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auch Funktionen schreiben, ein ganzes Python-Script, dann wird man immer in der Regel eben Zwischenergebnisse haben, die man sich auch aus ansehen möchte, die man vielleicht auch dem Nutzer unseres Python-Scripts anzeigen möchte. Und dafür benötigen wir die vordefinierte Funktion print.
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So, wenn wir Jupyter als Rechner nutzen können, dann wollen wir Ihnen auch die Challenge of the Session vorstellen. Die ist nämlich die, dass wir ein quadratisches Dreieck haben. Und wenn Sie sich an Pythagoras aus der Schule noch erinnern, an die Trigonometrie, die Frage ist, wie lang ist diese
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Hypotenuse C, wenn die Werte für A und B gegeben sind und dazu müssen Sie eben diese Formel auflösen, dass die Hypotenuse zum Quadrat die Summe der Quadrate der beiden Schenkel des Dreiecks sind. Und um das auszurechnen, können Sie ein Jupyter Notebook verwenden. So, für die Aufgabe,
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die wir lösen wollen, brauchen wir jetzt also einerseits das Potenzieren oder das Quadrieren um die Hypotenuse in unserem Chaos zu rechnen. Außerdem müssen wir noch die Quadratwurzel ziehen können. Auch hier gibt es eine Funktion, die nennt sich square root. Machen wir es erstmal einfach,
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zum Beispiel square root von dem Wert von 25. Dann wissen wir, können wir per Kopf ausrechnen, dass der Wert 5 erwartet wird. Wenn ich jetzt diese Funktion anwende, sehen wir erstmals eine
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andere Ausgabe, nämlich eine Fehlermeldung in unserem Notebook. Die Fehlermeldung sagt uns, dass eben in der Zeile, wir haben nur diese eine Zeile getippt, in der Zeile 1, square root 25, der Name square root not defined ist, nicht definiert. Das heißt, der Python-Interpreter weiß an dieser Stelle nichts mit der Funktion anzufangen. Das liegt daran, dass die Wurzelfunktion
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ist definiert in einem Paket, das nennt sich math. Und um diese square root Funktion benutzen zu können, müssen wir erstens dieses Paket importieren, also unserem Interpreter bekannt geben, dass wir
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die Funktion dieses Paketes nutzen wollen und zweitens die Funktion, die wir eben gerade benutzt haben, mit dem entsprechenden Namen qualifizieren. Das heißt, wir benutzen nicht square root so wie eingebauten Funktionen, sondern wir benutzen es so, dass wir es aus dem Paket math nutzen. Also import
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math gibt das Paket bekannt, importiert oder ermöglicht uns, alle Funktionen in diesem Paket zu nutzen. Außerdem können wir es dann mit math dot square root nutzen. Also Wurzel von 5 Quadrat ist 5 und math enthält auch jede Menge anderer, Ihnen bekannter Dinge aus der Schulmathematik.
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So, damit haben wir gesehen, wie wir Python Notebooks als direkte Taschenrechner, als Ausrechnern von Ausdrücken nutzen können. Jetzt können Sie zum Chaos of the day übergehen und
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den Wert der Hypotenuse ausrechnen, die wir Ihnen vorgegeben haben.
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