Programmierung - Einführung in Jupyter Notebook
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Formal Metadata
| Title |
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| Title of Series | ||
| Number of Parts | 79 | |
| Author | 0000-0002-6555-3840 (ORCID) | |
| License | CC Attribution 4.0 International: You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor. | |
| Identifiers | 10.5446/65508 (DOI) | |
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| Release Date | ||
| Language | ||
| Production Year | 2023 | |
| Production Place | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf |
Content Metadata
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SmartphoneHausdorff spaceGraphics tabletProgrammer (hardware)FunktionalitätJSONXMLComputer animationProgram flowchart
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Cellular automatonStructural loadFixpunkt <Datensicherung>Computer programFunction (mathematics)Interrupt <Informatik>Spoke-hub distribution paradigmProgrammer (hardware)CompilerInterpreter (computing)Kernel (computing)WritingSquareCountingSpeciesComputer animation
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Cellular automatonStructural loadFixpunkt <Datensicherung>Computer programStatement (computer science)Computer animation
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Cellular automatonFixpunkt <Datensicherung>Computer programError messageSpeciesComputer animation
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Cellular automatonPrint <4->Computer programCompilerProgrammer (hardware)Interpreter (computing)Program codeWritingComputer animation
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Structural loadFixpunkt <Datensicherung>Cellular automatonKernel (computing)Print <4->Computer programKernel (computing)CodeSierpinski triangleProgrammer (hardware)Computer animation
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Cellular automatonFixpunkt <Datensicherung>Computer programPrint <4->FunktionalitätLösung <Mathematik>Computer animation
12:31
Print <4->Computer programmingProgrammer (hardware)FunktionalitätComputer animation
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Computer animation
13:53
XMLComputer animation
Transcript: German(auto-generated)
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Jupyter Notebook ist die Programmierumgebung, die wir in unserem Kurs benutzen werden.
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Mit Jupyter Notebook kannst du deine Programme in Python schreiben und ausführen lassen. Außerdem kannst du damit alle Programme aus den Videos testen, die wir dir nach jedem Programmiervideo zur Verfügung stellen werden. Da Jupyter Notebook in einem Internetbrowser läuft, kannst du es sowohl auf deinem Computer zu Hause als auch auf deinem Laptop, Tablet oder sogar Smartphone unterwegs benutzen.
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Wir werden uns gleich gemeinsam die wichtigsten Funktionalitäten von Jupyter Notebook anschauen und das erste Programm in Python schreiben. Hier siehst du die Standard an sich einer Programmieraufgabe im Learn-Management-System
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von KI Campus. Oben siehst du den Titel und die Beschreibung zu der Aufgabe. Außerdem siehst du, dass es sich um eine unbenotete Aufgabe handelt. Um die Aufgabe zu starten, musst du auf den unteren dunkellilenen Button mit der Aufschrift Aufgabe starten klicken, der dich zum Jupyter Notebook weiterleitet.
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Da unsere Notebooks über das Jupyter Hub von KI Campus ausgeführt werden, brauchst du dir keine Gedanken über die Installation von Compilern und Interpretern auf deinem Computer zu machen. Ganz oben siehst du den Dateinamen von Jupyter Notebook.
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Darunter kommt das Menü und die Toolbar, in der du auf die wichtigsten Funktionen des Notebooks direkt zugreifen kannst. Unterhalb der Toolbar siehst du das eigentliche Notebook. Es sieht wie ein Blatt Papier aus, besteht aber aus Zählen. Im Jupyter Notebook gibt es zwei Arten von Zählen, die Textzählen und die Codezählen.
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Die Textzählen werden meistens dazu benutzt, um die Programmteile zu beschreiben. In den Notebooks wie diesem, die wir als Aufgabenblätter nutzen, findest du in den Textzählen die Aufgabenstellung. In den Codezählen wird das eigentliche Programm oder die Programmteile geschrieben,
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die du ausführen kannst. Wir kommen zurück zu der Toolbar. Du wirst nur einige Funktionen davon benötigen. Ganz links siehst du das Speicherjumbole. Wenn du zum Beispiel einen Aufgabenblatt bearbeitest, solltest du am besten die Änderungen, die du an deinem Notebook vorgenommen hast, zwischendurch mal speichern,
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damit sie nicht verloren gehen. Alle deine Änderungen werden zwar automatisch gespeichert, aber um sicher zu gehen, empfehlen wir dir, dein Notebook wenigstens vor dem Schließen einmal zu speichern. Rechts von dem Speichersymbol findest du einige Buttons,
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die zur Erstellung eines Notebooks nützlich sind. Da du in diesem Kurs keine Notebooks erstellen musst, überspringen wir diese und gehen direkt zum Button ran über. Mit diesem Button kannst du eine Codezähle bzw. das Programm oder ein Programmteil in einer Codezähle, die gerade aktiv ist, ausführen lassen.
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Durch das Klicken auf eine Codezähle wird diese aktiviert bzw. ausgewählt. Das machen wir jetzt mit der ersten Codezähle. Durch einen Klick auf den Randknopf führen wir diese aus.
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Es passiert nichts, weil unsere Codezähle noch keine einzige Anweisung enthält. Später in diesem Video siehst du, was passiert, wenn wir eine Codezähle mit Anweisungen ausführen. Rechts neben dem Randbutton siehst du einen Knopf mit einem schwarzen Quadrat drauf. Wenn du deinen Mauszeiger auf diesen Knopf bewegst, siehst du die Erklärung zu seiner Funktion.
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Interrupt the Kernel Du fragst dich jetzt wahrscheinlich, was eigentlich ein Kernel ist. Ein Kernel ist ein Programm, das die Programme bzw. die Programmteile in den Codezählen deines Jupyter Notebooks ausführt.
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Durch einen Klick auf den Interrupt the Kernel Knopf kannst du die Ausführung deines Programms unterbrechen. Auf die Funktion weiterer Buttons kommen wir noch mal später zurück, nachdem wir etwas programmiert haben. Jetzt wollen wir aber gemeinsam unser erstes Programm in Python schreiben.
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In der ersten Aufgabe sollen wir ein Programm schreiben, das die Begrüßung Hallo zusammen ausgibt. Um einen Text in Python ausgeben zu können, wird die Anweisung print benutzt.
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Wenn wir in den Codezählen Python-Befehle eingeben, ist es wichtig, dass diese direkt am Anfang einer Zeile ohne Leerzeichen davor beginnen. Das Einrücken von Anweisungen hat in Python eine eigene Bedeutung. Vielleicht erinnerst du dich an das Beispiel im Einführungsvideo,
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da steht die Slip-Anweisung im Funktionscode Eingerügt. Die Leerzeichen, die nicht am Anfang einer Zeile stehen, ignoriert Python, also verursachen sie keine Probleme. Um unsere Begrüßung auf der Ausgabefläche anzeigen zu lassen, müssen wir sie in die runden Klammern der Printanweisung schreiben.
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Dabei werden die Texte in Anführungszeichen geschrieben. Alles, was innerhalb der Anführungszeichen geschrieben wird, wird als Text erkannt. In Python stehen uns zwei Optionen zur Verfügung. Wir können entweder die doppelten oder die einfachen Anführungszeichen benutzen.
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Welche Vorteile das uns bietet, sehen wir noch später in diesem Video. Zuerst setzen wir unseren Text in die doppelten Anführungszeichen. Jetzt können wir unser Programm ausführen lassen, um zu sehen, ob es unsere Begrüßung ausgibt.
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Dafür klicken wir auf den Ausführungsknopf oben. Es sieht gut aus. In der Ausgabe unter der Codeszene sehen wir unsere Begrüßung Hallo zusammen. Damit haben wir erfolgreich das erste Programm in Python geschrieben.
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In der zweiten Aufgabe soll unser Programm den Text Willkommen bei der Veranstaltung KI für alle ausgeben. Dazu schreiben wir diesen Text wieder in der Klammer der Printanweisung. Wir führen unser Programm direkt aus.
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Wir bekommen leider eine Fehlermeldung. Genau genommen handelte es sich um einen Syntax-Fehler. Diesen können wir eigentlich direkt an der Farbmarkierung in der Codeszene erkennen. In der ersten Aufgabe wird der gesamte Ausgabetext zusammen mit den Anführungszeichen rot angezeigt.
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In unserem zweiten Programm wird nur ein Teil des Ausgabetextes rot markiert, und zwar von dem ersten bis zum zweiten Anführungszeichen. Danach kommt ein Teil, der nicht mehr als Text erkannt wird. Und am Ende wird wieder ein Teil des Ausgabetextes als Text erkannt, weil er von Anführungszeichen umschlossen ist.
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Die Schwierigkeit besteht darin, dass wir in der zweiten Aufgabe Anführungszeichen im Text verwenden müssen. Um unseren gesamten Ausgabetext als Text von Python erkennen zu lassen, müssen wir zwei unterschiedliche Arten von Anführungszeichen verwenden. Ich habe schon gesagt, dass Python sowohl die einfachen als auch die zweifachen Anführungszeichen akzeptiert.
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Die doppelten Anführungszeichen nehmen wir für den Titel unserer Veranstaltung. Mit den einfachen Anführungszeichen umschließen wir unseren Ausgabetext. Das heißt, wir zeigen Python, wo unser Ausgabetext anfängt und endet.
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Jetzt können wir unser Programm ausführen lassen. Es funktioniert. In der Ausgabe unter der Codeszene wird unser Text richtig angezeigt. Somit ist unser zweites Programm in Python fertig.
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In der dritten Aufgabe müssen wir unsere Programme aus den ersten beiden Aufgaben kommentieren. Dazu kopieren wir die Programmcodes bzw. Programmtexte in die Codeszellen dieser Aufgabe und ergänzen sie mit Kommentaren.
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Ein Kommentar ist eine Art Notiz, die man im Programmcode für sich und andere schreibt. Ein Kommentar kann ein Programm oder einzelne Programmteile beschreiben, hat aber keine Auswirkung auf die Ausführung des Programms. In der Praxis wird am Anfang jedes Programms ein Kommentar geschrieben,
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der die Aufgabe des Programms kurz beschreibt. Auch während des Schreibens eines Programms sind die Kommentare für einzelne Programmteile hilfreich, zum Beispiel wenn man diese später bearbeiten möchte. Wir werden die Kommentare manchmal dazu nutzen, um einige Hinweise und Hilfestellungen
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zu den Programmieraufgaben zu geben. In Python werden Kommentare durch das Rautezeichen eingeleitet. Alles, was nach dem Rautezeichen in der Zeile steht, wird bei der Ausführung des Programms ignoriert. Deswegen müssen die Kommentare am Ende der Zeile stehen. Wir können unseren zweiten Printbefehl wie folgt kommentieren.
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Nutze einfache Anführungszeichen, um den Text zu umschließen. Da die Programmzeile schon relativ lang ist, schreiben wir unseren Kommentar in der Zeile davor. Wenn wir jetzt das Programm ausführen, bekommen wir die gleiche Ausgabe wie in Aufgabe 2
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und keinen Syntaxfehler, weil wir den Text unseres Kommentars nicht ordentlich mit den Anführungszeichen umschlossen haben. Das ist passiert, weil der Compiler bzw. Interpreter die Kommentare komplett ignoriert. Möchte man Kommentare einfügen, die über mehrere Zeilen gehen, setzt man drei einfache
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oder drei doppelte Anführungszeichen jeweils vor und nach dem Kommentar. Damit können wir zum Beispiel unser gesamtes Programm aus Ausgabe 1 kommentieren. Wir können das Programm ausführen lassen und sehen, dass sich nichts an der Ausgabe
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des Programms geändert hat. Wenn du in deinem Notebook oder in einem Notebook zu einem Video alle Codes zählen und von oben nach unten auf einmal ausführen möchtest, kannst du das durch einen Klick
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auf den Knopf mit zwei schwarzen Dreiecken machen. Dabei wird der Kernel neu gestartet und auch alle Änderungen, aber nicht der Code, gehen verloren, die durch die Ausführung deines Programms davor gemacht wurden. Wenn du nur alle Codezählen des Notebooks ausführen möchtest, ohne den Kernel
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neu zu starten, musst du in das Menü gehen. Dann in den Cell-Bereich wechseln und Run All auswählen.
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Jetzt bist du mir den wichtigsten Funktionalitäten des Jupyter Notebooks vertraut und kannst die Programmieraufgaben lösen. Aber wie kannst du selbst überprüfen, ob deine Lösungen richtig sind? Bei einigen Aufgaben siehst du das direkt an der Ausgabe. Bei den anderen Aufgaben ist das nicht so einfach.
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Deswegen findest du nach jedem Jupyter Notebook, dass Programmieraufgaben für dich enthält, noch eine Übung im Lernmanagementsystem auf KI Campus.
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Diese Übungen bestehen in der Regel aus Multiple Choice Aufgaben, die im direkten Bezug zu den Programmieraufgaben stehen. Du kannst diese Aufgaben entweder direkt im Anschluss an die Programmieraufgaben machen oder parallel dazu. Wenn du mal gar nicht weißt, wie du eine Programmieraufgabe lösen sollst,
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können dir die Multiple Choice Aufgaben sogar dabei helfen, auf die Lösung zu kommen. In diesem Video hast du die wichtigsten Funktionalitäten des Jupyter Notebooks kennengelernt. Du weißt jetzt, wie du ein einfaches Programm in Python schreiben kannst, das
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einen Text ausgibt. Du weißt auch, wie du deine Programme bzw. Programmteile im Jupyter Notebook ausführen kannst. Außerdem weißt du, wie du deine Programme in den Codezellen mit sinnvollen Kommentaren ergänzen kannst.