MOOC Programmeerimise alused kursuse põhjal, materjalid koostas Tartu Ülikooli arvutiteaduse instituudi programmeerimise õpetamise töörühm
1.1. ALGORITM
– Algoritm
Kui me midagi suuremat teha tahame, siis võib tulemuse saavutamisel abi olla sellest, kui me kavandatu kuidagi sammudeks jaotame. Seejuures me peaksime muidugi mõtlema, mis järjekorras need sammud tuleb või saab teha. Kas mingeid samme saab teha samaaegselt? Kas midagi tuleb teha korduvalt? Kas mõnda asja tuleb või saab teha ainult teatud tingimustel? Äkki saab hoopis keegi teine meie endi asemel midagi ära teha?
Elus paraku (kahjuks või õnneks) mõeldakse sammude peale sageli alles pärast nende toimumist. Kui aga tahta kellelegi teisele selgeks teha, kuidas teatud asi toimuma peaks, siis peaks selleks kasutama mingit mõlemale poolele arusaadavat viisi. Vast on nii mõnedki kogenud, et täpsed juhised võivad kaasa aidata tulemuse saamisele: “Pööra ringteelt välja teiselt mahasõidult!”, “Keeda 20 minutit!”, “Lisa kaks labidatäit kruusa!”, “Istuge, palun!”.
Kui soovime ümbritsevat maailma mingit moodi käituma suunata, siis hea meetod selleks on kehtestada eeskirjad. Eeskirjad võivad olla keelavad või kohustavad. Keelavad eeskirjad on näiteks sellised: “Ära mine vales kohas üle tänava!”, “Ära söö (joo) nii palju!”, “Ära ületa kiirust!”, “Ära mängi nii palju arvutimänge!”, “Ära …”.
Nüüd aga keskendume kohustavatele eeskirjadele – neile, mis kirjeldavad tegevusi, mida peab tegema. Tavaliselt on elus mingi ülesande lahendamiseks vaja teha mitu sammu järjest – sel juhul saame rääkida lahenduseeskirjast ehk algoritmist. Algoritm ongi mingi hulk õiges järjekorras kohustavaid eeskirju (vt ka Eesti keele seletavast sõnaraamatust).
-Algoritmide esitamine
Algoritmi saab põhimõtteliselt kirja panna erineval moel. Näiteks võib selle lihtsalt samme järjest (nummerdades) üles kirjutada. Uurige, kuidas Omniva on esitanud algoritmi paki saatmiseks. Suureks abiks võivad olla illustratsioonid, näiteks esmaabi andmise puhul. Mõnedel juhtudel ongi ainult illustratsioonid, näiteks lennukis olevatel ohutuskaartidel.
Üsna tavaline on, et teatud samme tuleb (või saab) sooritada ainult siis, kui teatud tingimus on täidetud. Näiteks on vingugaasimürgituse esmaabi puhul kirjas: “Kui kannatanu ei hinga, tee kunstlikku hingamist.”
Üks levinud viis algoritmi kirjeldamiseks on plokkskeem. Meie plokkskeemis tähistatakse algoritmi algust ja lõppu ovaalide abil (vt järgnevat joonist). Algoritmil on alati üks algus ja üks lõpp. N-ö tavalise sammu tähistamiseks kasutatakse ristkülikut. Plokkide järgnevust märgitakse nooltega. Nii kirjeldavad kartulisalati tegemist tänaseks juba emeriitprofessorid Mare Koit, Ülo Kaasik ja Jüri Kiho oma õpikus “Kuidas programmeerida” (1990). (Neil oli küll veidi keerulisem retsept.)
Samale tulemusele võib jõuda ka mõnevõrra teistsuguse algoritmiga. Mõned sammud võivad olla teises järjekorras, aga mõnede sammude puhul on omavaheline järjekord kindel. See, millised sammud ühte plokki lugeda, võib olla ka üsna vabalt valitav. Kui tahame midagi paralleelselt teha, et tulemust kiiremini saada, siis võiks salati tegemisel kartulite ja hapukurgi tükeldamist eraldi võtta ja neid lasta erinevatel inimestel samal ajal teha. Siinkohal kerkib loomulik küsimus: kas meil on olemas selleks vajalikke ressursse – inimesi, nuge, lõikelaudasid? Paralleelsete protsesside kasutamine programmides on praegusel ajal tegelikult äärmiselt oluline, aga ka keeruline ja see jääb meie kursusest välja.
Ülesanne
Tegemist on enesekontrolliülesandega, mille lahendamise tulemusi ei salvestata. Võite julgesti ka valesti vastata, aga püüdke ikka õigesti.
Mitme tegevuse paralleelselt tegemist me siin ei käsitle. Küll aga on meil olulisel kohal olukorrad, kus tuleb kahest võimalikust jätkust valida üks. Plokkskeemis kasutame selliste hargnemiste – kontrollplokkide – kirjeldamiseks rombi. Kontrollplokis on olulisel kohal tingimus, mille täidetuse põhjal otsustatakse, kumba teed edasi minna. Kontrollplokist väljub alati täpselt kaks noolt, sissetulevate noolte hulk ei ole piiratud.
Põhimõtteliselt saab kasutada ka skeeme, kus kontrollplokist väljub rohkem nooli. Selliseid (näiteks see skeem) on näiteks Euroopa parlamendi ja nõukogu määruses nr 1272/2008, mis käsitleb ainete ja segude klassifitseerimist, märgistamist ja pakendamist. Seal on Jah/Ei asemel näiteks Jah, kiiresti / Jah, aeglaselt / Ei. Meie aga jätkame siiski nii, et on täpselt kaks valikut – kas tingimus kehtib või mitte.
Kui nüüd tulla rohkem arvutite juurde, siis üsna sageli on vaja programmi kasutajalt mingit sisendit ja tulemuseks on kasutajale millegi väljastamine. Sellist andmevahetust märgitakse rööpkülikutega. Järgmises algoritmis sisestab kasutaja arvud a ja b ning pärast kontrolli väljastatakse talle vastav teade.
Algoritmi koostamisel tuleb olla väga tähelepanelik ka kõikvõimalike erijuhtude arvestamiseks. Näiteks eelmise algoritmi puhul peab väljastatav tekst olema õige ka juhul, kus sisestatud arvud a ja b on võrdsed.
Enne programmide juurde minekut vaatleme näitena algoritmi, mis kirjeldab sellise programmi tööd, mis püüab aidata kursuslast, kes ei pääse kursuse Moodle’i keskkonda. Siin on see toodud plokkskeemina. (Skeemil klõpsates näeb seda suuremana.)
1.2 PROGRAMM
-Programmeerimiskeeled
Mingi ülesande lahendamiseks vajaliku algoritmi kirjapanek plokkskeemina võib küll olla arusaadav inimesele, aga see ei ole väga sobiv arvutile algoritmi arusaadavaks tegemiseks. Selleks otstarbeks tuleb lahendus esitada programmina (vt Eesti keele seletavast sõnaraamatust). Programm kirjutatakse mingis programmeerimiskeeles. Programmeerimiskeeli on olemas mitmeid sadu, võib-olla tuhandeid. Nagu loomulike keelte puhul, on ka üks programmeerimiskeel mõne teisega sarnasem, mõnest jälle erinevam. Näiteks eesti keel on suhteliselt sarnane soome keelega, vene keel ukraina keelega ja rootsi keel norra keelega. Samas näiteks kuigi eesti keel ja katalaani keel ei ole väga sarnased, on neis mõlemas ikkagi nimisõnad ja tegusõnad ja muud paljudele keeltele omased asjad. Nii on ka erinevates programmeerimiskeeltes palju sarnaseid struktuure. Kuidagi peab olema organiseeritud, et
- kui teatud tingimus on täidetud, siis tehakse ühtmoodi, kui pole täidetud, siis teistmoodi;
- mingit tegevust tehakse teatud arv kordi;
- mingit tegevust tehakse niikaua, kui teatud tingimus on täidetud;
- mingeid programmiosasid saab suhteliselt iseseisvalt kasutada jne…
Programmeerimiskeeli saab tinglikult jaotada põlvkondadesse. (Põlvkondadest ja teistest ajaloolistest asjadest on juttu silmaringimaterjalis Ajaloost.) Rõhuv enamik programme kirjutatakse tänapäeval mingis kõrgtasemekeeles. Neist levinumad on näiteks C (ka C++, C#), Java, PHP ja Python. Erinevate keelte kasutuslevik on pidevas muutumises ja seda on huvitav jälgida näiteks siin.
Meie kursuse aluseks on võetud programmeerimiskeel Python. Ühelt poolt on tegemist keelega, milles tõesti ka päriselt tööstuses programmeeritakse. Teiselt poolt on see sellistest keeltest sobivaim just esimeseks õpitavaks keeleks, sest juba midagigi tegeva programmi saame kirjutada ühe rea abil. Programmeerimiskeele Python esimene versioon loodi 1989. aasta lõpus. Sellel kursusel kasutame versiooni Python 3. Täpsemalt pole versioon (nt 3.4.3 või 3.5.1) nii oluline, kuna meie jaoks on nende erinevused vähetähtsad.
Programmeerimiskeele Python looja nime juurde jõuame aga läbi järgmise küsimuse. Ka edaspidi kasutame vahel küsimusi juba siis, kui vastust veel tekstis toodud pole. Ühelt poolt tundub see võib-olla mõnevõrra kummaline – kuidas küsida õppurilt sellist asja, mida pole veel seletatudki!? Teiselt poolt aga näitavad kogemused, et sellised küsimused aitavad õppija vaimu virge hoida ja paremini teemasse sisse minna. Lisaks ei lähe vastuse hinne kuhugi arvesse, seega pole oma tulemuse pärast vaja liigselt muretseda. Enesekontrolli ülesannete puhul võite julgesti ka meelega valesti vastata, sageli ilmuvad sellisel juhul õpetlikud kommentaarid.
-Esimene programm
Üks põhjus, miks Python on esimese keelena suhteliselt sobiv, on see, et päris esimese programmi kirjutamine on lihtne. Nii saame teha näiteks üherealise programmi
print("Tere!") |
See programm toob ekraanile sõna “Tere!”.
Tavaliselt muidugi on programmis rohkem ridu. Täiendame meiegi oma programmi.
print("Tere!")print("Head aega!") |
Lühema programmiga saime hakkama, püüame natuke pikemaga ka. Selle võite ise sisse kirjutada või siit kopeerida. Proovige programm käima saada!
arv = 1if arv > 0:print("positiivne")else:print("mittepositiivne") |
Pythonis on programmi struktuuri korraldamisel äärmiselt oluline õige taandamine ehk tühikutega mingi rea paremale poole lükkamine. (Teistes keeltes võivad selles rollis olla näiteks looksulud { } ). Proovige näiteks taanet niimoodi muuta:
arv = 1if arv > 0:print("positiivne")else:print("mittepositiivne") |
Kui mitte varem, siis nüüd juhtus selline asi, et me tahtsime käivitada vigast programmi. Seda juhtub programmeerimisel alatihti ja seda ei tohi sugugi karta. Proovige programmi parandada ja uuesti käivitada.
1.3 ANDMETÜÜBID
Eelmises osas oli meil programm
arv = 1if arv > 0:print("positiivne")else:print("mittepositiivne") |
Selles on näha mitut tüüpi andmeid. Paistavad arvud 1 ja 0 ning tekstilised suurused "positiivne" ja "mittepositiivne". Pythonis (nagu ka teistes programmeerimiskeeltes) ongi võimalik kasutada erinevaid andmetüüpe. Meie jaoks on esialgu olulised järgmised Pythoni andmetüübid:
- Täisarvud (näiteks
10,-4,0); - Ujukomaarvud (näiteks
2.5,3.14,-7.23,2.0); - Sõne / tekst (näiteks
"kass"(või'kass'),"koer ja hobune"(või'koer ja hobune')); - Tõeväärtused (
TruevõiFalse).
Täisarvude kasutamine Pythonis on ehk kõige sarnasem (kooli)matemaatikale. Oma tüüp on koma sisaldavatele arvudele, selliseid arve nimetatakse ujukomaarvudeks. Koma rollis kasutatakse Pythonis punkti (näiteks 3,2 kirjutatakse Pythonis 3.2). Tekstide jaoks on sõnetüüp, mille tunnuseks on jutumärgid või ülakomad. Sõne ingliskeelne vaste on string (lühendatult ka str). Tõeväärtuste tüübis on vaid kaks võimalikku väärtust – True (tõene) ja False (väär).
Konkreetse väärtuse tüübi saab teada käsku type() kasutades. Täisarvu tüüpi märgitakse Pythonis int, ujukomaarvu tüüpi float, sõne tüüpi str ja tõeväärtuse tüüpi bool. Proovige näiteks:
print(type(4))print(type(4.5))print(type("Maria"))print(type(True)) |
Tüüpidega samanimeliste funktsioonide abil saame leida konkreetse väärtuse teist tüüpi vaste. Vahest on siin tulemus selgesti ettearvatav, vahel aga võib see suhteliselt ootamatu tunduda. Nii on näiteks int("1") väärtuseks täisarv 1, sest sõnele "1" on just täisarvudest 1 loomulik vaste. Samuti vastupidi – str(1) väärtuseks on sõne "1". Kontrollige ka, mida Python ise nende andmete tüüpidest arvab:
print(type(str(1)))print(type(int("1"))) |
Mõnedel juhtudel pole tüübiteisenduse funktsiooni väärtuse ennustamine nii lihtne. Proovige näiteks järgmisi näiteid.
print(bool(7))print(bool(0))print(float(True))print(int(1.7)) |
Vaatame viimast rida, mis andis int(1.7) väärtuseks 1. Nagu näeme ei ole tegemist ümardamisega, kuna ümardamisreeglite järgi peaks väärtus olema 2. Ümardamiseks on Pythonis eraldi funktsioon round. Näiteks round(1.7) on tõesti 2.
Tuleme teiste näidete juurde tagasi hiljem, kui vastavaid tüüpe põhjalikumalt käsitleme.
Erinevat andmetüüpi väärtusi on vaja erinevates olukordades, nendega arvutused toimuvad erinevalt. Erinevate tüüpidega saab teha erinevaid tehteid. Ka näiliselt sama tehtemärgiga võivad erinevad tüübid erinevalt käituda. Oluline on ka see, et erinevat tüüpi väärtusi kujutatakse arvuti mälus erinevalt – ka ruumi võtavad nad mälus erinevalt.
1.4 MUUTUJAD
Kui need andmed juba mälus on, siis on loomulik tahtmine neid ka kasutada. Konkreetsele mälupiirkonnale, kus teatud väärtus on, saab anda eraldi nime. Sellist nimega mälupiirkonda kutsutakse muutujaks. Muutujal on nimi ja muutujale väärtuse andmine käib Pythonis võrdusmärgi abil.
Tinglikult võiks muutujaid võrrelda maitseainete topsidega. Selleks, et maitseaineid lihtsamini üles leida, on mõistlik topsid vastavalt sildistada. Sildi järgi leitakse vastav maitseaine paremini üles.
Muutujaid võiks võrrelda maitseainete topsidega. Allikas: Eno Tõnissoni erakogu
Enne oli juttu, et erinevat tüüpi väärtusi kujutatakse mälus erinevalt. Laias laastus on seegi võrreldav maitseainetopsidega – need võivad näiteks olla erineva suurusega.
-Muutujale väärtuse andmine
Muutuja on kasulik siis, kui talle anda mingi väärtus – määratakse andmed, mida muutujale vastavas mälupiirkonnas hoitakse. Umbes nii, et topsis, mille peale on kirjutatud kaneel, on hoiul kaneel.
Pythonis muutuja nime valimisel on omad reeglid ja tavad nagu ka näiteks tavaelus lapsele nime panemisel. (Reeglid ise on küll lapsele nimepanemise omadest mõnevõrra erinevad.) Pythonis muutujale nime panemisel tuleb silmas pidada, et nimi ei tohi sisaldada tühikuid. Tühiku asemel kasutatakse vajadusel alakriipsu (nt vanima_lapse_vanus) või jäetakse vahe üldse ära (nt vanimaLapseVanus). Lisaks on tavaks, et muutuja nimi on kirjutatud väikeste tähtedega (va sõnade algustähed alates teisest). Nimi ei tohi alata numbriga, aga alates teisest sümbolist võib numbreid olla küll. Nimedena ei saa kasutada mõningaid Pythonis eritähendusega sõnu, näiteks and, def, elif, else, for, from, if, import, in, not, or, pass, return, while ja tõeväärtusi True ja False.
Erinevalt mitmetest teistest programmeerimiskeeltest (nt Java) ei määrata Pythonis programmeerija poolt ilmutatult, mis tüüpi väärtused antud muutujale sobivad ehk mis tüüpi muutuja on. Python saab ise aru, et kui väärtuseks on 12, siis on tegemist täisarvuga, kui 12.1, siis ujukomaarvuga, kui "Kaua Sa kannatad kurbade naeru", siis sõnega.
Soovi korral saab lugeda erinevate nimevaliku soovituste kohta ingliskeelsest Wikipedia artiklist.
Vaatame nüüd näidet, kus väärtustame erinevaid muutujaid. Anname muutujale poisi_vanus väärtuseks 12. Selleks käivitame Thonny ning trükime uude programmiaknasse (File -> New) esimesele reale:
poisi_vanus = 12 |
Toome mängu vanaema, andes teisel real muutujale vanaema_vanus väärtuseks 59:
vanaema_vanus = 59 |
Talletatud infot saame kasutada samade muutujate abil. Võime näiteks leida poisi ja vanaema vanuste summa, trükkides programmi kolmandale reale:
vanuste_summa = poisi_vanus + vanaema_vanus |
Ekraanile väljastamiseks tuleks lisada käsk print.
print(vanuste_summa) |
Kokku saime järgneva programmikoodi:
poisi_vanus = 12vanaema_vanus = 59vanuste_summa = poisi_vanus + vanaema_vanusprint(vanuste_summa) |
Programmi käivitades (Run -> Run current script) peaks tulemus olema selline:
Nuputa! Kuidas leida poisi ja vanaema keskmine vanus?
Muutujatega tegutsemisel tuleb meeles pidada, et muutuja peab enne selle kasutamist olema väärtustatud. Proovige käivitada juba varasemalt vaadeldud näidet sellisena:
poisi_vanus = 12vanuste_summa = poisi_vanus + vanaema_vanusvanaema_vanus = 59print(vanuste_summa) |
Millise teate väljastas Python? Miks selline veateade ilmnes ja kuidas viga parandada saab?
-Arvuliste väärtuste omistamine muutujale
Muutujale arvulise väärtuse omistamist juba vaatasime. Käib see siis näiteks nii:
lemmik_arv = 7print(lemmik_arv) |
Lisaks sellele on võimalik arvudega sooritada erinevaid tehteid. Vaadake tähelepanelikult, sest mõned märgid tähendavad teisi asju kui me harjunud oleme:
+liitmine-lahutamine/jagamine*korrutamine**astendamine%jäägi leidmine//täisosa leidmine
Lisaks tehtemärkidele on olulisel kohal erinevad funktsioonid, nii saame näiteks funktsiooniga max leida mitmest suurusest suurima. Näiteks max(23, 56) väärtus on 56.
Võimalusi on veel hulga rohkem, võite nendega tutvuda Pythoni dokumentatsioonis.
Järgmine näide on ujukomaarvude omistamisest kahele muutujale, nende summa arvutamisest ja ekraanile väljastamiseks:
esimene_arv = 3.2teine_arv = 10.15arvude_summa = esimene_arv + teine_arvprint(arvude_summa) |
Muutuja väärtust saab programmis ka muuta. Proovige järgi, mis tulemus tuleb sellisel juhul:
esimene_arv = 3.2teine_arv = 10.15 esimene_arv = 5arvude_summa = esimene_arv + teine_arvprint(arvude_summa) |
-Tekstilise väärtuse andmine muutujale.Sõne
Eelmistes näidetes andsime muutujale väärtuseks arvu (täisarvu või ujukomaarvu). Nüüd vaatame, kuidas muutujale anda väärtuseks tekst sõnena. Tekstiline väärtus omistatakse muutujale jutumärkide (või ülakomade) vahel. Mitu teksti saame kokku panna, kasutades + märke.
Proovige näiteks, kuidas töötab järgnev programm:
nimi1 = "Mihkel"nimi2 = "Mari"tervitus = "Tere, " + nimi1 + " ja " + nimi2 + "!"print(tervitus) |
See on üks nendest näidetest, kus üks ja sama tehtemärk tähendab erinevate andmetüüpide puhul erinevaid asju:
- Arvude puhul tähendab
+märk kahe arvu liitmist (5 + 3annab tulemuseks8). - Sõnede puhul tähendab
+märk kahe sõne ühendamist üheks sõneks ("tere" + "tore"annab tulemuseks"teretore".) Sel tehtel on ka peenem nimi – konkatenatsioon.
Nagu eelmisest programminäitest näha, siis sõned kirjutatakse jutumärkidega, muutujanimed aga ilma.
NB! Sellisel viisil saab omavahel ühendada ainult sõnesid. Arvu lisamiseks antud lausesse peaks kasutama funktsiooni str(), et arv esmalt sõneks teisendada. Näiteks kui muutuja arv sisaldaks väärtust 5, siis str(arv) annaks väärtuse "5" (sõnena), mida saaks juba teiste sõnedega liita.
-Tõeväärtuse omistamine muutujale
Kui arvud ja sõned on tuttavamana tunduvad andmetüübid (oleme ju arvude ja tekstiga ikka tegutsenud), siis tõeväärtused on võib-olla mõnevõrra võõramad. Nimelt saab muutujale väärtuseks anda ka väärtusi True (tõene) või False (väär):
liigaasta = Falseprint(liigaasta) |
Tõeväärtuste tüüpi nimetatakse algebralise loogika looja George Boole’i järgi inglise keeles boolean tüübiks. Kohata võib ka sõna boolean lühendatud varianti bool. Põhjalikumalt vaatame tõeväärtuste rakendusi tingimuslausete peatüki juures.
1.5 SISEND KASUTAJALT INPUT()
Varasemad näited olid meil sellised, kus andmed kirjutati programmiteksti sisse. Sageli on aga vaja andmed programmi töö vältel juurde saada. Failides (sh internetis) olevatele andmetele juurdepääsust räägime mõne nädala pärast. Praegu aga arutame seda, kuidas programm saaks kasutajalt andmeid küsida ja siis neid ka kasutada. Kui vaatame programmi poolt, siis on kasutajalt saadavad andmed sisendiks. Vastava funktsiooni nimi input just tõlkes sisendit tähendabki.
Alustame programmist, mis küsib kasutajalt nime ja siis tervitab teda nimepidi. Nagu ikka, saab siingi programmi mitmel viisil koostada. Alustame sellest variandist, kus kõigepealt väljastatakse ekraanile küsimus, siis väärtustatakse muutuja kasutajalt saadud vastusega ning lõpuks väljastatakse tervitus.
print("Palun sisestage nimi")nimi = input()print("Tere, " + nimi + "!") |
Programmi Thonnys käivitades ilmub küsimus Thonny allosas asuvasse Shell-paneelile ja sinna tuleb ka vastus kirjutada. Klaviatuuri reavahetusklahviga (Enter) sisestus aktsepteeritakse. Proovige programm käivitada!
Programmis saab küsimuse teksti esitada ka koos funktsiooniga input:
nimi = input("Palun sisestage nimi")print("Tere, " + nimi + "!") |
See programm ei tööta siiski täpselt samamoodi kui eelmine. Nüüd oodatakse kasutaja vastust küsimusega samal real. Selleks, et küsimus ja vastus eralduksid, lisame küsimuse teksti taha kooloni ja tühiku:
nimi = input("Palun sisestage nimi: ")print("Tere, " + nimi + "!") |
Juba varasemast teame, et Pythonis on erinevat tüüpi andmeid. Selgitame, mis tüüpi väärtuse saame funktsiooni input abil:
nimi = input("Palun sisestage nimi: ")print(type(nimi)) |
Näeme, et tegemist on sõnega (str). Tänu sellele saime ka programmis selle plussmärgi abil sujuvalt teiste sõnedega (nt “Tere, ” ja “!”) ühendada. Paljudel juhtudel aga on meil vaja kasutajalt küsida näiteks hoopis arve.
Küsime siis näiteks hoopis vanust. Muutujale paneme nimeks vanus.
vanus = input("Palun sisestage oma vanus: ")print(type(vanus)) |
Proovige programmiküsimusele mingi arvuga vastata.
Näeme endiselt, et tegemist on sõnega. Sellest, et muutuja nime vahetasime, ei muutunud tegelikult programm üldse. Muutujate nimede sisulisus on tähtis programmeerijale, Python tegelikult nime konkreetsest tähendusest aru ei saa.
Senikaua kui meil pole vaja teha n-ö arvulisi tehteid, kõlbavad sõne kujul arvud ka.
vanus = input("Palun sisestage oma vanus: ")print("Teie vanus on " + vanus) |
Näiteks, kui sisestate vastuseks 31, siis oleks see sama, kui programmis oleks rida vanus = "31". Tegelikult on meil ju olemas vahendid mingi väärtuse teises andmetüübis kujutamiseks. Näiteks str sõnena kujutamiseks, int täisarvuna kujutamiseks, float ujukomaarvuna kujutamiseks. Kui tahame sisestatut täisarvuna käsitleda, siis võime kirjutada vanus = int(input("Palun sisestage oma vanus: ")). Sellisel juhul on vanus juba täisarv ja sellega saame teha vastavaid tehteid.
vanus = int(input("Palun sisestage oma vanus: "))vanus_viie_aasta_pärast = vanus + 5print("Teie vanus 5 aasta pärast on " + str(vanus_viie_aasta_pärast)) |
Selles näites kasutatakse kaht tüübiteisendust: vanus peab olema täisarv, et saaks teha arvutusi ja väljatrükkimiseks jälle on vaja hoopis sõnet.
Kui selle programmi puhul sisestada midagi, mida int ei saa täisarvuks teisendada, siis tekib veateade.
Selle kursuse materjalides eeldame reeglina, et kasutaja sisestab seda tüüpi asju, mida küsitakse. Päriselt muidugi nähakse väga suurt vaeva, et kasutaja (kas siis kogemata või meelega) ei saaks sisestada midagi sellist, mis pole oodatud ja võib-olla programmi hoopis katki teeb.
Järgmises programmis küsitakse kasutajalt täisarvud ja need liidetakse kokku.
esimene_arv = int(input("Sisesta esimene liidetav täisarv: "))teine_arv = int(input("Sisesta teine liidetav täisarv: "))arvude_summa = esimene_arv + teine_arvprint(arvude_summa) |
Siin me väljastamisel sõneks teisendamist ei kasutanud, sest print tuleb arvude väljastamisega toime küll. Varasemates näidetes oli str vajalik just sõnede ühendamiseks.
Siin programmis küsitakse kahte arvu. See, millises järjekorras neid sisestatakse, pole siin oluline. Kui kaks esimest rida ära vahetada, siis tulemus on ikka sama.
teine_arv = int(input("Sisesta teine liidetav täisarv: "))esimene_arv = int(input("Sisesta esimene liidetav täisarv: "))arvude_summa = esimene_arv + teine_arvprint(arvude_summa) |
Küll aga võib sisestuse järjekord olla oluline mitmete teiste programmide korral. Meie kursusel võib õige sisestamise järjekord olla oluline lahenduste automaatkontrolli puhul. Sel juhul on see ka ülesande püstituses kirjas.
Lõpetuseks koostame programmi, mis küsib kasutajalt täisarvu ning seejärel
- liidab talle temast suuruse poolest järgmise arvu;
- liidab tulemusele arvu 9;
- jagab tulemuse arvuga 2;
- lahutab tulemusest esialgse arvu.
Eeltoodud tingimustele vastab järgmine programm.
algne_arv = int(input("Sisestage täisarv: "))järgmine_arv = algne_arv + 1tulemus = algne_arv + järgmine_arvtulemus = tulemus + 9tulemus = tulemus / 2tulemus = tulemus - algne_arvprint(tulemus) |
Võib tunduda kummaline, et kuidas me saame muutujale väärtuse anda tehtega, milles kasutame sedasama muutujat ennast (nt tulemus = tulemus + 9). Tegelikult on see aga täiesti lubatud ja sageli kasutatav! Nii saabki muutuja väärtust muuta.
Proovige programmi erinevate arvudega! Milliseid tulemusi saate?
Tulemus paistab olevat ujukomaarv. Mis hetkel see tekib? Thonnyga võime jälgida muutujate väärtusi programmi jooksutamise ajal. Selleks tuleb muutujate paneel avada (View –> Variables). Kui tavalisel moel programm käivitada (Run –> Run current script või vastav rohelise ringiga nupp või klahv F5), siis tehakse programmi töö pärast kasutajalt sisendi saamist ühe hooga ära ja paistavad muutujate lõppväärtused.
Kui aga kasutada Thonny samm-sammulise läbimise võimalusi, siis näeme muutujate väärtuste muutumist ka samm-sammult. Selleks tuleb programm käivitada silumisrežiimis (Run –> Debug current script või putukaga nupp või Ctrl + F5). Näeme, et programmi esimene rida on esiletoodud. Nüüd saame sammukaupa programmis edasi minna (Run –> Step over või vastav noolega nupp või klahv F6).
Proovige! Millal saab muutuja tulemus väärtuseks ujukomaarvu?
Proovige, mis muutub, kui jagamismärgi / asemel kasutada hoopis kahte jagamismärki kõrvuti //. Tegemist on täisarvulise jagamisega. Kahe arvu jagamisel on tulemuseks alati täisarv (või sellele vastav ujukomaarv). Näiteks 5 // 3 väärtuseks on 1, 5.1 // 3 väärtuseks aga 1.0. Tuleb tähele panna, et tulemuse saamiseks jagatist ei ümardata, vaid tulemuseks on kõige suurem täisarv, millest jagatis ei ole väiksem.
1. nädala kontrollülesandeks 1.3 on astendamise programmi koostamine. Ülesandega kohanemiseks võiks lihtsalt erinevaid astmeid leida.
print(3 ** 2)print(10 ** 100) |
Teine arv on siis 1 saja nulliga. Lõpetame siin aga enesetesti küsimusega, mille eest meie kursusel ei saa punktigi, sest enesetesti küsimuste eest meil punkte ei saadagi. 2001. aastal aga Suurbritannia telemängus “Kes tahab saada miljonäriks?” oli see miljoni naela küsimus.
1.6 SILMARING. KATKEID PROGRAMMEERIMISE AJALOOST
-Ajaloost
Ühelt poolt on programmeerimise ajalugu küllaltki lühike, eriti võrreldes mõnede teiste valdkondadega. Teiselt poolt on aga siingi juhtunud palju huvitavaid sündmusi, on olnud erinevaid ajajärke ja tegutsenud värvikaid persoone. Siin saame tutvustada vaid vähest, aga loodetavasti mingi (küll väga fragmentaarse) taustapildi siiski saab.
Programmeerimise ajalugu algab juba enne seda, kui arvutid füüsiliselt valmis said. Nimelt leidis inglise matemaatik Charles Babbage 1812. aastal, et teatud arvutusi võiks teha hoopis masin. Aastakümnete jooksul tegeles ta selle mõtte realiseerimisega. 1842. aastal tutvustas ta loengus universaalse mehaanilise arvuti – analüütilise masina ideed. Teatud eeskujuks olid automaatsed kangasteljed. Varasematest ideedest eristas seda masinat just see, et protsessi pidi juhitama varemkoostatud juhiste järgi. C. Babbage püüdis seda masinat ka valmis ehitada, aga tolleaegsete tehniliste võimaluste piiratuse tõttu see ei õnnestunud. Masina lihtsam kuju tehti valmis aastaid hiljem. Mitmed tema põhimõtted aga leidsid rakendamist hilisemates arvutites.
Analüütilise masina loengu põhjal avaldati artikkel, mille C. Babbage palus inglise keelde tõlkida Ada Lovelace’il, kes oli luuletaja lord Byroni tütar. Lisaks tõlkimisele lisas A. Lovelace artiklile ka kommentaare, mille hulgas olid ka juhised, kuidas selle masina abil leida Bernoulli arve. Hiljem on neid juhiseid hakatud pidama ajaloo esimeseks programmiks ja Ada Lovelace’i esimeseks programmeerijaks. Rohkem programme ta teadaolevalt ei kirjutanud ja ei saanud seda ainsatki masinal reaalselt testida. See, et esimene programmeerija oli naine, on vahel olnud inimestele üllatav. Tegelikult saab programmeerimisega muidugi tegeleda soost sõltumata.
–Saladused
Hüppame nüüd ajas umbes sada aastat edasi. Vahepeal oli masina abil näiteks edukalt analüüsitud USA rahvaloenduse andmeid, kusjuures masina kasutamine andis tohutu ajavõidu. Perfokaarte oli kasutatud näiteks raamatupidamises. Teise maailmasõja eel ja ajal oli suur osa tegevusest seotud sõjandusega. Võib-olla isegi sõja lõpptulemust oluliselt mõjutanud saaga on seotud saksa šifreerimisaparaadi Enigma koodi lahtimurdmisega. (Sellest on ka juttu filmides, nt Imiteerimismäng (The Imitation Game).) Nimelt vahetasid saksa staabid, allveelaevad jm omavahel sõnumeid Enigmaga šifreeritult. Selle koodi lahtimurdmisega tegeles spetsiaalne töörühm Londoni lähistel Bletchley Parkis. Töörühmal dešifreerimine õnnestuski ja nende töö andis ka impulsi inglise elektronarvuti Colossus loomiseks. Sakslaste sõnumitest arusaamine võimaldas oma tegevust paremini planeerida ja kui see polnudki põhiline põhjus, miks sõda sedapidi lõppes, siis olulise panuse see kindlasti andis. Bletchley Parki saab ka külastada.
Üks Bletchley Parki töörühma liidreid oli kahtlemata värvikas isiksus Alan Turing. Ühelt poolt oli tegemist kindlasti äärmiselt andeka matemaatiku ja informaatikuga. Tema tööd on arvutiteaduses fundamentaalse tähtsusega: Turingi masin ja Turingi test kannavad lausa tema nime.
Teiselt poolt oli tegu näiteks innustunud pikamaajooksjaga, kes võis Bletchley Parkist üle 60 km kaugusele Londonisse koosolekule joosta. Tema maratonijooksu rekord oli üsna arvestataval tasemel. Kuna ta kannatas heinapalaviku all, siis teatud perioodidel sõitis ta jalgrattaga tööle, gaasimask peas. Isiklik elu oli A. Turingil traagiline. 1952. aastal mõisteti ta süüdi ebasündsuse paragrahvi alusel, mille alla homoseksuaalsus tol ajal käis. 1954. aastal leiti Alan Turing tsüaniidimürgituse tagajärjel surnuna. Käeulatuses oli pooleldisöödud õun … Kuninganna Elisabeth II tühistas süüdimõistva otsuse 2013. aastal.
-Programmeerimiskeeled
Räägime nüüd ka natuke sellest, kuidas aegade jooksul arvutile oma soove on teada antud. Juba mehaanilistest masinatest peale on olulisel kohal olnud suhteliselt kahevalentne lähenemine nii programmide kui andmete osas. Nii on näiteks perfokaardil või perfolindil mingis konkreetses kohas auk või seda ei ole, mingi lamp põleb või ei põle, mingis pesas on midagi või pole. Arvude kujul on seda mõistlik kirja panna vaid kahe numbri, 1 ja 0 abil.
Programmeerimiskeeled võib (mõnevõrra tinglikult) jaotada põlvkondadesse. Nii saab eristada näiteks:
1. põlvkond – masinkood
2. põlvkond – assemblerkeeled
3. põlvkond – kõrgtasemekeeled
Masinkoodis programmid koosnevad tinglikult ainult ühtedest ja nullidest, näiteks
00000000001000100011000000100000
võib tähendada “liita aadressidel 1 ja 2 olevad arvud ning salvestada resultaat aadressile 6“. Sellist programmi on inimesel raske lugeda ja kirjutada, masinale on see aga hästi “seeditav”. Assemblerkeeles programmitekst on juba inimesele natuke paremini mõistetav, näiteks
add $1, $2, $3
Siiski loetakse assemblerkeeles kirjutatud programme madalatasemeliseks. See tähendab siinkohal arvutilähedust – assemblerkeelt valdavad programmeerijad on ise reeglina just kõrgetasemelised. 🙂
Kõrgtaseme keeles programmi suudab ettevalmistunud inimene hästi kirjutada ja lugeda, masina jaoks tuleb seda aga transleerida. (Transleerimine ongi konkreetne termin, kuigi olemuselt see muidugi tõlkimist tähendabki.) Järgmiste põlvkondade programmeerimiskeeled peaksid olema veelgi rohkem programmeerijasõbralikumad ja tehisintellekti abil ülesandeid pigem ülesande (inimkeelse?!) kirjelduse kui juba etteantud lahendussammude järgi lahendama.
