1. Sissejuhatus¶

Harjutus. Programmi muutmine¶

Tee programmis mingeid muudatusi, salvesta ja käivita. Katseta ka selliseid muudatusi, mis võiksid sinu arvates Pythoni segadusse ajada.

Matemaatilised funktsioonid¶

Python tunneb ka matemaatilisi funktsioone ja konstante, nagu näiteks sin ja pi. Kuna paljudes programmides neid vaja ei lähe, on nad esialgu peidetud. Nende kasutamiseks tuleb neid import lause abil eraldi küsida:

from math import sin, cos, pi

print(pi)
print(cos(0.5))

x = sin(4)
print(x)

y = 123
print(round(x + y, 2))

Harjutus. Puu läbimõõdu arvutamine¶

Proovi kirjutada eelnevate näidete põhjal programm, mis küsib kasutaja käest puu ümbermõõdu ning teatab selle peale puu läbimõõdu.

Kilpkonn Pythonis¶

Kilpkonna juhtimiseks kasutame 5 erinevat käsku:

• forward(n) – liigu edasi n pisikese sammu võrra (ühe sammu pikkus on 1 piksel);
• left(d), right(d) – pööra vasakule / paremale d kraadi;
• up(), down() – tõsta pliiats üles / langeta pliiats vastu paberit.

Esimese käskluse andmisel avaneb uus aken, kus kilpkonna tähistab väike nooleke.

Nii nagu matemaatilised funktsioonidki, pole antud käsud mitte kohe kättesaadavad, vaid on peidetud moodulisse turtle. Nende kasutamiseks ütleme seekord Pythonile from turtle import * (see impordib kõik kilpkonna käsud korraga).

Proovi järgnevat näiteskripti, mis joonistab kilpkonna abil kolmnurga:

from turtle import *

forward(100)
left(120)
forward(100)
left(120)
forward(100)
left(120)

exitonclick() # see võimaldab akna sulgemist hiireklõpsuga

Harjutus. Ruut¶

Kirjuta skript, mis joonistab kilpkonnaga ruudu.

Kontrollküsimus. Mis see on?¶

Mida joonistab järgmine programm? NB! Proovi vastata enne programmi käivitamist! Vajadusel mängi programm paberi ja pliiatsiga läbi.

from turtle import *

forward(100)
right(90)
forward(20)

left(120)
forward(60)
left(120)
forward(60)
left(120)

forward(20)
right(90)
forward(100)

left(90)
forward(20)

exitonclick()

Näide. Sisendi ja muutujate kasutamine joonistamisel¶

Tuleta meelde ülalpool toodud kasutaja nime küsimise programmi ja proovi selle põhjal ennustada järgneva näiteprogrammi käitumist:

from turtle import *

nipitiri = int(input("Sisesta mingi täisarv: "))

forward(nipitiri)
left(120)
forward(nipitiri)
left(120)
forward(nipitiri)
left(120)

exitonclick()

Selle programmi katsetamisel tuleb toimetada kahes aknas – kõigepealt on vaja sisestada käsureal küsitud arv ning seejärel jälgida graafikaaknas toimuvat. Proovi programmi käivitada mitu korda, sisestades igal korral erineva arvu.

Nagu näed, joonistatakse alati võrdkülgne kolmnurk, mille küljepikkus sõltub sisestatud arvust. Seda aitab saavutada muutuja kasutamine – 3. real salvestame kasutaja sisestatud arvu muutujasse nimega nipitiri ja järgnevalt kasutame sama muutujat kolmes kohas, mis annabki kõigile külgedele sama pikkuse. Käsk int muutuja salvestamise juures teisendab kasutaja sisestatud teksti arvuks (tekst "150" ja arv 150 on Pythoni jaoks täiesti erinevad asjad).

Harjutus. Ümbrik¶

Kirjuta skript, mis joonistab kilpkonnaga mõne huvitava kujundi, näiteks ümbriku.

Harjutus. Interaktiivne programmeerimine¶

Katseta erinevaid siiani nähtud käske ka käsureal. Proovi muuhulgas ka Pythoni mälu kasutamist.

Python kui kalkulaator¶

Nagu nägid, oskab Python arvutada, seega saaks Pythoni käsurida kasutada võimsa kalkulaatorina. Kuna print-i kirjutamine iga arvutuse juures on liiga tüütu, näidatakse käsureal tulemust ka siis, kui avaldis kirjutada ilma print käsuta:

>>> 3 / 2
1.5
>>> 5 * 5
25
>>> 4 + 9 - 1
12
>>> 10 / 3
3.3333333333333335
>>> round(10 / 3)
3

Arve saab mällu salvestada samamoodi nagu skriptis:

>>> a = 2 * 3
>>> b = 1
>>> a + b + 2
9

Ka matemaatiliste funktsioonide importimine toimib samal põhimõttel nagu skripti puhul:

>>> from math import sin, pi
>>> sin(1)
0.8414709848078965
>>> pi
3.141592653589793

Harjutus. Ruutjuur¶

1. Uuri Pythoni matemaatikamooduli dokumentatsiooni aadressilt http://docs.python.org/3/library/math.html.
2. Proovi aru saada, kuidas arvutatakse Pythonis ruutjuurt.
3. Arvuta Pythoni käsureal, kui pikk on ristkülikukujulise maatüki (mõõtmetega 50m x 75m) diagonaal.

>>> from math import sqrt
>>> sqrt(4)
2.0

Loogikavead¶

Programmeerimises on veel üks liik vigasid, mis on kõige raskemini avastatavad – need on loogikavead. Nende vigade puhul võib kõik olla Pythoni seisukohast korrektne (st mingit veateadet ei tule), aga programm ei tee seda, mida programmeerija silmas pidas.

Harjutus. Loogikaviga¶

Leia järgnevast näiteprogrammist loogikaviga:

aeg = float(input("Mitu tundi kulus sõiduks? "))
teepikkus = float(input("Mitu kilomeetrit sõitsid? "))
kiirus = aeg / teepikkus

print("Sinu kiirus oli", kiirus, "km/h")

Mis on programm?¶

Programm, nii nagu me seda selles õpikus mõistame, on mingi tegevuse kirjeldus. Selle poolest on programmi mõiste väga sarnane teatris ja kinos kasutatavale käsikirja e stsenaariumi mõistele (inglise keeles saab kasutada mõlema mõiste kohta lausa sama sõna script).

Oluline erinevus teatri käsikirja ning programmi vahel on see, et programm pannakse kirja mingis programmeerimiskeeles (nt Python või Java), mitte loomulikus keeles (nt eesti või inglise keel). Programmeerimiskeeled on palju primitiivsemad ja rangemad kui loomulikud keeled (seda nii sõnavara kui ka reeglite poolest), seetõttu on võimalik neid keeli õpetada ka arvutile. See omakorda võimaldab meil lasta arvutil oma käsikirja etendada (st programmi käivitada e jooksutada).

Tavapärases kirjas või kõnes on iga mõte tavaliselt väljendatud liiaga – kui mõnes lauses on kirjaviga või keelevääratus, siis järgnevad sõnad ja laused aitavad mõttest siiski õigesti aru saada. Programmeerimiskeeles kirjutatud tekstid on seevastu tihedad, seal ei ole midagi üleliigset, mille abil saaks vigaselt väljendatud mõtet õigesti mõista – kui programmeerija kirjutab kasvõi ühe tähe valesti, on tulemuseks vigane või vale tähendusega programm. See tähendab, et programmides mängivad pisikesed detailid palju suuremat rolli kui loomulikus kõnes või kirjas.

Veel üks erinevus: kuigi kaasaegses teatris kaasatakse mõnikord etendusse ka publikut, on etenduse kulg enamasti siiski ette teada. Programmidesse on seevastu peaaegu alati sisse kirjutatud ka publikuga (kasutajaga) suhtlemine, mis võib edasist programmi käiku väga oluliselt mõjutada. Lisaks kasutajalt saadud infole (mis on edastatud nt hiire või klaviatuuri abil) võib programm hankida infot ka näiteks kõvakettalt või internetist.

Mis on programmeerimine?¶

Kõige lihtsam oleks öelda, et programmeerimine on programmi kirjapanemine. Tehniliselt võttes see nii ongi, aga mängu tulevad ka mõned inimlikud aspektid.

Kuna lähteülesanne on alati püstitatud loomulikus keeles, võivad paljud olulised nüansid jääda esialgu tähelepanuta. Seetõttu ei õnnestu tavaliselt programmi oma peast lihtsalt „maha kirjutada“ – enamasti tuleb alustada mõne fragmendiga, mille kirjapanek annab parema arusaamise ülesande olemusest. Parem arusaamine omakorda võimaldab näha, mida tuleks veel täpsustada, mida järgmisena kirja panna jne. Teisiti öeldes peab programmeerija pidevalt ülesannet analüüsima. Analüüsi ning programmi kirjutamise tsükkel kordub suuremate ülesannete juures palju kordi.

Teiseks, programmeerija on inimene ja inimene teeb vigu. Seetõttu loetakse üheks programmeerimise osaks ka programmi silumist st juba kirjapandud programmist vigade otsimist ja nende parandamist. Suurem osa vigu avastatakse eespool kirjeldatud kirjutamise ja analüüsimise protsessis, aga tähelepanelik maksab olla ka siis, kui programm on sinu arvates juba valmis.

Kokkuvõtteks võib öelda, et programmeerimine on mitmekesine protsess, kuhu on muuhulgas põimitud ülesande analüüsimine, lahenduse kirjapanek, selle kontrollimine ja parandamine.

Mis on Python?¶

Python on programmeerimiskeel ning samas ka programm, mis interpreteerib keeles Python kirjutatud programme.

Mõtteharjutus. Tehisintellekt¶

Kuidas võiks arvutite ja tehisintellekti areng mõjutada programmeerijate elu? Kas tulevikus saab programmeerida eesti või inglise keeles? Millised takistused tuleks selleks ületada? Kas kunagi hakkavad arvutid arvestama sellega, et programmeerija võib teha vigu? („Hmm… siin on küll kirjas 2 / x, aga see ei klapi siin mitte, küllap ta mõtles x / 2.“)

Mõtlemise stiilid¶

Osa inimesi (sh suur osa programmeerijatest) eelistavad õppida ja mõelda abstraktselt – nad ei tunne ennast kindlalt enne, kui nad on suutnud käsitletava teema formuleerida enda peas võimalikult üldiselt. Sellise mõtlemisstiili märksõnad on loogika, ratsionaalsus, abstraktsus, formaalsus ja üldistamine. Nende märksõnadega seotud mõtteprotsessid pidavat toimuma peamiselt vasakus ajupooles.

Teistele (nt suurele osale kunstnikest) lähevad rohkem korda konkreetsed situatsioonid või kombinatsioonid. Uue teema õppimisel ei tunne nad ennast kindlalt enne, kui nad on suutnud selle seostada millegi konkreetse või elulisega. Öeldakse, et nemad suudavad paremini kasutada oma paremat ajupoolt, mis pidavat muuhulgas vastutama intuitsiooni ja loova mõtlemise eest.

Kuigi tavaliselt rõhutatakse programmeerimise juures abstraktse mõtlemise vajalikkust, peab edukas programmeerija kasutama siiski tervet oma aju. Keeruliste süsteemide loomine nõuab tõepoolest head üldistamisvõimet, aga parimad programmiideed sünnivad tihti hoopis konkreetsetest, elulistest või ka täiesti mitteratsionaalsetest mõtetest ja tunnetest.

Loomulikult ei ole kõik must ja valge – inimene mõtleb erinevates situatsioonides erinevalt ning erinevaid mõtlemise stiile on võimalik endas arendada. Siiski on erinevatel inimestel programmeerimise õppimisel erinevad lähtepositsioonid ja seega ka erinevad väljakutsed. Kui sa ei tunne ennast abstraktsete teemadega mugavalt, siis tuleb sul lihtsalt rohkem konkreetseid ülesandeid lahendada, enne kui õnnestub mingist teemast üldistatud ettekujutus saada. Neil, kes kalduvad abstraktsust eelistama, on mõtet iga teema juures võtta endale lisaaega märkamaks võimalikke seoseid igapäevase eluga.

Mõtteharjutus. Sina ja programmeerimine¶

• Kas sa eelistad mõelda pigem abstraktselt või konkreetselt? Miks sa nii arvad?
• Milliseid oma tugevaid külgi saaksid sa programmeerimisel rakendada? Tähelepanelikkust? Loovust? Järjekindlust? Täpsust? Julgust väljakutseid vastu võtta? Head üldistusvõimet? Uudishimu? Korrektsust? Seoste ja mustrite märkamise oskust?
• Milliseid nimetatud omadustest pead sa veel arendama?

Programmeerimine vs maagia¶

Algajatel programmeerijaltel võib kergesti tekkida mulje, et programmeerimiseks tuleb teada mingit komplekti „loitse“ (programmilõike), mille on välja mõelnud vanad ja targad mehed ning neid tuleb rituaali korras „sõnuda“ (st oma programmi kopeerida), ja loota, et kokku sattusid õiged loitsud, mis annavad soovitud tulemuse. Taolist lähenemist nimetatakse inglise keeles cargo cult programming (vt http://en.wikipedia.org/wiki/Cargo_cult) ja see lähenemine ei vii praktikas kuigi kaugele.

On täiesti arusaadav, kui mõned selle peatüki näited või ülesanded jäid praegu sinu jaoks segaseks või lausa müstiliseks. Pole hullu, peatüki eesmärk oli anda lihtsalt esimene ettekujutus Pythoni programmidest. Tegelikult pole programmeerimises aga midagi müstilist – iga programmilõigu tööpõhimõte on võimalik alati täielikult ära seletada.

Keerulisemate programmide loomine, täiendamine ja muutmine on võimalik vaid siis, kui saad programmist lõpuni aru. Seetõttu on oluline, et järgmisest peatükist alates mõistaksid sa enda kirjutatud programmides iga sümboli otstarvet ja tähendust. Kui sa lepid sellega, et mingi koht programmis jääbki segaseks, siis tõenäoliselt raskendab see ka järgnevate teemade mõistmist. Vajadusel küsi julgelt nõu kaaslaste või juhendajate käest, aga ära pea oma tööd lõpetatuks, kui su programmis on mõni rida, mille tähendust sa täpselt ei mõista! Katse-eksitus meetodil (e lotomängija stiilis) programmeerimine on tupiktee!

1. Maja¶

Kirjuta programm, mis joonistab kilpkonnaga lihtsa otsevaates maja (võib olla ka pseudo-3D vaatega).

Mis toimub?¶

mistoimub.py

See küllalt lihtne programm loeb ja esitab andmeid kahelt veebilehelt. Ühel juhul loetakse info sisse spetsiaalses XML formaadis (XML-i töötlemisest tuleb põgusalt juttu ühes hilisemas projektiplokis), teisel juhul otsitakse soovitud info üles Pythoni tekstitöötlusvahenditega (seda õpetab juba järgmine peatükk).

Eurokalkulaator¶

eurokalkulaator.py

See programm demonstreerib standardse graafilise kasutajaliidese loomise võimalusi Pythonis. Programmi loogika on siin väga lihtne, põhitöö on kulunud kasutajaliidese elementide paikasättimisele. Sellele teemale on pühendatud õpiku lisa tkinter.

Minesweeper¶

Selle programmi katsetamiseks tuleb alla laadida 3 faili. Kõik need tuleks salvestada samasse kausta.

• minesweeper.py
• plain_cover.gif
• flagged_cover.gif

Siin on tegemist vabas vormis graafilise kasutajaliidesega, mis sobib hästi just mängude tegemiseks. Rohkem selgitusi on lisas tkinter.

Sinu enda projekt¶

Vali välja mõned esialgsed programmiideed, mida sa sooviksid Pythonis realiseerida. Uute teemade õppimisel mõtle, kas ja kuidas saaksid antud teemat rakendada enda programmi juures.

Pythoni kasutamine süsteemi käsureal¶

Nagu eespool mainitud, on Pythoni programmid tavalised tekstifailid ja nende käivitamiseks läheb vaja vaid Pythoni interpretaatorit. Selle demonstreerimiseks kirjutame oma esimese „Tere maailm!“ programmi nüüd Notepadis (Linuxi ja Mac-i puhul kasuta mõnd suvalist tekstiredaktorit) ning käivitame selle operatsioonisüsteemi käsureal.

Ava Notepad (või mõni muu tekstiredaktor, mis salvestab plain text-i). Kopeeri sinna meie esimese programmi tekst (print("Tere maailm!")) ja salvesta, nagu ikka, laiendiga .py.

Programmi käivitamiseks avame kõigepealt süsteemi käsurea ja liigume sellesse kausta, kus meie programm asub. Windowsi puhul ava Start-menüü, sisesta otsingulahtrisse cmd.exe ja vajuta ENTER. Mac-is ja Linuxis tuleb avada Terminal.

Õigesse kausta liikumiseks sisesta cd, tühik ja täielik kausta nimi. Näiteks kui sinu programmeerimise kaust asub sinu kodukaustas, siis võiks kausta vahetamise käsk näha välja midagi sellist:

• cd C:\Users\Peeter\Documents\progemine (Windows);
• cd ~/progemine (Mac ja Linux).

Programmi käivitamiseks tuleb pöörduda Pythoni interpretaatori poole, öeldes talle jooksutatava programmi nime:

• python teremaailm.py (Windowsis, juhul kui interpretaator on PATH-is. Kui kasutada Thonnys Tools → Open system shell, siis on interpretaator PATH-is)
• C:\python34\python teremaailm.py (Windowsis, eeldades, et sul on Python 3.4 ja see on paigaldatud vaikimisi määratud kausta);
• python3 teremaailm.py (Mac ja Linux).

Kui kõik läks kenasti, siis ilmus ekraanile uus rida Tere maailm! ja selle järel uuesti süsteemi käsuviip.

Mis selle käsu peale tegelikult toimus:

• OP-süsteem käivitas Pythoni interpretaatori, andes talle argumendiks programmi failinime (teremaailm.py);
• Pythoni interpretaator luges etteantud faili sisu mällu, vaatas teksti üle (kontrollides muuhulgas, et seal poleks süntaksivigu) ning hakkas käske ükshaaval täitma e interpreteerima;
• esimene käsk ütles, et ekraanile tuleb kirjutada tekst „Tere maailm!“. Seda interpretaator ka tegi;
• kuna selles programmis rohkem käske polnud, siis interpretaator lõpetas töö ning käsurida läks tagasi OP-süsteemi kätte.

Kui käivitad Pythoni interpretaatori ilma programmi argumendita, siis avaneb Pythoni käsurida, mis on peaaegu identne IDLE’i või Thonny käsureaga.