Introduktion til programmering

Introduktion til programmering Programmeringssprog Uge 44 Computer Science, kap 6. Learning Python: kap 13, 14.

Plan • Programmeringsparadigmer • Funktionel programmering i Python • Pause • Scope: ”referencekonteksten” • Oversættelse og kompilering

Generel udviklingstendens • Repræsentation af maskinelle processer  repræsentation af processer i problemområdet • Portabilitet • Væk fra maskinafhængighed (python, java etc.) • Abstraktion, aggregering og indkapsling • Menneske tilpasser sig maskine  maskine tilpasser sig menneske

Naturlige og formelle sprog • Naturlige sprog • Udvikler sig gradvist • Distribueret udvikling • Interpretanten til forhandling • Formelle sprog • Udvikler sig i spring • Python 2.3  Python 2.4 • Centraliseret udvikling • Interpretanten ikke til forhandling • SYNTAX ERROR • Fælles træk • Syntaks, semantik, pragmatik • Udvikling afspejler praktiske udtryksbehov

Programmeringsparadigmer

Programmeringsparadigmer • Imperative / procedurelle • Python, C, FORTRAN, ALGOL • Objektorienterede • python, C++, smalltalk, java • Funktionelle • lisp, ML • Deklarative / logiske • prolog

Programmeringsparadigmer • Et paradigme udtrykker et syn på problemområdet Interpretant paradigmets syn på verden Repræsentation program Objekt problemområde

ITs påvirkning af vores tænkemåde • Når vi konsumerer et medieprodukt er vi nødt til at acceptere interpretanten –præmissen - under konsumprocessen • Den er en forudsætning for konsum • Vi kan ikke se en amerikansk mainstream film med fornøjelse uden i en halvanden time at acceptere den amerikanske fortolkning af verden • Og vi kan ikke bruge et IT-system uden i brugsperioden at acceptere dets syn på verden

Imperative/procedurelle • Interpretant: • Verden består af aktive processer og passive ting • Tingene flyder mellem processerne og skifter tilstand • Programmering • Udform en algoritme der omdanner ting • En algoritme er en sekvens af tilstandsændringer • Ontologi • Subjekt  Objekt • Tekstgenre: narrativ

Objektorienterede • Interpretant: • Verden består af aktive objekter samt af kommunikation mellem disse objekter • Objekterne har metoder tilknyttet • >>> x = ['a','b','c'] • >>> x.extend([1,2,3]) • Programmering: • lav en struktur af objekter hvis vekselvirkning resulterer i det ønskede resultat • Simuler problemområdet • Ontologi • Subjekt/Objekt ↔ Subjekt/Objekt • Note • Indeholder normalt en procedural komponent (C++, Python) • Understøtter indkapsling og genbrug • Tekstgenre: deskriptiv.

Funktionelle • Interpretant • Verden består af afhængigheder • Inspireret af matematikken • Programmering • Lav et hierarki af funktioner der kalder andre funktioner • Funktion(funktion(funktion(data))) • Ontologi • Input-output • Python har et funktionelt subset • (apply, map, reduce, listcomprehension)

Deklarative • Interpretant • Verden består af sande eller falske sætninger samt af logiske slutningsprocesser • Ontologi • Logisk positivisme • Tekstgenre: argumentativ

Prolog 1: påstande • far(peter,jeppe). • far(peter,lotte). • mor(else,jeppe). • mor(else,lotte). • far(jeppe,estrid). • mor(lotte,erik). • mor(lotte,ida). • han(peter). • han(jeppe). • han(erik). • hun(else). • hun(estrid). • hun(ida). • hun(lotte).

Prologg 2: slutningsregler • farfar(Aeldre,Yngre) :- far(Aeldre,Mellem),far(Mellem,Yngre). • farmor(Aeldre,Yngre) :- mor(Aeldre,Mellem),far(Mellem,Yngre). • morfar(Aeldre,Yngre) :- far(Aeldre,Mellem),mor(Mellem,Yngre). • mormor(Aeldre,Yngre) :- mor(Aeldre,Mellem),mor(Mellem,Yngre). • soen(Yngre,Aeldre) :- han(Yngre),far(Aeldre,Yngre). • soen(Yngre,Aeldre) :- han(Yngre),mor(Aeldre,Yngre). • datter(Yngre,Aeldre) :- hun(Yngre),far(Aeldre,Yngre). • datter(Yngre,Aeldre) :- hun(Yngre),mor(Aeldre,Yngre).

Prolog 3: slutningsregler • bedstemor(Aeldre,Yngre) :- mormor(Aeldre,Yngre). • bedstemor(Aeldre,Yngre) :- farmor(Aeldre,Yngre). • bedstefar(Aeldre,Yngre) :- morfar(Aeldre,Yngre). • bedstefar(Aeldre,Yngre) :- farfar(Aeldre,Yngre). • barnebarn(Yngre,Aeldre) :- bedstemor(Aeldre,Yngre). • barnebarn(Yngre,Aeldre) :- bedstefar(Aeldre,Yngre). • soennesoen(Yngre,Aeldre) :- soen(Yngre,Mellem), soen(Mellem,Aeldre). • datterdatter(Yngre,Aeldre) :- datter(Yngre,Mellem), datter(Mellem,Aeldre). • soeskende(A,B) :- far(X,A), far(X,B), not(A = B). • soeskende(A,B) :- mor(X,A), mor(X,B), not(A = B).

Prolog 4: forespørgsler • 1 ?- barnebarn(X,peter). • X = erik ; • X = ida ; • X = estrid ; • 2 ?- farfar(peter,X). • X = estrid ; • 3 ?- morfar(peter,X). • X = erik ; • X = ida ; • 4 ?- soeskende(erik,X). • X = ida ;

Python • Objektorienteret (kommer næste gang) • Proceduralt(Det vi har programmeret indtil videre) • Men med elementer af funktionel programmering. • Kommer nu

Funktionelle træk i Python • Lambda: anonyme funktioner • Et udtryk, ikke en række sætninger • Kan stå steder hvor def ikke kan bruges, f.eks. inline i dictonaries og lister • lambda arg1… argn : hvad skal der gøres • Implementering af kommandointerface • kommando = • { 'plus':(lambda x, y: x+y), • 'minus': (lambda x, y: x-y), • ’gange': (lambdax,y: x*y)} • >>> kommando['plus'](3,4) • 7 • >>> kommando[’gange'](30,50) • 1500 • >>>

En lommeregner • def Lommeregner(): • kommando = {'plus':(lambda x, y: x+y),\ • 'minus': (lambda x, y: x-y),\ • 'gange': (lambda x,y: x*y)} • inp = raw_input('tast et udtryk: ') • inp = inp.split() • if inp[0] == 'slut': • return 'slut' • else: • x = int(inp[0]) • op = inp[1] • y = int(inp[2]) • return kommando[op](x,y) • while True: • resultat = Lommeregner() • if resultat == 'slut': • break • else: • print resultat • >>> Lommeregner() • tast et udtryk: 4 plus 78 • 82

Output • tast et udtryk: 2 plus 5 • 7 • tast et udtryk: 5 minus 57 • -52 • tast et udtryk: slut • >>>

Apply • Matcher en funktion med argumenter i form af en tupel • >>> def plus(x,y): • return x+y • >>> apply(plus,(3,4)) • 7

Map • map( funktion, sekvens ) →[] • Map: anvender en funktion på hvert medlem af en sekvens og returnerer de enkelte resultater i form af en liste • >>> ordliste =('peTer','anDERS','KARL') • >>> def lavnavne(etnavn): • return etnavn.title() • >>> map(lavnavne,ordliste) • ['Peter', 'Anders', 'Karl'] • >>>

Reduce • reduce(...) • reduce(function, sequence[, initial]) -> value • Apply a function of two arguments cumulatively to the items of a sequence, • from left to right, so as to reduce the sequence to a single value. • For example, reduce(lambda x, y: x+y, [1, 2, 3, 4, 5]) calculates • ((((1+2)+3)+4)+5). If initial is present, it is placed before the items • of the sequence in the calculation, and serves as a default when the • sequence is empty.

Filter • filter ( boolsk funktion , sekvens ) →[] • Anvender en boolsk funktion på hvert medlem af en sekvens og returnerer de medlemmer for hvilken funktionen bliver sand • >>> ordliste =('peTer','anDERS','KARL','poul','anni') • >>> def checknavne(etnavn): • return etnavn.startswith('p') • >>> filter(checknavne,ordliste) • ('peTer', 'poul') • >>>

List comprehensions • [udtryk for var in sekvens] →[] • Syntaks: • [Udtryk for variabel in sekvens if betingelse] • Beregner udtryk, hvis betingelse er sand, for en variabel der sættes til at referere til alle medlemmer af sekvensen. • >>> [x*2 for x in [1,2,-3,0,-4] if x > 0] • [2, 4] • Effektivt, kort, men uforståeligt!

Pause • Pause

Scope

Scope • Scope = samtalekontekst • Namespace = interpretant der angiver hvad navne står for • I Python: en slags dictionary hvor navne er knyttet til objekter • {’A’:integerobjekt, ’B’: funktionsobjekt,…} • Namespaces er knyttet til kontekster – lige som i naturlige sprog

Hvad betyder et navn? • Samtalekonteksten og tidsforløbet afgør hvad en repræsentation (et navn) repræsenterer. • Det danske samfund: • ”Anders Fogh” betegner statsministeren (desværre stadigt) • Vi kan bruge ”Fogh” som henvisning til statsministeren: ”Fogh”  statsministeren • Familiesammenkomst (del af det danske samfund): • Hvis intet andet er sagt gælder reglen stadig. ”Fogh har en del bøvl med sine ministre i øjeblikket” • Men hvis der kommer en replik • ”Kan I huske Købmand Fogh” • ”Ja, ja” • ”Fogh har lige solgt sin forretning” • Så etableres referencen • ”Fogh”  købmanden

I naturlige sprog • Referencen afgøres af • Egenskaber ved objektet (han/hunkøn, andre egenskaber) • Hvornår objektet sidste blev omtalt og hvor vigtigt det er • Om der er nævnt andre kvalificerede objekter imellem taletidspunktet og sidste omtale • Eksempel • ”Prøv at se den mand derovre • ”Ja, han (manden derovre) er noget nervøs” • ”Men se så ham bagved” • ”Han (manden bagved) ser mere ud til at have kontrol over tingene”.

Scope i Python • Lokale navne bruges i funktioner • De forsvinder når funktionen er kørt færdig • Der er 4 samtalekontekster • Indbyggede navne (open, range, etc) • Modulet (globale): navne der er blevet tilskrevet (A = 9) en reference i modulet eller er blevet erklæret globale • Lokale navne i omgivende funktioner • Lokale navn i funktionen: navne der er blevet tilskrevet en reference i modulet

Fastlæggelse af reference i Python • Har navnet fået en værdi i denne funktion • Ja: navnet refererer til denne værdi • Nej: Har navnet fået en værdi i en indesluttende funktion: • Ja: navnet refererer til denne værdi • Nej: har navnet fået en værdi i modulet eller er det blevet erklæret global? • Ja: navnets værdi er denne værdi • Nej: findes navnet som indbygget navn? • Ja: navnet har det indbyggede navns værdi • Nej: fejl. def laegentil(x): x = x+1 return x

Eksempel Global • >>> x = 10 • >>> def laegentil(x): • x = x+1 • return x • >>> laegentil(x) • 11 • >>> x • 10 • >>> def laegentil(y): • global x • x = y+1 • return x • >>> laegentil(x) • 11 • >>> x • 11 lokal Global

Call by value, call by reference • Python: call by reference er default • Call by value kræver at parametren eksplicit er en kopi • >>> defFjernFoerste(enListe): • del enListe[0] • returnenListe • >>> minListe = [1,2,3] • >>> from copy import * • >>> resultat1 = FjernFoerste(copy(minListe)) • >>> resultat1 • [2, 3] • >>> minListe • [1, 2, 3] • >>> resultat1 = FjernFoerste(minListe) • >>> minListe • [2, 3] • >>>

Aktuelle og formelle parametre • Eksemplet igen • defFjernFoerste(enListe): • del enListe[0] • returnenListe • Nyliste = FjernFoerste(minListe) • Ved kaldet sættes de formelle parametre til at repræsentere den værdi de aktuelle parametre repræsenterer • Formel parameter = aktuel parameter • EnListe = minListe

Forskellen Call by value: i Python må man eksplicit kopiere R: enListe R:minListe O: [1,2,3] O: [1,2,3] Call by reference: default i Python R: enListe R: minListe O [1,2,3]

Oversættelse og kompilering

Oversættelse og kompilering • Oversættelse fra et sprog til et andet • Transformation af program • Eks. fra C++ til maskinkode • Fra python kildekode til pythonbytecode • Først lexikalsk analyse • Så syntaktisk analyse • Resultat: parsetræ • Så kodegenerering ud fra parsetræet

Leksikalsk analyse • Leksikalsk analyse. • Opdeling af kildekode-tekstfilen i en række tokens • Tokens er reserverede ord og variable samt funktioner/operatorer • Eks • ‘=’ ‘print’ ‘minVariabel’ -> ASSIGN, PRINT, VAR • Variabelnavne må ikke starte på et tal • >>> 1bil = 'Volvo' • SyntaxError: invalid syntax • >>> enbil = 'volvo'

Leksikalsk analyse • Nøgleord (if, then,…) • >>> if = 'peter' • SyntaxError: invalid syntax • Reserverede ord • If er et reserveret ord • Int er ikke et reserveret ord (data type) • >>> int = 1 • >>> int • 1 • Nu virker int(’10’) ikke mere! • Så pas på! Hvis ordene bliver lilla i IDLE er det et indbygget ord som kan ændres, men som ikke bør ændres uden en specifik grund. Reserverede bliver orange

BNF og syntaksdiagrammer • Expr ::= Term [Op Expression] • Op ::= +|- • Syntaxregler er ofte rekursive Expression Term Op Expression Op + -

Parsning • Analyse af om tokensekvensen overholder sprogets syntax • Assign ::= Var ‘=’ Expression • Expression ::= Var | Var ‘+’ Var | Var ‘+’ Digit | Digit ‘+’ Digit • Var ::= a|b|c|...|z • Digit ::= 0|1|2|...|9 • a = a+4 • a = 3+4 • b = 3+5 • Opbygning af parsetræer

Syntakstræ formelt sprog Assign Var Expression a = Var + Digit a = a+3 a 3

Syntakstræer • Fjern denne flertydighed • If (Boolean1): If (Boolean2): Statement1 else: Statement2 • Skal statement2 udføres når Boolean1 er falsk eller når Boolean1 er sand og Boolean2 er falsk?

Fast og frit format • Formatfrie sprog (de fleste) • Problemet løses med forskellige former for paranteser • If (Boolean1): {If (Boolean2): Statement1} else: Statement2 • If (Boolean1): {If (Boolean2): Statement1 else: Statement2 } • Sprog med fast format • Problemet løses med indentering

Python • fast format. Bruger indentering • >>> def syntakstest(navn): • if navn[0] == 'peter': • if navn[1] == 'andersen': • print 'det var peterandersen' • else: • print 'fornavnet var ikke peter’ • >>> def syntakstest1(navn): • if navn[0] == 'peter': • if navn[1] == 'andersen': • print 'det var peterandersen' • else: • 'fornavnet var ikke peter'

Introduktion til programmering