Baustein 1 Meeting 1

Hello World, Datentypen, Variablen, Verzweigungen und Schleifen

1. Hello World
2. Datentypen
3. Variablen
4. Basisoperationen
- 4.1. Übung: Einkauf
5. Flusskontrolle
6. Schleifen
7. Kommentare
8. Endlos Katzen
9. Code

1 Hello World

Beim Lernen von Programmiersprachen ist es eine weit verbreitete Tradition, als Erstes ein Programm zu schreiben, welches einfach nur hello world ausgibt. Diese Tradition wollen wir natürlich nicht brechen, außer dass wir es auf die Hamburger Art machen.

print("Moin world")

Moin world

🎉

Führt man diese Codezeile in Thonny aus, erscheint die Ausgabe in einem separaten Fenster namens “Shell”. Die shell ist eine rein textuelle Benutzeroberfläche um mit dem Computer zu arbeiten: Der Computer kann hier Ausgaben reinschreiben, und auch der Nutzer kann Text eingeben (das lernen wir später kennen). In diesem Fenster werden wir also die Ausgaben unserer Programme sehen, d.h. alles was durch den print-Befehl ausgegeben wird. Auch Fehlermeldungen erscheinen hier.

print ist eine Funktion, das bedeutet das der Print-Aufruf ein bestimmtes Verhalten auslöst. Funktionen werden wir später genauer kennen lernen, und wir werden auch eigene Funktionen schreiben.

Weiterhin ist print eine sogenannte Built-In Funktion, d.h. sie ist ein fester Bestandteil der Programmiersprache Python und ihr könnt jederzeit auf sie zugreifen. Sie gibt das Funktionsargument auf der Konsole (“Shell” in Thonny) aus. Es gibt eine Vielzahl von built-in Funktionen, einige davon werden wir auch noch im Kurs kennenlernen.

Übungen

1.1 Übung

Gib deinen (und den Namen deines Pairs) aus

1.2 Übung

Inkludiere eine \n (newline) zwischen den Namen, um die Namen in einer neuen Zeile auszugeben

1.3. EXTRA Übung

Die print funktion akzeptiert optionale Parameter z.B. sep, mit welchem wir mehrere übergebene Zeichenketten mit einem bestimmten Trennzeichen trennen können.

Probiere zb. das folgende Ergebnis zu erzeugen:

#	input	ergebnis
1.3.1	`'09','12','2021'`	09-12-2021
1.3.2	`'Bob','Alice','Anna'`	Bob & Alice & Anna
1.3.3	`'Bob','Alice','Anna'`	Bob & Alice & Anna!

2 Datentypen

“Moin world” ist mit Gänsefüßchen abgetrennt. Das bedeutet, dass “Moin world” Daten in Form einer Zeichenkette (“string”) sind. Daten können als Literale (dh. explizit in das python-programm reingeschrieben, wie in diesem Fall) vorliegen. Oder sie können aus Funktionsaufrufen erhalten oder importiert werden (dazu später mehr). Es gibt auch Daten in Form von Zahlen. Die Literale dazu sehen dann so aus:

print(1)   # Das ist eine Ganzzahl, ein sog. Integer
print(1.2) # Das ist eine Kommazahl, ein sog. Float

1
1.2

Es gibt noch ein paar weitere Datentypen in Python, die wir noch kennenlernen. Mit der built-in Funktion type kann man sich jederzeit den typ zu einem Literal ausgeben lassen.

print(type(1))
print(type(1.2))

<class 'int'>
<class 'float'>

(Tipp: In dem obigen code-block habe ich Funktionsaufrufe geschachtelt. Das kann man beliebig oft tun, geschachtelte Ausdrücke werden immer von innen nach aussen ausgewertet.)

Übungen

2.1 Übung

Probiere eine Kommazahl auszugeben. Schau was passiert, wenn du statt dem . eine , verwendest. Könnt ihr verstehen was da passiert?

2.2 Übung

Nun verwende die funktion type um den Datentyp einer korrekten Kommazahl auszugeben. Dann probiert nochmals was passiert wenn du das . mit einem , austauscht. Könnt ihr den Fehler entziffern?

3 Variablen

Variablen sind ein weiterer wichtiger Bestandteil von Python - Programmen. Sie sind Platzhalter. Zum Beispiel können sie eine Zeichenkette oder Zahl als Wert enthalten. Werte von Variablen können sich mit der Zeit ändern. Sie werden mit der Schreibweise platzhaltername = wert deklariert. Variablennamen dürfen Buchstaben, Unterstriche und Zahlen enthalten (vobei das erste Zeichen des Variablennamens keine Zahl sein darf).

gruß = "Moin"
name = "World"

print(gruß)   # Aktueller wert ist 'Moin'
print(name)

gruß = "Hallo" # Wert des Platzhalters wird hier verändert

print(gruß) # Jetzt wird 'Hallo' ausgegeben
print(name)

Moin
World
Hallo
World

Variablen kann man genau so gut mit numerischen Literalen belegen.

zahl = 42.0
print(zahl)

42.0

Zahlen können auch von Zeichenketten überschrieben werden

zahl = "Dies ist eine Zeichenkette"
print(zahl)

Dies ist eine Zeichenkette

Pro-Tipp: Zeichenketten können auch mit dem einfachen Apostroph abgegrenzt werden.

print('Wieder was gelernt')

Wieder was gelernt

Übungen

3.1 Übung

Deklariere eine Variable für dein Alter und deinen Namen und gib diese aus.

3.2 Übung

Füge eine Kommastelle zu deinem Alter hinzu und gib diese nochmal aus.

4 Basisoperationen

Zahlen und Zeichenketten im Program zu haben ist ja schön und gut, aber was können wir damit anstellen? Mit Zahlen können wir z.B. rechnen, in der üblichen Schreibweise.

Code snippet #1

x = 10
y = 20

print(x + y)

z = x + y

print(z + 2)
print(2 * 2)
print(5 - 2)
print(12 / 4)
print(12 // 4) # Ganzzahlige Division
print(10 * (20 + 5)) # Ausdrücke können beliebig geklammert werden

Debugging

Hier ist es sehr hilfreich mit dem Debugger von Thonny zu arbeiten, dieser wird gestartet indem man auf den Käfer klickt: Debugger starten

Mit “Step into” (zweiter Pfeil neben dem Käfer) könnt ihr euch ganz genau ansehen, wie die einzelnen Befehle ausgewertet werden.

Schlussendlich, hier noch eine witzige Legende zur Herkunft des Wortes “debugging”

Mehr rechnen

Neben der Grundrechenarten gibt es noch ein paar weitere Operatoren.

“Modulo” gibt den Rest bei einer ganzzahligen Division. Um zu verstehen warum 13 % 5 == 3, kann man das Beispiel vom Teilen von z.B. Keksen auf eine Gruppe Freunde vorstellen. Wenn ihr 13 Kekse auf 5 freunde fair aufteilen wollt (jeder bekommt die gleiche Anzahl, und man kann Kekse nicht weiter teilen), dann bekommt jeder 2 Kekse und 3 bleiben übrig. Die 3 ist der modulo💡.

print(13 % 5) # Modulo
print(4 ** 4) # Potenz

3
256

Übungen

4.1 Übung

Kopiere die folgenden Zeilen und starte den Debugger und erkunde Zeile für Zeile was passiert:

x = 10
y = 20

print(x + y)

z = x + y

print(z + 2)
print(2 * 2)
print(5 - 2)
print(12 / 4)
print(12 // 4) # Ganzzahlige Division
print(10 * (20 + 5)) # Ausdrücke können beliebig geklammert werden
print(13 % 5) # Modulo
print(4 ** 4) # Potenz

4.2 Übung

Mit welcher Operation können wir bestimmen, ob eine Zahl gerade oder ungerade ist? Probiere dies mit den Zahlen: 2 33 40 182012 332425

4.3. Übung

Programmiere die folgenden Rechnungen und gib das Ergebnis aus:

#	input	ergebnis
4.3.1	addiere `27891` mit `2109`	`30000`
4.3.2	subtrahiere `891` von `27891`	`27000`
4.3.3	dividiere `292` durch 3	`97.33333333333333`
4.3.4	dividiere `292` durch 3 und gib eine Ganzzahl aus	`97`
4.3.5	potenziere `14` hoch `4`	`38416`

Interessantes über Floating Points

Nun lasst uns mal über Floating Points (Fließkommazahlen) sprechen.

print(0.1 + 0.2)

0.30000000000000004

Warum kommt bei 0.1 + 0.2 so ein krummes Ergebnis raus? Wie stellt der Computer “unendliche” Kommazahlen dar wie z.B. 1/3 = 0.333333.. ? Auch wenn es gerade komisch erscheint, es ist wichtig dies im Gedächnis zu behalten. Zum Beispiel die Zahl 0.1 kann nicht als binäre Zahl representiert werden und daher kommt es bei Fliesskommazahlen (0.1, 0.2, 0.3…) öfters zu kleinen Rundungsfehlern. Mehr dazu kann man in der offiziellen Python Doku nachlesen, vorerst genügt es mal zu wissen, dass es zu Rundungsfehler kommen kann, für den Fall, dass ihr etwas mal ganz genau ausrechnen müsst.

Zeichenketten

Zeichenketten unterstützen übrigens auch die Operationen * und +. Mit + lassen sich zwei Zeichenketten zusammenfügen, und * wiederholt eine Zeichenkette.

name = "Jürgen"
print("moin " * 5 + name)
name = "Jürgen"
print("moin " + name)

moin moin moin moin moin Jürgen
moin Jürgen

Übungen

4.4 Übung

Funktioniert das zusammenfügen mit + auch mit Zahlen und Zeichenketten? Spoiler-Alert: Nein, wenn ihr als extra Übung den Fehler selbst lösen möchtet dann kopiert nur den Code und probiert es aus ohne weiterzulesen.

zahl = 42
zeichenkette = "72"
print(zahl + zeichenkette)

Je nachdem welches Ergebnis wir erlangen wollen, können wir die Zahl mit der Funktion str in eine Zeichenkette umwandeln oder die Zeichenkette mit der Funktion int in eine Zahl. Probiert mal beides aus und erkundet den Unterschied.

4.5 Übung

Deklariere eine Variable für dein Alter und deinen Namen und setze die Variablen im Satz ein, das Ergebnis sollte so aussehen: Mein Name ist Jennifer und ich bin 24 Jahre alt.

4.6 Übung: Einkauf

Angenommen ihr habt 10 Euro dabei und wollt damit eine Schokolade, einen Lolli und eine Achterbahnfahrt kaufen. Wie viel bleibt übrig? Beginnt damit Variablen für die einzelnen Preise zu deklarieren. Das Ergebnis soll auch einer Variable zugewiesen und dann ausgegeben werden.

Produkt	Preis
Schokolade	1.5
Lolli	2
Achterbahn	1

Mögliche Lösung zur 4.6 Übung: Einkauf

schokolade = 1.5
lolli = 1
achterbahn = 3

kosten = schokolade + lolli * 2 + achterbahn
r_geld = 10 - kosten

print("Kosten:", kosten, "Rückgeld:", r_geld)

Kosten: 6.5 Rückgeld: 3.5

4.7 Übung: Einkauf teilen

Nun nehmen wir mal an ihr habt 30 Euro und wollt für eine Party (mit insgesamt 3 Personen) einkaufen. Hier ist die Einkaufsliste:

Produkt	Preis pro Stk	Anzahl
Schokolade	1.5	7
Lolli	2	3
Aufstrich	3	2
Brot	1	4

Rechnet zuerst den Gesamtpreis und das Restgeld aus
Danach gibt aus wie viel Stück jedes Produkts pro Gast verfügbar sind und wie viel übrig von jedem Produkt übrig bleibt.

5 Flusskontrolle

Häufig möchte man, dass sich ein Programm verschieden verhält je nachdem ob eine bestimmte Bedingung wahr ist, oder nicht. Eine Wahrheitsaussage wird in Python über einen besonderen Datentypen modelliert, den sogenannten ‘Boolean’ (benannt nach dem Mathematiker George Boole). Dieser Datentyp kann nur zwei Werte annehmen: True und False.

print(type(True))

<class 'bool'>

Eine if-Anweisung nimmt einen Wahrheitswert entgegen, und führt den darauffolgenden eingerückten Code-Block nur aus, wenn dieser Wert True ist.

es_ist_heiss = True
if es_ist_heiss:
    print("Sonne")

Sonne

In einer else - Anweisung kann der Codeblock angegeben werden, der alternativ ausgeführt werden soll.

es_ist_heiss = True

if es_ist_heiss:
    print("Sonne")
else:
    print("Schnee")

Sonne

Wahrheitswerte lassen sich auch aus Vorbedingungen berechnen. Zum Beispiel durch einen Zahlenvergleich. Angenommen, ihr möchtet in einem Programm eine Sonne anzeigen, wenn die Temperatur über 20 Grad ist. Ganz einfach:

temperatur = 40
if temperatur <= 0:
    print ("Schnee")

if temperatur > 0 and temperatur < 20:
    print("Regen")

if temperatur >= 20:
    print("Sonne")

Sonne

Es gibt noch weitere Operatoren zum Vergleichen von Zahlen: <, <=, >, >=, != und ==. Kleiner, kleiner gleich, größer, größer gleich ungleich und gleich. (Doppelt-gleich weil das einfache = für Variablenzuweisung belegt ist).

Mit der elif Anweisung können wir beliebig viele Bedingungen hintereinander prüfen. So lässt sich das Temperatur-Beispiel von eben viel einfacher aufschreiben.

temperatur = 8
if temperatur < 10:
    print("Temperatur ist kleiner als 10")
elif temperatur < 20:
    print("Temperatur ist kleiner als 20")
else:
    print("Temperatur ist größer oder gleich 20")

Temperatur ist kleiner als 10

Mit or und and können wir Bedingungen auch verknüpfen:

if sonne_scheint and is_sunday:
    print("It's an awesome day")

Solche Ausdrücke werden folgendermaßen ausgewertet:

a	b	a and b	a or b
True	True	True	True
True	False	False	True
False	True	False	True
False	False	False	False

Übungen

5.1 Übung

Schreibe ein Programm um zu entscheiden ob wir rausgehen wollen oder nicht. Gegeben von 2 Boolean Variablen, gib den Text “rausgehen” oder “nicht rausgehen” aus. wind: False regen: True

Programmiere das folgende Szenario: Bei wind oder regen → “rausgehen” Bei wind und regen → “nicht rausgehen” Ansonsten “rausgehen”

Mögliche Lösung zu 5.1

wind=False
regen=True

if wind and regen:
    print("nicht rausgehen")
elif wind or regen:
    print("rausgehen")
else:
    print("rausgehen")

5.2 Übung

Versuch die folgende Aufgabe zu programmieren: Gegeben einer Variable summe, welche die Summe eines Einkaufs einer Person darstellt. Wenn die summe größer gleich 1000 ist, dann ziehe 10% discount von der summe ab. Wenn die summe größer gleich 500 und kleiner als 1000 ist, dann ziehe 5% discount ab. Liegt die summe unter 500 ziehe keinen discount ab. Gib den Wert der summe am Ende deines Programmes aus.

Nun teste dein Programm, indem du die summe mit den folgenden Werten gleichsetzt:

#	Input	Ergebnis
1	2000	1800
2	1000	900
3	505	479.75
4	500	475.0
5	499	499

Mögliche Lösung zu 5.2 Übung

Kleine Notiz: summe-=summe*(10/100) ist dasselbe wie summe = summe - (summe *(10/100)) .

summe=1000
if summe >= 1000:
    summe-=summe*(10/100) 
    print(summe)
elif summe >= 500 and summe < 1000:
    summe-=summe*(5/100)
    print(summe)
else:
   print(summe)

5.3 Übung

Deklariere eine Variable input und erstelle das folgende Programm:

wenn die Zahl durch 3 teilbar ist, gib das Wort Fizz aus
wenn die Zahl durch 5 teilbar ist, gib das Wort Buzz aus
wenn die Zahl durch 3 und 5 teilbar ist, gib das Wort FizzBuzz aus
ansonsten gib einfach die Zahl aus

Teste dies mit den Zahlen 1 bis 16.

6 Schleifen

Schleifen sind immer nützlich, wenn ihr Dinge wiederholt tun wollt. Zum Beispiel wäre es ziemlich nervig eine Codezeile für jeden User zu schreiben, dem ihr eine E-Mail schicken wollt. Mit Schleifen ist sowas aber kein Problem. while- Schleifen führen einen Codeblock aus, solange eine Bedingung wahr ist.

Code snippet #1

i = 1
while i <= 10: # während i kleiner ist als 10
    i += 1 # erhöht i um 1. Kurzschreibweise für i = i + 1
    print(i)

Code snippet #2

b = 1
while b <= 10:
    print(b)
    b += 2

Der Ablauf einer Schleife wird in dieser Animation ganz anschaulich dargestellt.

Schleifen umspannen beliebige Code-Blöcke, zum Beispiel kann eine Schleife wieder eine Schleife oder eine If-Else Anweisung enthalten.

Code snippet #3

a = 1
while a < 7:
    if a % 2 == 0:
        print(a, "ist gerade")
    else:
        print(a, "ist ungerade")
    a += 1

ist ungerade
ist gerade
ist ungerade
ist gerade
ist ungerade
ist gerade

Auch diese Schleife gibt es als Animation. Der Thonny Debugger kann auch besonders bei solchen komplizierten Konstrukten hilfreich sein.

Übungen

6.1 Übung

Verwende den Debugger, um die code snippets von dieser Sektion 6 Schritt für Schritt durchzugehen. Um dies ein wenig spannender zu machen, versuche vor jedem print vorherzusagen welcher Wert ausgegeben werden sollte und vergleiche dann das Ergebnis in der Konsole.

6.2 Übung

Erstelle eine Schleife welche jede 2. Zahl von 0 bis inkl. 20 ausgibt

6.3 Übung

Erstelle eine Schleife welche jede 2. Zahl von 0 bis exkl. 20 ausgibt, wenn diese Zahl gerade ist

6.4 Übung

Versuche nun die soeben erstellte Schleife rückwärts auszugeben, sodass du jede 2. Zahl von 20 bis exkl. 0 ausgibst, wenn diese gerade ist.

6.5 EXTRA Übung: FizzBuzz extension

Nun erweitern wir die vorherige FizzBuzz Übung. Kleiner fun fact, diese Aufgabe war eine beliebte interview Frage bei vielen berühmten tech companies.

Erstelle eine Schleife welche die Zahlen von 0 bis inkl. 45 durchgeht und folgendes ausgibt:

wenn die Zahl durch 3 teilbar ist, gib das Wort Fizz aus
wenn die Zahl durch 5 teilbar ist, gib das Wort Buzz aus
wenn die Zahl durch 3 und 5 teilbar ist, gib das Wort FizzBuzz aus
ansonsten gib einfach die Zahl aus

7 Kommentare

Alles hinter einem # wird von python ignoriert, so können wir Kommentare schreiben um Nachrichten an unser Zukunfts-Ich zu senden (uns Sachen zu merken)

print("Moin world") # Dieser Funktionsaufruf gibt Text auf der Konsole aus.

Moin world

7.1 Übung

Habt ihr heute etwas gelernt oder einen Fehler ausgebessert? Dann geht in eure Dateien und fügt gelernte Weisheiten als Kommentare hinzu.

8 Endlos Katzen

Es soll eine Schleife programmiert werden, die eine Animation anzeigt. Dafür habe ich eine .gif Animation bereitgestellt, sowie eine Funktion show(i), welche das Bild mit der Sequenznummer i anzeigt. Die Sequenznummern gehen von 0 bis 12. Ladet euch die nötigen Dateien herunter (hier klicken), entpackt das Archiv und löst die aufgabe dann in der Datei uebung.py. Weitere Instruktionen sind in der Datei in Kommentaren beschrieben.

So oder so ähnlich sieht euer Endergebnis aus:

Figure 1: Katzenanimation mit einer for-schleife

9 Code

Den Code für dieses Meeting könnt ihr euch hier herunterladen: klick