Einführung in Python 3

Inhalt

Vorwort

Danksagung

1 Einleitung

1.1 Einfach und schnell zu lernen

1.2 Zielgruppe des Buches

1.3 Aufbau des Buches

1.4 Programmieren lernen ,,interaktiv''

1.5 Download der Beispiele und Hilfe

1.6 Anregungen und Kritik

Teil I Einführung in Python 3 – Für Ein- und Umsteiger

2 Kommandos und Programme

2.1 Erste Schritte mit Python

2.1.1 Linux

2.1.2 Windows

2.2 Herkunft und Bedeutung des Begriffes interaktive Shell

2.2.1 Erste Schritte in der interaktiven Shell

2.3 Verlassen der Python-Shell

2.4 Benutzung von Variablen

2.5 Mehrzeilige Anweisungen in der interaktiven Shell

2.6 Programme schreiben oder schnell mal der Welt ``Hallo'' sagen

3 Bytecode und Maschinencode

3.1 Einführung

3.2 Unterschied zwischen Programmier- und Skriptsprachen

3.3 Interpreter- oder Compilersprache

4 Datentypen und Variablen

4.1 Einführung

4.2 Datentypen

4.2.1 Ganze Zahlen

4.2.2 Fließkommazahlen

4.2.3 Zeichenketten

4.2.4 Boolesche Werte

4.2.5 Komplexe Zahlen

4.2.6 Operatoren

4.3 Statische und dynamische Typdeklaration

4.4 Typumwandlung

4.5 Datentyp ermitteln

5 Sequentielle Datentypen

5.1 Übersicht

5.1.1 Zeichenketten oder Strings

5.1.2 Listen

5.1.3 Tupel

5.1.4 Sequenz von Binärdaten

5.2 Indizierung von sequentiellen Datentypen

5.3 Slicing oder Ausschneiden

5.4 Die len-Funktion

5.5 Aufgaben

6 Dictionaries

6.1 Dictionaries und assoziative Felder

6.2 Definition und Benutzung

6.3 Fehlerfreie Zugriffe auf Dictionaries

6.4 Zulässige Typen für Schlüssel und Werte

6.5 Verschachtelte Dictionaries

6.6 Methoden auf Dictionaries

6.7 Operatoren

6.8 Die zip-Funktion

6.9 Dictionaries aus Listen erzeugen

6.10 Aufgaben

7 Mengen

7.1 Übersicht

7.2 Mengen in Python

7.2.1 Sets erzeugen

7.2.2 Mengen von unveränderlichen Elementen

7.3 Frozensets

7.4 Operationen auf ,,set''-Objekten

7.4.1 add(element)

7.4.2 clear()

7.4.3 copy

7.4.4 difference()

7.4.5 difference_update()

7.4.6 discard(el)

7.4.7 remove(el)

7.4.8 intersection(s)

7.4.9 isdisjoint()

7.4.10 issubset()

7.4.11 issuperset()

7.4.12 pop()

8 Eingaben

8.1 Eingabe mittels input

9 Verzweigungen

9.1 Anweisungsblöcke und Einrückungen

9.2 Bedingte Anweisungen in Python

9.3 Vergleichsoperatoren

9.4 Zusammengesetzte Bedingungen

9.5 Wahr oder falsch: Bedingungen in Verzweigungen

9.6 Aufgaben

10 Schleifen

10.1 Übersicht

10.2 while-Schleife

10.3 break und continue

10.4 die Alternative im Erfolgsfall: else

10.5 For-Schleife

10.6 Aufgaben

11 Dateien lesen und schreiben

11.1 Dateien

11.2 Text aus einer Datei lesen

11.3 Schreiben in eine Datei

11.4 In einem Rutsch lesen: readlines und read

11.5 Aufgaben

12 Formatierte Ausgabe und Strings formatieren

12.1 Wege, die Ausgabe zu formatieren

12.2 Details zur print-Funktion

12.2.1 Unterschiede zu Python 2

12.2.2 Import aus der Zukunft: print_function

12.2.3 print-Funktion in Python 3

12.3 Stringformatierung im C-Stil

12.4 Der pythonische Weg: Die String-Methode ,,format''

12.5 Benutzung von Dictionaries beim Aufruf der ,,format''-Methode

12.6 Benutzung von lokalen Variablen in ,,format''

12.7 Weitere String-Methoden zum Formatieren

13 Flaches und tiefes Kopieren

13.1 Einführung

13.2 Kopieren einer Liste

13.3 Kopie mit Teilbereichsoperator

13.4 Kopieren mit deepcopy

13.5 Deepcopy für Dictionaries

14 Funktionen

14.1 Allgemein

14.2 Funktionen in Python

14.3 Optionale- und Schlüsselwortparameter

14.4 Docstring

14.5 Rückgabewerte

14.6 Mehrere Rückgabewerte

14.7 Lokale und globale Variablen in Funktionen

14.8 Parameterübergabe im Detail

14.9 Effekte bei veränderlichen Objekten

14.10 Kommandozeilenparameter

14.11 Variable Anzahl von Parametern / Variadische Funktionen

14.12 * in Funktionsaufrufen

14.13 Beliebige Schlüsselwortparameter

14.14 Doppeltes Sternchen im Funktionsaufruf

14.15 Aufgaben

15 Rekursive Funktionen

15.1 Definition und Herkunft des Begriffs

15.2 Definition der Rekursion

15.3 Rekursive Funktionen in Python

15.4 Die Tücken der Rekursion

15.5 Fibonacci-Folge in Python

15.6 Aufgaben

16 Listen und Tupel im Detail

16.1 Stapelspeicher

16.2 Stapelverarbeitung in Python: pop und append

16.3 extend

16.4 ,+'-Operator oder append

16.5 Entfernen eines Wertes

16.6 Prüfen, ob ein Element in Liste enthalten ist

16.7 Finden der Position eines Elementes

16.8 Einfügen von Elementen

16.9 Besonderheiten bei Tupel

16.9.1 Leere Tupel

16.9.2 1-Tupel

16.9.3 Mehrfachzuweisungen, Packing und Unpacking

16.10 Die veränderliche Unveränderliche

16.11 Sortieren von Listen

16.11.1 ,,sort'' und ,,sorted''

16.11.2 Umkehrung der Sortierreihenfolge

16.11.3 Eigene Sortierfunktionen

16.12 Aufgaben

17 Modularisierung

17.1 Module

17.1.1 Namensräume von Modulen

17.1.2 Namensräume umbenennen

17.1.3 Modularten

17.1.4 Suchpfad für Module

17.1.5 Inhalt eines Modules

17.1.6 Eigene Module

17.1.7 Dokumentation für eigene Module

17.2 Pakete

18 Globale und lokale Variablen

18.1 Einführung

18.2 Globale und lokale Variablen in Funktionen

19 Alles über Strings …

19.1 ... fast alles

19.2 Aufspalten von Zeichenketten

19.2.1 split

19.2.2 Standardverhalten und ,,maxsplit''

19.2.3 rsplit

19.2.4 Folge von Trennzeichen

19.2.5 splitlines

19.2.6 partition

19.3 Zusammenfügen von Stringlisten mit join

19.4 Suchen von Teilstrings

19.4.1 ,,in'' oder ,,not in''

19.4.2 s.find(substring[, start[, end]])

19.4.3 s.rfind(substring[, start[, end]])

19.4.4 s.index(substring[, start[, end]])

19.4.5 s.rindex(substring[, start[, end]])

19.4.6 s.count(substring[, start[, end]])

19.5 Suchen und Ersetzen

19.6 Nur noch Kleinbuchstaben oder Großbuchstaben

19.7 capitalize und title

19.8 Stripping Strings

19.9 Strings ausrichten

19.10 String-Tests

19.11 Aufgaben

20 Ausnahmebehandlung

20.1 Abfangen mehrerer Exceptions

20.2 except mit mehrfachen Ausnahmen

20.3 Die optionale else-Klausel

20.4 Fehlerinformationen über sys.exc_info

20.5 Exceptions generieren

20.6 Finalisierungsaktion

21 Objektorientierte Programmierung

21.1 Einführung

21.2 Klassen in Python

21.2.1 Objekte und Instanzen einer Klasse

21.2.2 Kapselung von Daten und Methoden

21.2.3 Ein minimale Klasse in Python

21.2.4 Eigenschaften und Attribute

21.3 Methoden

21.3.1 Instanzvariablen

21.3.2 Die __init__-Methode

21.4 Datenkapselung, Datenabstraktion und Geheimnisprinzip

21.4.1 Begriffsbestimmungen

21.4.2 Die __str__- und die __repr__-Methode

21.5 Public-, Protected- und Private-Attribute

21.6 Destruktor

21.7 Klassenattribute

21.8 Statische Methoden

21.9 Klassenmethoden

21.10 Properties

21.11 Public-Attribute statt private Attribute

21.12 Vererbung

21.12.1 Oberbegriffe und Oberklassen

21.12.2 Ein einfaches Beispiel

21.12.3 Überladen, Überschreiben und Polymorphie

21.12.4 Vererbung in Python

21.13 Mehrfachvererbung

21.13.1 Einführung

21.13.2 Beispiel: CalendarClock

21.13.3 Diamand-Problem oder ,,deadly diamond of death''

21.13.4 super und MRO

21.14 Magische Methoden und Operatorüberladung

21.14.1 Einführung

21.14.2 Übersicht magische Methoden

21.14.3 Beispielklasse: Length

21.15 Standardklassen als Basisklassen

21.16 Aufgaben

Teil II Weiterführende Themen

22 Tests und Fehler

22.1 Einführung

22.2 Modultests

22.3 Modultests unter Benutzung von __name__

22.4 doctest-Modul

22.5 Testgetriebene Entwicklung oder ,,Im Anfang war der Test''

22.6 unittest

22.7 Methoden der Klasse TestCase

22.8 Aufgaben

23 Systemprogrammierung

23.1 Systemprogrammierung

23.2 Häufig falsch verstanden: Shell

23.3 os-Modul

23.3.1 Vorbemerkungen

23.3.2 Umgebungsvariablen

23.3.3 Dateiverarbeitung auf niedrigerer Ebene

23.3.4 Die exec-,,Familie''

23.3.5 Weitere Funktionen im Überblick

23.3.6 os.path - Arbeiten mit Pfaden

23.4 shutil-Modul

24 Forks

24.1 Fork

24.2 Fork in Python

25 Daten konservieren

25.1 Persistente Speicherung

25.2 Pickle-Modul

25.2.1 Daten ,,einpökeln'' mit pickle.dump

25.2.2 pickle.load

25.3 Ein persistentes Dictionary mit shelve

26 Reguläre Ausdrücke

26.1 Ursprünge und Verbreitung

26.2 Stringvergleiche

26.3 Überlappungen und Teilstrings

26.4 Das re-Modul

26.5 Matching-Problem

26.6 Syntax der regulären Ausdrücke

26.6.1 Beliebiges Zeichen

26.7 Zeichenauswahl

26.8 Endliche Automaten

26.9 Anfang und Ende eines Strings

26.10 Vordefinierte Zeichenklassen

26.11 Optionale Teile

26.12 Quantoren

26.13 Gruppierungen und Rückwärtsreferenzen

26.13.1 Match-Objekte

26.14 Umfangreiche Übung

26.15 Alles finden mit findall

26.16 Alternativen

26.17 Kompilierung von regulären Ausdrücken

26.18 Aufspalten eines Strings mit oder ohne regulären Ausdruck

26.18.1 split-Methode der String-Klasse

26.18.2 split-Methode des re-Moduls

26.18.3 Wörter filtern

26.19 Suchen und Ersetzen mit sub

26.20 Aufgaben

27 lambda, map, filter und reduce

27.1 lambda

27.2 map

27.3 Filtern von sequentiellen Datentypen mittels ,,filter''

27.4 reduce

27.5 Aufgaben

28 Listen-Abstraktion/List Comprehension

28.1 Die Alternative zu Lambda und Co.

28.2 Syntax

28.3 Weitere Beispiele

28.4 Die zugrunde liegende Idee

28.5 Anspruchsvolleres Beispiel

28.6 Mengen-Abstraktion

28.7 Rekursive Primzahlberechnung

28.8 Generatoren-Abstraktion

28.9 Aufgaben

29 Generatoren und Iteratoren

29.1 Einführung

29.2 Iteration in for-Schleifen

29.3 Generatoren

29.4 Beispiele

29.4.1 Permutationen

29.4.2 Variationen und Kombinationen

29.5 Generatoren zähmen mit firstn und islice

29.6 send-Methode

29.7 Generator-Ausdrücke

29.8 Aufgaben

30 Memoisation

30.1 Bedeutung und Herkunft des Begriffes

30.2 Memoisation mit Dekorateur-Funktionen

30.3 Memoize in einer Class

30.4 Dekorateure in Python

30.5 Überprüfung von Argumenten durch Dekorateure

31 NumPy

31.1 Übersicht

31.2 Arrays in NumPy

31.3 Arrays flach machen

31.4 Arrays umdimensionieren

31.5 Arrays konkatenieren

31.6 Array, neue Dimension hinzufügen

31.7 Array mit Nullen und Einsen initialisieren

31.8 Matrizenarithmetik

31.9 Vektoraddition und Vektorsubtraktion

31.10 Matrix-Klasse

31.10.1 Matrix-Produkt

31.10.2 Eine einfache praktische Anwendung

31.11 Inverse Matrix

31.12 Kreuzprodukt / Vektorprodukt

31.13 Lineare Gleichungssysteme

31.14 Polynome

31.15 Aufgaben

Teil III Umfassende Beispiele

32 Bruchklasse

32.1 Brüche à la 1001 Nacht

32.2 Zurück in die Gegenwart

32.3 Rechenregeln

32.3.1 Multiplikation von Brüchen

32.3.2 Division von Brüchen

32.3.3 Addition von Brüchen

32.3.4 Subtraktion von Brüchen

32.4 Integer plus Bruch

32.4.1 Die Bruchklasse im Überblick

32.5 Die Fraction-Klasse im fractions-Modul

33 Mastermind

33.1 Die Ursprünge des Spiels

33.2 Die Spielregeln

33.2.1 ,,Bulls and Cows''

33.2.2 Mastermind

33.3 Kombinatorikmodul

33.4 Mastermind in Python

34 Textklassifikation

34.1 Einführung in die Textklassifikation

34.2 Textklassifikation: Aufgabe

34.3 Naive-Bayes-Klassifikator

34.3.1 Definition

34.3.2 Bayes-Theorem

34.4 Formale Herleitung der Naive-Bayes-Klassifikation

34.5 Textklassifikation in Python

34.5.1 BagOfWords-Klasse

34.5.2 Document-Klasse

34.5.3 DocumentClass-Klasse

34.5.4 Pool-Klasse

Teil IV Lösungen zu den Aufgaben

35 Lösungen zu den Aufgaben

35.1 Lösungen zu Kapitel 5 (Sequentielle Datentypen)

35.2 Lösungen zu Kapitel 6 (Dictionaries)

35.3 Lösungen zu Kapitel 9 (Verzweigungen)

35.4 Lösungen zu Kapitel 10 (Schleifen)

35.5 Lösungen zu Kapitel 11 (Dateien lesen und schreiben)

35.6 Lösungen zu Kapitel 16 (Listen und Tupel im Detail)

35.7 Lösungen zu Kapitel 14 (Funktionen)

35.8 Lösungen zu Kapitel 15 (Rekursive Funktionen)

35.9 Lösungen zu Kapitel 19 (Alles über Strings …)

35.10 Lösungen zu Kapitel 21 (Objektorientierte Programmierung)

35.11 Lösungen zu Kapitel 22 (Tests und Fehler)

35.12 Lösungen zu Kapitel 26 (Reguläre Ausdrücke)

35.13 Lösungen zu Kapitel 27 (lambda, map, filter und reduce)

35.14 Lösungen zu Kapitel 28 (Listen-Abstraktion/List Comprehension)

35.15 Lösungen zu Kapitel 29 (Generatoren und Iteratoren)

35.16 Lösungen zu Kapitel 31 (NumPy)

Stichwortverzeichnis