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Grundlagen der Python-Programmierung leicht und verständlich erklärt

by Michael Inden

December 2024

Intermediate to advanced

430 pages

9h 20m

German

dpunkt

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1.1 Python im Überblick1.2 Los geht’s – Installation1.2.1 Python-Download1.2.2 Installation von Python1.2.3 Nacharbeiten nach der Python-Installation1.2.4 Python-Installation prüfen1.2.5 Python-Programm als Skript ausführen1.3 Arbeiten mit der Kommandozeile (Kurzeinführung)1.3.1 Für macOS1.3.2 Für Windows1.3.3 IDLE als Alternative1.4 Entwicklungsumgebung PyCharm (Optional)1.4.1 Installation von PyCharm1.4.2 PyCharm starten1.4.3 Erstes Projekt in PyCharm1.4.4 Erstes Modul in PyCharm1.5 Ausprobieren der Beispiele1.5.1 Python-Kommandozeileninterpreter1.5.2 Texteditor und direkte Ausführung1.5.3 IDE1.5.4 Abschließender Hinweis
2.1 Hallo Welt (Hello World)2.2 Variablen und Datentypen2.2.1 Definition von Variablen2.2.2 Variablen und Typen2.2.3 Ausgaben mit print()2.2.4 Bezeichner (Variablennamen)2.3 Operatoren im Überblick2.3.1 Arithmetische Operatoren2.3.2 Zuweisungsoperatoren2.3.3 Vergleichsoperatoren2.3.4 Logische Operatoren2.4 Fallunterscheidungen2.5 Funktionen2.5.1 Eigene Funktionen definieren2.5.2 Nützliche Beispiele aus Python2.6 Fehlerbehandlung und Exceptions2.7 Kommentare2.8 Module2.8.1 Imports – Einbinden anderer Funktionalitäten2.8.2 Zusammenfassung und Ergänzendes2.9 Built-in-Datentypen2.9.1 Listen (list)2.9.2 Tupel (tuple)2.9.3 Mengen (set)2.9.4 Dictionaries (dict)2.10 Schleifen2.10.1 Besonderheit: Ranges2.10.2 Indexbasierte for-in-Schleife2.10.3 Wertebasierte for-in-Schleife2.10.4 Die for-in-enumerate-Schleife mit Index und Wert2.10.5 Die while-Schleife2.11 Weiterführende Informationen2.12 Aufgaben und Lösungen2.12.1 Aufgabe 1: Mathematische Berechnungen2.12.2 Aufgabe 2: Bedingung vereinfachen2.12.3 Aufgabe 3: Funktion und if2.12.4 Aufgabe 4: Selbstabholerrabatt2.12.5 Aufgabe 5: Schleifen mit Berechnungen2.12.6 Aufgabe 6: Schleifen und fixe Schrittweite2.12.7 Aufgabe 7: Schleifen mit variabler Schrittweite2.12.8 Aufgabe 8: Verschachtelte Schleifen – Variante 12.12.9 Aufgabe 9: Verschachtelte Schleifen – Variante 22.12.10 Aufgabe 10: Verschachtelte Schleifen – Variante 3

3.1 Schnelleinstieg3.1.1 Gebräuchliche Stringaktionen3.1.2 Suchen, Enthaltensein und Ersetzen3.1.3 Informationen extrahieren und formatieren3.1.4 Praxisrelevante Funktionen im Kurzüberblick3.2 Nächste Schritte3.2.1 Zeichenverarbeitung3.2.2 Strings und Listen3.2.3 Mehrzeilige Strings3.3 Aufgaben und Lösungen3.3.1 Aufgabe 1: Länge, Zeichen und Enthaltensein3.3.2 Aufgabe 2: Zeichen wiederholen3.3.3 Aufgabe 3: Vokale raten3.3.4 Aufgabe 4: String Merge
4.1 Schnelleinstieg4.1.1 Grundlagen zu Klassen und Objekten4.1.2 Eigenschaften (Attribute)4.1.3 Verhalten (Methoden)4.1.4 Typprüfung mit isinstance()4.1.5 Objekte vergleichen – die Rolle von __eq__()4.2 Nächste Schritte4.2.1 Klassen ausführbar machen4.2.2 Packages4.2.3 Übergang zum Einsatz einer IDE4.2.4 Verstecken von Informationen4.2.5 Packages: Auswirkungen auf unsere Applikation4.3 Vererbung4.4 Aufgaben und Lösungen4.4.1 Aufgabe 1: Superheld4.4.2 Aufgabe 2: Zähler4.4.3 Aufgabe 3: Objekte mit Dictionary selbst gebaut
5.1 Schnelleinstieg5.1.1 Die Klasse list5.1.2 Die Klasse set5.1.3 Die Klasse dict5.2 Nächste Schritte5.2.1 Comprehensions5.2.2 Slicing – Zugriff auf Teilbereiche von Listen5.2.3 Sortierung – sort() / sorted()5.2.4 Tauschen von Elementen – swap()5.2.5 Reihenfolge umkehren – reverse() und reversed()5.2.6 Mehrdimensionale Listen5.3 Aufgaben und Lösungen5.3.1 Aufgabe 1: Tennisverein-Mitgliederliste5.3.2 Aufgabe 2: Liste mit Farbnamen füllen und filtern5.3.3 Aufgabe 3: Duplikate entfernen – Variante 15.3.4 Aufgabe 4: Duplikate entfernen – Variante 25.3.5 Aufgabe 5: Hauptstädte5.3.6 Aufgabe 6: Häufigkeiten von Namen5.3.7 Aufgabe 7: Rotation um eine oder mehrere Positionen5.3.8 Aufgabe 8: Dreieckige Liste: Upside Down
6.1 Benutzereingaben input()6.2 Zufallswerte und das Modul random6.3 Besonderheiten von Parametern6.3.1 Parameter mit Position bzw. Name6.3.2 Parameter mit Defaultwert6.3.3 Var Args – variable Anzahl an Argumenten6.4 Ternary-Operator6.5 Aufzählungen mit Enum6.6 Fallunterscheidungen mit match6.7 break, continue und else in Schleifen6.7.1 Funktionsweise von break und continue6.7.2 Wie macht man es besser?6.7.3 Besonderheit: else in Schleifen6.8 Ausdrücke mit eval() auswerten6.9 Rekursion6.9.1 Einführendes Beispiel: Fakultät6.9.2 Weiterführendes Beispiel: Fibonacci-Zahlen6.9.3 Weiterführendes Beispiel: Lineal6.10 Praxisbeispiel: Flächen füllen6.11 Aufgaben und Lösungen6.11.1 Aufgabe 1: Würfelspiel6.11.2 Aufgabe 2: Temperaturumrechnung6.11.3 Aufgabe 3: Palindrom-Prüfung mit Rekursion6.11.4 Aufgabe 4: Einarmiger Bandit6.11.5 Aufgabe 5: BMI-Rechner
7.1 Schnelleinstieg7.1.1 Anlegen von Dateien und Verzeichnissen7.1.2 Informationen zu Verzeichnissen und Dateien7.1.3 Informationen in Dateien schreiben und daraus lesen7.1.4 Diverse Informationen ermitteln7.1.5 Kopieren und Umbenennen7.1.6 Löschen7.2 Praxisbeispiel: Directory-Baum darstellen7.2.1 Basisvariante7.2.2 Variante mit schönerer Darstellung7.2.3 Finale Variante mit ausgeklügelter Darstellung7.3 JSON-Verarbeitung7.3.1 JSON in eine Datei schreiben7.3.2 Lesen von JSON aus einer Datei7.3.3 Pretty Printing7.4 Aufgaben und Lösungen7.4.1 Aufgabe 1: Texte in Datei schreiben und wieder lesen7.4.2 Aufgabe 2: Dateigrößen7.4.3 Aufgabe 3: Existenzprüfung7.4.4 Aufgabe 4: Rechteprüfung7.4.5 Aufgabe 5: Verzeichnisinhalt auflisten
8.1 Sequenzielle Datentypen8.2 Spaß mit Listen8.2.1 Additionen und Multiplikationen mit Listen8.2.2 Trickserei mit Slicing8.3 Iteratoren8.4 Generatoren8.5 Datencontainer mit namedtuple8.6 Einstieg in Lambdas8.6.1 Syntax von Lambdas8.6.2 Lambdas im Einsatz mit filter() und map()8.6.3 Lambdas im Einsatz mit sort()8.7 Aufgaben und Lösungen8.7.1 Aufgabe 1: Obstkorb8.7.2 Aufgabe 2: Erwachsene aus Personenliste extrahieren8.7.3 Aufgabe 3: Eigene Implementierung von rindex()8.7.4 Aufgabe 4: Every-N-th-Iterator8.7.5 Aufgabe 5: Greeting-Generator8.7.6 Aufgabe 6: Fibonacci-Generator8.7.7 Aufgabe 7: Initialisierung mit List Comprehension und Multiplikation
9.1 Schnelleinstieg9.1.1 Fehlerbehandlung9.1.2 Exceptions selbst auslösen – raise9.1.3 Eigene Exception-Typen definieren9.1.4 Exceptions propagieren – throws9.2 Fehlerbehandlung in der Praxis9.2.1 Exceptions für Bereichsprüfungen9.2.2 Elegante Prüfungen mit assert9.3 Automatic Resource Management (with)9.4 Aufgaben und Lösungen9.4.1 Aufgabe 1: Abgesicherter Indexzugriff – Kür mit Fallback9.4.2 Aufgabe 2: Resource Handling
10.1 Schnelleinstieg10.1.1 Zeitpunkte und die Klasse datetime10.1.2 Datumswerte und die Klasse date10.1.3 Zeit und die Klasse time10.1.4 Zeitdifferenzen und die Klasse timedelta10.1.5 Berechnungen mit Datumswerten10.1.6 Formatierung und Parsing10.2 Praxisbeispiel: Kalenderausgabe10.3 Aufgaben und Lösungen10.3.1 Aufgabe 1: Wochentage10.3.2 Aufgabe 2: Freitag, der 13.10.3.3 Aufgabe 3: Mehrmals Freitag, der 13.10.3.4 Aufgabe 4: Schaltjahre
11.1 Die Bibliothek Pillow / PIL11.1.1 Installation und Import11.1.2 Bildverarbeitung11.1.3 Praxisbeispiel11.1.4 Weiterführende Informationen11.2 Das Modul requests11.2.1 Installation und Import11.2.2 Request absetzen – auf Webseite zugreifen11.2.3 Wesentliche HTTP-Kommandos (GET, POST, PUT, DELETE, HEAD)11.2.4 Response als Datei sichern11.2.5 Weiterführende Informationen11.3 Das Modul webbrowser11.3.1 Datei im Webbrowser öffnen11.3.2 Google-Suche programmatisch ausführen
12.1 Einführung12.1.1 Was sind LLMs? Geschichte und Einsatzgebiete12.2 Einführende Beispiele mit transformers12.2.1 Textgenerierung mit transformers12.2.2 Analyse von Texten12.2.3 Was haben wir bisher gelernt?12.3 Experimente mit OpenAI12.3.1 Textgenerierung12.3.2 Sourcecode erklären lassen12.3.3 Sourcecode generieren lassen12.3.4 Textnachricht in MP3 wandeln12.3.5 Bildgenerierung12.3.6 Weiterführende Infos
13.1 Spielfeld initialisieren und darstellen13.2 Setzen der Steine13.3 Prüfen auf Sieg13.4 Bausteine im Einsatz
14.1 Verarbeitung von Spielständen (Highscores)14.2 Extraktion der Daten14.3 Besonderheiten der Implementierung
15.1 Applikationsdesign – Vorüberlegungen zur Strukturierung15.2 Einlesen der verfügbaren Wörter15.3 Hilfsdatenstrukturen15.4 Datenmodell15.4.1 Datenspeicherung und Initialisierung15.4.2 Zufällige Wahl von Richtung, Position, Wort und Buchstabe15.4.3 Algorithmus zum Verstecken von Wörtern15.4.4 Wort prüfen und platzieren15.5 HTML-Erzeugung15.6 Ausgabe als HTML und Darstellung im Browser15.7 Hauptapplikation15.8 Fazit
16.1 Grundregeln eines guten Programmierstils16.1.1 Keep It Human-Readable16.1.2 Keep it Understandable16.2 Coding Conventions16.2.1 PEP 8 – Coding Standard16.2.2 Zen of Python16.2.3 Namensgebung16.2.4 Dokumentation16.2.5 Programmdesign16.2.6 Parameterlisten16.2.7 Logik und Kontrollfluss16.3 Auch ans Testen denken16.3.1 Das Pytest-Framework16.3.2 Schreiben und Ausführen von Tests
A.1 Schlüsselwörter im Überblick
B.1 Python-REPL
C.1 Verbesserungen bei FehlermeldungenC.1.1 Namenskonflikte bei ModulenC.1.2 Tippfehler bei benannten ParameternC.2 Verbesserungen in der Python-REPLC.3 Verschiedenes

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13Praxisbeispiel: Tic Tac Toe

Tic Tac Toe ist ein Strategiespiel für zwei Personen. Es wird auf einem Spielfeld mit 3 × 3 Feldern gespielt. Dort markieren die Spieler abwechselnd freie Positionen entweder mit einem Kreuz oder einem Kreis. Derjenige, der zuerst drei gleiche Formen in einer Reihe horizontal, vertikal oder diagonal erreicht, gewinnt das Spiel.

Abbildung 13-1 Beispiel für ein Tic-Tac-Toe-Spielfeld

Im Folgenden ist es das Ziel, ein Grundgerüst für ein Tic-Tac-Toe-Spiel zu erstellen, das aber noch genug Raum für eigene Experimente und Erweiterungen bietet.