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Python 3 für Studium und Ausbildung

by Michael Weigend

March 2022

Intermediate to advanced

440 pages

10h 8m

German

mitp Verlag

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Python in Studium und AusbildungDer Aufbau des BuchsAchten Sie auf den Schrifttyp!Programmtexte und Lösungen zum Download
1.1 Die Programmiersprache Python1.2 Was ist ein Algorithmus?1.3 Syntax und Semantik1.4 Interpreter und Compiler1.5 Python installieren1.6 Python im interaktiven Modus1.7 Die Entwicklungsumgebung IDLE1.8 Hotkeys für die IDLE-Shell1.9 Anweisungen1.9.1 Ausdruck1.9.2 Funktionsaufruf1.9.3 Zuweisung1.9.4 Erweiterte Zuweisungen1.10 Zahlen verarbeiten – Python als Taschenrechner1.10.1 Operatoren1.10.2 Variablen verwenden1.11 Eine weitere Entwicklungsumgebung: Thonny1.12 Notebooks mit Jupyter und CoLab1.13 Rückblick1.14 Übungen1.15 Lösung der Frage: Semantik im Alltag
2.1 Literale und die Funktion type()2.2 Die Python-Typ-Hierarchie2.3 Standard-Typen2.3.1 Ganze Zahl (int)2.3.2 Gleitkommazahl (float)2.3.3 Komplexe Zahlen (complex)2.3.4 Zeichenkette (str)2.3.5 Tupel (tuple)2.3.6 Liste (list)2.3.7 Menge (set)2.3.8 Dictionary (dict)2.3.9 Wahrheitswerte – der Datentyp bool2.3.10 NoneType2.4 Gemeinsame Operationen für Kollektionen2.4.1 Kollektion2.4.2 Sequenz2.5 Objekte eines Typs erzeugen – Casting2.6 Dynamische Typisierung2.7 Rückblick2.8 Übung: Anweisungen
3.1 Das erste Python-Skript3.2 Das EVA-Prinzip3.3 Kommentare3.4 Projekt: Volumenberechnung3.4.1 Kürzerer Programmtext durch verschachtelte Funktionsaufrufe3.4.2 Aufruf der Funktion print() mit mehreren Argumenten3.5 Python-Programme starten3.5.1 Ausführung auf der Kommandozeile3.5.2 Start durch Anklicken des Programm-Icons unter Windows3.5.3 Python-Programme unter Linux – die Shebang-Zeile3.5.4 Starten im Finder von macOS3.6 Fehler finden3.6.1 Syntaxfehler3.6.2 Laufzeitfehler3.6.3 Semantische Fehler3.6.4 Tipps zum Fehlerfinden3.7 Rückblick3.8 Übungen3.9 Lösungen zu den Fragen
4.1 Programmverzweigungen4.1.1 Einseitige Verzweigung (if)4.1.2 Projekt: Passwort4.1.3 Zweiseitige Verzweigung (if…else)4.1.4 Projekt: Kinokarte4.1.5 Fallunterscheidung (if...elif...else)4.1.6 Projekt: Auskunftautomat4.2 Das Layout von Python-Programmen: Zeilen und Blöcke4.2.1 Block4.2.2 Zeilenstruktur4.3 Bedingungen konstruieren4.3.1 Boolesche Werte4.3.2 Boolesche Operatoren4.3.3 Vergleichsketten4.3.4 Projekt: Früchte erkennen4.4 Bedingte Wiederholung – while4.4.1 Projekt: Aufsummieren4.4.2 Projekt: Planeten4.4.3 Projekt: Wurzelberechnung (Mathematik)4.4.4 Endloswiederholung4.5 Iterationen – for4.5.1 Wiederholungen mit range()4.6 Rückblick4.7 Übungen4.8 Lösungen zu den Fragen
5.1 Warum definiert man Funktionen?5.2 Definition und Aufruf einer Funktion5.2.1 Projekt: Fallhöhe berechnen5.3 Optionale Parameter und voreingestellte Werte5.3.1 Erweiterung des Projekts: Fallhöhe auf unterschiedlichen Himmelskörpern5.4 Eine Funktion in der Shell testen5.5 Die return-Anweisung5.5.1 Prozeduren5.5.2 Wirkungen der return-Anweisung5.6 Positionsargumente und Schlüsselwortargumente5.7 Guter Programmierstil5.7.1 Funktionsname5.7.2 Funktionsannotationen5.7.3 Docstring5.7.4 Signatur5.8 Die print()-Funktion unter der Lupe5.9 Globale und lokale Namen5.10 Rekursive Funktionen5.10.1 Projekt: Die Berechnung der Fakultät5.11 Lambda-Funktionen *5.12 Funktionen als Argumente: map() und filter() *5.12.1 Mapping5.12.2 Filtern5.13 Rückblick5.14 Übungen5.15 Lösungen zu den Fragen
6.1 Importanweisungen6.1.1 Ein Modul importieren6.1.2 Funktionen aus einem Modul importieren6.2 Mathematische Funktionen: Das Modul math6.3 Zufallsfunktionen: Das Modul random6.3.1 Projekt: Würfeln6.3.2 Projekt: Wer ist der Nächste?6.4 Datum und Zeit6.4.1 Projekt: Uhrzeit6.4.2 Projekt: Rechentrainer6.5 Ein eigenes Modul erstellen6.5.1 Projekt: Ein Modul zur Volumenberechnung6.5.2 Welchen Vorteil haben Module?6.6 Module aus dem Python Package Index (PyPI)6.7 Rückblick6.8 Übungen
7.1 Sequenzen7.1.1 Listen7.1.2 Tupel7.1.3 Komplexe Sequenzen7.1.4 Iteration über eine Liste aus Tupeln7.1.5 Gemeinsame Operationen für Sequenzen7.1.6 Spezielle Operationen für Listen7.1.7 Sortieren7.1.8 Eine Liste erzeugen7.2 Projekt: Telefonliste7.3 Dictionaries7.3.1 Operationen für Dictionaries7.3.2 Ein Dictionary ändern7.4 Projekt: Vokabeltrainer7.5 Projekt: Routenplaner7.5.1 Verkehrswege und Graphen7.5.2 Programmierung7.6 Rückblick7.7 Übungen7.8 Lösungen zu den Fragen

8.1 Wie werden Daten gespeichert?8.1.1 Dateien öffnen8.1.2 Stream-Methoden8.1.3 Texte speichern und laden8.1.4 Binärdateien und Bytestrings8.1.5 Pfade im Verzeichnisbaum8.2 Laufzeitfehler abfangen8.2.1 try...except8.2.2 try…except…finally8.3 with-Anweisungen8.4 Projekt: Logbuch8.5 Datenstrukturen speichern und laden: Das Modul pickle8.5.1 Speichern8.5.2 Laden8.6 Projekt: Digitaler Planer8.7 Daten im JSON-Format speichern8.7.1 Aufbau eines JSON-Texts8.7.2 Die Grenzen von JSON8.8 Projekt: Temperaturdaten8.8.1 Writer8.8.2 Reader8.9 Daten aus dem Internet8.10 Projekt: Digitale Bibliothek8.11 Rückblick8.12 Übung: News-Check8.13 Lösungen zu den Fragen
9.1 Unicode-Nummern für Zeichen9.2 Escape-Sequenzen9.3 Stringmethoden9.4 Projekt: Goethes Wortschatz9.5 Projekt: Wie warm wird es heute?9.6 Ausblick: Reguläre Ausdrücke *9.6.1 Was ist ein regulärer Ausdruck?9.6.2 Aufbau eines regulären Ausdrucks9.6.3 Textpassagen finden mit findall()9.6.4 Platzhalter für Zeichen aus einer Zeichenmenge9.6.5 Reguläre Ausdrücke verknüpfen9.6.6 Quantoren9.6.7 Sonderzeichen maskieren9.6.8 Gieriges oder nicht gieriges Finden9.6.9 Webscraping mit regulären Ausdrücken9.7 Texte mit variablen Teilen9.7.1 Formatierung9.7.2 Platzhalter mit Namen9.7.3 Formatangaben für Platzhalter9.8 Projekt: Textanalyse9.9 Projekt: Storytelling9.10 Rückblick9.11 Übungen9.12 Lösungen zu den Fragen
10.1 Schnittstelle zum Betriebssystem: Das Modul os10.2 Suchen und Eigenschaften ermitteln10.2.1 Unterverzeichnisse ausgeben10.2.2 Verzeichnisbaum durchlaufen10.3 Dateien und Verzeichnisse anlegen und umbenennen10.3.1 Projekt: Bilddateien umbenennen10.4 Das Modul sys – die Schnittstelle zum Laufzeitsystem10.4.1 Informationen über die aktuelle Systemumgebung abfragen10.4.2 Kommandozeilenargumente abfragen10.4.3 Blick hinter die Kulissen: Speicherverwaltung *10.4.4 Zugriff auf Module10.4.5 Die Standardausgabe in eine Datei umleiten10.5 Rückblick10.6 Übungen10.7 Lösung zu der Frage: Welcher Kommentar passt?
11.1 Widgets11.2 Das Anwendungsfenster Tk11.3 Ein Widget einfügen11.4 Das Aussehen der Widgets gestalten11.4.1 Die Größe eines Widgets11.5 Gemeinsame Methoden der Widgets11.6 Schaltflächen und Eventhandler11.6.1 Projekt: Motivator11.7 Das Layout verfeinern11.8 Raster-Layout11.9 Projekt: 25 Farben – ein automatisches Farbfelder-Bild11.10 Widgets zur Texteingabe11.10.1 Einzeilige Eingabe: Das Entry-Widget11.10.2 Mehrzeilige Eingabe: Das Text-Widget11.10.3 Projekt: Reimen mit Goethe11.11 Radiobuttons11.11.1 Projekt: Währungsrechner11.12 Dialogboxen11.12.1 Projekt: Texteditor11.13 Parallele Abläufe: Threads11.13.1 Ein Experiment: Countdown11.13.2 Eine Funktion in einem eigenen Thread ausführen11.14 Rückblick11.15 Übungen11.16 Lösungen zu den Fragen
12.1 Bilder auf Schaltflächen und Labels12.1.1 Projekt: Würfelspiel12.1.2 Bilder verändern12.1.3 Projekt: Graustufen12.2 Canvas12.2.1 Flächen gestalten12.2.2 Linien gestalten12.2.3 ID-Nummern: Elemente löschen oder bewegen12.3 Projekt: Creative Coding12.4 Die Python Imaging Library (PIL)12.4.1 Ein Image-Objekt aus einer Datei gewinnen12.4.2 Ein Image-Objekt ohne Datei erzeugen12.4.3 Attribute und Methoden von Image-Objekten12.4.4 Bilder über Listen verarbeiten12.4.5 Bilder einfügen12.4.6 Projekt: Greenscreen12.4.7 PIL.Image-Objekte in tkinter-Anwendungen12.4.8 Projekt: Webcam-Viewer12.5 Rückblick12.6 Übungen
13.1 Zusicherungen13.2 Tracing13.2.1 Beispiel: Quicksort13.3 Debugging mit IDLE13.3.1 Der Debugger der Python-Shell13.3.2 Das Programm schrittweise durchlaufen13.3.3 Haltepunkte setzen13.4 Debugging mit Thonny13.5 Rückblick13.6 Lösungen zu den Fragen
14.1 Klassen und Objekte14.1.1 Was ist Objektorientierung?14.1.2 Klassen entwerfen und grafisch darstellen – UML14.1.3 Definition einer Klasse14.1.4 Objekte einer Klasse erzeugen: Instanziierung14.1.5 Auf Attribute zugreifen14.1.6 Methoden aufrufen14.1.7 Objekte mit variablen Anfangswerten14.1.8 Metaphern in der Programmierung14.2 Projekt: Geld14.2.1 Mit Geld-Objekten rechnen14.2.2 Klassenattribute14.2.3 Operatoren überladen – Polymorphie14.3 Magische Methoden14.4 Projekt: Abrechnung14.5 Vererbung14.6 Projekt: Farbtester14.7 Projekt: Zahlenregen14.8 Rückblick14.9 Übungen14.10 Lösungen zu den Fragen
15.1 Was ist ein Datenbanksystem?15.2 Eine Datenbank entwerfen – das Entity-Relationship-Diagramm (ER)15.3 Relationale Datenbanken15.4 Relationen mit Python darstellen *15.4.1 Menge von Tupeln15.4.2 Benannte Tupel (named tuples)15.5 Das Modul sqlite3 – Schnittstelle zu einer SQL-Datenbank15.5.1 Mit SQL Tabellen anlegen und Tupel eintragen15.5.2 Mit sqlite3 eine SQLite-Datenbank aufbauen15.5.3 Formulierung von Anfragen (Queries) mit SQL15.5.4 Datenbankanfragen in Python-Programmen15.5.5 SQL-Anweisungen mit variablen Teilen15.6 Projekt: Zitatesammlung15.6.1 ER-Diagramm15.6.2 Tabellen (Beispiel)15.6.3 Administration der Zitatesammlung15.6.4 Nach Zitaten suchen15.7 Rückblick15.8 Übungen15.9 Lösungen zu den Fragen
16.1 NumPy – Rechnen mit Arrays16.1.1 Arrays16.1.2 Indizieren16.1.3 Slicing16.1.4 Arrays verändern16.1.5 Arithmetische Operationen16.1.6 Funktionen, die elementweise ausgeführt werden16.1.7 Matrizenmultiplikation mit dot()16.1.8 Array-Funktionen und Achsen16.2 Datenvisualisierung mit matplotlib16.2.1 Liniendiagramme16.2.2 Mehrere Linien in einem Diagramm16.2.3 Histogramme16.2.4 Projekt: Würfeln16.2.5 Heatmaps16.3 Projekt: Bewegungsprofil16.4 Google Colaboratory – Colab16.4.1 Ein Colab-Notebook erzeugen16.4.2 Text-Zellen16.4.3 Bilder einfügen16.4.4 Notebooks speichern und öffnen16.5 Projekt: Füchse und Hasen – Simulation eines Räuber-Beute-Systems16.5.1 Notebooks teilen16.6 Rückblick16.7 Übungen16.8 Lösungen zu den Fragen
17.1 Dynamische Webseiten mit CGI17.1.1 Projekt: Wie spät ist es?17.1.2 Die Ausgabe eines CGI-Skripts17.1.3 Wie ist ein CGI-Skript aufgebaut?17.1.4 CGI-Skripte unter Windows17.1.5 Aufruf mit dem Webbrowser17.1.6 Ein HTTP-Server17.1.7 Zugriff von einem anderen Computer im lokalen Netz17.2 Interaktive Webseiten17.2.1 Eingabekomponenten in einem HTML-Formular17.2.2 Verarbeitung von Eingabedaten mit FieldStorage17.3 Wie verarbeitet man Umlaute? *17.4 Dynamische Webseiten mit WSGI17.4.1 Das Applikationsobjekt17.4.2 Skripte mit eigenem HTTP-Server – das Modul wsgiref17.5 Projekt: Wie spät ist es? (II)17.6 Projekt: Umfrage17.6.1 Die HTML-Schablonen17.6.2 Der algorithmische Teil17.7 Einen Hosting-Dienst nutzen17.7.1 Python Anywhere17.7.2 Das vorgefertigte OWSGI-Programm ausprobieren17.7.3 Projekt: Wie spät ist es? (III)17.7.4 WSGI-Projekte modularisieren17.8 Rückblick17.9 Übungen17.10 Lösung zur Frage: Interaktive Webseite
18.1 Die Laufzeit von Programmen18.1.1 Schnelles Sortieren – Quicksort versus Straight Selection18.1.2 Performance-Analyse mit dem Profiler18.2 Agile Software-Entwicklung18.2.1 Software Engineering18.2.2 Einige Grundideen der agilen Software-Entwicklung18.3 Projekt: Digitales Notizbuch18.3.1 Stories18.3.2 Erste Iteration18.3.3 Zweite Iterationen18.3.4 Refactoring18.3.5 Neue Stories und Änderbarkeit18.4 Test Driven Development mit doctest18.5 Übung: Ticketbuchung

Overview

Alle wichtigen Grundlagen der Python-Programmierung
Für alle Studiengänge geeignet, keine Vorkenntnisse notwendig
Mit Übungsaufgaben und leicht verständlichen Beispielen aus zahlreichen Anwendungsgebieten

Programmierkenntnisse sind heute eine Kompetenz, die nicht nur in IT-nahen Berufen vorausgesetzt wird. Dieses Buch richtet sich besonders an alle, die Python in Studium und Ausbildung lernen und keine Vorkenntnisse in der Programmierung haben.

Die Ausrichtung des Studiengangs spielt dabei keine Rolle. Alle Themen werden fachunabhängig erläutert und die Übungen und praktischen Beispiele decken viele unterschiedliche Anwendungsbereiche ab, so dass Sie auf die verschiedensten Aufgaben optimal vorbereitet sind.

Sie werden Schritt für Schritt in die Programmiertechniken eingeführt: von den Grundlagen (Datentypen, Kontrollstrukturen, Funktionen) über die Entwicklung komplexer Anwendungen mit grafischer Benutzungsoberfläche bis hin zur Anbindung an SQL-Datenbanken, Datenvisualisierung und wissenschaftlichem Rechnen mit Arrays (NumPy). Dabei lernen Sie auch, gut lesbare Programmtexte und sauberen Code zu schreiben, und erfahren, wie Sie Fehler finden und von Anfang an vermeiden können.

Zahlreiche praktische Programmierübungen helfen Ihnen, Ihr Wissen zu festigen und sich auf Prüfungssituationen vorzubereiten. Die Lösungen zu allen Übungen inklusive Programmcode finden Sie auf der Verlagsseite zum kostenlosen Download.

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