1 Hello, World!

25

1.1 Python installieren

26

Linux

26

Windows

27

macOS (Standardinstallation)

28

macOS (Manuelle »brew«-Installation)

29

1.2 »Hello, World!« in der Python-Shell

31

Python in der Shell kennenlernen

32

1.3 »Hello, World!« als eigenständiges Script

34

Das Hello-World-Script unter Windows ausführen

35

Das Hello-World-Script unter Linux und macOS ausführen

36

Was ist ein Script?

37

Windows versus Linux/macOS

38

Noch ein Beispiel

40

1.4 Entwicklungsumgebungen (IDEs)

42

Thonny

43

1.5 Elementare Syntaxregeln

45

Anweisungen

45

Blockelemente

46

»print«

47

»input«

49

Module und »import«

49

Kommentare

51

1.6 Wiederholungsfragen

52

2 Variablen

53

2.1 Grundregeln

53

Variablennamen

54

2.2 Datentypen

55

Erkennung des Datentyps

56

Angabe des vorgesehen Datentyps (Type Annotation)

57

Mutable oder immutable

57

Veränderliche Daten kopieren

60

Typumwandlung

61

2.3 Gültigkeitsbereich von Variablen

62

2.4 Wiederholungsfragen

64

3 Operatoren

65

3.1 Überblick

65

3.2 Details und Sonderfälle

67

Division

67

Zuweisung und Berechnung verbinden

67

»in«-Operator

68

Binäre versus logische Operatoren

68

Short-Circuit-Evaluation

69

Operatorhierarchie

69

Variablen und Daten vergleichen

71

Mehrfachvergleiche

72

»operator«-Modul

72

Operatoren selbst implementieren

73

3.3 Wiederholungsfragen

73

4 Zahlen

74

4.1 Ganze Zahlen

75

Division

75

Binäre und hexadezimale Darstellung

76

Zufallszahlen

77

4.2 Fließ kommazahlen

77

Rundungsfehler

77

Zufallszahlen

78

4.3 Komplexe Zahlen, Brüche und Festkommazahlen

79

Komplexe Zahlen

79

Rationale Zahlen (Brüche)

80

Dezimalzahlen

80

4.4 Boolesche Werte

81

4.5 Wiederholungsfragen

82

5 Zeichenketten

83

5.1 Grundregeln

83

Zeichenketten aneinanderfügen und vervielfältigen

84

Sonderzeichen

84

Raw-Zeichenketten

86

»chr«- und »ord«-Funktion

86

5.2 Zugriff auf Teilzeichenketten

86

»IndexError«

87

Schrittweite (Stride)

87

5.3 Zeichenkettenfunktionen

88

Eigenschaften von Zeichen(ketten) ermitteln

91

Suchen und ersetzen

92

5.4 Zeichenketten formatieren und konvertieren

92

Daten formatieren

93

Formatierung mit dem Prozentoperator

93

Formatierung mit der »format«-Methode

95

»format«-Kurzschreibweise (ab Python 3.6)

96

5.5 Lokalisierung

97

Lokalisierte Zeichenketten in Zahlen umwandeln

98

Lokalisierungsbeispiel

99

5.6 Reguläre Ausdrücke

100

5.7 Wiederholungsfragen und Übungen

102

6 Datum und Zeit

103

6.1 Zeit ermitteln und darstellen

103

Datum aus Zeichenkette einlesen (»parsen«)

105

Datum ohne Zeit

105

Zeit ohne Datum

106

Objekte für einen beliebigen Zeitpunkt

106

Zeiten mit Zeitzone

107

6.2 Mit Zeiten rechnen

108

Zeiten subtrahieren

109

Laufzeit von Code messen

109

6.3 Wiederholungsfragen und Übungen

110

7 Listen, Tupel, Sets und Dictionaries

111

7.1 Listen

112

»range«-Funktion

113

Listen und Zeichenketten

113

List Comprehension

114

7.2 Funktionen zur Verarbeitung von Listen

115

»map«-Funktion

117

»reduce«-Funktion

119

»filter«-Funktion

120

Listen sortieren

121

Zeichenketten mit deutschen Buchstaben sortieren

122

7.3 Tupel (Sequenzen)

122

Anwendungsfälle

123

»zip«-Funktion

124

7.4 Sets (Mengen)

125

»set«-Methoden

126

Mengenlehre

127

7.5 Dictionaries

127

Dictionaries (assoziative Arrays)

127

Verarbeitung von Dictionary-Elementen

129

»zip«-Funktion

130

7.6 Type Annotations

130

7.7 Arrays

131

7.8 Wiederholungsfragen und Übungen

133

8 Verzweigungen und Schleifen

134

8.1 »if«-Verzweigung

134

»pass«-Schlüsselwort

136

»if«-Kurzschreibweise

136

Kein »switch«

137

8.2 Beispiel: Schaltjahrtest

138

8.3 »for«-Schleife

139

Schleifen über Zahlenbereiche (»range«)

140

Schleifen über die Zeichen einer Zeichenkette

141

Schleifen über Listen, Tupel und Sets

141

»enumerate«-Funktion

142

List/Set/Tupel Comprehension

142

Schleifen über Dictionaries, Dictionary Comprehension

143

Generator Expressions

144

»break«, »continue« und »else«

145

»_« als Schleifenvariable

146

8.4 »while«-Schleife

147

8.5 Beispiele für Schleifen

148

Summe der Zahlen von 1 bis 1.000

149

Einmaleins-Tabelle

150

Parameter verarbeiten

151

8.6 Wiederholungsfragen und Übungen

153

9 Funktionen

155

9.1 Eigene Funktionen definieren

156

»Hello, Function!«

157

Beispiel: Zufällige Zeichenkette

157

Beispiel: Passwortgenerator

159

9.2 Lokale und globale Variablen

160

Variablenverwaltung

161

Globale Variablen

162

9.3 Parameter

164

Parameter für unveränderliche Typen (immutable)

164

Parameter für veränderliche Typen (mutable)

164

Optionale Parameter

165

Variable Parameteranzahl

166

Parametertyp überprüfen

168

Type Annotations

169

9.4 Rekursion

169

Fakultät rekursiv berechnen

169

Unkontrollierte Rekursion

170

9.5 Lambda-Funktionen

171

9.6 Funktionale Programmierung

173

Beispiel: Funktionsgenerator

173

Beispiel: verschachtelter Funktionsgenerator

174

Beispiel: Listengenerator

174

9.7 Generatoren

176

Beispiel: Fibonacci-Zahlen

176

9.8 Wiederholungsfragen und Übungen

179

10 Umgang mit Fehlern (Exceptions)

182

10.1 Fehlerabsicherung mit »try« und »except«

183

Beispiel

184

Catch-all-Absicherung

186

Auswertung von Exception-Objekten

186

Nichts tun mit »pass«

187

Fehler in verschachteltem Code

187

10.2 Selbst Exceptions auslösen (»raise«)

189

10.3 Programmunterbrechungen abfangen

189

Absicherung mit »try«/»except«

190

Absicherung mit »signal«

190

Probleme beim Programmabbruch

191

10.4 Wiederholungsfragen und Übungen

192

11 Objektorientierte Programmierung

194

11.1 Crashkurs

195

Funktionen helfen, Teilaufgaben zu lösen

195

Klassen bringen Daten und Methoden zusammen

195

Objekte sind konkrete Ausformungen von Klassen

196

Begriffe (Nomenklatur)

197

11.2 »Hello, Class!«

199

Konstruktor

199

Methoden

200

Verwendung der Klasse (»Hello, Object!«)

201

11.3 Klassen- und Instanzvariablen

203

Namensräume

204

Nochmals Instanz- versus Klassenvariable

205

Type Annotations

206

Private Instanzvariablen

207

11.4 Methoden

208

Statische Methoden versus Instanzmethoden

208

Methoden innerhalb einer Klasse aufrufen

210

Getter- und Setter-Methoden (Eigenschaften)

212

11.5 Operator Overloading

214

Gleichheitstest (»eq«-Methode)

216

Umwandlung in Zeichenkette (»str« und »repr«)

216

Größ envergleich (»lt« und »le«)

217

Hash-Funktion

218

11.6 Unveränderliche Objekte

219

Hash-Funktionen für veränderliche Objekte

219

Veränderungen von auß en verhindern

220

11.7 Datenklassen

221

Unveränderliche Datenklassen

222

11.8 Vererbung

223

Klassenzuordnung und -hierarchie feststellen

224

Beispiel: Schachfiguren

225

Klasse für Pferd/Springer

227

Klasse für Läufer

228

Mehrfachvererbung

229

11.9 Wiederholungsaufgaben und Übungen

230

12 Module

234

12.1 Module nutzen (»import«)

234

»import as«

235

»from import«

236

12.2 Modul-Interna

237

Welche Module stehen zur Verfügung?

237

Wo befinden sich Moduldateien?

238

Welche Module sind geladen?

240

12.3 Module installieren (»pip«)

240

»pip« installieren oder aktualisieren

242

Pakete installieren und verwalten

242

12.4 Eigene Module entwickeln

244

Variablen über mehrere Module teilen

245

Packages

245

»pycache«-Verzeichnis

247

12.5 Wiederholungsfragen und Übungen

247

13 Interna

249

13.1 Garbage Collection

249

13.2 Shared References

250

13.3 Namensräume erforschen

252

13.4 Python-Compiler

254

13.5 Systemfunktionen

255

Programmparameter

255

Andere Programme bzw. Kommandos aufrufen

256

Warten (»sleep«)

256

Asynchrone Programmierung

256

Programm beenden

257

13.6 Python 2

258

»print«

259

»input«

260

Ganze Zahlen

260

Operatoren

260

Zahlenbereiche (»range«/»xrange«)

260

Listen und andere Aufzählungen

261

Unicode

261

Exceptions (Fehler)

261

»future«-Modul

261

14 Dateien lesen und schreiben

265

14.1 Verzeichnisse

265

Das aktuelle Verzeichnis

266

Das Codeverzeichnis

266

Heimatverzeichnis ermitteln

267

Temporäres Verzeichnis und temporäre Dateien

267

Verzeichnis- und Dateinamen kombinieren und zerlegen

268

Verzeichnisse erstellen, umbenennen und löschen

269

Verzeichnisse durchsuchen

270

14.2 Textdateien lesen und schreiben

270

»Hello, File!«

272

Dateien mit »with/as« automatisch schließ en

273

14.3 Beispiel: Indexeinträge in Textdateien ändern

275

14.4 Standardeingabe und Standardausgabe

277

Beispiel

278

14.5 JSON-Dateien verarbeiten

279

»Hello, JSON!«

279

JSON-Dokumente erzeugen

280

JSON für Objekte eigener Klassen

281

14.6 XML-Dateien verarbeiten

283

»Hello, XML!«

284

Beispiel: Newsfeed auswerten

286

14.7 Wiederholungsfragen und Übungen

288

15 Netzwerkfunktionen

289

15.1 Download und Upload von Dateien

289

Zertifikatsprobleme unter macOS

290

Groß e Dateien stückweise herunterladen

291

FTP

292

15.2 Mails versenden

293

Mail-Versand an einen externen SMTP-Server

294

HTML-Mail

295

Bild hinzufügen

295

Weitere Mail-Varianten

296

15.3 Dropbox

296

Dropbox-Zugang testen

297

Upload

298

Download

299

15.4 Twitter

300

Tweet senden

300

16 Systemadministration

303

16.1 Linux-Kommandos aufrufen

303

Ergebnisse verarbeiten

304

Kommando durch die »bash« ausführen

305

Fehler beim Kommandoaufruf

306

16.2 Linux-Accounts einrichten

307

Passwörter erzeugen

308

Dateien lesen und schreiben

308

Kommandos aufrufen

308

Script ausführen

309

Accounts wieder löschen

309

16.3 MySQL/MariaDB-Datenbankzugriff

310

Voraussetzungen

311

»Hello, Database!«

312

Verbindungsaufbau

313

SQL-Kommandos ausführen

313

SELECT-Ergebnisse verarbeiten

314

Weitere Informationen

314

16.4 Mehrere gleichartige Datenbanken analysieren

315

SELECT-Kommando zusammenstellen

315

Liste der Kundendatenbanken einlesen

316

Datenbankverbindung herstellen, Abfragen durchführen

316

Auswertung

317

17 Raspberry Pi

319

17.1 GPIO-Zugriff mit RPi.GPIO

320

GPIO-Setup

321

LED ein- und ausschalten

323

LED-Helligkeit steuern

323

Zustand eines Tasters auswerten

324

Taster entprellen

325

17.2 LED-Ampel für die CPU-Temperatur

327

Code

328

Test

330

17.3 GPIO-Zugriff mit »gpiozero«

330

Nochmals die CPU-Temperatur visualisieren

331

17.4 Sense HAT

332

»Hello, Sense HAT!«

332

Das Display Pixel für Pixel steuern

333

Pixel mit Joystick bewegen

335

Pixel mit dem Gyroscope-Sensor bewegen

337

18 Grafische Benutzeroberflächen

339

18.1 »Hello, Qt!«

340

18.2 Buttons platzieren und nutzen

343

Gewöhnliche Buttons

343

Auswahlhäkchen (Checkboxes) und Radio-Buttons

345

18.3 Textfelder, Grid-Layout und Nachrichtenboxen

347

Grid-Layout

348

Nachrichtenbox anzeigen

351

18.4 Dateiauswahl

352

Beispiel

353

18.5 Listenfelder

355

Beispiel: Länderauswahl

356

18.6 Oberfläche zur GPIO-Steuerung

359

Programmaufbau

360

Schieberegler (»QSlider«)

361

Periodischer Aufruf einer Methode (»QTimer«)

361

19 Grafikprogrammierung

363

19.1 Grafische Grundfunktionen

364

Linien

367

Rechtecke und Polygone

367

Kreise und Ellipsen

368

Text

369

Hintergrundfarbe einstellen

370

19.2 Grafik in einem Widget

370

Grafik in PNG-Datei speichern

372

19.3 Spaß mit Sinus und Cosinus

373

Programmaufbau

374

Einen Kreis zeichnen

376

Spiralkurve zeichnen

376

Linienmuster zeichnen

377

Bunte, verdrehte Rechtecke auf einer Spiralkurve zeichnen

378

19.4 Temperaturkurve anzeigen

379

Programmaufbau

380

Daten einlesen

381

Gitter zeichnen und beschriften

382

Temperaturkurve zeichnen

384

Verbesserungsmöglichkeiten

385

20 Wissenschaftliche Anwendung

386

20.1 Anaconda, IPython und Jupyter-Notebooks

387

Installation

388

Paketmanager »conda«

389

IPython

390

Jupyter-Notebooks

393

20.2 NumPy

395

Matrizen erzeugen und speichern

396

Slicing

397

Mit Matrizen rechnen

398

20.3 pandas

400

Serien (»Series«-Klasse)

401

Tabellen (»DataFrame«-Klasse)

402

20.4 SciPy

406

Beispiel 1: Minimum einer Funktion suchen

406

Beispiel 2: Interpolationsfunktion

408

20.5 Matplotlib

409

»Hello, Matplotlib!«

410

»vectorize«-Funktion

412

Diagramm und Achsen beschriften

413

Mehrteilige Diagramme

414

Temperaturkurve

415

Andere Diagrammtypen

417

A Lösungen

419

A.1 Kapitel 1: »Hello, World!«

419

A.2 Kapitel 2: Variablen

421

A.3 Kapitel 3: Operatoren

423

A.4 Kapitel 4: Zahlen

423

A.5 Kapitel 5: Zeichenketten

425

A.6 Kapitel 6: Datum und Uhrzeit

426

A.7 Kapitel 7: Listen, Tupel, Sets und Dictionaries

428

A.8 Kapitel 8: Verzweigungen und Schleifen

432

A.9 Kapitel 9: Funktionen

436

A.10 Kapitel 10: Umgang mit Fehlern

441

A.11 Kapitel 11: Objektorientierte Programmierung

442

A.12 Kapitel 12: Module

447

A.13 Kapitel 14: Dateien lesen und schreiben

448