Файл: Язык программирования Python.doc

Сейчас сложно представить нашу жизнь без различных программ и Интернет. Благодаря им появились практически безграничные возможности во всех областях жизни. И все это реализуются специальными приложениями.

Их разработка ведется на разных языках программирования, начиная от классического C/C++ и Java, заканчивая новыми языками, такими как Clojure, Hack, Rust и т.п.

В данной работе рассмотрим один из таких языков – Python, занимающий по использованию третье место в мире.

Основным лозунгом данного языка программирования является читаемость, она напрямую влияет на его распространенность. Разработчик языка Гвидо ван Россум и его последователи сделали упор не на мощность самого кода, а на продуктивности разработчиков, которые с ним работают.

Наибольшее применение Python получил для реализации

– web-приложений;

– работы с данными, а именно: машинное обучение, анализ и визуализация данных;

– скриптинг (автоматизация работы).

Рассмотрим этот язык и сверы его применения более подробно.

История создания

В 1991 году нидерландским разработчиком Гвидо ван Россумом (Guido van Rossum) был анонсирован язык Python. Он не преследовал цель создать новый язык программирования (ЯП), а только хотел усовершенствовать язык для обучения программированию «ABC» (ABC – императивный, процедурный, структурный высокоуровневый язык программирования общего назначения). Разработка языка была начата в 1980 году и в итоге, почти десять лет спустя, получился высокоуровневый, скриптовый язык.

Название языка было взято из комедийного сериала конца 70-х годов «Monty Python’s Flying Circus» (Летающий цирк Монти Пайтона), фанатом которого являлся Гвидо ван Россум.

Одним из факторов успеха Python стали удачный выбор места презентации в популярном и массовом профессиональном сообществе, вторым – простой код и широкие возможности. Впоследствии Гвидо ван Россумом создал специализированный портал PEP (https://www.python.org/dev/peps/), где идет регулярное обсуждение по развитию и улучшению продукта.

С тех пор Python проделал большой путь развития.

Таблица 1 – Даты выпуска версий языка

Версия	Дата выпуска
Python 1.0	Январь 1994
Python 1.6	Сентябрь 2000
Python 2.0	Октябрь 2000
Python 2.7	Июль 2010
Python 3.0	Декабрь 2008
Python 3.7	Настоящее время

Подробную информацию обо всех релизах, версиях и изменения языка, а также собственно интерпретаторы и необходимые утилиты для работы и много интересного можно найти на официальном сайте https://www.python.org/.

По данным TIOBE (TIOBE programming community)^¹ на сегодняшний день Python занимает третье место в мире по использованию, уступая лишь языкам C и Java.

Рисунок 1 – Рейтинг языка Python

На рис.2 показано изменение индекса TIOBE (индекс, оценивающий популярность языков программирования, на основе подсчёта результатов поисковых запросов, содержащих название языка) за последние 18 лет.

Рисунок 2 – Рейтинг языка Python

Структура языка. Основные операторы

Python имеет четко структурированное семантическое ядро, достаточно простой синтаксис и стандартный набор операторов. Удобная особенность синтаксиса – это форматирование текста кода при помощи разбивки их на блоки с помощью отступов, которые создают нажатием клавиш «Space» и «Tab». В синтаксисе отсутствуют фигурные или операторные скобки, обозначающие начало и конец блока. Такое решение заметно сокращает количество строк тела программы.

Python не требует явного объявления переменных, является регистро-зависим объектно-ориентированным языком.

Имена (идентификаторы) любых объектов, начиная от переменных и оканчивая модулями, формируются по одинаковым принципам. Они могут быть начинаться с любой буквы или цифры Unicode в любом регистре. Имена,

начинающиеся со знака подчеркивания, имеют специальное значение.

Интерпретатор языка Python оперирует тремя пространствами имен: встроенные имена локальные и глобальные.

Идентификаторы могут быть вложены друг в друга (это определяется конкретной функцией).

Чтобы пользоваться любыми символами, в том числе, различными языками и кодировками, которые не входят в состав ASCII, достаточно в первых строках программы или модуля указать директиву coding.

# coding: utf-8

Или

# coding: utf

После выполнения интерпретатором языка этой директивы, русский язык будет отображаться корректно и не доставит программисту никаких проблем.

Однострочные комментарии начинаются со знака «#», многострочные – начинаются и заканчиваются тремя двойными кавычками «"""».

Для присвоения значений используется знак «=», а для сравнения – «= =». Для увеличения значения переменной, или добавления к строке используется оператор «+=», а для уменьшения – «-=». Все эти операции могут взаимодействовать с большинством типов, в том числе со строками.

Рисунок 3 – Пример программы на языке Python

Выражение в Python – это строка, содержащая набор операторов (команд) и операндов (переменных и констант), выполняющая определенную функцию.

Строки выражений состоят из простых операторов и их синтаксис интуитивно понятен, т.к. сходен с другими языками.

Интересная особенность при записи выражений – использование «backsleash» (\) для форматирования строк. Благодаря «лестничной» структуре язык очень удобен для проведения цепочечных сравнений.

Синтаксис Python подразумевает обязательное определение типа данных для переменных, констант, массивов, списков и т.д. Основные типы ничем не отличаются от других языков с жестко заданной типизацией.

Основные типы:

– числовые: целые, дробные, вещественные с плавающей точкой, комплексные;

– логические: «true» или «false»;

– строковые;

– списки (lists);

– кортежи (tuples) – массив упорядоченных констант;

– множества – массивы неупорядоченных данных;

– словари (dictionaries) – специализированные массивы, состоящие из пары – «ключ» – «значение»;

– массивы;

– байты, массивы байтов – поименованные области памяти для хранения файлов.

Рисунок 4 – Пример работы со списками

Массивы в Python могут содержать данные любого типа, то есть в одном массиве может могут находиться числовые, строковые и другие типы данных. Массивы начинаются с индекса [0], а последний элемент можно получить по индексу [-1]. В программе можно использовать часть массива, задавая первый и последний индекс через двоеточие «:». . Если не указан первый элемент, то отсчет начинается с начала массива, а если не указан последний – то массив считывается до последнего элемента. Отрицательные значения определяют положение элемента с конца. Например:

Рисунок 5 – Пример работы с массивами

Для объявления функции служит ключевое слово «def». Аргументы функции задаются в скобках после названия функции. Можно задавать необязательные аргументы, присваивая им значение по умолчанию. Функции могут возвращать кортежи, но в этом случае возвращаемые значения указываются через запятую. Ключевое слово «lambda» служит для объявления элементарных функций .

Рисунок 6 – Пример работы с функцией

Все библиотеки в Python прописываются как модули. Преимуществом такой концепции является возможность собрать несколько модулей в пакет. Модуль может находиться в архиве или непосредственно в каталоге. Язык поддерживает два вида таких модулей – созданные средствами Python или уже преобразованные в машинный код из любого языка. Модули оформляются как отдельные файлы и загружаются пакетами каждый в свой каталог.

Выделим характерные особенности языка Python.

1. Интерпретация программ.

Выполнение программы на Python выглядит следующим образом. Сначала в текстовом редакторе создается текст программы (скрипт). Затем он предается на выполнение интерпретатору. Он транслирует код в промежуточный байткод, а затем виртуальная машина переводит полученный байткод в набор инструкций, которые выполняются операционной системой. То есть этапом компилирования модулей и сроки исполняемого файла из них не существует.

2. Выполнение программы на Python.

Для программ, созданных на языке Python не имеет значения операционная системы исполнения – Windows, Mac OS, Linux, т.к. язык является кроссплатформенным.

3. Готовые библиотеки для решения задач^².

Приведем примеры популярных библиотек для Python:

– Pygame. Библиотека для создания небольших игр и мультимедийных приложений.

– NumPy. Библиотека для работы с искусственным интеллектом и машинным обучением. Используется для сложных математических вычислений.

– Pandas. Библиотека для работы с большими данными.

– SQLAlchemy. Библиотека для работы с базами данных.

– Django, Flask. Библиотеки для разработки серверной части приложений.

4. Встраиваемость и масштабируемость

Если в разрабатываемом приложении необходимо повысить производительность, то можно комбинировать фрагменты кода и других языках вместе с кодом Python.

Отметим так же недостатки языка Python:

1. Программы, реализованные на «чистом» Python относятся к разряду самых медленных.

2. Не подходит для реализации приложений, требующих большого объема памяти

3. Сильная зависимость от системных библиотек

Сферы применения

Наибольшее применение язык Python получил в сфере web-разработки и анализе больших данных Data Science. Чтобы дополнить функциональность языка в области web-приложений, используются фреймворки Django, Pyramid, Flask и другие. В Data Science – обработка структурированных и неструктурированных данных огромных объемов, добыча и анализ данных в научной сфере (библиотеки NumPy, Pandas).

Python подходит и для создания прикладных приложений или игр. Например, графический редактор GIMP написан именно на Python. Торрент-клиент BitTorrent вплоть до 6 версии тоже разработан на этом языке. Python применялся и в ходе разработки игровых проектов класса ААА: EVE Online, Battlefield 2, World of Tanks и других.

Язык Python используется в системном администрировании, для автоматизации вычислительных комплексов – специальные серверные программы (Fabric, Ansible), которые разносят обновления по серверам, собирают информацию, позволяют автоматически инсталлировать систему и прочие процессы, которые требуют автоматизации. Он задействован практически во всех серверах с ОС Linux.

Создание полноценных десктопных приложений – создание переносимых десктоп-приложений (wxPython, pyQt).

Встраивание приложений в мобильные системы – написание программ и игр под мобильные устройства (kivi), а также для различных устройств (stackless python): терминалов, кассовых аппаратов, роутеров, систем видеонаблюдения.