Einführung in Python: 9 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Python ist eine sehr nützliche und flexible Programmiersprache, die von Guido van Rossum entwickelt wurde. Python ist auch eine Anwendung auf dem Raspberry Pi, die den von Ihnen geschriebenen Code in etwas interpretiert, das der Raspberry Pi verstehen und verwenden kann. Auf Ihrem Desktop-Computer müssten Sie Python installieren, aber es wird bereits mit Raspbian gebündelt, sodass Sie es verwenden können.

Sie denken vielleicht, dass Python nach der Art der Schlange benannt ist, aber es wurde tatsächlich nach der Fernsehsendung Flying Circus von Monty Python benannt. Für diejenigen unter Ihnen, die es nicht wissen: Dies war eine britische Comedy-Show, die erstmals in den 1970er Jahren ausgestrahlt wurde. Ich ermutige Sie, sich die Skizze des Ministry of Silly Walks anzusehen:)

Das obige Bild wurde in Terry Gilliam-Manier von Allison Parten erstellt und steht unter der Creative Commons Attribution License.

Im Vergleich zu anderen Computersprachen ist Python leicht zu lesen und zu verstehen, was es ideal für Anfänger macht. Aber machen Sie keinen Fehler, Python ist auch sehr mächtig und wird verwendet, um komplexe, kreative und kommerzielle Software zu erstellen. Diese und weitere Gründe machen Python zur ersten Sprache beim Schreiben von Programmen für den Raspberry Pi (obwohl mehrere Sprachen verwendet werden können).

Wie jede Sprache hat Python eine Grammatik mit Regeln für die Reihenfolge von Wörtern und Satzzeichen. Der Begriff für diese grundlegenden Regeln der Strukturierung einer Sprache wird als Syntax bezeichnet. Ich werde in dieser Lektion auf die Python-Syntax hinweisen, zusammen mit Beispielcode, den Sie ausprobieren können. In einer Klasse dieser Größe ist es unmöglich, alles durchzugehen, was Python kann, aber diese und die nächste Lektion mit dem Titel Verwenden Sie die GPIOs und gehen Sie weiter mit Python, werden Sie mit Ihren ersten Programmen beginnen. Beim Lesen und Durcharbeiten der Beispiele lernen Sie einige der grundlegenden Prinzipien von Python und der Programmierung im Allgemeinen kennen.

Schritt 1: Python 2 oder 3?

Es gibt zwei Versionen von Python, die derzeit verwendet und gelehrt werden. Obwohl ich nicht ins Detail gehen werde, wie sie sich unterscheiden, ist es wichtig zu wissen, dass es einen Unterschied gibt. Wenn Sie dies wissen, sparen Sie sich viel Kopfzerbrechen, wenn Beispiele aus dem Internet nicht funktionieren.

Python 2 soll laut der Python Software Foundation bis 2020 offiziell eingestellt werden. Auf ihrer Website heißt es: "Als letzte der 2.x-Serie wird 2.7 eine längere Wartungsperiode haben. Der aktuelle Plan sieht vor, es für mindestens 10 Jahre ab der ersten Version von 2.7 zu unterstützen. Dies bedeutet, dass es Bugfix-Releases bis 2020." Es gibt sogar eine Countdown-Uhr, die allen Spaß macht oder vielleicht damit die Leute eine Abschiedsparty planen können, um das Ende von Python 2 abzuschließen.

In dieser Klasse verwenden wir beides. Normalerweise würde ich in die Zukunft schauen und Python 3 verwenden, aber beim Erstellen von Beispielen für diese Klasse ist etwas passiert. Eine Software, die ich für das endgültige Python-Programm verwenden wollte, war noch nicht aktualisiert worden, um Python 3 zu unterstützen. Was meinen Standpunkt, dass es im Moment wichtig ist, beides zu erwähnen, perfekt illustriert.

Schritt 2: Python Interactive Vs Skript

Bei der Arbeit mit der Python-Anwendung stehen Ihnen zwei Modi zur Auswahl: Interaktiv und Skript.

Der interaktive Modus verwendet die Python-Shell, um Python-Code sofort zu interpretieren, nachdem er eingegeben wurde und Sie die Eingabetaste drücken. Es ist großartig, um Teile eines Programms zu lernen und zu testen. In dieser Lektion werden wir einige Möglichkeiten besprechen, wie Sie auf die Python-Shell zugreifen können.

Wenn Sie ein Python-Skript, auch Programm genannt, schreiben, verwenden Sie nicht die interaktive Shell, sondern einen Texteditor. Auf diese Weise können Sie bei Bedarf mehrere Zeilen Python-Code speichern, bearbeiten und später ausführen.

Schritt 3: IDLE: Interaktiv

Mit der installierten Python-Software kommt Pythons Standard-Entwicklungsumgebung namens IDLE (Integrated DeveLopment Environment). Hier fangen Sie an, Ihre ersten Python-Programme zu schreiben!

IDLE besteht aus zwei Teilen:

1) Das Python-Shell-Fenster, über das Sie im interaktiven Modus auf Python zugreifen können.

2) Ein Dateieditor, mit dem Sie vorhandene Python-Skripte erstellen und bearbeiten können, auch als Skriptmodus bezeichnet.

Öffnen Sie Python 3 (IDLE) über Menü > Programmierung. Das angezeigte Fenster wird als Python-Interpreter oder Shell-Fenster bezeichnet. Die drei Größer-als-Zeichen ">>>" werden Prompt genannt. Wenn Sie die Eingabeaufforderung sehen, bedeutet dies, dass Python darauf wartet, dass Sie ihm sagen, dass es etwas tun soll. Geben wir ihm einen Code!

Geben Sie die folgende Aussage ein, um die Stadt, in der Sie leben, hervorzuheben. Ich lebe in San Francisco, daher lautet meine Aussage:

print("Hallo, San Francisco!")

Drücken Sie die Eingabetaste und alles, was Sie zwischen die Anführungszeichen setzen, wird in der Shell unter der Eingabeaufforderung gedruckt. Die print()-Anweisung unterscheidet sich zwischen Python 2 und Python 3. In Python 2 werden Klammern nicht verwendet und sehen so aus:

Drucken "Hallo, San Francisco!"

Sie haben gerade das grundlegende "Hallo Welt" von Python ausgeführt, aber mit einer kleinen (superkleinen) Wendung. Lassen Sie uns hier aufhören und feststellen, was Sie gerade eingegeben haben.

Funktionen

Print() ist als Funktion bekannt. Eine Funktion reduziert Wiederholungen und hilft, ein Programm organisiert zu halten, indem bei jedem Aufruf ein Codeblock ausgeführt wird. Wenn Sie print() eingeben, rufen Sie die print-Funktion auf, die dann Codezeilen hinter den Kulissen ausführt, die dem Computer die Anweisung geben, die Wörter anzuzeigen, die Sie zwischen die Klammern gesetzt haben. Print() ist eine integrierte Funktion, die Sie jederzeit in Python aufrufen können, aber Sie können auch Ihre eigenen Funktionen schreiben.

Lassen Sie uns die Interaktion zwischen Ihnen und Python dynamischer gestalten, indem wir Benutzereingaben hinzufügen. Geben Sie in einem neuen Fenster Folgendes ein:

name = input("Hallo, wie ist dein Name?")

Die Funktion input() nimmt Benutzereingaben von der Tastatur entgegen und bietet Ihnen die Möglichkeit, den Benutzer mit einer Nachricht aufzufordern. In diesem Fall handelt es sich bei dieser Nachricht um eine Begrüßung und eine Frage, in der der Benutzer (Sie) nach Ihrem Namen gefragt wird. Nachdem Sie die Eingabetaste gedrückt haben, wird die Frage gedruckt und wartet auf Ihre Antwort. Gehen Sie voran und antworten Sie mit Ihrem Namen.

Der Name = links von der Funktion input() wird als Variable bezeichnet.

Variablen

Wie Funktionen sind auch Variablen ein Kernelement jeder Programmiersprache. Eine Variable verhält sich wie ein leerer Container, in den Sie Daten einfügen können. Wenn Sie Daten einfügen, geben Sie ihr einen Namen, als ob Sie sie außerhalb des Containers schreiben würden. Der eindeutige Name, den Sie ihm geben, kann dann verwendet werden, um im gesamten Programm auf die darin enthaltenen Daten zu verweisen. Sie können eine Variable fast beliebig benennen, aber sie sollte so beschreibend wie möglich sein. Dadurch wird Ihr Programm beim späteren Lesen leichter verständlich. Daten, die in einer Variablen gespeichert sind, können sich ändern; Ein Beispiel dafür sehen Sie in der nächsten Lektion.

Ihr Name wurde in der Variablen namens name gespeichert (versuchen Sie, sie anders zu nennen). Sie können nun die Variable name in der Funktion print() verwenden und mit dem Zeichen "+" zu einer Nachricht hinzufügen:

print("Schön dich kennenzulernen," + Name)

Lassen Sie uns weiter üben, Benutzereingaben zu erhalten, sie in Variablen zu speichern und die Daten auszudrucken, um eine Konversation zwischen Ihnen und Ihrem Computer zu simulieren.

city = input("In welcher Stadt wohnst du?")

print("Ich habe von " + Stadt + " gehört. Was halten Sie von " + Stadt + ",” + Name + "?")

Das alleinige Aufrufen der Funktion input() wartet immer noch auf eine Benutzereingabe, tut dies jedoch ohne das Drucken einer Nachricht.

Antwort = Eingabe()

Da Computer unsere Gebote abgeben, werde ich den Computer dazu bringen, zuzustimmen. Sie können es widersprechen, wenn Sie möchten. Das ist das Tolle am Programmieren, es liegt an Ihnen.

print("Ich stimme dir zu." + Antwort)

Es ist in Ordnung, wenn Sie jederzeit einen Fehler in der Python-Shell sehen. Ihre Daten bleiben in Ihren Variablen gespeichert, solange Sie die Sitzung nicht schließen.

Die interaktive Shell ist perfekt, um Befehle zu testen und zu sehen, was funktioniert. Ihr Programm wird jedoch nicht gespeichert, sodass Sie es später ausführen können. Ihre Sitzung kann gespeichert werden, aber Python speichert auch die Eingabeaufforderungen, Fehler und alles andere, was Sie im Shell-Fenster sehen. Diese führen alle zu Fehlern, wenn Sie später versuchen, Python als Programm ausführen zu lassen.

Zum Experimentieren (und als Klassenübung) fügen Sie diesem Programm zwei weitere Zeilen hinzu, um die Unterhaltung zwischen Ihnen und Ihrem Computer fortzusetzen. Erstellen Sie eine Variable und drucken Sie eine Anweisung mit Ihrer neuen Variablen aus. Machen Sie einen Screenshot oder speichern Sie das, was Sie getan haben, als Referenz in der Shell. Sie werden es im nächsten Schritt verwenden.

Schritt 4: IDLE: Skript

Im Gegensatz zur Shell wird ein Editor verwendet, mit dem Sie Ihre Python-Programme speichern und bearbeiten können. Obwohl es mehrere Editoren gibt, die Sie verwenden können, wird IDLE mit einem geliefert, also fangen wir damit an.

Erstellen Sie eine neue Datei im IDLE, indem Sie Strg + N drücken oder zu Datei > Neu navigieren.

Beachten Sie, dass das angezeigte Fenster nicht die Eingabeaufforderung ">>>" enthält. Sie befinden sich jetzt im Editor und können ein Python-Programm schreiben, speichern und ausführen. Schreiben Sie das Programm, das Sie in der Shell erstellt haben, einschließlich der beiden neuen Zeilen aus dem letzten Abschnitt. Als Beispiel hier mein letztes Skript:

name = input("Hallo, wie ist dein Name?")

print("Schön dich kennenzulernen, " + name) city = input("Welche Stadt wohnst du? ") print("Ich habe von " + city + " gehört. Was hältst du von " + city + ",” + name + "? ") answer = input() print("Ich stimme dir zu, " + answer) favSpot = input("Was ist dein Lieblingsort? ") print("War noch nie, aber ich würde gerne gehe mal zu " + favSpot)

Speichern Sie es als city.py. Der Standardspeicherort ist Ihr Home-Verzeichnis.

Schritt 5: Ausführen eines Python-Programms

Ihr Programm ist gespeichert und kann ausgeführt werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Python-Programm auf dem Raspberry Pi auszuführen. Gehen wir über zwei. Wählen Sie eine aus, um Ihr Programm auszuführen, und machen Sie einen Screenshot, nachdem Sie Ihr Gespräch beendet haben.

1) Aus dem Leerlauf laufen

Drücken Sie F5 oder gehen Sie nach oben zur Symbolleiste und klicken Sie auf Ausführen > Modul ausführen. Python gibt die Ergebnisse im Shell-Fenster aus. Um das Programm zu stoppen, drücken Sie Strg+F6 oder gehen Sie zu Shell > Shell neu starten.

2) Ausführen von der Linux-Shell

Auf dem Raspberry Pi gespeicherte Programme können auch über die leistungsstarke Linux-Shell ausgeführt werden. Um ein Python-Programm über die Befehlszeile auszuführen, muss sich Ihr Programm im aktuellen Arbeitsverzeichnis befinden. LXTerminal startet Sie im Home-Verzeichnis von pi, in dem Python automatisch speichert, Sie sollten sich also bereits im Ordner mit Ihrer Datei befinden. Geben Sie zur Überprüfung Folgendes ein:

ls

Ihr gespeichertes city.py-Programm sollte aufgelistet sein.

Um ein Python-Programm im Befehlszeilenstil auszuführen, geben Sie python3 plus den Namen Ihres Skripts ein:

python3 city.py

Für ein in Python 2 geschriebenes Skript würden Sie python anstelle von python3 verwenden:

Python nameOfScript.py

Die erste Zeile des Programms wird ausgeführt und wartet darauf, dass Sie Ihren Namen eingeben. Es wird von oben nach unten weiter ausgeführt, bis es zur letzten print()-Funktion gelangt.

Stoppen eines Python-Programms

Um ein laufendes Python-Programm in der Befehlszeile zu stoppen, drücken Sie Strg + Z.

Schritt 6: Python + Linux-Shell

Obwohl Python die Hauptsprache ist, die Sie zum Programmieren des Raspberry Pi verwenden, möchten Sie manchmal ein Befehlszeilentool oder eine Anwendung verwenden, um etwas zu erreichen. Sie können Befehlszeile und Python kombinieren, um Ihre bevorzugten Befehle mit einem Modul namens os zu verwenden.

Ein Modul ist eine Sammlung von vorgefertigtem Code, mit dem Sie Ihren Programmen Funktionen hinzufügen können. Die Verwendung eines Moduls kann Ihnen auch die Mühe ersparen, herauszufinden, wie Sie einige ziemlich komplexe Dinge schreiben. Angenommen, Sie möchten Planeten verfolgen und ihre Umlaufbahnen mit Ihrem Raspberry Pi untersuchen. Anstatt die komplexe Mathematik hinter dem Festlegen der Position der Sonne herauszufinden, können Sie ein Modul* verwenden, das dies bereits herausgefunden hat.

Um das Betriebssystem verwenden zu können, müssen Sie es zuerst importieren. Fahren Sie fort und folgen Sie in der Python-Shell:

Importieren von OS

Laden Sie einen Befehl, den Sie in der Linux-Shell ausführen möchten, in eine Variable. Hier verwenden wir die Befehlszeilen-Videoplayer-Anwendung omxplayer, um ein Testvideo abzuspielen, das mit Raspbian geliefert wird:

playVideo = "omxplayer /opt/vc/src/hello_pi/hello_video/test.h264"

Verwenden Sie os.system(), um den Befehl an die Linux-Shell zu senden:

os.system(playVideo)

* Es gibt wirklich ein Python-Modul, das Planeten verfolgen kann, es heißt PyEphem.

Schritt 7: Machen Sie ein Foto und spielen Sie Audio mit Python ab

Picamera

Bisher haben Sie Raspistill verwendet, eine Befehlszeilenanwendung, um eine Reihe von Fotos aufzunehmen. Es gibt ein Python-Modul namens Picamera, das Sie stattdessen verwenden können, das auch mehr Funktionen bietet, die beim Erstellen Ihres endgültigen Fotoautomatenprogramms hilfreich sind. Die folgenden Schritte können Ihren Bildschirm abdecken. Denken Sie also daran, dass Sie zum Beenden des Vorgangs Strg + F6 eingeben.

Öffnen Sie die Python-Shell und geben Sie die folgenden Zeilen ein:

Pikamera importieren

Kamera = picamera. PiCamera()

Kamera. Auflösung = (640, 480)

Kamera.start_preview()

Verwenden Sie die Live-Vorschau, um Ihre Kamera zu positionieren, um ein Foto von sich selbst oder Ihrem Schreibtisch aufzunehmen. Die Kameravorschau kann den größten Teil Ihres Bildschirms einnehmen. Wiederholen Sie die ersten drei Befehle und fahren Sie dann mit dem Aufnehmen und Speichern eines Bildes fort:

camera.capture('testImage.jpg')

Versuchen Sie, die Helligkeit der Kamera mit dem Helligkeitsattribut zu ändern. Sie kann auf eine beliebige Zahl zwischen 0 und 100 eingestellt werden, der Standardwert ist 50. Versuchen Sie, eine andere Zahl einzustellen, und nehmen Sie dann ein neues Foto auf, um das erste zu ersetzen:

Kamera. Helligkeit = 60

camera.capture('testImage.jpg')

Nehmen Sie sich etwas Zeit, um die Picamera-Dokumentation zu lesen.

Verwenden des os-Moduls

Wenn Sie eine Befehlszeilenanwendung wie Raspistill verwenden möchten, können Sie das os-Modul verwenden. Geben Sie Cmd + F6 ein, um den laufenden Prozess zu beenden und die Kamera von Picamera freizugeben. Geben Sie dann die folgenden Befehle ein:

Importieren von OS

takePhoto = "raspistill -o testImage.jpg"

os.system(takePhoto)

Pygame.mixer

Eine einfache und robuste Methode zum Abspielen von Sounddateien ist die Verwendung von Pygame. Pygame ist eine Reihe von Python-Modulen, die mit Raspbian gebündelt werden, sodass es nicht installiert werden muss.

Pygame ist beliebt und macht Spaß, daher gibt es viel Unterstützung und Entwicklung. Schauen Sie auf der Website nach Beispielen und Dokumentation. Abgesehen davon, dass es zum Erstellen von Spielen verwendet wird, ist es eine einfache Möglichkeit, Sounds abzuspielen, Bilder anzuzeigen und mehr. Um Sounds abzuspielen, verwenden Sie das Sound-Objekt im pygame.mixer-Modul.

Öffnen Sie den Python 3-Interpreter und geben Sie die folgenden Zeilen ein:

pygame.mixer importieren

aus pygame.mixer Sound importieren

pygame.mixer.init()

bass = Sound('bass3.wav')

bass.play()

Schritt 8: Python außerhalb von IDLE verwenden

Desktop EditorsIDLE ist eine großartige Möglichkeit, mit dem Schreiben von Python-Programmen zu beginnen, aber Sie müssen es nicht verwenden. Sie können ein Python-Programm mit einem beliebigen Texteditor erstellen, solange es am Ende mit.py gespeichert wird. IDLE ist ein Beispiel für einen grafischen Desktop-Texteditor. Ein anderes, das mit Raspbian geliefert wird, heißt Leafpad. Sie finden Leafpad unter Zubehör im Startmenü.

Befehlszeilen-Editor

Sie haben Nano, den Befehlszeilen-Texteditor, bereits kennengelernt. Genau wie ein grafischer Editor können Sie nano verwenden, um ein Skript zu erstellen. Speichern Sie nach dem Öffnen von Nano die neue Datei mit der Endung.py. Wenn Sie es zuerst als Python-Datei speichern, wird sichergestellt, dass der Editor während der Eingabe die Hervorhebung der Python-Syntax bereitstellt.

Ohne Syntaxhervorhebung vor dem Speichern des Dateinamens mit dem Suffix.py.

Mit Syntaxhervorhebung.

Python-Interpreter über die Befehlszeile

IDLE ist nicht der einzige Ort, an dem Sie den interaktiven Python-Interpreter verwenden können. Es kann auch aus der Linux-Shell aufgerufen werden! Geben Sie einfach ein:

python3

Oder für den Python 2-Interpreter:

Python

Um den Interpreter zu beenden, drücken Sie Strg + D oder geben Sie Folgendes ein:

Verlassen()

Schritt 9: Screenshot des Programms

Zeigen Sie Ihre Python-Programmierfähigkeiten! Laden Sie einen Screenshot hoch, nachdem Ihr endgültiges city.py-Programm ausgeführt wurde, und teilen Sie uns mit, ob Sie es über IDLE oder die Linux-Shell ausgeführt haben.