Introduktion til programmering Programmeringssprog Uge 44 Computer Science, kap 6. Learning Python: kap 13, 14.
Plan Programmeringsparadigmer Funktionel programmering i Python Pause Scope: referencekonteksten Oversættelse og kompilering
Generel udviklingstendens Repræsentation af maskinelle processer repræsentation af processer i problemområdet Portabilitet Væk fra maskinafhængighed (python, java etc.) Abstraktion, aggregering og indkapsling Menneske tilpasser sig maskine maskine tilpasser sig menneske
Naturlige og formelle sprog Naturlige sprog Udvikler sig gradvist Distribueret udvikling Interpretanten til forhandling Formelle sprog Udvikler sig i spring Python 2.3 Python 2.4 Centraliseret udvikling Interpretanten ikke til forhandling SYNTAX ERROR Fælles træk Syntaks, semantik, pragmatik Udvikling afspejler praktiske udtryksbehov
Programmeringsparadigmer
Programmeringsparadigmer Imperative / procedurelle Python, C, FORTRAN, ALGOL Objektorienterede python, C++, smalltalk, java Funktionelle lisp, ML Deklarative / logiske prolog
Programmeringsparadigmer Et paradigme udtrykker et syn på problemområdet Interpretant paradigmets syn på verden Repræsentation program Objekt problemområde
ITs påvirkning af vores tænkemåde Når vi konsumerer et medieprodukt er vi nødt til at acceptere interpretanten præmissen - under konsumprocessen Den er en forudsætning for konsum Vi kan ikke se en amerikansk mainstream film med fornøjelse uden i en halvanden time at acceptere den amerikanske fortolkning af verden Og vi kan ikke bruge et IT-system uden i brugsperioden at acceptere dets syn på verden
Imperative/procedurelle Interpretant: Verden består af aktive processer og passive ting Tingene flyder mellem processerne og skifter tilstand Programmering Udform en algoritme der omdanner ting En algoritme er en sekvens af tilstandsændringer Ontologi Subjekt Objekt Tekstgenre: narrativ
Objektorienterede Interpretant: Verden består af aktive objekter samt af kommunikation mellem disse objekter Objekterne har metoder tilknyttet >>> x = ['a','b','c'] >>> x.extend([1,2,3]) Programmering: lav en struktur af objekter hvis vekselvirkning resulterer i det ønskede resultat Simuler problemområdet Ontologi Subjekt/Objekt Subjekt/Objekt Note Indeholder normalt en procedural komponent (C++, Python) Understøtter indkapsling og genbrug Tekstgenre: deskriptiv.
Funktionelle Interpretant Verden består af afhængigheder Inspireret af matematikken Programmering Lav et hierarki af funktioner der kalder andre funktioner Funktion(funktion(funktion(data))) Ontologi Input-output Python har et funktionelt subset (apply, map, reduce, listcomprehension)
Deklarative Interpretant Verden består af sande eller falske sætninger samt af logiske slutningsprocesser Ontologi Logisk positivisme Tekstgenre: argumentativ
Prolog 1: påstande far(peter,jeppe). far(peter,lotte). mor(else,jeppe). mor(else,lotte). far(jeppe,estrid). mor(lotte,erik). mor(lotte,ida). han(peter). han(jeppe). han(erik). hun(else). hun(estrid). hun(ida). hun(lotte).
Prologg 2: slutningsregler farfar(aeldre,yngre) :- far(aeldre,mellem),far(mellem,yngre). farmor(aeldre,yngre) :- mor(aeldre,mellem),far(mellem,yngre). morfar(aeldre,yngre) :- far(aeldre,mellem),mor(mellem,yngre). mormor(aeldre,yngre) :- mor(aeldre,mellem),mor(mellem,yngre). soen(yngre,aeldre) :- han(yngre),far(aeldre,yngre). soen(yngre,aeldre) :- han(yngre),mor(aeldre,yngre). datter(yngre,aeldre) :- hun(yngre),far(aeldre,yngre). datter(yngre,aeldre) :- hun(yngre),mor(aeldre,yngre).
Prolog 3: slutningsregler bedstemor(aeldre,yngre) :- mormor(aeldre,yngre). bedstemor(aeldre,yngre) :- farmor(aeldre,yngre). bedstefar(aeldre,yngre) :- morfar(aeldre,yngre). bedstefar(aeldre,yngre) :- farfar(aeldre,yngre). barnebarn(yngre,aeldre) :- bedstemor(aeldre,yngre). barnebarn(yngre,aeldre) :- bedstefar(aeldre,yngre). soennesoen(yngre,aeldre) :- soen(yngre,mellem), soen(mellem,aeldre). datterdatter(yngre,aeldre) :- datter(yngre,mellem), datter(mellem,aeldre). soeskende(a,b) :- far(x,a), far(x,b), not(a = B). soeskende(a,b) :- mor(x,a), mor(x,b), not(a = B).
Prolog 4: forespørgsler 1?- barnebarn(x,peter). X = erik ; X = ida ; X = estrid ; 2?- farfar(peter,x). X = estrid ; 3?- morfar(peter,x). X = erik ; X = ida ; 4?- soeskende(erik,x). X = ida ;
Python Objektorienteret (kommer næste gang) Proceduralt (Det vi har programmeret indtil videre) Men med elementer af funktionel programmering. Kommer nu
Funktionelle træk i Python Lambda: anonyme funktioner Et udtryk, ikke en række sætninger Kan stå steder hvor def ikke kan bruges, f.eks. inline i dictonaries og lister lambda arg1 argn : hvad skal der gøres Implementering af kommandointerface kommando = { 'plus':(lambda x, y: x+y), 'minus': (lambda x, y: x-y), gange': (lambda x,y: x*y)} >>> kommando['plus'](3,4) 7 >>> kommando[ gange'](30,50) 1500 >>>
En lommeregner def Lommeregner(): kommando = {'plus':(lambda x, y: x+y),\ 'minus': (lambda x, y: x-y),\ 'gange': (lambda x,y: x*y)} inp = raw_input('tast et udtryk: ') inp = inp.split() if inp[0] == 'slut': return 'slut' else: x = int(inp[0]) op = inp[1] y = int(inp[2]) return kommando[op](x,y) while True: resultat = Lommeregner() if resultat == 'slut': break else: print resultat >>> Lommeregner() tast et udtryk: 4 plus 78 82
Output tast et udtryk: 2 plus 5 7 tast et udtryk: 5 minus 57-52 tast et udtryk: slut >>>
Apply Matcher en funktion med argumenter i form af en tupel >>> def plus(x,y): return x+y >>> apply(plus,(3,4)) 7
Map map( funktion, sekvens ) [] Map: anvender en funktion på hvert medlem af en sekvens og returnerer de enkelte resultater i form af en liste >>> ordliste =('peter','anders','karl') >>> def lavnavne(etnavn): return etnavn.title() >>> map(lavnavne,ordliste) ['Peter', 'Anders', 'Karl'] >>>
Reduce reduce(...) reduce(function, sequence[, initial]) -> value Apply a function of two arguments cumulatively to the items of a sequence, from left to right, so as to reduce the sequence to a single value. For example, reduce(lambda x, y: x+y, [1, 2, 3, 4, 5]) calculates ((((1+2)+3)+4)+5). If initial is present, it is placed before the items of the sequence in the calculation, and serves as a default when the sequence is empty.
Filter filter ( boolsk funktion, sekvens ) [] Anvender en boolsk funktion på hvert medlem af en sekvens og returnerer de medlemmer for hvilken funktionen bliver sand >>> ordliste =('peter','anders','karl','poul','anni') >>> def checknavne(etnavn): return etnavn.startswith('p') >>> filter(checknavne,ordliste) ('peter', 'poul') >>>
List comprehensions [udtryk for var in sekvens ] [] Syntaks: [Udtryk for variabel in sekvens if betingelse] Beregner udtryk, hvis betingelse er sand, for en variabel der sættes til at referere til alle medlemmer af sekvensen. >>> [x*2 for x in [1,2,-3,0,-4] if x > 0] [2, 4] Effektivt, kort, men uforståeligt!
Pause Pause
Scope
Scope Scope = samtalekontekst Namespace = interpretant der angiver hvad navne står for I Python: en slags dictionary hvor navne er knyttet til objekter { A :integerobjekt, B : funktionsobjekt, } Namespaces er knyttet til kontekster lige som i naturlige sprog
Hvad betyder et navn? Samtalekonteksten og tidsforløbet afgør hvad en repræsentation (et navn) repræsenterer. Det danske samfund: Anders Fogh betegner statsministeren (desværre stadigt) Vi kan bruge Fogh som henvisning til statsministeren: Fogh statsministeren Familiesammenkomst (del af det danske samfund): Hvis intet andet er sagt gælder reglen stadig. Fogh har en del bøvl med sine ministre i øjeblikket Men hvis der kommer en replik Kan I huske Købmand Fogh Ja, ja Fogh har lige solgt sin forretning Så etableres referencen Fogh købmanden
I naturlige sprog Referencen afgøres af Egenskaber ved objektet (han/hunkøn, andre egenskaber) Hvornår objektet sidste blev omtalt og hvor vigtigt det er Om der er nævnt andre kvalificerede objekter imellem taletidspunktet og sidste omtale Eksempel Prøv at se den mand derovre Ja, han (manden derovre) er noget nervøs Men se så ham bagved Han (manden bagved) ser mere ud til at have kontrol over tingene.
Scope i Python Lokale navne bruges i funktioner De forsvinder når funktionen er kørt færdig Der er 4 samtalekontekster Indbyggede navne (open, range, etc) Modulet (globale): navne der er blevet tilskrevet (A = 9) en reference i modulet eller er blevet erklæret globale Lokale navne i omgivende funktioner Lokale navn i funktionen: navne der er blevet tilskrevet en reference i modulet
Fastlæggelse af reference i Python Har navnet fået en værdi i denne funktion Ja: navnet refererer til denne værdi Nej: Har navnet fået en værdi i en indesluttende funktion: Ja: navnet refererer til denne værdi Nej: har navnet fået en værdi i modulet eller er det blevet erklæret global? Ja: navnets værdi er denne værdi Nej: findes navnet som indbygget navn? Ja: navnet har det indbyggede navns værdi def laegentil(x): x = x+1 return x Nej: fejl.
Eksempel >>> x = 10 >>> def laegentil(x): x = x+1 return x >>> laegentil(x) 11 >>> x 10 >>> def laegentil(y): global x x = y+1 return x >>> laegentil(x) 11 >>> x 11 lokal Global Global
Call by value, call by reference Python: call by reference er default Call by value kræver at parametren eksplicit er en kopi >>> def FjernFoerste(enListe): del enliste[0] return enliste >>> minliste = [1,2,3] >>> from copy import * >>> resultat1 = FjernFoerste(copy(minListe)) >>> resultat1 [2, 3] >>> minliste [1, 2, 3] >>> resultat1 = FjernFoerste(minListe) >>> minliste [2, 3] >>>
Aktuelle og formelle parametre Eksemplet igen def FjernFoerste(enListe): del enliste[0] return enliste Nyliste = FjernFoerste(minListe) Ved kaldet sættes de formelle parametre til at repræsentere den værdi de aktuelle parametre repræsenterer Formel parameter = aktuel parameter EnListe = minliste
Forskellen Call by value: i Python må man eksplicit kopiere R:minListe R: enliste O: [1,2,3] O: [1,2,3] Call by reference: default i Python R: minliste R: enliste O [1,2,3]
Oversættelse og kompilering
Oversættelse og kompilering Oversættelse fra et sprog til et andet Transformation af program Eks. fra C++ til maskinkode Fra python kildekode til python bytecode Først lexikalsk analyse Så syntaktisk analyse Resultat: parsetræ Så kodegenerering ud fra parsetræet
Leksikalsk analyse Leksikalsk analyse. Opdeling af kildekode-tekstfilen i en række tokens Tokens er reserverede ord og variable samt funktioner/operatorer Eks = print minvariabel -> ASSIGN, PRINT, VAR Variabelnavne må ikke starte på et tal >>> 1bil = 'Volvo' SyntaxError: invalid syntax >>> enbil = 'volvo'
Leksikalsk analyse Nøgleord (if, then, ) >>> if = 'peter' SyntaxError: invalid syntax Reserverede ord If er et reserveret ord Int er ikke et reserveret ord (data type) >>> int = 1 >>> int 1 Nu virker int( 10 ) ikke mere! Så pas på! Hvis ordene bliver lilla i IDLE er det et indbygget ord som kan ændres, men som ikke bør ændres uden en specifik grund. Reserverede bliver orange
Syntaktisk analyse BNF - Backus-Naur-form Samme udtrykskraft som Chomsky s kontekst-frie grammatik S ::= N VP NP ::= N N som VP at S VP ::= VT NP VI N ::= Anders Bent Christina VT ::= så hørte VI ::= løb sov lo
Fragment af Python stmt::= simple_stmt compound_stmt simple_stmt::= small_stmt (';' small_stmt)* [';'] NEWLINE small_stmt::= expr_stmt print_stmt del_stmt pass_stmt flow_stmt import_stmt global_stmt exec_stmt assert_stmt print_stmt::= 'print' ( [ test (',' test)* [','] ] '>>' test [ (',' test)+ [','] ] ) del_stmt::= 'del' exprlist pass_stmt::= 'pass' flow_stmt::= break_stmt continue_stmt return_stmt raise_stmt yield_stmt break_stmt::= 'break' continue_stmt::= 'continue' return_stmt::= 'return' [testlist]
BNF og syntaksdiagrammer Expr ::= Term [Op Expression] Op ::= + - Syntaxregler er ofte rekursive Expression Term Op Expression Op + -
BNF og syntaksdiagrammer S ::= N VP NP ::= N N som VP at S VP ::= VT NP VI N ::= Anders Bent Christina VT ::= så hørte VI ::= løb sov lo NP som VP N at S
Parsning Analyse af om tokensekvensen overholder sprogets syntax Assign ::= Var = Expression Expression ::= Var Var + Var Var + Digit Digit + Digit Var ::= a b c... z Digit ::= 0 1 2... 9 a = a+4 a = 3+4 b = 3+5 Opbygning af parsetræer
Syntakstræ formelt sprog Assign Var Expression a = Var + Digit a = a+3 a 3
Syntakstræ dansk S ::= N VP NP ::= N N som VP at S VP ::= VT NP VI N ::= Anders Bent Christina VT ::= så hørte VI ::= løb sov lo S VP NP N VT N Bent så Anders
Syntakstræer Fjern denne flertydighed If (Boolean1): If (Boolean2): Statement1 else: Statement2 Skal statement2 udføres når Boolean1 er falsk eller når Boolean1 er sand og Boolean2 er falsk?
Fast og frit format Formatfrie sprog (de fleste) Problemet løses med forskellige former for paranteser If (Boolean1): {If (Boolean2): Statement1} else: Statement2 If (Boolean1): {If (Boolean2): Statement1 else: Statement2 } Sprog med fast format Problemet løses med indentering
Python fast format. Bruger indentering >>> def syntakstest(navn): if navn[0] == 'peter': if navn[1] == 'andersen': print 'det var peter andersen' else: print 'fornavnet var ikke peter >>> def syntakstest1(navn): if navn[0] == 'peter': if navn[1] == 'andersen': print 'det var peter andersen' else: 'fornavnet var ikke peter'
Semantisk analyse Er alle variable synlige? Check scope og namespace Er typen af variablen forenelig med de operationer der skal udføres på den? I stærkt typede sprog: kan gøres nu Utypede sprog som Python: kan først checkes under udførelsen
Kode generering Højniveaukode X y + z W x + z Maskininstruktioner (optimering) Load y i R1 Load z i R2 Add R2 til R1 (R1 = y + z) Store R1 i x Load x i R1 Load z i R2 Add R2 til R1 Store R1 i w Overflødigt
Adgang til MySQL serveren Hvis i logger på nettet med det login og password i har fået til MySQLserveren skulle i gerne blive opfattet som ansatte i stedet for studerende og vil derfor have adgang til MySQLserveren
Næste gang UML distilled kapitel 3 (4 i 2nd ed.)
Opgave Valgfri opgave med rekursion