פגישה 3 - פייתון, משתנים ולולאות "כל עוד"

מפרש אינטראקטיבי

• פייתון היא שפה המשמשת לכתיבת תוכניות מחשב, אבל אפשר גם להריץ אותה כתוכנית עצמאית, במוד שנקרא "מפרש אינטראקטיבי" (interactive interpreter).
• במצב זה היא פועלת בדומה לשורת הפקודה שהכרנו במפגש הקודם: האדם כותב פקודה כלשהי, המחשב מבצע ומדפיס את התוצאה על המסך.
• צורת הפעלה זו שימושית במיוחד כאשר רוצים ללמוד, להדגים, או לנסות דברים חדשים. מכיוון שמתכנת טוב תמיד לומד ומנסה דברים חדשים, אז בעצם זה שימושי תמיד.
• איך מפעילים את זה? כותבים python בשורת הפקודה. לאחר הודעת פתיחה קצרה יופיע הסימן >>> (בלעז prompt) - זו דרכה של פייתון להגיד לנו "עכשיו תורך"...

פייתון כמחשבון

• בפייתון, כמו בכל שפה, סוגים שונים של "דברים" שניתן לדבר עליהם. במינוח של שפות מחשב מדברים על טיפוסים (types) של עצמים (objects).
• בניגוד לבני האדם (לפחות לרובם), עבור מחשב, הטיפוס הבסיסי והפשוט ביותר הוא מספר. אז הנה משהו עבור ה"תור שלנו" - ננסה לכתוב למפרש כמה מספרים.

  >>> 2
  2
  >>> 5
  5
  >>> 
  

• טוב, אז בשביל לחזור על מה שכתבנו כמו "מחשב אחרי בן אדם" לא ממש צריך מחשב נכון? אנחנו רוצים לעשות משהו עם המספרים שלנו.
  
  לכן נוסיף סימנים: הסימנים +, -, * , / - יציינו עבור מספרים את הפעולות החשבוניות, ונשתמש גם בסוגריים (, ) כדי לשלוט על סדר הפעולות.
  

  >>> 2 + 5 * (4 - 1)
  17
  

  עכשיו יש לנו מחשבון לכל דבר - וזה כבר יותר שימושי.
• רצף כזה של עצמים וסימנים נקרא ביטוי. בכל מקום בשפה שבו יכול להופיע אובייקט, אפשר לכתוב במקומו ביטוי - המחשב יבצע את הפעולות המתוארות, וישתמש באובייקט שהתקבל בתור תוצאה. לכן כאשר כותבים ביטוי בודד, המחשב מדפיס לנו את תוצאת החישוב.

שמות ומשתנים

• הגיע הזמן שנלמד לכתוב משפט מלא בשפה. הסימן "=" משמש כדי לתת שמות לעצמים. לדוגמה my_number = 5 היא פקודה שמשמעותה "מעתה, כשנגיד my_number נתכוון לאובייקט 5".
• כמובן שאפשר גם כאן לכתוב ביטוי, כמו 2+3 במקום האובייקט המפורש 5.
• מייד לאחר הפקודה הנ"ל, אפשר להכניס my_number בתוך ביטויים. כולל גם ביטויים באגף הימני של פקודה מהסוג שלמדנו, לדוגמה: bigger_number = my_number + 100
• כמו בחיים, אפשר גם "להתחרט", ולהחליט שמעתה my_number יהיה בעצם משהו אחר. בגלל התכונה הזאת המתכנתים אוהבים לקרוא לשמות מסוג זה בשם "משתנים".
• העצם שאליו השם (משתנה) מתייחס כרגע נקרא ה"ערך" של המשתנה (כמו ערך במילון).
• צריך לזכור שקודם כל המחשב מפרש את הפקודה ומחשב את כל הביטויים שמופיעים בה, ורק אח"כ מבצעים אותה. לדוגמה:
  מה מבצעת הפקודה my_number = my_number + 1 ?

לקראת תוכנית - הדפסה למסך

• עד עכשיו עבדנו בצורה אינטראקטיבית, ולכן פייתון הדפיס לנו כל תוצאה שהתקבלה. כאשר הוא מריץ תכנית הוא לא עושה זאת אלא אם כן אומרים את מילת הקסם.
• הפקודה השניה שנלמד - פקודת print: משמשת להדפסת נתונים למסך. אפשר להדפיס כמה נתונים, מופרדים בפסיקים, לדוגמה:

  >>> print 1, 2+7, 3.5
  1 9 3.5
  

• כל הדפסה תתבצע בשורה נפרדת, אלא אם כן פקודת ההדפסה מסתיימת בפסיק, ואז ההדפסה הבאה תצורף לאותה שורה:

  >>> print 4 ; print 5
  4
  5
  >>> print 4, ; print 5
  4 5
  

  (הסימן ';' (נקודה פסיק) מפריד בין שתי פקודות פייתון שנכתבו בשורה אחת).
• כדי להריץ את הקובץ שלנו כתכנית "רגילה", נצא לשורת הפקודה ונכתוב python <filename>.

תרגיל ראשון: לספור עד 10 "על האצבעות"

• כיתבו תכנית שמדפיסה את כל המספרים מאחד עד עשר. נסו בשתי שיטות שונות:
  1. על-ידי שימוש בפקודת print בלבד.
  2. על-ידי ספירה באמצעות משתנה והדפסת ערכו של משתנה זה שוב ושוב.
• כיתבו תכנית שניה שמדפיסה את כל המספרים מאחד עד עשרים.

לולאות "כל עוד"

• לולאה היא דרך לכתוב פקודות פעם אחת, ולהורות למחשב לבצע אותן פעמים רבות.
• לשם כך צריך שני דברים: לסמן את אוסף הפקודות שאנו רוצים לבצע, ולקבוע עד מתי (או כמה פעמים) לחזור עליהן.
• בלולאות "כל עוד" אנחנו נותנים תנאי, והמחשב ממשיך לחזור על הפקודות כל עוד התנאי מתקיים. התנאי הוא ביטוי שאותו מחשבים מחדש בתחילת כל "סיבוב", ותוצאתו יכולה להיות נכון - True, או לא נכון - False.
• על תנאים נלמד יותר בהמשך, בינתיים נסתפק בפעולות השוואה בין מספרים: <, >, <=, >=, ==, != (שימו לב שהסימן '=' תפוס ע"י פקודה שכבר למדנו, לכן משתמשים ב '==' להשוואה). נסו את התנאים הבאים במפרש האינטראקטיבי:
  1. 1 > 3
  2. 3 >= 1
  3. 1 == 1
  4. 1 <= 2
• הערה: הערכים True ו-False הם אובייקטים מטיפוס הנקרא "בולאני" (= "בעל שני ערכים אפשריים" - אמת ושקר). אפשר לבצע עליהם פעולות, לתת להם שמות, וגם להשתמש בהם ישירות בשפה.

כתיבת הלולאה

• פקודת while משמשת ליצירת הלולאה, אחריה בא התנאי ונקודותיים.
• הפקודות שעליהן יש לחזור, נקראות גוף הלולאה. הן יכתבו מוזחות לימין מתחת לפקודת ה-while ומיושרות זו מעל זו. מקובל לכתוב אותן בהזזה של 4 תוים יחסית ל-while (בד"כ עורך הקבצים עוזר לנו לעשות זאת בצורה אוטומטית). לדוגמה:

  i=0
  while i<5:
      print "ni!"
      i = i + 1
  

  (כל עוד i קטן מ-5, הדפס "כן" ושנה את ערכו של i ל- i+1)
• אם גוף הלולאה מורכב מפקודה אחת - אפשר לכתוב אותה באותה שורה

  while False: print 1000
  

  (טוב, לולאה זו לא עושה כלום. יודעים למה?)
• גוף הלולאה יכול להכיל כל מה שרוצים - כולל לולאה נוספת. לדוגמה:

  a = 0
  while a < 3:
      i = 2
      while i < 7: i = i + 2
      print i, a, a < 3
      a = 3
  

  (נסו לנחש מה יודפס כאן)

לולאה אינסופית

• אם נותנים ללולאה תנאי שהוא תמיד נכון, המחשב ימשיך לבצע את הפקודות, מבלי להתיאש, עד שמישהו יכבה לו את החשמל.
• לבני האדם לעומת זאת, יש פחות סבלנות. לכן הם דאגו להשאיר לעצמם אפשרות להתערבות חיצונית ע"י לחיצה על Ctrl+c.
• לדוגמה, נשתמש בפקודה שלא עושה כלום: pass

  >>> while True: pass
  ... 
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in ?
  KeyboardInterrupt
  

• בתכניות אמיתיות, לולאות אינסופיות נגרמות בדרך כלל בגלל טעות של המתכנת (bug), חשוב לוודא שיש דרך לצאת מהלולאה, ולא נתתם בטעות תנאי שתמיד מתקיים.

תרגיל שני - ועכשיו שהמחשב יספור

• כיתבו תכנית שמדפיסה את כל המספרים מאחד עד עשר.
• כיתבו תכנית שמדפיסה את כל המספרים מעשר עד אחד.
• כיתבו תכנית שמדפיסה את המספרים הזוגיים בין אחד לעשר.
• כיתבו תכנית שמדפיסה את כל הכפולות של 2, עד ל-1024 (2, 4, 8, 16...).

נכתב על ידי עמית אהרונוביץ