Cvičení 1: Úvod do cvičení

• instalace Python
• náplň cvičení
• individuální řešení, plagiáty
• odevzdávací systém

• Všechny domácí práce se odevzdávají přes odevzdávací systém.
• Pro přihlášení do odevzdávacího systému musíte znát vaše hlavní přístupové heslo.
• Domácí úlohy jsou dvojího typu lehká/těžká, typ úlohy určuje jméno souboru, který odevzdáváte. Sledujte pokyny u zadání každé domácí úlohy

* Prosím věnujte pár minut vyplnění dotazníku

• Ti, kteří již programují a znají algoritmy, si je procvičí
• Ti, kteří zatím jen programovali, se naučí nejdříve analyzovat problém a vybrat vhodný algoritmus.
• Ti, kteří zatím neprogramovali, se naučí základy jazyka Python a algoritmickému přístupu k programování

• Zápočet získáte, pokud ze cvičení získáte minimálně 12 bodů.
• Ve cvičení bude 10 úloh. Můžete si vybrat buď lehčí úlohu za 1 bod, nebo těžší úlohu za 2 body. Lehké úlohy nepředpokládají žádné znalosti mimo přednášky a cvičení. Těžší úlohy se hodí pro ty z vás, kteří již programovat umí a jsou i náročnější a rozsáhlejší.
• Poslední úloha ve cvičeních bude větší semestrální práce za 5 bodů.
• Každou úlohu je nutné odevzdat nejpozději do 3 týdnů od zadání (cvičící může udělit výjimku - na základě lékařského potvrzení atp.)
• Z každé úlohy (i ze semestrální práce) musí student získat nenulový počet bodů, hodnocení úlohy provádí odevzdávací systém a je možné získat i desetinné hodnocení za částečně fungující úlohu.
• POZOR: Odevzdávací systém má někdy omezený počet testovacích případů. Nikdy neodevzdávejte program typu: když vstup=1, výstup je 5, když vstup=2, výstup je 10, když … . Může se stát, že Vám odevzdávací systém za takový program přidělí nějaké body, ale když to dodatečně zjistí cvičící, tak Vám tyto body odebere a budete muset vyřešit zadanou úlohu znovu obecně. Nikdy to nedělejte u zkoušky, protože to může být důvod k vyloučení od zkoušky.

• Každý může řešit libovolné úlohy - teoreticky můžete získat až 25 bodů z cvičení.
• Pokud začnete řešit těžkou úlohu a její řešení se Vám nepodaří, lze i později odevzdat úlohu lehčí.
• Všechny úlohy se odevzdávají přes Odevzdávací systém
• Zápočet je nutné získat před zkouškou

• Vybavení laboratoře.
• Linuxové počítače se nesmí vypínat a je také zakázáno z nich odpojovat jakékoliv kabely, a to včetně síťového (ethernet) kabelu!
• Pro připojení vlastního počítače využijte buď WiFi připojení nebo připravené kabely vyvedené na stoly v laboratoři.
• Připojení na počítač:
  • Heslo pro přihlášení v učebnách si nastavíte na adrese: https://cw.felk.cvut.cz/password.
  • Pro nastavení hesla v učebnách je možné se přihlásit pomocí username: problem s heslem: login.
  • Pro odhlášení je třeba stisknout CTRL+Q.
  • Pro práci na počítači si spusťte terminál (Applications $\rightarrow$ Terminal)
  • Změna hesla se provede příkazem passwd spuštěným z terminálu . Změna se projeví okamžitě na všech stanicích.

• Na počítačích v laboratoři je již instalován Python3.
• Pro instalaci na Windows si stáhněte z adresy https://www.python.org/downloads/ balíček Python 3.7.X
• Pro instalaci na Linux Ubuntu napište

  sudo apt install python3

• Pro instalaci na telefonech nebo tabletech doporučujeme použít webovou verzi Python3 z odkazu https://www.programiz.com/python-programming/online-compiler/, nebo aplikaci Learn Python: Programiz pro Android i Apple.
• Pro sdílení kódu, tedy interaktivní spolupráci s učitelem si nainstalujte Visual Code Studio ze stránky https://code.visualstudio.com/
• Spuštění Python z terminálu, napište příkaz: python3

• Objeví se popis spuštěné verze a znaky >>>
• Nyní můžete zadávat příkazy jazyka Python např:

    2 + 3
    10 / 3
    a = 10
    a

• Program Python ukončíte zadáním funkce quit(), nebo stiskem Ctrl+D - konec vstupu.

* Operace:

• +,- sčítání, odčítání - nejmenší priorita
• *,/, //, % násobení, dělení, dělení se zaokrouhlením dolů - celočíselné dělení, zbytek po dělení - vyšší priorita než sčítání
• +,- unární operace, neboli +,- před číslem - vyšší priorita než předchozí řádek
• ** mocnění - nejvyšší priorita

* Operace se vyhodnocují v pořadí jejich priorit. V případě shodných priorit zleva doprava. Tedy:

• 2 + 3 * 4 - 1 = 2 + (3 * 4) - 1
• 2 - 3 + 1 = (2 - 3) + 1
• 3. / 2. * 10. = (3. / 2.) * 10.
• 3. * 2. ** 5 + 1 = (3. * (2. ** 5)) + 1
• POZOR vyjímka 2 ** 2 ** 3 = 2 ** (2 ** 3)

• Python rozlišuje celá čísla a reálná čísla. Pokud je jeden operand ve výrazu reálné číslo, je celý výraz reálné číslo. Pokud je ve výrazu $/$, pak je výsledek vždy reálné číslo. Reálná čísla lze převést na celá zahozením desetinného rozvoje příkazem int(reálné číslo). Opačně celé číslo na reálné převedete příkazem float(celé číslo).
• Zjistěte kolik je:
  • 14 % 6
  • 14 % -6
  • 14 % 2.5
  • 14 // 6
  • 14 / 6
  • int(14 / 6)
  • 14.0 // 6.0
  • 14 // -6
  • int(14 / -6)
  • float(14 // -6)
  • 2 ** 2 ** 2 ** 2
• Přidejte závorky, aby platilo (řešení ověřte v Pythonu):
  • 10 - 3 + 7 je 0
  • 12 + 3 * 2 je 30
  • 10 - 3 % 3 ** 10 je 1
  • 2 ** 2 ** 2 ** 2 je 256 - najděte alespoň dvě řešení

• Proměnná slouží k uchování hodnoty výrazu
• Název proměnné musí:
  • začínat písmenem, nebo znakem _
  • obsahuje pouze písmena, číslice, a znak _
  • nesmí být shodný s klíčovým slovem jazyka Python3 - False, None, True, and, as, assert, break, class, continue, def, del, elif, else, except, finally, for, from, global, if, import, in, is, lambda, nonlocal, not, or, pass, raise, return, try, while, with, yield
  • Možné názvy proměnných a, a2016, a_ted_to_sem_ulozim, rozdil_dvou_cisel, as5
• Špatné názvy proměnných 1a, as, 1_a, is
• U proměnných závisí na velikosti písmen (python je case-sensitive). Proměnná cislo je tedy jiná než proměnná Cislo.
• Přiřazení hodnoty proměnné se děje operátorem '='.

• Pokud Váš program něco spočítá, je důležité tuto hodnotu nějak zobrazit.
• Standardní výstup programu je na obrazovku pomocí funkce print:

print(1, 2, 3)
print("1 + 2 je", 1 + 2)
print("Hodnota promenne a je", a)

• Funkce print má mnoho variant, pro začátek nám bude stačit tato základní funkčnost.

• Program v Pythonu je zapsaný v textovém souboru.
• Interpret Pythonu (např. program python3) vykonává zadané příkazy postupně tak jsou uvedeny v souboru.
• Program lze vytvořit v libovolném textovém editoru, který vytváří prostý text. Pozor: nelze použít např. textové editory typu Word, protože ukládají formátovaný dokument, který interpret Pythonu neumí zpracovat.
• Pro jednodušší tvorbu programů slouží integrovaná prostředí:
• IDLE - velmi jednoduché na ovládání, automatické doplňování textu, nápověda, ladění, součást prostředí Python. Spouští se příkazem idle3 nebo ̈́idle (záleží na distribuci pythonu).
• Pyzo - velmi jednoduché a příjemné ovládání
• PyCharm - uživatelsky příjemnější, složitější na učení
• Eclipse - PyDev, komplexní prostředí pro vývoj programů v jazycích Java, C/C++ i Python, složitější pro začátečníky.
• Visual studio code, vhodné zejména při distanční výuce. Návod na instalaci .

• Váš program často potřebuje zadat nějakou vstupní hodnotu.
• Standardní vstup programu je z terminálu funkce input:
• a = int(input())
• b = float(input(“Zadejte realne cislo:”))
• c = input(“Zadej cokoliv”)
• První dva příklady přetypují zadaný vstup na číslo celé, nebo reálné. To není vždy možné, třeba pokud zadáte chybně číslo 1a2. Jak tuto situaci ošetřit se dozvíte později.
• Zatím předpokládejte korektně zadané vstupy.
• Další možností je předat data jako argumenty příkazové řádky:

import sys         # načtení modulu pro použití funkcí a proměnných modulu sys
a = int(sys.argv[1])
print("Zadana hodnota:")
print(a)

• Příklad použití: python3 jmenoPythonProgramu.py 45
• Program vypíše argument: 45

• Spusťte prostředí IDLE, nebo PyCharm napsáním příkazu idle3 v terminálu, nebo výběrem programu PyCharm v menu na obrazovce
  • V menu File $\rightarrow$ New window vytvořte Váš první soubor
  • Napište program, který do proměnné a uloží hodnotu 10, do proměnné b hodnotu 5 a do proměnné c hodnotu proměnné a zmenšenou o hodnotu proměnné b+1.
  • Vytiskněte hodnotu proměnných a, b a c na obrazovku.
  • Uložte program do souboru příkazem File $\rightarrow$ Save
  • Spusťte program příkazem Run $\rightarrow$ Run Module, nebo klávesou F5

• Vytvořte program pocitani.py, který načte dvě čísla z příkazové řádky a vytiskne jejich součet, rozdíl, součin, podíl
• Pro načtení čísel použijte konstrukci

import sys
a = float(sys.argv[1])
b = float(sys.argv[2])
print(a+b)
print(a-b)
print(a*b)
print(a/b)

• Zadejte vstupy (10, 20), (100.0, 120.0) a (55.5, 0). Jaké jsou výstupy?

Základní druhy cyklů

• for cyklus - procházení seznamu hodnot
• while cyklus - opakuj cyklus dokud platí podmínka - příští týden

For cyklus

• for cyklus standardně prochází zadaný seznam hodnot
• for cyklus je založen na proměnné, která prochází seznam hodnot a pro každou hodnotu ze seznamu provede blok instrukcí

for proměnná in seznam:
  blok instrukcí

for k in range(1, 20, 1):
    print(k)

for i in "abcd":
  print(i)

for i in (1, 10, 2, 8):
  print(i)

• Pro standardní procházení nějakého rozmezí je kontrukce range(start, cíl, krok), případně jednodušší verze range(cíl), kdy start je automaticky 0 a krok je nastaven na 1, nebo range(start, cíl), kdy krok je roven 1.
• Lze vytvořit i for cyklus, který má dynamicky měnící se seznam hodnot, případně vrací nekonečně krát stejné/rozdílné hodnoty. V tomto případě se pak jedná spíše o while cyklus a vám doporučujeme vzhledem k přehlednosti implementovat takový program jako while cyklus.

• Stáhněte si k sobě program soucet.py
• Přejmenujte program na cubic_sum.py a upravte jej tak, aby počítal součet třetích mocnin $$\sum^{n}_{k=0}k^3$$
• Dále upravte program tak, aby zkontroloval, zda se součet třetích mocnin rovná $$\sum^{n}_{k=0}k^3 = \left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2$$
• Program vytiskne na jednu řádku součet třetích mocnin, na další řádku vytiskne výsledek podle vzorečku
• Vytištěné výsledky musí být celá čísla.

• Program odevzdejte odevzdávacím systémem (úloha HW00).

• Příklady

  Vstup:
  4
  Výstup:
  100
  100

  Vstup:
  12
  Výstup:
  6084
  6084

  Vstup:
  5
  Výstup:
  225
  225

Pokud potřebujeme vykonat část programu jen při splnění určitých podmínek, použijeme příkaz if. Jeho nejdednodušší tvar je:

if podmínka:
   kód

V tomto případě se nejdříve vyhodnotí podmínka a je-li splněna, je vykonán příslušný kód. Pokud podmínka splněna není, kód se nevykoná.

Příklad: vytiskni “sudé číslo” pokud proměnná $a$ obsahuje sudé číslo.

if (a % 2) == 0:
   print("sude cislo")

Obecnější tvar větvení je

if podmínka1:
   kód1
elif podmínka2:
   kód1
else:
   kód2   

V tomto případě lze použít vícero bloků elif.

Příklad: pokud je v proměnné $a$ záporné číslo, vytiskni “zaporne”, jinak vypis jestli je číslo v proměnné $a$ liché nebo sudé.

a = 4
if a < 0:
    print("zaporne")
elif (a % 2) == 0:
    print("sude")
else:
    print("liche")

• Upravte program z úlohy 5 tak, aby:
  • načetl vstupní číslo z příkazové řádky
  • program vytiskne ANO pokud je hodnota vzorce stejná jako vypočtený součet, nebo vytiskne NE pokud je hodnota rozdílná

• Nainstalujte si Python a vyzkoušejte vývojové prostředí ( Pycharm, Eclipse + PyDev , …).
• Projděte si úvod do jazyka Python buď v českém jazyce Učíme se programovat v jazyce Python 3 , Ponořme se do Pythonu , nebo v anglickém jazyce kapitolu 1 a kapitolu 2 knihy [Wentworth2012], nebo The Python Tutorial.
• Projděte si odkazy v sekci literatura.
• Kdo se ještě v učebně nepřihlásil, zjistěte si své heslo do KOSu a zařiďte si heslo do sítě FELK.

Projděte si podrobně odevzdávací instrukce, vyberte si lehčí nebo těžší úlohu a odevzdejte ji do odevzdávacího systému jako HW01

• Napište program int_sum.py, který počítá součet mocnin posloupnosti čísel
  • Vstup: dvě řádky ze standardního vstupu, které postupně obsahují celá čísla $a$, $b$
  • Výstup: celé číslo, které je součtem výrazů $i^3$ pro všechna celá čísla $i$
    • pokud je $a \le b$ od $a$ do $b$ (včetně)
    • pokud je $b < a$ od $b$ do $a$ (včetně)

• Můžete vycházet z programu soucet.py.
• Předpokládejte, že všechny vstupy jsou zadány korektně a vstup obsahuje dva řádky, každá řádka obsahuje pouze jedno celé číslo.
• Výsledek musí být celé číslo.
• Příklady

  Vstup:
  5
  2
  Výstup:
  224

  tj. $2^3+3^3+4^3+5^3 = 8 + 27 + 64 + 125 = 224$

  Vstup:
  -3
  3
  Výstup:
  0

  $ (-3)^3 + (-2)^3 + (-1)^3 + 0^3 + 1^3 + 2^3 + 3^3 = -27 + (-8) + (-1) + 0 + 1 + 8 + 27 = 0$

  Vstup:
  3
  -4
  Výstup:
  -64

  $ (-4)^3 + (-3)^3 + (-2)^3 + (-1)^3 + 0^3 + 1^3 + 2^3 + 3^3 = -64 + (-27) + (-8) + (-1) + 0 + 1 + 8 + 27 = -64 $

• Napište program seq_sum.py, který počítá součet nejdelší posloupnosti čísel podle zadaných pravidel
• Vstup:
  • jedna řádka ze standarního vstupu
  • řádka obsahuje posloupnost celých čísel $x_1, ... ,x_n$ oddělených mezerou
  • pro načtení a převedení vstupu na pole celých čísel můžete použít příkaz

       nums = list(map(int, input().split()))

• Program najde nejdelší rostoucí posloupnost $x_i < x_{i+1} < ... < x_{i+j}$, která se skládá pouze ze sudých čísel.
• Výstup: dvě řádky na standardní výstup
  • 1. řádek: délka této posloupnosti (celé číslo)
  • 2. řádek: součet této posloupnosti (celé číslo)

• Pokud je v posloupnosti více rostoucích posloupností s maximální délkou, pak program hledá tu s největším součtem.
• Pokud taková posloupnost neexistuje, pak je výstupem 0 a na dalším řádku také 0.

• Příklady
  • Hledá se nejdelší nepřerušená posloupnost. V následující ukázce je nejdelší taková -4 0 2 8 10 se součtem 16.

    Vstup: 
    3 -2 -1 -4 0 2 8 10 1 13 15
    Výstup:
    5
    16

  • U dvou a více stejně dlouhých sekvencí rozhoduje jejich součet

    Vstup: 
    1 2 8 4 10 1 5 7
    Výstup:
    2
    14

  • Žádná sekvence

    Vstup: 
    1 3 -5 -7 -9 -3
    Výstup:
    0
    0