Programmieren lernen mit Python - So einfach! E-Book

Michael Weigend

• Herausgeber: MITP
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: mitp So einfach!
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 175

Veröffentlichungsjahr: 2023

Beschreibung

• Alle Python-Grundlagen anschaulich in Bildern erklärt
• Spielend leicht von ersten kleinen Programmen bis zu cleveren Tricks
• Spaß am Programmieren mit einfachen Schritt-für-Schritt-Anleitungen und spannenden Aufgaben

Kinderleicht programmieren lernen? Kein Problem! Mit diesem Buch lernst du Schritt für Schritt und anhand zahlreicher Beispiele die Grundlagen der Programmiersprache Python. Viele Bilder und kurze anschauliche Texte erleichtern dir das Verständnis. Alle Beispielprogramme werden ganz genau erklärt.

Dich erwarten spannende Projekte wie zum Beispiel das Programmieren eines digitalen Assistenten zum Gedichteschreiben, ein Planeten-Ratespiel oder ein Programm zum Verwalten deiner Notizen. Du lernst, wie du Benutzungsoberflächen mit Bildern und Schaltflächen erstellst und wie du mit Daten aus dem Internet das Wetter vorhersagen kannst.

Challenges mit Lösungen testen dein Wissen und fordern dich heraus, selbst kreativ zu werden. Damit hast du alles, was du brauchst, um deine eigenen Ideen mit Python umzusetzen und in der Welt der Programmierung durchzustarten.

• Die ersten Programme:

  Python als Taschenrechner, Begrüßungsautomat und Zahlenraten

• Funktionen im Einsatz:

  Computerkunst und Briefassistent

• Daten clever verarbeiten:

  Planeten aufzählen, Notizen verwalten und das Wetter vorhersagen

• Programme mit grafischer Oberfläche:

  Farbmischer, digitaler Würfel, Dichten mit Goethe und Quiz

Leseprobe

Programmieren lernen

mit Python

Für Carolin Dorothea

Michael Weigend

So einfach!

lernen mit Python

Programmieren

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische

Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN 978-3-7475-0657-8

1. Auflage 2023

www.mitp.de

E-Mail: [email protected]

Telefon: +49 7953 / 7189 - 079

Telefax: +49 7953 / 7189 - 082

© 2023 mitp-Verlags GmbH & Co. KG, Frechen

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Lektorat: Janina Bahlmann

Sprachkorrektorat: Jürgen Benvenuti

Covergestaltung & Coverbild: Christian Kalkert

Illustrationen: Michael Weigend

Satz: Ulrich Borstelmann

Layoutgestaltung: Kai Neugebauer

electronic publication: CPI books GmbH, Leck, CPI-print.de

5

Inhalt

Einleitung

8

1 Willkommen in der Welt der Programmierung

10

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme Computer

12

1.2 Wahrscheinlich kannst du schon programmieren

16

1.3 Lösungen zu den Aufgaben im Text

22

2 Einstieg in Python

24

2.1 Was ist Python?

26

2.2 Python als Taschenrechner – die IDLE-Shell

28

2.3 Funktionen aufrufen

33

2.4 Module

34

2.5 Variablen

38

2.6 Der Python-Interpreter

41

3 Die ersten Programme

42

3.1 Der Python-Editor

44

Projekt:Der Begrüßungsautomat

45

3.2 Ein Programm im Dateimanager starten

49

3.3 Strings – Experimente in der IDLE-Shell

51

3.4 Das EVA-Prinzip

52

3.5 Zahlen eingeben

52

3.6 So oder so? Programmverzweigung

56

6

Inhalt

3.7 Zeilen und Blöcke – Layout eines Python-Programms

59

3.8 Noch einmal bitte! Wiederholung

60

Projekt:Zahlenraten

64

3.9 Wahr oder nicht wahr: Logische Aussagen

65

3.10 Logische Operatoren

66

3.11 Schwierige Entscheidungen

68

3.12 Datum und Zeit

72

4 Neue Möglichkeiten mit Funktionen

74

4.1 Wie definiert man eine Funktion?

77

4.2 Funktionen können Werte zurückgeben

83

Projekt:Volumenassistent – ein Programm mit Auswahlmenü

86

Projekt:Der Briefassistent – globale Variablen und Seiteneffekte

89

4.3 Bilder mit der Turtle-Grafik

92

4.4 Was ist Rekursion?

100

4.5 Rekursive Funktionen

101

5 Daten in Kollektionen zusammenfassen

104

5.1 Welche Arten von Kollektionen gibt es?

106

5.2 Suchen und aufzählen

110

5.3 Sequenzen verarbeiten

112

5.4 Listen können sich verändern

114

Projekt:Planeten aufzählen

117

Projekt:Digitales Telefonbuch

119

5.5 Dateien öffnen, speichern und bearbeiten

122

Projekt:Eine Notiz schreiben und als Textdatei speichern

125

5.6 Laufzeitfehler abfangen

126

7

5.7 Kollektionen speichern und laden

128

Projekt:Telefonnummern verwalten

129

Projekt:Die Reimmaschine

131

Projekt:Wie warm wird es? – Informationen aus dem Internet

134

6 Bunt und zum Anklicken:

Grafische Benutzungs oberflächen

138

Projekt:Digitaler Würfel

141

6.1 Widgets konfigurieren

143

Projekt:Farbmischer

147

Projekt:Dichten mit Goethe

150

Projekt:StarQuest – Bilder anzeigen

154

Projekt:Digitaluhr

157

7Der nächste Schritt: Die große Welt der Informatik

162

7.1 Die Geschwindigkeit von Programmen

164

7.2 Objektorientierte Programmierung – eigene Klassen definieren

168

7.3 Agile Software-Entwicklung – arbeiten wie die Profis

171

Projekt:Digitales Notizbuch – agil entwickelt

172

7.4 Webseiten programmieren mit JavaScript

180

7.5 Noch mehr Programmiersprachen

184

7.6 Programmierwettbewerbe

187

Lösungen

188

Stichwortverzeichnis

205

8

Einleitung

Python ist eine Programmiersprache, die sehr leicht zu erlernen ist und die sich

deshalb perfekt für deinen Einstieg in die Programmierung eignet.

Ich selbst habe Python im Jahr 2000 kennengelernt. Damals war ich an der

Technischen Universität Dortmund und betreute ein Team, das E-Learning-

Material zur Einführung in die Informatik entwickelte. Ein Kapitel widmete sich

dem Thema »Objektorientierte Programmierung« mit der bis dahin ziemlich

unbekannten Programmiersprache Python. Als ich die ersten Python-Skripte

sah, war ich sofort begeistert. Kurze Texte, deren Bedeutung man rasch erfas-

sen konnte. Ideal zum Lernen. Zwei Jahre später schrieb ich für den mitp-Verlag

mein erstes Python-Buch. Im Frühjahr 2003 besuchte ich zum ersten Mal die

PyCon, die internationale Konferenz der Python-Community, in Washington DC

(USA). Hier trafen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen

Welt und berichteten in Vorträgen, wie sie Python in ihren Fachgebieten ein-

setzten. Die Konferenztage begannen immer mit einem gemeinsamen Früh-

stück an großen Tischen im Ballsaal des Konferenzzentrums der George-

Washington-Universität. Hier traf ich auch Guido van Rossum, den Erfinder

der Programmiersprache Python. Während seines Vortrags wechselte er

mehrmals sein T-Shirt, damit die Farbe immer zur Vortragsfolie passte.

So wie die Menschen, die ich auf der PyCon kennengelernt hatte, ist

auch die Programmiersprache selbst: Sie ist offen, freundlich und

lädt zum Mitmachen ein.

Freue dich auf spannende Projekte, in denen du die wichtigsten

Konzepte von Python kennenlernst. Du schreibst praktische

Rechenprogramme, die sich mit dem Benutzer unterhalten.

Du gestaltest Spiele und digitale Assistenten zum Dichten,

Briefeschreiben und zum Bestimmen von Pflanzen. Du ent-

wickelst Benutzungsoberflächen mit Eingabefeldern und

Schaltflächen. In kreativen Projekten lässt du den Com-

puter Bilder zeichnen und Geschenkpapier drucken.

Du lernst, wie man Daten aus dem Internet verarbei-

ten kann und wie man eine App zum Speichern und

Verwalten von Notizen entwickelt.

9

Die Programmbeispiele sind kurz und können von dir weiter ausgebaut werden.

Alle wichtigen Codezeilen werden durch Texte und Bilder erklärt.

Du kannst die Programmbeispiele von der Website des mitp-Verlags herunter-

laden. Der URL ist:

https://www.mitp.de/0655

Wähle die Registerkarte Downloads und klicke auf den Link Programmbei-

spiele. Nach dem Entpacken hast du für jedes Kapitel ein Verzeichnis mit den

Programmen, die im Buch erklärt werden.

Viel Spaß mit Python!

Michael Weigend

1

Willkommen

in derWelt der

Programmierung

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme

Computer

1.2 Wahrscheinlich kannst du schon programmieren

1.3 Lösungen zu den Aufgaben im Text

12

1 Willkommen in der Welt der Programmierung!

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme Computer

Programmieren heißt ein Programm schreiben. Statt Pro-

gramm sagt man auch

App

oder

Software

. Ein Programm ist

ein Text, eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für einen Com-

puter. Es besteht aus Anweisungen, die von einem Compu-

ter verstanden und ausgeführt werden können.

So ganz von allein macht ein Computer nichts. Program-

me sagen ihm, was er tun soll. Damit der Computer deine

Anweisungen versteht, musst du sie in einer Programmier-

sprache schreiben. Python ist eine solche Programmierspra-

che. Das Schöne ist: Python-Programme können nicht nur

von einem Computer verstanden werden, sie sind auch für

Menschen gut lesbar.

Programmierer nennen einen Programmtext oft auch

Code

und das Programmieren

Coding

.

Die universelle Maschine

Ein Computer ist eine universelle Maschine. Das heißt, er hat

nicht nur einen einzigen Verwendungszweck, sondern man

kann ihn für alle möglichen Aufgaben einsetzen.

Früher gab es für jeden Verwendungszweck eine spezielle

Maschine, zum Beispiel ein Telefon zum Telefonieren, einen

Kompass, der die Himmelsrichtung anzeigt, und so weiter.

All das und noch viel mehr kann heute ein ein-

ziger Computer, zum Beispiel dein Smartphone.

Mit deinem Smartphone kannst du telefonieren,

spielen, deinen Weg finden und vieles mehr. Für

jeden Verwendungszweck gibt es eine App.

13

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme Computer

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme Computer

Analog

In einer Sanduhr rieseln winzige Glaskugeln (kein

Sand) durch eine enge Öffnung. Die Menge der

durchgerieselten Glaskugeln entspricht der verstri-

chenen Zeit. Das nennt man

analog

(von altgrie-

chisch

analogos

für »entsprechend«).

Auch eine mechanische Uhr mit Zeigern arbeitet

analog. Der Winkel, um den sich ein Zeiger ge-

dreht hat, entspricht der Zeit, die vergangen ist.

Heute sind viele analoge Geräte durch Compu-

terprogramme ersetzt worden. Das nennt man

Digitalisierung

.

Digital

Eine Digitaluhr enthält einen Computer, der für

die Anzeige der genauen Uhrzeit sorgt. Weil man

Programme schneller und einfacher entwickeln kann

als mechanische Geräte mit Zeigern und Zahnrädern,

gibt es heute viele unterschiedliche Arten von digita-

len Uhren.

Später in diesem Buch erfährst du, wie du mit Py-

thon Uhren programmieren kannst (siehe Kapitel 3

und 6).

14

1 Willkommen in der Welt der Programmierung!

Hardware und Software

Ein Computer besteht aus

Hardware und Software. Die

Hardware umfasst alle Teile,

die man anfassen kann: das

Gehäuse, das Display, Laut-

sprecher, Kamera, die Chips

auf dem Motherboard im

Inneren, Batterie, Kabel und

so weiter.

Die Software ist unsichtbar.

Es sind alle Programme und

Daten, die sich im Speicher

befinden.

Betriebssystem

Eine besonders wichtige Software ist das

Betriebssystem (zum Beispiel Windows,

Linux oder macOs). Das Betriebssystem

sorgt dafür, dass die Apps auf die Hard-

ware zugreifen können.

15

1.1 Computerprogramme: Schlaue Texte für dumme Computer

Updates

Die Hardware eines modernen Computers ist sehr

stabil und geht selten kaputt. Die Software jedoch

bekommt häufig ein Update, das heißt, sie wird

durch eine neue, bessere Version ersetzt. Updates

sind vor allem wichtig, wenn man Sicherheitslü-

cken feststellt.

Wenn man ein Handy oder einen PC nicht mehr

weiterverwenden kann, liegt das meist daran,

dass man für alte Geräte keine Updates mehr be-

kommt.

Was ist eine Sicherheitslücke?

Eine Sicherheitslücke ist ein Fehler in der Soft-

ware, die es Hackern ermöglicht, den Computer

z.B. über das Internet anzugreifen. Bei einem

solchen Angriff können Daten verändert oder

gelöscht werden. Oder es wird bösartige Soft-

ware installiert, die später auf deinem Computer

Schaden anrichtet.

16

1 Willkommen in der Welt der Programmierung!

1.2 Wahrscheinlich kannst du schon programmieren

Wetten, dass du schon einige Programmiertechniken aus dem Alltag kennst? Program-

mieren ist nämlich gar nichts Besonderes.

Algorithmus

Im Prinzip ist ein Programm eine genaue Anleitung für den Computer, wie er eine be-

stimmte Aufgabe lösen soll. Eine solche Anleitung nennt man auch Algorithmus. Auch

die Lösung zu einem Streichholzrätsel ist ein Algorithmus. Kannst du das folgende

Rätsel lösen?

Lege ein einziges Streichholz um und sorge dafür, dass

die Gleichung stimmt.

Am Ende des Kapitels findest du ein Bild mit der Lösung.

Aber auch ein Text kann erklären, was zu tun ist:

Nimm das Streichholz, das in der Zahl Acht senk-

recht unten links liegt. Lege dieses Streichholz

waagrecht links neben den Kopf des oberen Streich-

holzes der Zahl Eins.

Verstanden? Dieser Text ist eine genaue Anleitung, wie man die Aufgabe lösen kann.

Er ist also ein Algorithmus.

Namen

Jetzt kommen wir zu einer speziellen Programmier-

technik. Der Algorithmus zum Streichholzrätsel wird

einfacher, wenn man an die Streichhölzer im Bild

Buchstaben schreibt. Damit gibt man den Streichhöl-

zern

Namen

, die im Algorithmus verwendet werden

können.

Hier ist ein Algorithmus mit Namen für die wichtigsten

Streichhölzer:

Nimm das Streichholz b und lege es waagrecht links neben den Kopf von Streichholz a.

Dieser Algorithmus ist wesentlich kürzer. Er hat nur zwei Zeilen statt vier Zeilen. Ist er nicht auch viel besser zu verstehen?

17

1.2 Wahrscheinlich kannst du schon programmieren

1.2 Wahrscheinlich kannst du schon programmieren

Was ist ein Algorithmus?

Ein Algorithmus ist eine Anleitung, mit der sich eine Aufgabe lösen lässt und die so genau und unmissverständlich

formuliert ist, dass sie im Prinzip auch von einer Maschine ausgeführt werden kann. Beispiele sind Kochrezepte,

Wegbeschreibungen oder Bauanleitungen. Auch die Lösung zu einem Streichholzrätsel ist ein Algorithmus.

Eindeutige

Anweisungen

In einem Algorith-

mus muss jede

Anweisung eindeutig

sein. Ein Computer,

der einem Programm

folgt, ist ein ziem-

lich dummer Be-

fehlsempfänger und

macht nur genau

das, was man ihm

sagt. Wir Men-

schen sind da etwas

anders. Wenn wir

im Alltag jemanden

bitten, etwas zu tun,

erwarten wir, dass

die Person mitdenkt.

Sonst kann es leicht

zu Missverständnis-

sen kommen.

In diesem Comic

entsteht ein Miss-

verständnis, weil der

Grillmeister nicht

genau erklärt hatte,

was er unter »auf-

passen« versteht.

18

1 Willkommen in der Welt der Programmierung!

Sequenz

Piraten haben auf der Insel einen Schatz versteckt. Die Schatz-

truhe befindet sich unter einem der vielen Gebüsche. Aber

unter welchem?

Der folgende Algorithmus beschreibt, wie du den Schatz findest:

Lege mit deinem Boot am Steg ganz im Süden der Insel an

und betritt die Insel. Gehe geradeaus über den Weg Rich-

tung Norden. Biege nach der vierten Palme nach rechts ab.

Der Schatz ist unter dem zweiten Busch auf der rechten

Seite des Wegs.

Weißt du, welcher Busch gemeint ist? Wenn du unsicher bist,

kannst du am Ende des Kapitels nachsehen. Du bist vielleicht

überrascht, wenn ich dir sage, dass in dieser Wegbeschreibung

eine bestimmte Programmiertechnik verwendet worden ist.

Die Palmen an dem Weg Richtung Norden wurden durchnummeriert. Zuerst kommt Palme Nummer 1, dann Palme Num-

mer 2, dann Palme Nummer 3 und dann Palme Nummer 4, hinter der der Schatzsucher abbiegen muss. Dinge, die Num-

mern haben und in einer bestimmten Reihenfolge sind, nennt man

Sequenz

. In der Programmierung verwendet man häufig

Sequenzen. Python enthält mehrere Arten von Sequenzen, zum Beispiel Listen und Zeichenketten.

Bedingung

Es geschah mittags in der Kölner Innenstadt. Zwei mas-

kierte Männer überfielen die Sparkasse und flüchteten

mit der Beute in einem Auto. Zum Glück gab es einige

Zeugenaussagen zum Fluchtfahrzeug:

»Das Auto der Bankräuber ist blau.«

»Ich habe das Kennzeichen gesehen. Der Wagen

kommt nicht aus Köln.«

»Das Autokennzeichen enthält eine 7.«

Überwachungskameras in der Umgebung der Sparkasse

haben folgende Autos fotografiert. Welches könnte das

Fluchtfahrzeug der Bankräuber sein?