[pythonvis] Python lesson 1 revision 1

  • From: "Richard Dinger" <rrdinger@xxxxxxxxxx>
  • To: <pythonvis@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 20 Jul 2017 17:47:52 -0700

Below is my revision 1 attempt at a first lesson in Python programming. Please 
look this material over and let me know if anything is confusing or not 
explained. The first few paragraphs explain the approach that I am trying to 
use. 
First Step: What is a Program 
Everyone should know how to write a simple computer program. Since you are 
reading this article, perhaps you agree and are interested in learning. 
Programming is largely a problem solving skill and sharpening your problem 
solving skills never hurts. In this first article we will explain some 
terminology, introduce some program components and write one small program to 
illustrate the discussion. You will soon see that writing a program is actually 
quite simple and fun too! 
What is Python 
For those interested in such details, Python is named after Monty Python and 
has nothing to do with constrictor snakes. Python is a general purpose 
programming language that is simple and easy to learn. Python like most 
programming languages is an imperative language that means you write commands 
called statements that tell the computer what to do. There are around 40 
statements available. 
The Learning Approach 
In the first few articles, we will start out by posing a problem to solve with 
a computer program to be written in Python. Then we will sketch out a problem 
solution method and take a quick look at the Python language tools needed for 
that solution. In programming, a solution method is often called an algorithm. 
The program will then be written and tested. The idea is to focus on the 
problem to solve and learn enough Python in each article to build the working 
program. 
These articles will be geared for newcomers to programming so the approach 
taken in the demonstration programs may not be the "best way" to do something, 
but they were selected to demonstrate a point to new programmers. So while I 
encourage correction of any errors I make, please limit discussions of those 
other ways to solve the problem. 
Why is programming called Coding 
When computers were first being developed, writing the program consisted of 
entering a very long series of numerical codes into the computer. And so the 
practice of writing programs became known as coding. 
The programming Process 
The first thing newcomers should know is that programming is often a trial and 
error process. The following is the way most programs are written: 
1 code 
2 try 
3 repeat 
This is the approach for developing a program or even part of a program. First 
code what you think is a correct program, try it by running python and repeat 
until it works. A good philosophy is first make it work, then make it work 
correctly and then, if needed, make it work fast. 
Use a text editor not MS Word! A text editor program will not insert hidden 
formatting text in your source code files (called modules), unlike Word or 
WordPad. There are many free text editors to choose from such as MS NotePad, 
NotePad++ and EdSharp. I use TextPad, which is shareware and costs around $30. 
The Problem 
This first problem is simple, but a realistic type of problem that programmers 
run into frequently: You have some data (in this case numbers) and you want to 
do some processing using each data item (in this case find their sum and 
average value). 
Solution Approach 
The program will simply go through the list of numbers adding up their sum and 
counting how many entries there are in the list Then the sum and average will 
be calculated and printed. 
What is a Program 
So what is a program? We all think we know what a program is, we use programs 
every day; we check our mail, write a shopping list or make an appointment in 
our calendar -- all these activities run programs that someone wrote. These 
example programs are larger and more complex than the sort of program we will 
discuss herein this article, but all Python programs, large or small, have the 
following structure 
- A Python program is made up of one or more source code files called modules. 
If there are multiple modules, the first module to run is called the main 
module. 
- Modules are made up of Python statements that tell the computer what to do. 
- Python program data called objects are created and modified by statements 
Statements perform most of the actual processing work and are normally executed 
in order from top to bottom, unless that order is changed by a control 
statement. 
Statements generally concern themselves with one of four computer activities: 
- input of data (open/read files, read keyboard, etc.) 
- moving data into or out of memory (put/get data to/from a data structure, 
etc.) 
- processing data (manipulate data) 
- outputting of data (write/close files, print to screen, etc.) 
Processing and Data 
'In an informal sense, in Python, we do things with stuff. "Things" take the 
form of operations like addition and concatenation, and "stuff" refers to the 
objects upon which we perform those operations.' from "Learning Python" by Mark 
Lutz. That is, in essence, what programming is all about: A program running in 
the computer does things with the data and the written program tells it how to 
do it. Programming is all about processing data. So lets talk for a few minutes 
about these two areas: processing and data starting with data. 
What are Objects 
All Python data are called objects. First, the term object is a collective term 
that can be USED TO REFER TO different types of things. For instance you could 
have three items on your kitchen table: a book, a coffee cup and a spoon. Each 
of the three types of item can be referred to by its specific type (book, cup 
or spoon)and it can also be referred to in general as an object. Lets take a 
quick look at how an object is organized. 
Informally, an object is just a chunk of computer memory where the object's 
properties and the value are stored. Each Python object holds information about 
the data it represents including the following items about the specific object: 
- a unique identification of the object 
- the type of the object 
- the value of the object 
The unique ID is simple, Python uses the memory address of the object itself as 
the ID. All Python objects have a type like "str", which is a string of 
characters. The type controls what sort of operations a string is permitted to 
participate in. For example trying to divide one string by another like: 
"Hello"/"green" 
would be disallowed because string division is undefined. 
The value of the specific object is stored in the object in a manner dependent 
on that type of object. A string (type str), for example, stores the individual 
characters as numerical values in a sequence of bytes. Since a byte can hold a 
value from 0 to 255, each byte can hold one character. 
once created, the id and type of the object do not change. You can even design 
your own object types for a program. New object types are created by extending 
an already existing object type. 
Built-In Objects 
Objects are a really big deal in Python and will be covered in detail as we 
progress. Note that all data comes encapsulated in objects. For now we will 
restrict our examples to three types of built-in objects: 
- int the type name for integer values (no decimal point) 
- float the type name for numbers with a decimal point 
- str the type name for a string of characters 
There are two kinds of numbers because there are two ways of representing and 
manipulating numbers in a computer. The int type when an exact value is known 
like counting something and the float type is used for numbers that are 
calculated and are likely to have fractional parts, they are called floats 
because the location of their decimal point appears to float around. 
Strong Typing and Dynamic Typing 
Python is called a strongly typed language because it controls how objects of 
different types may interact. Thus nonsense operations like multiplying your 
phone number by your last name are considered undefined and are not attempted. 
Python is called a dynamically typed language because it knows the types of the 
objects, so programmers don't have to declare them in advance. Many programming 
languages require that the type of an item be declared prior to usage. 
Literal Values 
Data objects may appear in an expression by literally typing their value such 
as 5 or 3.7 or "Hi", which is called a literal value. Note when a string 
appears as a literal value it is delimited with either single or double quote 
symbols. You may use either, but the same symbol must appear at each end of the 
string for example: 'hello' and "bye" 
Alternatively, you may use the assignment statement to assign a name to an 
object and refer to the object by that name. 
The Assignment Statement 
Objects often are easier to use and keep track of if they have names. You can 
associate a name with an object using an assignment statement. The idea behind 
the assignment statement is to bind a name to an object's unique ID, which you 
will recall is the object's memory address. The name bound to the object 
address is sometimes called a variable, but may also be called a pointer or is 
said to point to the object. The assignment statement form is: 
name = expression 
The right side of the equal can be any legal expression from a simple literal 
value to a complex equation. Python uses the following arithmetic symbols in 
expressions: + add, - subtract, * multiply, / divide, ** exponent and () for 
grouping. Python evaluates the right hand side expression and reduces it down 
to a resulting object. The name is then bound to that resulting object's unique 
ID. 
For example in the assignment: 
x = 5 
Python will evaluate the right side and look for the 5 result object and if it 
does not yet exist, it will be created. Then the name will be bound to the 
object so x points to 5. Numbers (and strings) are immutable object types that 
is they cannot be changed. The number 5 cannot be changed to some other number, 
5 is always 5, the name x can be changed to point to some other number, 
however. 
If the next statement assigns y to 5, you do not have two 5 objects, you have 
two names for the single 5 object. If the right side is a complex mathematical 
expression, the same process is followed, the objects are manipulated according 
to their type and the operators in the expression to form a result object. 
Names that appear on the right side must be bound in a prior statement 
somewhere in the code in order to have a value. 
So the first way an object is used is as an operand in a statement or in an 
expression. In these cases the value associated with the object is used to 
execute the statement being evaluated. In the next article, we will look at how 
to access other specific object data called attributes. 
Using Comments in Your Code 
The idea behind comments is to provide a way of leaving instructions on how the 
software works. Everything from a number sign on is ignored by Python. 
# this is an entire line comment 
a = 24 # this is an in-line comment 
In two months, you will likely not remember why you did something a certain way 
and in two years you may not remember the project! A few short comments 
sprinkled through the code may help. Try to document why you did something a 
certain way. Try not to explain what is obvious. 
Printing Screen Output 
before we get too deep into other things, we will take a look at how to print 
any results to the screen. When Python changed from version 2.x to version 3.x, 
printing changed from a language statement to a function. What does that mean? 
Well, for a start, I need to explain the difference between the two. 
The statement version of print consists of the word print followed by a comma 
separated list of expressions to be printed. For the function version, the list 
of expressions is enclosed in parentheses. 
So, the statement form and the function form of a simple print example look 
like this: 
print "hello" # statement form 
print("hello") # function form 
Note that Python version 2 will take either, but version 3 requires the 
function form of print. 
The idea behind the print statement is to easily print default formatted values 
on the screen. The function form is the word print followed by a comma 
separated list of objects enclosed in parentheses. The object values are 
printed separated by a space. 
These are the default behaviors, other formats will be discussed in another 
article. 
Examples: 
print(5) # prints 5 
print(1, 2) # prints 1 2 
print(2.5) # prints 2.5 
print('hello') # prints hello 
Our Simple Program 
Now lets turn to our problem: recall that we have a list of numbers of an 
unknown length and we want to do some sort of processing on these numbers. 
Individual names work for some situations, but for a group of objects you may 
need a container object called a data structure to hold the objects while they 
are processed. Python comes with several different data structures, but a 
simple list should work well for this situation. 
The List Container Object 
The idea behind a list is a container object that holds a sequence of objects 
in memory. The items on the list can be objects of any valid type including 
another list. The literal form for a list is acomma separated sequence of data 
objects delimited by square brackets for example: 
[1, 5, 3, 9, 14] 
is a literal list of five numbers. The same result can be achieved using the 
list statement as follows: 
list(1, 5, 3, 9, 14) 
Since a list is an object, you can bind a name to the list with the assignment 
statement that we just looked at, for example: 
values = [1, 5, 3, 9, 14] 
The name values now points to that list. A list is a mutable object, that is it 
can be changed during program execution, unlike a number. 
Individual items on the list can be changed through their offset in the list. 
The first item on a list has a 0 offset, the second has an offset of 1 and so 
forth. Here are some simple accesses to the values list: 
x = values[0] # x points to 1 
values[1] = 42 # the second item now points to 42 
Now we need a way to read through the list one item at a time and add up all 
the values. That is what the for statement is designed to do. 
The For Loop Control Statement 
Control statements change the default sequential execution of statements. The 
idea behind a for loop is to take each item in the list one at a time and apply 
it in an indented code block. The form of a for loop is: 
for item in container: 
do_something_with_item 
This process is called iteration and a for loop will iterate through any 
iterable object. Iterable objects include containers like strings, lists, 
tuples and sets. 
Lets walk through a really simple example that prints each item on a list: 
values = [2, 5, 3] # some test values 
for val in values: # bind val to the current object being processed 
print 'process', val # use current object being processed 
This example does the following actions: 
1 for statement bind val to first item in values list 
2 indented block is run printing val 
3 block is done jump back to for statement 
4 for statement bind val to next item in values list 
5 indented block is run printing val 
6 block is done jump back to for statement 
7 for statement bind val to next item in values list 
8 indented block is run printing val 
9 block is done jump back to for statement 
10 for statement is done jump forward to code after indented block 
That example should print the following to the screen: 
process 2 
process 5 
process 3 
The indented code block must be indented as that is how Python knows where the 
block starts and ends. Indentation should be consistent throughout your code. 
The recommendation is four spaces (no tabs). The code block can contain another 
for loop, in which case the indented code block for that second for loop would 
be indented two levels or eight spaces. The indented code block ends when a 
line appears with less indentation than the current block. 
Our Average Problem 
So our plan is simple: add up the total and divide by the count: 
# average.py 
# initialize program variables 
count = 0 
total = 0.0 
values = [1., 5., 3., 9., 14.] 
# process data 
for item in values: 
count = count + 1 
total = total + item 
# results 
average = total / count 
print "The average value is:", average 
print "The sum is", total 
# end program 
Notes and Further Reading 
Here are some things to look into. 
1 The construct: 
name = name + value 
is so common in programming that the following short hand version called 
augmented assignment can be used. 
name += value 
2 The standard type names like str, int and float can be used like functions to 
create an object of a specified type, for example: 
value = float(2) # ensures value is a float 
3 This particular problem could be simplified by using the two built-in 
functions len and sum. Look them up in the standard library documentation and 
revise the program.

Other related posts: