Programmare in Python

Viene ora introdotto Python come linguaggio di programmazione. Vedremo su quali ambienti web è possibile programmare in Python, e semplici regole per convertire programmi FlowRun in Python.

Introduzione
Installazione e primo utilizzo
Scrivere codice Python partendo da FlowRun
Altre istruzioni e funzioni di Python
1. Liste e controllo elementi di una lista
2. break
Funzioni

Introduzione

Python è uno fra i più diffusi linguaggi di programmazione, se non il più diffuso. È un linguaggio facile da imparare ed è utilizzabile in moltissimi campi: applicazioni per computer e smartphone, analisi dati, intelligenza artificiale, siti web, dispositivi connessi a internet, …

La probabilità di incontrare Python in un posto di lavoro è molto alta, anche in caso di lavori non direttamente legati all’informatica.

Cercare su YouTube “introduzione a Python”.

Installazione e primo utilizzo

Python può essere installato in vari modi, in funzione del tipo di computer e sistema operativo. Per maggiori informazioni, consultare il sito ufficiale python.it. In questo corso non installeremo Python sul computer, ma utilizzeremo dei servizi online semplificati per scrivere codice anche da iPad senza doversi preoccupare di niente.

Gli ambienti che useremo sono:

FARE, ambiente del Politecnico di Torino.
Online GDB, ricordandoci di selezionare Python 3 da menù in alto a destra.

Consiglio di usare il secondo, anche se il primo è più semplice e va bene solo per lavoretti elementari.

Se invece si vuole provarlo sul proprio computer, iniziare con installare e capire Visual Studio Code e installare la sua estensione per Python.

Scrivere codice Python partendo da FlowRun

Vediamo ora come convertire i blocchi FlowRun in istruzioni Python. Un algoritmo in FlowRun può essere riscritto in Python semplicemente traducendo blocco per blocco.

Declare

Il blocco Declare non è necessario in Python e deve essere omesso.

Input (lettura) e Output (scrittura)

I blocchi Input e Output chiedono all’utente (lettura) o comunicano all’utente (scrittura) il valore di una variabile. In Python, la lettura è effettuata dall’istruzione input, che legge una stringa. Se ci si aspetta un intero, un numero con la virgola o un booleano, la stringa deve essere convertita manualmente tramite le funzioni int, float o tecniche per capire se l’utente ha inserito sì oppure no. Vedremo questo fra poco.

La funzione input può essere scritta senza parametri oppure con un messaggio che viene proposto all’utente.

a = input()                  # Non pone nessuna domanda, legge la risposta
b = input("Come ti chiami?") # Pone una domanda all'utente e legge la risposta

Le parentesi aperte e chiuse per le funzioni sono sempre necessarie, anche quando al loro interno non c’è niente da aggiungere, come nel primo caso per l’istruzione input.

Leggere una variabile di tipo stringa

dove name è dichiarata come variabile di tipo stringa.

Equivale in Python a:

name = input("Come ti chiami?")

input restituisce sempre una stringa quindi non è necessario fare altro.

Leggere una variabile di tipo intero

dove n è dichiarata come variabile di tipo intero.

Equivale in Python a:

n = int(input("Scrivi un numero da 1 a 10"))

input restituisce sempre una stringa quindi dobbiamo convertirla a intero.

L’istruzione int richiede parentesi aperte e chiuse con al loro interno cosa convertire a intero, cioè input(…) compreso delle sue parentesi. Così facendo si converte in intero quello che input ha letto.

Leggere una variabile di tipo reale (numero decimale)

dove euro è dichiarata come variabile di tipo numero reale.

equivale in Python a:

euro = float(input("Quanti soldi hai nel portafoglio?"))

L’istruzione int è sostituita da float in caso di numeri reali, cioè numeri con la virgola. La virgola dovrà però essere sostituita dal punto (3.14 invece che 3,14) quando questa viene digitata, in quanto Python segue il sistema anglosassone in cui si usa il punto.

Leggere una variabile di tipo booleano (sì/no, vero/falso)

La conversione in booleano di quello che l’utente scrive è più complessa, bisogna fondamentalmente capire se l’utente ha scritto sì, oppure un qualunque altro testo che decidiamo abbia valore True.

Ad esempio:

confirm = input("Sei sicuro di voler cancellare tutto? (S/N)") == "S"

In questo esempio controlliamo se quello che scrive l’utente è uguale (==) alla lettera S maiuscola. Questa è un’espressione booleana spiegata poi meglio.

Noi nel testo della domanda gli suggeriamo di rispondere S o N in maiuscolo, ma se l’utente risponde s in minuscolo? In questo caso viene interpretato come un no.

Per migliorare la situazione, possiamo controllare se l’utente risponde con una o più risposte che noi consideriamo sì. Elenchiamo le risposte in una lista di risposte affermative e controlliamo se la risposta dell’utente è presente in questa lista.

confirm = input("Sei sicuro di voler cancellare tutto?") in ["S", "s", "Sì", "sì", "Si", "si"]

In questo modo controlliamo maiuscole e minuscole, con o senza accento. Se l’utente risponde con una delle risposte valide, la variabile confirm avrà valore True, altrimenti avrà valore False.

Se abbiamo tante variabili booleane da leggere, possiamo evitare di ripetere la lista assegnando lei stessa a una variabile:

lista_si = ["S", "s", "Sì", "sì", "Si", "si"]

piove = input("Sta piovendo?") in lista_si
ho_ombrello = input("Hai l'ombrello?") in lista_si
macchina = input("Sei in macchina?") in lista_si

Una lista è un valore come altri e quindi può essere assegnato a una variabile e riusato.

Scrivere una variabile intera, stringa o reale

equivale in Python a:

print(x)

x può essere una variabile di qualsiasi tipo, intero, reale, stringa o altro. Anche in questo caso le parentesi dell’istruzione print indicano al loro interno cosa deve essere stampato e sono necessarie.

Scrivere una variabile booleana

Se x è una variabile o espressione booleana, verrà stampato True o False. Se si vuole stampare Sì o No, Vero o Falso o altri testi, è necessario scriverlo così:

print("Sì" if x else "No")
print("Yes" if x else "No")
print("Ja" if x else "Nein")
print("Vero" if x else "Falso")

print("Pari" if pari else "Dispari")

print("Testa" if testa else "Croce")

Questo if speciale non va confuso con l’if delle strutture condizionali. È un altro tipo di if, si può usare solo nelle espressioni e funziona diversamente. Può essere usato anche nelle condizioni, nelle assegnazioni, ovunque ci sono dei valori.

for i in range(1, 10 if x else 20):
  ...

L’esempio processa i numeri da 1 a 10 (escluso) se il valore di x è True, altrimenti i numeri da 1 a 20 (escluso). for e range sono spiegati più avanti.

Scrivere un’espressione

L’istruzione print accetta all’interno delle parentesi espressioni anche più complesse, come espressioni matematiche.

equivale in Python a:

print(x + y)

Scrivere un messaggio composto

Immaginiamo di avere una vincita di 50 € a un gioco memorizzata nella variabile vincita. Vogliamo scrivere il messaggio Hai vinto 50 euro, usando la variabile vincita.

equivale in Python a:

print("Hai vinto", vincita, "euro")

Le virgole separano i 3 testi, variabili o espressioni da stampare, il tutto all’interno delle parentesi della funzione print. È possibile stampare 2, 3, 4 o più parametri che devono essere tutti separati da virgole. Nel testo finale, tutti i parametri vengono separati da spazi in modo da formare un testo elegante, senza testi appiccicato l’uno con l’altro.

Assign

L’Assign imposta una variabile a un determinato valore, cioè assegna quel valore alla variabile. Se la variabile non esiste, viene dichiarata all’istante: per questo non è necessario in Python dichiarare le variabili e per questo il blocco Declare di FlowRun non ha un corrispettivo in Python.

Le assegnazioni sono scritte direttamente in Python e il loro codice corrisponde a quello nei diagrammi a blocchi, senza dover usare nessuna istruzione particolare.

Le assegnazioni utilizzano sempre l’uguale singolo =.

Assegnare una costante intera o reale

equivale in Python a:

x = 10
pi = 3.14 # pi-greco

Assegnare una costante stringa

equivale in Python a:

nome = "Giovanni"

Assegnare una costante booleana

equivale in Python a:

piove = True
ho_ombrello = False

Assegnare il valore calcolato da un’espressione

Assumendo le variabili x e y già definite e contenenti dei numeri (interi o reali):

equivale in Python a:

z = x * 2 + y * 3

Come per print, è possibile comporre direttamente espressioni matematiche o espressioni booleane e assegnare il risultato a una variabile.

mi_bagno = piove and not ho_ombrello
ho_freddo = mi_bagno and temperatura <= 15

if mi_bagno:
  print("Oh no, tornerò a casa fradicio!")

if ho_freddo:
  print("E infreddolito!")

Espressioni matematiche

Le espressioni matematiche sono composte da costanti e variabili di tipo intero oppure reale (decimale) con la possibilità di usare le seguenti operazioni matematiche:

Codice	Significato	Esempio
`+`	Addizione	`10 + 3 == 13`
`-`	Sottrazione	`11 - 4 == 7`
`*`	Moltiplicazione	`4 * 7 == 28`
`**`	Potenza	`2 ** 4 == 16`
`/`	Divisione	`21 / 4 == 5.25`
`//`	Divisione intera	`21 // 4 == 5`
`%`	Modulo (resto della divisione)	`21 % 4 == 1`

In particolare l’operazione modulo (%) non calcola la percentuale, ma il resto della divisione. Nell’esempio, 21 diviso 4 fa 5 con il resto di 1. Il risultato è quindi 1.

Serve per calcolare se un numero è pari o dispari, o se è divisibile per un altro dato numero, ad esempio:

if x % 2 == 0:
  print(x, "è pari")

if x % y != 0:
  print(x, "non è divisibile per", y)

If

Valuta una condizione, cioè un’espressione o una domanda che può avere solo risposta vero o falso. In caso vero, il programma esegue le istruzioni della parte if. In caso falso, il programma esegue le istruzioni della parte else, che può anche essere omessa se non c’è alcuna istruzione da eseguire. Al termine, il programma continua dritto.

In Python, il codice deve essere scritto indentato, cioè incolonnato verso destra, rispetto a una istruzione principale. È il caso di if, else e molte altre parole chiave.

Condizione semplice

equivale in Python a:

if x > y:
  print(x, "è maggiore di", y)
  print("La differenza è", x - y)

Notare il due-punti a concludere la riga con if. Le istruzioni del ramo vero, cioè quando effettivamente x è maggiore di y, vengono riportate indentate, cioè incolonnate verso destra di 2 spazi rispetto alla colonna dell’if. In questo modo Python è in grado di riconoscere quali istruzioni fanno parte del ramo vero dell’if e quali no, cioè quali sono fuori dall’if.

Gli spazi dell’indentazione sono necessari e devono essere uguali per tutte le istruzioni contenute nel ramo. Non mettere gli spazi o mettere spazi non uguali è considerato un errore.

Condizione con ramo else

equivale in Python a:

if nome == "Giovanni":
  print("Ciao amico!")
else:
  print("Non ti conosco")

In questo caso vediamo la presenza del ramo else, cioè il ramo che viene eseguito quando la condizione dell’if è falsa. Notare l’indentazione di entrambe le istruzioni print: l’indentazione è necessaria.

Altre condizioni con elif

L’if può essere completato con ulteriori controlli e condizioni else-if, scritti elif.

if nome == "Giovanni":
  print("Ciao amico!")
elif nome == "Laura":
  print("Ciao mamma!")
elif nome == "Carlo":
  print("Ciao papà!")
else:
  print("Non ti conosco")

All’if si possono aggiungere uno o più clausole elif che vengono controllate e scattano solo se nessuna sopra di esse è già scattata. Anche l’else può essere aggiunto alla fine, ma è opzionale.

Il controllo avviene in cascata: prima controlla se il nome è Giovanni, poi se è Laura, poi se è Carlo, e se non è nessuno di questi passa nel ramo else, che non ha alcuna condizione.

L’esempio sopra stampa solo un messaggio, sempre solo e unicamente un messaggio.

Espressioni booleane

Le condizioni sono molto simili a quelle FlowRun e possono essere scritte con gli operatori:

Codice	Significato	Esempio
`==`	Uguale (deve essere doppio)	`nome == "Anna"`
`!=`	Diverso	`a != b`
`>`	Maggiore	`x > 0`
`>=`	Maggiore o uguale	`x >= 5`
`<`	Minore	`x < (y * 2)`
`<=`	Minore o uguale	`x <= 7`
`in`	Contenuto in	`n in [2, 3, 5, 7]`

in serve per controllare se un elemento è contenuto in una lista. Funziona con variabili e liste di ogni tipo: intero, stringa, …

Le condizioni possono essere poi composte insieme tramite operazioni E (and), O (or) e NON (not) e, se necessario, parentesi tonde.

Alcuni esempi per comprendere meglio:

Codice	Significato
`a > b and c < d`	Vera se `a` è maggiore di `b` E `c` è minore di `d`, cioè se sia la prima che la seconda condizione sono vere. Entrambe devono essere vere.
`nome == "Carlo" or a == b`	Vera se `nome` è Carlo O `a` è uguale a `b`, cioè se la prima condizione oppure la seconda condizione (o entrambe) sono vere. Almeno una deve essere vera.
`a > b and b > c and c > d`	Tutte e 3 le condizioni devono essere vere.
`(a > b and b > c) or a == c`	Sia la prima che la seconda condizione deve essere vera, oppure la terza condizione deve essere vera.
`not a`	L’opposto di `a`, cioè se `a` è vero, varrà falso, e viceversa.
`a and not b`	Vero se `a` è vero e `b` è falso.
`x in numbers`	Vero se `x` è contenuto nella lista dei numeri `numbers`.
`name not in people`	Vero se il nome `name` non è contenuto nella lista dei nomi `people`.

While

Così come il blocco If visto precedentemente, anche il blocco While introduce una condizione che deve essere scritta in forma di espressione vero o falso.

In Python, il blocco è espresso dall’istruzione while. Così come if, while richiede una condizione e una o più istruzioni indentate, che vengono eseguite a ripetizione fino a quando la condizione è vera.

Le condizioni vengono scritte esattamente come le condizioni per l’istruzione if (vedi sopra).

Ripetizione di esempio

equivale in Python a:

x = int(input())

while x >= 10:
  print("Valore di x maggiore o uguale a 10")
  print("Inserire un nuovo valore di x")
  x = int(input())

Do … While

Non esiste codice equivalente per questo blocco in Python.

L’algoritmo deve essere modificato per esprimerlo attraverso un blocco while e non do … while, e successivamente riscritto in Python come spiegato sopra.

Indentazione multipla

È possibile inserire istruzioni if dentro while, if dentro if, while dentro while, ecc… Python non pone limiti a quanto il codice può essere indentato, l’importante è che l’indentazione sia ben ordinata e corrisponda alla logica che si vuole implementare.

Se ad esempio ogni blocco è indentato di 2 spazi, il primo livello deve essere indentato di 2 spazi, il secondo di 4, il terzo di 6, …

L’indentazione è importantissima in Python in quanto ha effetto su come il programma si comporta. Sbagliare l’indentazione produce degli errori o un comportamento non corretto del programma.

Questo esempio mostra 3 livelli di indentazione:

x = int(input()) # Chiede un numero

while x >= 0:
  print("x è positivo")
  if x > 10:
    print("x è maggiore di 10")
  else:
    print("x è minore o uguale a 10")
    if x < 5:
      print("x è anche minore di 5")
  x = int(input())

print("Fine dell'esercizio")

For

Il ciclo for in Python è diverso da quello di FlowRun e di altri linguaggi. È molto più semplice ma allo stesso tempo avanzato. Non è necessario specificare e gestire a mano una variabile contatore, è tutto automatico e elegante, come del resto molte parti del linguaggio.

Il verbo che si usa in questo caso è iterare, cioè passare elemento per elemento.

Iterare su un intervallo di numeri

Il ciclo For di FlowRun può essere reso in Python con:

for i in range(1, 11):
  print(i)

Il contenuto del blocco For, la parte che viene ripetuta, va scritta come codice indentato esattamente come per if e while. La variabile che viene incrementata si specifica direttamente subito dopo il for, in questo caso la variabile è i.

Nell’esempio range(1, 11) indica tutti i numeri da 1 a 11 (escluso), cioè tutti i numeri da 1 a 10. Il print verrà eseguito 10 volte, ogni volta con i con un valore diverso.

Iterare su liste

for opera in realtà su liste, dove range(a, b) può essere vista come una lista particolare, tutti i numeri da a a b (escluso).

Non per forza questo è l’unico caso. Ad esempio:

for i in [1, 4, 7, 10, -5, 3, 7]:
  print(i)

Il codice sopra è ugualmente valido, viene eseguito il print per tutti i numeri della lista, in sequenza. range è solo un caso speciale di lista.

La lista può anche essere contenuta in una variabile:

numbers = [1, 4, 7, 10, -5, 3, 7] 

for i in numbers:
  print(i)

Oppure non essere neanche una lista di numeri. In questo esempio salutiamo e chiediamo come stanno 4 persone.

names = ["Marco", "Giovanni", "Chiara", "Laura"]

# Chiediamo a ogni persona come sta
for name in names:                                   
  print("Ciao", name) # saluta
  sto_bene = input("Come stai?") in ["Bene", "bene"] # chiede come stai?
  if sto_bene:
    print("Sono contento", name, "che tu stia bene")
  else:
    print("Mi dispiace, rimettiti presto", name)

Altre istruzioni e funzioni di Python

Liste e controllo elementi di una lista

Python, come tutti gli altri linguaggi di programmazione, permette di lavorare su insieme di dati che vanno oltre le singole variabili, ad esempio i dizionari, identificati da parentesi graffe { } (che non useremo) e liste.

Le liste sono identificate da parentesi quadre [ ].

Una lista può contenere molti elementi, ma anche nessuno.

Esempi di liste:

a = [1, 2, 5, 9, 10, -5]                    # lista con alcuni numeri
b = [5, 5, 5, 5]                            # lista con numeri duplicati, è consentito
c = ["Ciao!"]                               # lista con un solo elemento
d = []                                      # lista vuota
e = [5, 3.14, 0, -9.75]                     # lista di numeri reali
f = ["Roma", "Milano", "Napoli", "Perugia"] # lista di stringhe

Sono tutte liste valide. Le liste possono contenere valori di ogni tipo. È possibile mescolare i tipi, es [1, "Ciao"] ma andrebbe evitato.

Sulle liste si possono fare molte cose ma principalmente 2:

Verificare se un elemento è incluso in una lista, tramite operatore in. Esempio:

citta = ["Roma", "Milano"]
if "Perugia" in citta:
  print("Bene")
else:
  print("Manca Perugia!")

if 10 in [0, 50, 10, 15]:
  print("10 è nella tabellina del 5")

Iterare con un for su una lista. Esempio:

for citta in ["Roma", "Milano", "Napoli"]:
  print(citta, "è una città italiana")

Se la lista è vuota, il for non ha effetto.

for x in []:
  print("Questo messaggio non verrà mai scritto")
  print("Neanche questo")

Le liste possono essere manipolate aggiungendo, cambiando e rimuovendo elementi, ma in queste lezioni non useremo queste funzionalità.

break

L’istruzione break, senza altri parametri, serve per interrompere immediatamente il ciclo for o while nel quale è inserita senza completare né il ciclo corrente né la verifica della condizione prima di far partire il ciclo successivo.

Serve normalmente come una scorciatoia.

Ad esempio, se abbiamo una lista di nomi names e vogliamo controllare se questa lista contiene almeno 3 volte il nome Chiara, è inutile controllare tutti i nomi dopo averne trovati già 3.

Possiamo contare i nomi e, una volta raggiunto 3, bloccare il ciclo con break.

count = 0

for name in names:     # per ogni nome name contenuto in names
  if name == "Chiara": # se trovo il nome che cerco
    count = count + 1  # incremento il contatore
    if count >= 3:     # se ne ho trovati almeno 3
      break            # fermo il ciclo, non serve andare oltre

Funzioni

Python contiene migliaia di funzioni e può essere esteso attraverso migliaia di librerie esterne, che a loro volta contengono spesso altre migliaia di funzioni. È un universo in rapida espansione. Esiste una libreria e una funzione per ogni cosa, dall’accesso a internet all’analisi dati dall’intelligenza artificiale al disegno 3D e ai videogiochi.

Ecco l’equivalente Python di alcune funzioni di FlowRun:

randint(a, b) - un numero casuale tra a e b.
len(s) - la lunghezza della stringa s, ovvero di quanti caratteri è composta.
abs(n) - il valore assoluto di n.
int(n) - la parte intera di n, cioè n senza le sue cifre decimali.
round(n, d) - arrotonda il valore di n a d cifre decimali, es. 2 cifre se d è uguale a 2.
sqrt(n) - la radice quadrata di n.

Attenzione:

per utilizzare randint, è necessario scrivere a inizio programma l’istruzione: from random import randint
per utilizzare sqrt, è necessario scrivere a inizio programma l’istruzione: from math import sqrt

Le funzioni, come in matematica, si possono comporre, ad esempio:

from math import sqrt

# Legge una stringa e la converte in intero
n = int(input("Inserisci un numero intero"))

# Ne calcola la radice quadrata e la arrotonda a 3 cifre decimali
sq = round(sqrt(n), 3)

print("La radice quadrata di", n, "arrotondata a 3 cifre decimali è", sq)

Python è ben documentato: l’elenco completo di tutti i moduli (from … import …) e di tutte le funzioni di ogni modulo è disponibile nella sconfinata documentazione online. Oppure cercare con Google la funzione che serve di volta in volta, facendo attenzione a specificare “python” nella ricerca, ad esempio “lunghezza di una stringa in python”.