Реферат Особенности программирования в Python

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Физико-математический факультет

Кафедра физики, информационных технологий и методик обучения

реферат

ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ В PYTHON

Подготовил студент группы МДМ-219___________________ А.А. Журавлёва

Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки)

Профиль Математика. Информатика

Проверила

канд. физ.-мат. наук, доцент _________________________ Т. В. Кормилицына

Оценка ________

Саранск 2022

Содержание

Введение 3

Глава 1 Языки программирования 4

1.1 Компиляторы и интерпретаторы 4

1.2 Классификация языков программирования 5

Глава 2 Язык программирование Python 7

2.1 Сущность языка Python 7

2.2. История и философия языка Python 8

2.3. Язык программирования Python: плюсы, минусы, применение 9

Заключение 11

Список используемой литературы 12

Введение

Python – высокоуровневый язык программирования общего назначения с динамической строгой типизацией и автоматическим управлением памятью, ориентированный на повышение производительности разработчика, читаемости кода и его качества, а также на обеспечение переносимости написанных на нём программ. Язык является полностью объектно-ориентированным в том плане, что всё является объектами. Необычной особенностью языка является выделение блоков кода пробельными отступами. Синтаксис ядра языка минималистичен, за счёт чего на практике редко возникает необходимость обращаться к документации.

Стандартная библиотека включает большой набор полезных переносимых функций, начиная с возможностей для работы с текстом и заканчивая средствами для написания сетевых приложений. Дополнительные возможности, такие как математическое моделирование, работа с оборудованием, написание веб-приложений или разработка игр, могут реализовываться посредством обширного количества сторонних библиотек, а также интеграцией библиотек.

Актуальность работы: обусловлена тем, что прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования, поэтому в нынешнее время Python является лёгким языком программирования.

В настоящее время все большую популярность приобретает язык Python. Одна из причин популярности Python – более простое и компактное оформление, чем в других языках. Это самый популярный язык общего назначения: он используется для машинного обучения, аналитике, разработке игр и в науке о данных.

Глава 1 Языки программирования 1.1 Компиляторы и интерпретаторы

С помощью языка программирования создается текст программы, описывающий разработанный алгоритм. Чтобы программа была выполнена, надо либо весь ее текст перевести в машинный код (это действие и выполняет программа – компилятор) и затем передать на исполнение процессору, либо сразу выполнять команды языка, переводя на машинный язык и исполняя каждую команду поочередно (этим занимаются программы – интерпретаторы).

Интерпретатор функционирует следующим образом: берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и, затем сразу исполняет. После успешного выполнения текущей команды интерпретатор переходит к анализу и исполнению следующей. Если один и тот же оператор в программе выполняется несколько раз, интерпретатор всякий раз воспринимает его так, будто встретил впервые. Поэтому программы, в которых требуется произвести большой объем повторяющихся вычислений, будут работать медленно. Для выполнения программы на другом компьютере также необходимо установить интерпретатор, так как без него программа представляет собой набор слов, и работать не может.

Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы (его называют исходным кодом или sourcecode). Они осуществляют поиск синтаксических ошибок, выполняют семантический анализ и только затем, если текст программы в точности соответствует правилам языка, его автоматически переводят (транслируют) на машинный язык (говорят: генерируют объектный код или objectcode). Нередко при этом выполняется оптимизация с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы. Сгенерированный объектный код обрабатывается специальной программой сборщиком или редактором связей, который производит связывание объектного и машинного кодов. Текст программы преобразуется в готовый к исполнению ЕХЕ-файл (исполнимый код), его можно сохранить в памяти компьютера или на диске. Этот файл имеет самостоятельное значение, и может работать под управлением операционной системы. Его можно перенести на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код.

Основной недостаток компиляторов – трудоемкость трансляции языков программирования, ориентированных на обработку данных сложной структуры, заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы программы. Для таких программ в машинный код вводятся дополнительные проверки и анализ наличия ресурсов операционной системы, средства динамического захвата и освобождения памяти компьютера, что на уровне статически заданных машинных инструкций осуществить достаточно сложно, а для которых задач практически невозможно.

С помощью интерпретатора, наоборот, для исследования содержимого памяти допустимо в любой момент прервать работу программы, организовать диалог с пользователем, выполнить любые сложные преобразования данных и при этом постоянно контролировать программно-аппаратную среду, что и обеспечивает высокую надежность работы программы. Интерпретатор при выполнении каждой команды подвергает проверке и анализу необходимые ресурсы операционной системы, при возникающих проблемах выдает сообщения об ошибках. В реальных системах программирования смешаны технологии компиляции и интерпретации. В процессе отладки программу можно выполнять по шагам (трассировать), а результирующий код не обязательно будет машинным, он может быть, например, аппаратно-независимым промежуточным кодом абстрактного процессора, который в дальнейшем будет транслироваться в различных компьютерных архитектурах с помощью интерпретатора или компилятора в соответствующий машинный код.

1.2 Классификация языков программирования

Сначала нужно узнать общие виды языков программирования и их назначение. Все они подразделяются на две категории:

– процедурные;

– непроцедурные.

Процедурная (алгоритмическая) программа– это система формальных предписаний, направленных на решение конкретных задач, которые выполняет ЭВМ.

Непроцедурное программирование представляет собой прямо противоположную методологию (парадигму) разработки, когда компьютеру ставится определённая задача в более или менее общем виде, без написания формализованного алгоритма, который отдаётся на усмотрение машины.

Процедурные языки отличаются тем, на кого в первую очередь направлены: на машину или человека. Они подразделяются на две категории:

– низкого уровня (или машинно-ориентированные);

– высокого уровня.

Низкоуровневые языки ориентированы на конкретные компьютерные архитектуры и учитывают их особенности. Они являются следующим уровнем после машинного кода и следуют конкретным указаниям, исходящим от процессора. Работать с ними тяжело, но созданные с их помощью программы (обычно это системные программы и драйверы) занимают меньше места в памяти и работают быстрее.

Высокоуровневые языки более понятны для человека. Соответственно, программировать на них гораздо проще и удобнее.

В них не учитываются особенности конкретных типов процессоров, поэтому такие программы легко переносятся с одной платформы на другую. Для этого используют специальные программы-трансляторы.

Непроцедурные языки включают две основные языковые группы:

– объектно-ориентированные;

– декларативные.

Объектно-ориентированные состоят из ряда независимых объектов, которые функционируют как отдельные компьютеры. С помощью этих блоков можно решать задачи, не вникая во «внутреннюю кухню» их работы.

Работа с декларативным языком подразумевает установление взаимосвязей между исходными информационными структурами и свойствами конечного результата. При этом в нём не существует понятия «команда», а программист не создаёт алгоритмы.

Декларативные языки подразделяются на два семейства:

– логические;

– функциональные.

Логическое программирование описывает проблемы в виде фактов и формул, а система решает их посредством механизмов логического вывода.

Функциональное, в свою очередь, формулирует задачу как совокупность определённых функций.

Глава 2 Язык программирование Python 2.1 Сущность языка Python

Python – высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика и читаемости кода. Синтаксис ядра Pythonминималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций. Язык обладает чётким и последовательным синтаксисом, продуманной модульностью и масштабируемостью, благодаря чему исходный код написанных на Python программ легко читаем.

Python– активно развивающийся язык программирования, новые версии с добавлением и изменением языковых свойств выходят примерно раз в два с половиной года. Он находит применение во множестве сфер человеческой деятельности.

Python – не самый «молодой» язык программирования, но и не слишком старый. К моменту его создания уже существовали такие языки как «Паскаль» или «Си». А потому при создании «питона» авторы старались взять лучшее из различных платформ для разработчиков. Фактически Python представляет собой своеобразный «джем» удачных решений более чем из 8 различных языков.

Питон поддерживает практически все распространенные операционные системы. Он может прекрасно работать на карманных компьютерах, так и на больших серверах. В случае если платформа значительно устаревает, она исключается из поддержки ядра. К примеру, версии языка, начиная от 2.6, уже не работают с платформами Windows 95, 98 и ME. В случае необходимости можно воспользоваться более старыми версиями, отказавшись от применения современных инструментов языка. И тогда приложение будет работать, в том числе с этими ОС.

Python относится к наиболее востребованным и популярным языкам программирования, о чем свидетельствуют многочисленные рейтинги и анализ предложений на рынке разработки программных продуктов. Он достаточно прост, а потому изучение языка не займет слишком много времени.

При запуске Python появляется окно интерпретатора PythonShell. Оно переводит понятный человеку код в машинный язык, то есть в код, который может выполнить процессор устройства. Здесь находятся вкладки «Файл», «Редактировать», «Отлаживать», «Опции», «Окно», «Помощь». Для созданий программ необходимо зайти во вкладку «Файл» и создать новый файл. Перед нами откроется окно, в котором мы будем писать код. После написания программы она будет исполняться в PythonShell.

Для создания программ часто необходимы дополнительные функции. Для этого существуют специальные библиотеки. Библиотеки могут использоваться для создания оконных приложений с кнопками, картинками и так далее. Существуют специальные библиотеки для создания игр. Некоторые из них встроены в Python, некоторые нужно скачивать отдельно.

2.2. История и философия языка Python

История языка программирования Python началась в конце 1980-х. Гвидо ванРоссум задумал Python в 1980-х годах, а приступил к его созданию в декабре 1989 года в центре математики и информатики в Нидерландах. Язык Python был задуман как потомок языка программирования ABC, способный к обработке исключений и взаимодействию с операционной системой Амёба. Ван Россумявляется основным автором Python и продолжал выполнять центральную роль в принятии решений относительно развития языка вплоть до 12 июля 2018 года.

Название языка произошло вовсе не от названия семейства пресмыкающихся. Автор назвал язык в честь популярного британского комедийного телешоу 1970-х «Летающий цирк Монти Пайтона».

Впрочем, всё равно название языка чаще связывают именно со змеёй, нежели с передачей – даже эмблема на сайте python.org (до выхода версии 2.5) изображают змеиные головы. Важная цель разработчиков Python– создавать его забавным для использования. Это отражено в его названии, которое пришло из Монти Пайтона. Также это отражено в иногда игривом подходе к обучающим программам и справочным материалам.

Разработчики языка Python придерживаются определённой философии программирования, называемой «TheZenofPython» («Дзен Пито́на», или «Дзен Па́йтона»). Её текст выдаётся интерпретатором Python по команде importthis (работает один раз за сессию). Автором этой философии считается Тим Петерс (TimPeters). По сути, это набор основных принципов, которые разработчики языка считают очень важными.

Можно сделать вывод, что язык Python появился относительно недавно. Разработчики «питона» подходят к его созданию с юмором для облегчения работы с языком. Изучив философию Python можно ещё раз убедиться в этом. По мнению его разработчиков, важно как можно больше упростить процесс программирования, сделать его доступным и понятным для каждого.

2.3. Язык программирования Python: плюсы, минусы, применение

Плюсы Python:

Pythonявляется интерпретируемым языком программирования, который не компилируется. Таким образом, до запуска он представляет собой обычный текстовый файл. Соответственно, программировать можно почти на всех платформах, а сам язык логичен и хорошо спроектирован.

Кода в нём меньше, чем при использовании других языков программирования, поэтому разработка осуществляется быстрее.

Как уже было сказано выше, Python универсален, поэтому его используют и в вебе, и на мобильных девайсах, и в приложениях, связанных с Machinelearning, нейронными сетями и искусственным интеллектом.

Сегодня Python довольно часто применяют в веб-разработке. Для работы используют такие фреймворки, как Django, Flask, Pyramid, Pylons, TurboGears, CherryPy. Кроме того, для создания сайтов на языке программирования Python существуют специальные движки: • Saleor; • Wagtail; • Abilian SBE; • Ella; • Django-CMS.

С помощью языка Python можно создавать и десктопные программы. Вот примеры программ:

• GIMP – визуальный Linux-редактор;

• UbuntuSoftwareCenter– центр приложений в операционной системе Ubuntu;

• BitTorrent до 6-й версии включительно – менеджер торрент-закачек (сейчас программу переписали на C++);

• Blender– приложение для создания графики 3D.

На языке Python программируют встроенные системы для разных устройств. К примеру, язык пригодился «Сбербанку» для управления банкоматами.

Системные администраторы используют Python для автоматизации задач. Это простой и мощный язык, поддерживающий специальные пакеты, повышающие его эффективность. Главный плюс заключается в том, что Python инсталлирован на все серверы с Linux по умолчанию.

Для Python есть ряд библиотек, которые применяются при выполнении вычислений и исследований:

• SciPy;

• NumPy;

• Matplotlib.

Благодаря наличию специализированных библиотек, а также простоте освоения, многие учёные (физики, математики, биологи) выбирают именно этот язык.

Python считается наиболее востребованным языком в DataScience. С его помощью пишут алгоритмы ML-программ и аналитические приложения. Также с его помощью обслуживают облачные сервисы и хранилища данных.

Наряду с Java, язык программирования Python широко используется для автоматизации тестирования.

Минусы языка программирования Python

Несмотря на множество плюсов (простота, лаконичность, универсальность), у языка есть и минусы.

1. Программы на Python считают недостаточно быстрыми. Для сравнения: софт для iOS, написанный на языке Swift, может работать в 8 раз быстрее, чем на Python. Также Python– не очень подходящее решение для задач, которые требуют большого объёма памяти, – такие задачи лучше решать с помощью C либо C++.

2. Высокий уровень зависимости от системных библиотек. В результате затрудняется перенос на другие системы.

3. GlobalInterpreterLock не даёт возможности одновременно исполнять несколько потоков Python в реализации CPython. Но GIL мы можем на какое-то время отключить, как это реализовано в математическом пакетеNumPy.

Заключение

В заключении можно сказать, что программирование и информационные технологии в совокупности за последние годы сделали большой шаг вперед. Спрос сейчас идет на простоту языка (читабельность кода), скорость набора и функциональность в сумме.

Язык программирования Python– функциональный и понятный даже для детей. С помощью Python можно проводить весело время и заниматься серьёзными делами.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что Python – активно развивающийся и самый перспективный язык программирования, который поддерживает почти все операционные системы. Он простой и удобный в использовании.

Список используемой литературы

1. Гниденко, И. Г. Технологии и методы программирования : учебное пособие для вузов / И. Г. Гниденко, Ф. Ф. Павлов, Д. Ю. Федоров. – Москва : Издательство Юрайт, 2022. – 235 с. 

2. Копырин, А. С. Программирование на Python : учебное пособие / А. С. Копырин, Т. Л. Салова. – Сочи : СГУ, 2018. – 48 с. 

3. Косицин, Д. Ю. Язык программирования Python : учебно-методическое пособие / Д. Ю. Косицин. – Минск : БГУ, 2019. – 136 с.

4. МакГрат, М. Программирование на PYTHON [Текст] / Майк МакГрат; [пер. с англ. М. А. Райтмана]. - Москва :Эксмо, 2015. - 192 с.

5. Мартелли, А. Python : справочник : полное описание языка / Алекс Мартелли, Анна Рейвенскрофт, Стив Холден ; [перевод с английского А. Г. Гузикевича]. – 3-е изд. – Москва ; Диалектика ; Санкт-Петербург : Диалектика, 2020. –892 с.

6. Пэйн, Б. Python для детей и родителей играй и программируй / Брайсон Пэйн; [пер. с англ. М.А. Райтмана]. – Москва: Издательство «Э», 2017. – 352 с.

7. Тарланов, А. Т. Основы языка программирования Python : учебно-методическое пособие / А. Т. Тарланов, Ш. Г. Магомедов. – Москва : РТУ МИРЭА, 2019. – 107 с.

8. Трофимов, В. В. Информатика в 2 т. Том 2 : учебник для среднего профессионального образования / В. В. Трофимов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2022. – 406 с. .

9. Чернышев, С. А.  Основы программирования на Python : учебное пособие для вузов / С. А. Чернышев. – Москва : Издательство Юрайт, 2022. – 286 с.

10. Широбокова, С. Н. Программирование на языке Python для лабораторных занятий : учебное пособие / С. Н. Широбокова, А. А. Кацупеев, А. В. Сулыз. – Новочеркасск : ЮРГПУ, 2020. – 104 с.