Module 1
Verkenning 1

Doel:

In deze verkenningsfase ga je een probleem analyseren. We starten met zeer eenvoudige problemen, kijken hoe we dit met pen en papier oplossen (analyse), zetten dit om naar een stappenplan (algoritme), we proberen de code uit in de shell, en tenslotte plaatsen we de code in de editor en testen het script uit.

In deze verkenning ga je:

• een probleem analyseren en omzetten in een algoritme

• getallen bewaren in een variabele (in het geheugen)

• kennismaken met de rekenkundige basisbewerkingen

• output geven met de print-opdracht

Probleemoplossing denken:

Algoritme

Van analyse tot algoritme

In de wiskunde en wetenschappen krijg je wel dikwijls te maken met een stappenplan dat leidt tot een oplossing, maar in het dagelijkse leven kunnen die dikwijls zeer complex zijn.

Meestal worden complexe problemen opgelost door deze op te delen in kleinere minder complexe problemen die wel oplosbaar zijn. Elk van deze kleine problemen wordt dan apart opgelost en uitgetest. Op het einde worden al deze oplossingen samengebracht om zo de oplossing van het complexe probleem te vormen. Dit is computationeel denken.

Basisbewerkingen

Als ik een tekst in het Nederlands zou schrijven met fouten erin, zou je nog steeds in staat zijn om de tekst te begrijpen. Maar als we AI even buiten beschouwing laten, kan een computer dat niet.

Daarom is de syntaxis van een computertaal van groot belang. Gelukkig is de syntaxis van Python over het algemeen vrij eenvoudig en levert het leesbare script’s op. Dit betekent dat je meer aandacht kunt besteden aan het denkproces achter het programmeren. 

Laten we eens kijken naar de basis wiskundige bewerkingen bij het verkennen van de syntaxis van de code. Je hebt waarschijnlijk al ervaring met het uitvoeren van berekeningen in spreadsheetscript’s zoals Excel of Google Spreadsheets. Op basis van die ervaring, kun je vermoeden welke symbolen Python gebruikt voor de basisbewerkingen: optelling, aftrekking, vermenigvuldiging, deling en machtsverheffing.

Algoritme uitvoeren in de shell

Grafische voorstelling van een algoritme

Variabelen

In Python is een variabele een naam die aan een waarde is gekoppeld. Het is een container waarin je gegevens kunt opslaan en later kunt gebruiken in je script. Variabelen in Python zijn dynamisch getypeerd, wat betekent dat je ze kunt gebruiken om verschillende soorten gegevens op te slaan.

Enkele belangrijke gegevenstypen die vaak worden gebruikt in Python zijn:

• Integer (int): Dit is een geheel getal, bijvoorbeeld 5, -3, 0. Het wordt gebruikt voor het opslaan van numerieke waarden zonder decimalen.

• Float: Dit is een drijvendekommagetal, bijvoorbeeld 3.14, -0.5, 2.0. Het wordt gebruikt voor het opslaan van numerieke waarden met decimalen.

• String (str): Dit is een reeks tekens, bijvoorbeeld "Hallo", "Python", "123". Het wordt gebruikt voor het opslaan van tekstuele gegevens.

• Boolean (bool): Dit is een datatype dat slechts twee waarden kan bevatten, True of False. Het wordt gebruikt voor het opslaan van waarheidswaarden.

Deze zijn slechts enkele belangrijke gegevenstypen in Python.

Namen van variabelen

Bij het oplossen van Fysica vraagstukken maak je ook gebruik van variabelen, meestal bestaande uit één letter of symbool. Passen we dezelfde methode toe in een script (script), dan is het later moeilijk te achterhalen waarvoor deze variabele gebruikt werd.

We geven daarom onze variabele een betekenisvolle naam..

Er zijn welke enkele regels die we moeten volgen.

Een variabel naam .....

• mag enkel bestaan uit letters, cijfers en "underscores" ( _ ).

• mag niet beginnen met een cijfer.

• mag geen gereserveerd woord (keyword) van Python zijn.

De gereserveerde woorden zijn:

Conventies

• Programmeurs kiezen nooit een variabele naam die ook de naam is van een functie (of het nu een standaard Python functie betreft of een functie die ze zelf hebben geschreven). Als je dat doet, loop je de kans dat de functie niet langer door de code gebruikt kan worden, wat kan leiden tot uitermate vreemde fouten.

• Kies een betekenisvolle naam (oppervlak_boom, grote_zijde, kleine_zijde, basis, aantal_bomen,...)
  Uitzondering: Wegwerp variabelen
  Dit zijn variabelen die slechts in een klein deel van de code gebruikt worden en daarna niet meer.

• Om verwarring te vermijden, gebruiken je best alleen kleine letters in variabele namen.

• Als een variabele naam uit meerdere woorden bestaat, plaats je underscores tussen die woorden.
  Dit zorgt ervoor dat je variabele leesbaarder wordt

• Het gebruik van namen die starten met een underscore is voorbehouden aan de auteurs van Python.

Toewijzing

Met het toekenningsteken “=” kunnen we een waarde gaan toewijzen aan een functie. Dit is hetzelfde teken dat we uit de wiskunde kennen als gelijkheidsteken, maar heeft wel een andere betekenis.

Onderstaand voorbeeld lees je niet als “lange_zijde is gelijk aan 210” maar als “de variabele lange_zijde krijgt waarde 210”

Lange_zijde = 210

Onderstaand voorbeeld toont het verschil tussen het gelijkheidsteken en het toekenningsteken.

aantal = 5

aantal = aantal + 1

De variabele “aantal” kan (wiskundig) nooit gelijk zijn aan aantal +1.

In onze code krijgt de variabele aantal de waarde 5. In de tweede regel gaat het script de waarde van variabele aantal ophalen, en gaat hierbij 1 optellen. De variabele waarde krijgt het resultaat van deze bewerking.

Bij een toewijzing wordt dus eerst de bewerking rechts van het toewijzingsteken eerst uitgevoerd, en het resultaat van deze bewerking wordt dan toegekend aan de variabele  links van het toewijzingsteken.

Python instructie: print(…)

We hebben zonet ons algoritme gecontroleerd door rechtstreeks de berekeningen in te typen.

Je kan echter ook gebruik maken van variabelen,  zoals aangegeven in het algoritme. 

Als je dit in de shell intypt, dan krijg je onderstaand beeld:

Je merkt hier dat je geen uitvoer krijgt van je berekeningen. 

Wanneer je gewoon een berekening in de shell typt, wordt deze berekening uitgevoerd, en wordt het resultaat getoond.

Wanneer je echter aantal_bomen = oppervlakte_veld/oppervlakte_boom typt, dan vraag je niet om de berekening uit te voeren en het resultaat toe te wijzen aan de variabele N.

Wil je het resultaat weten, of de waarde van een variabele, dan kan dit met de print()-instructie.

Wanneer je de print()-opdracht gebruikt, dan vraag je om uitvoer te geven naar het scherm.

Wil je dus het resultaat, het aantal bomen kennen, dan kan dit met

print(aantal_bomen)

Je moet niet steeds gebruik maken van een variabele, maar kan ook rechtstreeks de bewerking tussen de haaktjes plaatsen:

print((210+120)/2*120)

Of je kan verschillende gegevens combineren door ze te scheiden met een komma.

print("Oppervlakte veld:",(210+120)/2*120)

Maximaal gebruik van variabelen

We kunnen ook alle gegevens toewijzen aan variabelen. In de berekeningen worden dan de namen van deze variabelen gebruikt. 

lange_zijde = 210

korte_zijde = 120

breedte = 120

oppervlakte_boom = 8*8

oppervlakte_veld = (lange_zijde + korte_zijde)/2*breedte

aantal_bomen = oppervlakte_veld/oppervlakte_boom

print("Aantal bomen:",aantal_bomen)

In de shell ziet dit er zo uit:

Gaan we eenmaal een script schrijven, dan wordt deze methode geprefereerd. Deze manier van werken zorgt ervoor dat bij het wijzigen van een waarde, je de wijziging slechts op één plaats in je script moet doorvoeren.

Python script schrijven

We kennen nu alle code die we nodig hebben om een script te schrijven. Plaatsen we de code van het voorbeeld met de variabelen gewoon in de editor, dan is ons Python script klaar. 

Nu moeten enkel nog het script uitvoeren.

Hieronder kan je zien hoe je in Thonny je script kan starten.

Opmerkingen:

Documenteer je script.

Het is belangrijk dat je script leesbaar is en daarom van voldoende commentaar  voorzien wordt. Op die manier kan iemand de gedachtegang van de programmeur volgen. Dit maakt het makkelijker om later aanpassingen aan het script aan te brengen.

Je kan opmerkingen toevoegen door deze vooraf te laten gaan door de hashtag (#).

Alles na # wordt genegeerd en is louter ter info.

Gebruiksvriendelijke interface

Je interactie met de gebruiker van je script moet ook gebruiksvriendelijk zijn.

Dit kan je bereiken door meer print-opdrachten toe te voegen .

Voorbeeld

Script met verzorgde output en extra uitleg voor/opmerkingen

# Aantal bomen berekenen

lange_zijde = 210

korte_zijde = 120

breedte = 120

oppervlakte_boom = 8*8

# Oppervlakte veld berekenen

oppervlakte_veld = (lange_zijde+korte_zijde)/2*breedte

# Aantal bomen berekenen

aantal_bomen = oppervlakte_veld/oppervlakte_boom

# Output

print("Gegevens:")

print("Lange zijde:",lange_zijde)

print("Korte zijde:",korte_zijde)

print("Breedte:",breedte)

print()

print("Resultaat:")

print("Aantal bomen aan te kopen:",aantal_bomen)

De output kan er dan zo uitzien:

Let wel op!

Het openen en sluiten moet met hetzelfde soort aanhalingstekens gebeuren. Anders krijg je een foutmelding.

Finaliseren

Bestudeer de code en bekijk de output. Los daarna onderstaande vragen op:

Hoe kan je in Python….

• een regel overslaan, zoals tussen “Breedte: 120”  en “Resultaat”?

• twee gegevens zoals “Breedte” en “120 “ (de waarde van breedte) op één lijn printen?

Output:

Code: 

#Gegevens

korte_zijde=120

lange_zijde=210

breedte=120

oppervlakte_boom=8*8

#Oppervlakte berekenen

Oppervlakte_veld=(lange_zijde+korte_zijde)/2*breedte

#Aantal bomen berekenen

aantal_bomen=A/oppervlakte_boom

#Output

print(“Gegevens:”)

print(“Korte zijde:”,korte_zijde)

print(“Lange zijde:”,lange_zijde)

print(”Breedte:”,breedte)

print()

print(“Resultaat:”)

print(“Aantal bomen aan te kopen:”,aantal_bomen)