Proměnné a výrazy

Práce s proměnnými a výrazy představují základní stavební bloky, ze kterých následně stavíme programy pomocí konstrukcí pro řízení výpočtu.

Základní procvičování v tomto tématu máme rozdělené na tři podtémata:

• Proměnné a číselné výrazy v Pythonu – základní použití proměnných, zápis aritmetických výrazů
• Matematické funkce v Pythonu – použití základních matematických funkcí (např. zaokrouhlování, minimum, absolutní hodnota)
• Logické výrazy v Pythonu – operátory porovnání, logické spojky a jejich použití

Další výrazy pak tvoříme například za využití řetězců a seznamů.

Pro úplné začátečníky v Pythonu může být užitečné si jako rozcvičku projít cvičení na proměnné z oblasti algoritmické myšlení. Tam je možné si procvičit základní principy proměnných bez specifik Pythonu.

Proměnná je jméno, které odkazuje na nějakou hodnotu. Hodnota proměnné se může měnit – ostatně se taky jmenuje „proměnná“.

Názvy proměnných

Názvy proměnných mohou obsahovat písmena, čísla a znak podtržítko. Nesmí obsahovat mezeru a nesmí začínat na číslo. V názvech proměnných se rozlišují velká a malá písmena, tj. number a Number jsou dvě různé proměnné. V Pythonu je zvykem psát jména proměnných malými písmeny. Ve víceslovných názvech proměnných používáme podtržítko, např. list_length. Python 3 umožňuje používat v názvech proměnných i znaky české abecedy. Dobrá praxe však je psát názvy proměnných anglicky. Názvy proměnných volíme popisné.

Příklady:

• korektní názvy proměnných: name, k, max_value
• neplatné názvy proměnných: 2nd_var, actor name, max-value

Vytvoření a aktualizace proměnné

Proměnnou vytvoříme prostě tak, že do ní přiřadíme hodnotu. Hodnotu můžeme následně aktualizovat. Proměnná drží poslední hodnotu, která do ní byla přiřazena. Pro přiřazení používáme rovnítko:

x = 20       # vytvoření proměnné x a přiřazení hodnoty 20

y = 5        # vytvoření proměnné y a přiřazení hodnoty 5

x = 10       # změna hodnoty x na 10

print(x, y)  # vypíše 10 5

Proměnné mohou být různého typu. Python je dynamicky typovaný programovací jazyk. To znamená, že v programu nemusíme uvádět typ proměnné, interpret jazyka jej určí automaticky. Pokud provedeme přiřazení x = 5, proměnná x bude automaticky typu int (celé číslo).

Výpis proměnných a výrazů

Výpis provádíme pomocí funkce print. Ta může mít více parametrů. Pokud chceme vypisovat znaky pro aritmetické operace, musíme je dát do uvozovek či apostrofů. Příklady:

a = 3

b = 8

print(a)           # výstup: 3

print(a, b)        # výstup: 3 8

print(a + b)       # výstup: 11

print(a, "+", b)   # výstup: 3 + 8

Aritmetické operace

S čísly můžeme provádět základní aritmetické operace, zápis je stejný jako na běžných kalkulačkách (+, -, /, *). Python také nabízí podporu pro operace celočíselné dělení (//), dělení se zbytkem (%) a umocňování (**) – tyto operace se při programování často hodí.

x + y      # sčítání

x - y      # odčítání

x * y      # násobení

x / y      # dělení

x // y     # celočíselné dělení

x % y      # dělení se zbytkem

x ** y     # umocňování

V programování nemůžeme vynechávat zápis násobení tak jako v matematice, tj. nemůžeme psát y = 2x, musíme násobení zapsat s hvězdičkou y = 2*x.

Priorita operací je stejná jako v matematice a stejně jako v matematice můžeme používat závorky:

print(2+3*4)    # -> 14

print((2+3)*4)  # -> 20

x = 5

print(3*x**2)   # -> 75

print((3*x)**2) # -> 225

Zkrácený zápis

Při programování často aktualizujeme hodnotu proměnné tak, že k ní přičítáme určitou hodnotu, např. x = x + 1, money = money + wage. Protože to je častá operace, nabízí Python zkrácený zápis pomocí operátoru +=. Podobný operátor máme i pro další aritmetické operace.

x += 1           # to stejné jako x = x + 1

x *= 2           # to stejné jako x = x * 2

money -= price   # to stejné jako money = money - price

Python nabízí vestavěné funkce pro základní matematické funkce, například:

abs(x)        # absolutní hodnota x

round(x)      # zaokrouhlená hodnota x (na celé číslo)

round(x, 2)   # zaokrouhlená hodnota x na 2 desetinná místa

min(x, y)     # minimum z x, y

max(x, y, z)  # maximum z x, y

Další užitečné matematické funkce (např. log, sqrt, sin, floor) Python nabízí v knihovně math.

Logické výrazy Python vyhodnocuje na hodnoty True (pravda) a False (nepravda). Přesný zápis těchto konstant bývá zdrojem chyb:

• Velké písmeno je důležité: True je logická konstanta (pravda), kdežto true je název proměnné (která může držet libovolnou hodnotu).
• "True" a "False" (tj. názvy logických konstant psány v uvozovkách) jsou obyčejné řetězce, nikoliv konstanty se speciálním významem.

Operátory porovnání

Základním logickým výrazem je porovnání mezi dvěma výrazy (např. porovnání hodnoty proměnné a konstanty). Operátory větší/menší zapisujeme podobně jako v matematice (> a <), „větší/menší nebo rovno“ zapisujeme >= a <=. Test na rovnost provádíme pomocí dvou rovnítek (==). Test na nerovnost zapisujeme !=.

Příklady:

x = 42     # přiřazení do proměnné

x == 42    # test rovnosti

x != 42    # test nerovnosti

x > 42     # je větší

x >= 42    # je větší nebo rovno

Pozor na rozdíl mezi přiřazením do proměnné (jedno rovnítko) a testem na rovnost (dvě rovnítka).

Logické spojky

Základní logické výrazy můžeme kombinovat pomocí klasických logických spojek:

• not = negace
• and = a zároveň (konjunkce) = výsledek je True, pokud jsou oba dva argumenty True
• or = nebo (disjunkce) = výsledek je True, pokud je alespoň jeden z argumentů True

a = True    # pravda

b = False   # nepravda

c = a or b  # nebo -> True

c = a and b # a zároveň -> False

c = not a   # negace -> False

Pro procvičení významu spojek využijte cvičení Binární křížovka.

Priority logických spojek

Priority operátorů jsou sestupně: not, and, or (tj. nejvyšší prioritu má not). Pro změnu priority či větší čitelnost výrazů můžeme využít závorky.

x = a or b and c   # nejdříve se vyhodnotí and, až poté or

x = a or (b and c) # to stejné jako předchozí, jen čitelněji zapsáno

x = (a or b) and c # tentokrát se nejdřív vyhodnotí or

x = not a or b     # nejdříve not, až potom or

x = not (a or b)   # nejdříve or, potom not