2. Styrstrukturer
Programmeringsteknik
Innehåll |
Villkor
Problem: Mamma ska resa till mormor över helgen. Hon är orolig för att lille Lasse, som ska vara alldeles ensam hemma, kommer att klä sig för tunt och vill därför ha ett program som hjälper honom med klädseln.
För att kunna skriva ett sådant program behöver vi lära oss två saker: hur man läser inmatning från tangentbordet och hur man jämför tal.
Inläsning
För att läsa från tangentbordet använder man en input-sats, t ex
temperatur = input()
Efter denna sats kommer variablen temperatur att innehålla det som den som körde programmet skrev på tangentbordet (och avslutade med returtangenten). Tyvärr är det svårt för den som kör programmet att fatta att det är just temperatur som ska matas in eftersom programmet inte frågar efter något. Det fixar man lätt med en print-sats:
# Exempel som visar hur inläsning går till. print "Ge utetemperatur: " temperatur = input()
Den här konstruktionen (skriv ut fråga och läs in svar) är så vanlig att man ordnat ett förkortat skrivsätt för den:
# Exempel som visar hur inläsning kan göras kortare.
temperatur = input("Ge utetemperatur: ")
Viktigt att förstå är att input-satser läser inmatningen i den ordning den kommer. Det går inte att hoppa över någon del av inmatningen. Om någon skriver t ex 17[retur]42[retur] och du endast vill läsa det andra talet (42) måste man först läsa det första (17).
Vad får a för värde om inmatningen från tangentbordet är 22 <retur> 42 <retur>?
a = input()
Svar: 22
Vad får a för värde om inmatningen från tangentbordet är 17 <retur> 12 <retur>?
a = input() a = input()
Svar: 12
Vad får a för värde om inmatningen från tangentbordet är 22 <retur> 35 <retur>?
a = input() b = input()
Svar: 22
Vad får a för värde om inmatningen från tangentbordet är 19 <retur> 67 <retur>?
b = input() a = input()
Svar: 67
Villkor
När vi väl vet temperaturen kan vi kolla om den är för låg genom att skriva:
temperatur = input("Ge utetemperatur: ")
if temperatur < 5:
print "Ta på dej en halsduk, lille vän!"
Detta program kommer att se ut så här på skärmen:
Ge utetemperatur: 1 Ta på dej en halsduk, lille vän!
eller
Ge utetemperatur: 17
Detta program kommer alltså att skriva ut texten "Ta på dig en halsduk, lille vän" endast om (svaret på frågan om) utetemperaturen är mindre än 5. Strukturen på en if-sats är:
if < BOOLESKT UTTRYCK> : < EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>
En if-sats startar med reserverade ordet if, efter ordet if ska ett uttryck som resulterar ett booleskt värde (True eller False) komma. Efter uttrycket kommer tecknet kolon (:). Efter kolon kommer de satser som ska exekveras om värdet blir True. Dessa satser ska indenteras med mellanslags- eller tabulator-tangenten. För att undvika problem bör du inte blanda indentering gjord med mellanslag och tabbar i samma fil.
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 12 och b = 12?
if a < b:
print "X",
print "Y"
Svar: "Y"
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 4 och b = 4?
if a <= b:
print "X",
print "Y"
Svar: "X Y"
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 12 och b = 17?
if a < b:
print "X",
print "Y",
print "Z"
Svar: "X Y Z"
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 8 och b = 6?
if a <= b:
print "X",
print "Y",
print "Z"
Svar: "Z"
Konstanter
Programmerare och andra nördar är kända för sin torra humor. Ett sätt att införa det i programmet är att införa en konstant. En konstant i Python är precis som en variabel, men som en konvention skriver man variabelnamnet med versaler, t ex:
MAMMAS_FRYSPUNKT = 5
temperatur = input("Ge utetemperatur: ")
if temperatur < MAMMAS_FRYSPUNKT:
print "Ta på dej en halsduk, lille vän!"
En konstant ändrar inte funktionen i ett program från användarens sida, men det gör programmet lättare att modifiera för programmeraren (ffa om programmet är stort) och rätt använd kan den också göra programmet tydligare.
Else-del i if-sats
Om villkoret temperatur < MAMMAS_FRYSPUNKT är False händer ingenting alls när man kör programmet. Det är trist programmering. Mamma vill gärna ha en uppmuntrande utskrift då och bygger ut if-satsen så här:
MAMMAS_FRYSPUNKT=5
temperatur = input("Ge utetemperatur: ")
if temperatur < MAMMAS_FRYSPUNKT:
print "Ta på dej en halsduk, lille vän!"
else:
print "Mammas gullgubbe slipper halsduk!"
Detta program kommer att se ut så här på skärmen:
Ge utetemperatur: 2 Ta på dej en halsduk, lille vän!
eller
Ge utetemperatur: 17 Mammas gullgubbe slipper halsduk!
Satserna efter else kommer alltså att utföras när villkoret i if-satsen är False.
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 13 och b = 7?
if a <= b:
print "A",
print "B",
else:
print "C",
print "D"
Svar: "C D"
Vad kommer att skrivas ut av följande program om a = 36?
MITTEN = 42
if a <= MITTEN:
print "A",
print "B",
else:
print "C",
print "D"
Svar: "A B D"
Flera villkor
Plötsligt kommer mamma på att det kan bli ännu kallare och vill ha en tredje utskrift om temperaturen är under noll.
# Ett program som visar hur if-elif-else fungerar
MAMMAS_FRYSPUNKT = 5
CELSIUS_FRYSPUNKT = 0
temperatur = input("Ge utetemperatur: ")
if temperatur < CELSIUS_FRYSPUNKT:
print "Ta på dej halsduk och mössa!"
elif temperatur < MAMMAS_FRYSPUNKT:
print "Ta på dej en halsduk!"
else:
print "Mammas gullgubbe slipper halsduk!"
Detta program kommer att se ut så här på skärmen
Ge utetemperatur: 3 Ta på dej en halsduk!
eller
Ge utetemperatur: 17 Mammas gullgubbe slipper halsduk!
eller
Ge utetemperatur: -2 Ta på dej halsduk och mössa!
Hur många villkor som helst kan kombineras med hjälp av elif. Villkoren kontrolleras i tur och ordning, uppifrån och ned. Det första villkor som blir True får programmet att fortsätta exekveringen på de närmast följande indenterade satserna efter kolon fram till nästa icke-indenterade sats. Därefter hoppas resten av if-satsen över. Om inget villkor blir True (och endast då) utförs de indenterade satserna efter else.
Vad kommer min, max och b att ha för värden efter följande satser om a = -2?
min = 5
max = 10
b = 0
if a < min:
min = a
elif a > max:
max = a
else:
b += 1
Svar: min = -2 , max = 10 samt b = 0
Likhet
När man vill testa likhet så används dubbla likhetstecken. Enkelt likhetstecken används bara till tilldelning. Exempel:
betyg = 2123
if betyg == 2000:
print "Du har precis kommit in på högskolan"
elif betyg > 2000
print "Du har kommit in på högskolan"
else:
print "Du har inte kommit in på högskolan"
Vad skrivs ut om x = 5 och y = 3?
if x > 2:
if y > 4
print "blå"
elif x == y:
print "gul"
else:
print "röd"
else:
print "grön"
Svar: "röd"
While-slingor
När en eller flera satser ska upprepas ett antal gånger är en while-sats ett bra hjälpmedel. Anta att man vill skriva ett program som skriver texten "Python" 5 gånger på skärmen. Detta kan man åstadkomma genom att använda en while-sats enligt nedan. Siffrorna i början på varje rad är för att vi ska kunna referera till raderna i texten. När man programmerar skriver man utan siffror och kolon.
1: antal_varv = 0 2: while antal_varv < 5 : 3: print "Python" 4: antal_varv += 1
Innan vi går igenom programmet presenterar vi idén bakom programkoden.
För att lösa problemet behöver vi en räknare för att hålla reda på antalet gånger texten "Python" skrivits ut så att programmet kan sluta skriva ut texten efter 5:e gången.
Programmet har alltså följande uppgifter att utföra:
- Skriva ut texten "Python"
- Skapa en räknare och nollställa den
- Kontrollera räknarens värde
- Uppdatera räknarens värde
Nu ska vi gå igenom programmet i detalj.
I rad nummer 1 har vi koden "antal_varv = 0". Där har vi valt variabeln antal_varv som ska fungera som räknare och får startvärdet 0.
Resten av program är while-satsen. Syntaxen för en while-sats liknar syntaxen för if-satser som vi har sett tidigare i lektionen om villkor.
Rad nummer 2 är "while antal_varv < 5 :" som är följande instruktion för datorn:
"Exekvera alla indragna rader som kommer efter kolon så länge variabeln antal_varv har ett värde som är mindre än 5"
Rad nummer 3 (print "Python") är en indragen rad och ingår därför i while-slingan. Den skriver ut texten "Python".
Rad nummer 4 (antal_varv += 1) ser till att räknaren ökar värdet med ett.
Uppdatering av antal_varv är ett viktig steg i while-satsen som tillsammans med villkoret "antal_varv < 5" (i rad 2) avgör om texten "Python" ska skrivas ut ytterligare en gång eller inte.
Vad skrivs ut av följande program?
i = 0 v = 1 while i < 5: v = i * v print v i += 1
Svar: 0 0 0 0 0
Hur exekveras programmet?
antal_varv=0 while antal_varv < 5 : print "Python" antal_varav += 1
I första raden av programmet får variabeln antal_varv värdet 0. Därefter exekveras uttrycket antal_varv < 5 och eftersom att 0 är mindre än 5 är villkoret uppfyllt (True) vilket får till följd att while-slingan startar. Det första som händer i den är att print "Python" exekveras. Därefter exekveras antal_varav += 1 och därmed ändrar antal_varv värde till 1. Nu är slingan slut och därför exekveras uttrycket antal_varv < 5 igen och eftersom att 1 är mindre än 5 går vi ett varv till i while-slingan. Där exekveras print "Python" och antal_varav += 1. Ovanstående tre satser upprepas ytterligare tre gånger tills antal_varv får värdet 5. När då uttrycket antal_varv < 5 exekveras, till skillnad mot alla tidigare gånger, blir värdet falskt (False) eftersom att 5 inte är mindre än 5. Och därför avslutas exekvering av while-satsen och i det här fallet avslutas även programmet då det inte finns några fler satser kvar att exekvera.
I vilken ordning exekveras följande program?
A
while B:
C
D
Vi antar följande förutsättningar:
- Programmet går endast tre varv.
- A är en godtycklig tilldelningssats.
- B är en godtycklig villkorssats som är sann i tre varv.
- C och D är godtyckliga utskriftssatser.
- ABCD
- ACCCD
- ABCCCD
- ABCBCBCD
- ABCBCBCBD
- ABCABCABCD
Svar: 5. ABCBCBCBD
En oändlig while-slinga
Om man tar bort rad nummer 4 från programmet får man följande:
antal_varv = 0 while antal_varv < 5 : print "Python"
Vi ser att variabeln antal_varv inte kommer att ändras i while-satsen. Detta gör att villkoret (antal_varv < 5) kommer förbli sant under hela programmet alltså kommer texten "Python" att skrivas ut om och om igen oändligt många gånger.
Om du råkar ut för detta när du kör ett program kan du avbryta programmet genom att trycka ctrl-c. Det gör du genom att först trycka ner tangenten märkt "ctrl" på tangentbordet och fortsätta hålla den nere och samtidigt som du också trycker ner "C".
Hur många gånger skrivs texten "hej" när man kör följande program?
v = 5 while v > 5: print "hej" v += 1 print "hej"
Svar: En gång
Kommer följande program skriva ut texten "hej då"? Om inte, varför?
i = 0 while i < 10: print "hej" print "hej då"
Svar: Nej, eftersom while-satsen är en oändlig slinga och print "hej då" är inte en del av while-satsen.
Struktur på while-sats
Strukturen på en while-sats är exakt som strukturen på en if-sats om man bara byter ut if mot while i en if-sats.
while <BOOLESKT UTTRYCK> : <EN ELLER FLERA SATSER SOM SKA EXEKVERAS>
En while-sats startar med reserverade ordet "while", efter ordet "while" ska ett uttryck som resulterar ett booleskt värde (True eller False) komma. Efter uttrycket kommer tecknet kolon (:). Efter kolon kommer de satser som ska exekveras flera gånger.
Vad är det som är fel i följande while-sats? Programmet ska skriva ut "hej" oändligt antal gånger.
i = 1 WHILE i < 10: print "hej"
- 'WHILE' och 'print "hej"' måste stå rakt under varandra och ej vara förskjutna.
- i = 1 ska tas bort.
- i < 10 ska ändras till i == 1.
- Ordet 'WHILE' ska stå med små bokstäver.
Svar: 4. Ordet 'WHILE' ska stå med små bokstäver
När ska man använda en while-sats?
En while-sats används när en eller flera rader kod ska exekveras ett bestämt eller obestämt antal gånger efter varandra.
Följande är exempel på program där antalet upprepningar är obestämd och beror på användarens inmatning:
tal=input("Gissa ett tal mellan 1 och 100:")
while tal != 74 :
tal=input("fel, försök igen:")
print "Grattis du gissade rätt!"
I vilka av följande tillfällen kan man med fördel använda sig av while-satser?
- När man vill att programmet ska skriva ut samma text flera gånger efter varandra.
- När man vill skriva ut alla tal mellan 5 och 95.
- När man vill utföra en sak 10 gånger.
Svar: Vid alla tre tillfällena!
Test
Nu är det dags för kursens andra test. Under rubriken Examination på kursens förstasida hittar du samtliga test och inlämningsuppgifter. Testet rättas automatiskt och du har möjlighet att göra om testet flera gånger om du inte lyckas på första försöket.
Inlämningsuppgift 1 (Prat i kvadrat)
I den första inlämningsuppgiften ska du skriva och skicka in ditt första pythonprogram. Programmet ska skriva ut de första n kvadrattalen: 1*1, 2*2, ... , n*n, där talet n anges av den som använder programmet. Programmet ska också skriva ut summan av dessa kvadrattal. Här är ett exempel på en körning:
Välkommen till prat i kvadrat. Hur många kvadrattal vill du skriva ut? 4 1 * 1 = 1 2 * 2 = 4 3 * 3 = 9 4 * 4 = 16 Summan av kvadrattalen: 30
Programmet ska finnas i en fil med namnet Uppgift1.py. Följ den här mallen:
# Programmeringsteknik webbkurs KTH inlämningsuppgift 1. # <Ditt namn> # <Datum> # <Kort beskrivning av vad programmet gör> <Programkod>
Innan du skickar in programmet så ska du testa att det fungerar. Kontrollera speciellt att programmet fungerar korrekt även om användaren skriver in talet 0 eller 1. (I den här uppgiften finns det inget krav på vad som ska hända om användaren matar in ett negativt tal eller skriver in något annat än ett heltal. Om du vill så får du dock gärna försöka upptäcka felaktig inmatning och skriva ut lämpliga felmeddelanden.)
När du har testat ditt program grundligt så går du till kursens förstasida. Under rubriken Examination hittar du Inlämningsuppgift 1 och där kan du lämna in filen Uppgift1.py. Observera att filen måste vara i textformat, vilket den automatiskt blir om du skapar den med hjälp av IDLE. Detta för att vi ska kunna prova och testköra ditt program.
