Python dla każdego naukowca - 2013ftp.us4us.eu/EDU/2013/Python-dla-naukowca/Python-2013-01.pdf ·...

JĘZYK PYTHON – NARZĘDZIE DLA KAŻDEGO NAUKOWCA Dr Marcin Lewandowski [ [email protected] ]

PYTHON-2013 Marcin Lewandowski [ [email protected] ]

1 Strona kursu: http://us4us.eu/wydarzenia/kursy/

mailto:[email protected]

http://us4us.eu/wydarzenia/kursy/

O mnie… • Z wykształcenia Fizyk, na co dzień inżynier • Zainteresowania i Praca:

• elektronika, software, ultradźwięki, systemy pomiarowo-kontrolne, …

• Doświadczenia naukowe, wdrożeniowe i komercyjne • 20+ lat doświadczenia Software, fan Pythona od 10+ lat

• Pracuję w Zakładzie Ultradźwięków IPPT PAN, gdzie:

• Zajmuję się: • Projektowaniem elektronicznych systemów ultradźwiękowych dla

zastosowań medycznych i przemysłowych • Nowymi technikami przetwarzania i obrazowania sygnałów

ultradźwiękowych • Obecnie prowadzę dwa duże projekty dot. budowy uniwersalnej

badawczej platformy USG

2 PYTHON-2013 Marcin Lewandowski [ [email protected] ]

Dla kogo ten wykład? • Dla każdego:

• kto chce się nauczyć Pythona i … ułatwić sobie życie wykorzystując go w codziennej pracy

• poznać konkretne narzędzia/biblioteki/metody przydatne w pracy naukowo-badawczej

• Nie jest wymagane żadne doświadczenie programistyczne!

• A jakie jest doświadczenie/potrzeby Słuchaczy???


PLAN • Wykład z ćwiczeniami

• Wtorki 14.00-16.00 (2x45min), sala 228 • Do ćwiczeń: komputer PC (Windows, Linux, Mac)

• Zakres wykładu (wstępny):

• Wprowadzenie do języka Python (język, składania, narzędzia, biblioteki)

• Interaktywna konsola iPython • Zastosowania:

• zastosowania obliczeniowe i naukowe, • wizualizacja i tworzenie wykresów, • zbieranie i przetwarzanie danych, • obróbka i konwersja plików danych, • integracja z oprogramowaniem naukowym.

PYTHON-2013 Marcin Lewandowski [ [email protected] ] 4

Co to jest Python? • WIKIPEDIA

http://en.wikipedia.org/wiki/Python_(programming_language)

• Python is a general-purpose high-level programming language.[2] Its

design philosophy emphasizes code readability.[3] Python claims to "[combine] remarkable power with very clear syntax",[4] and its standard library is large and comprehensive. Its use of indentation for block delimiters is unusual among popular programming languages.

• Python supports multiple programming paradigms (primarily object oriented, imperative, and functional) and features a fully dynamic type system and automatic memory management, similar to that of Perl, Ruby, Scheme, and Tcl. Like other dynamic languages, Python is often used as a scripting language.

• The language has an open, community-based development model managed by the non-profit Python Software Foundation, which maintains the de facto definition of the language in CPython, the reference implementation.



http://en.wikipedia.org/wiki/High-level_programming_language




http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_library

http://en.wikipedia.org/wiki/Indentation

http://en.wikipedia.org/wiki/Delimiter

http://en.wikipedia.org/wiki/Programming_paradigm

http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming

http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming

http://en.wikipedia.org/wiki/Imperative_programming

http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_programming

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_type

http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_management

http://en.wikipedia.org/wiki/Perl

http://en.wikipedia.org/wiki/Ruby_(programming_language)

http://en.wikipedia.org/wiki/Scheme_(programming_language)

http://en.wikipedia.org/wiki/Tcl

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_language

http://en.wikipedia.org/wiki/Scripting_language

http://en.wikipedia.org/wiki/Python_Software_Foundation

http://en.wikipedia.org/wiki/De_facto

http://en.wikipedia.org/wiki/CPython

http://en.wikipedia.org/wiki/Reference_implementation_(computing)

Historia Pythona • WIKIPEDIA

http://en.wikipedia.org/wiki/Python_(programming_language) • Python was conceived in the late 1980s[5] and its implementation was

started in December 1989[6] by Guido van Rossum at CWI in the Netherlands as a successor to the ABC programming language (itself inspired by SETL)[7] capable of exception handling and interfacing with the Amoeba operating system.[8] Van Rossum is Python's principal author, and his continuing central role in deciding the direction of Python.

• Python 2.0 was released on 16 October 2000, with many major new features including a full garbage collector and support for Unicode. However, the most important change was to the development process itself, with a shift to a more transparent and community-backed process.[9] Python 3.0, a major, backwards-incompatible release, was released on 3 December 2008[10] after a long period of testing. Many of its major features have been backported to the backwards-compatible Python 2.6.[11]





http://en.wikipedia.org/wiki/Guido_van_Rossum

http://en.wikipedia.org/wiki/Centrum_Wiskunde_&_Informatica

http://en.wikipedia.org/wiki/ABC_programming_language

http://en.wikipedia.org/wiki/SETL


http://en.wikipedia.org/wiki/Exception_handling

http://en.wikipedia.org/wiki/Amoeba_distributed_operating_system


http://en.wikipedia.org/wiki/Garbage_collection_(computer_science)

http://en.wikipedia.org/wiki/Unicode



http://en.wikipedia.org/wiki/Backport


Zastosowanie Pythona • WIKIPEDIA

http://en.wikipedia.org/wiki/Python_(programming_language) • Python is often used as a scripting language for web applications, e.g.

via mod_python for the Apache web server. With Web Server Gateway Interface a standard API has been developed to facilitate these applications. Web application frameworks or application servers like Django, Pylons, TurboGears, web2py and Zope support developers in the design and maintenance of complex applications. Libraries like NumPy, Scipy and Matplotlib allow Python to be used effectively in scientific computing.

• Python has been successfully embedded in a number of software products as a scripting language, including in finite element method software such as Abaqus, 3D animation packages such as Maya, MotionBuilder, Softimage, Cinema 4D, BodyPaint 3D, modo, and Blender, and 2D imaging programs like GIMP, Inkscape, Scribus, and Paint Shop Pro.[24] ESRI is now promoting Python as the best choice for writing scripts in ArcGIS.[25] It has even been used in several videogames.[26]



http://en.wikipedia.org/wiki/Scripting_language

http://en.wikipedia.org/wiki/Web_application

http://en.wikipedia.org/wiki/Mod_python

http://en.wikipedia.org/wiki/Apache_web_server

http://en.wikipedia.org/wiki/Web_Server_Gateway_Interface

http://en.wikipedia.org/wiki/Web_Server_Gateway_Interface

http://en.wikipedia.org/wiki/Web_application_framework

http://en.wikipedia.org/wiki/Django_(web_framework)

http://en.wikipedia.org/wiki/Pylons

http://en.wikipedia.org/wiki/TurboGears

http://en.wikipedia.org/wiki/Web2py

http://en.wikipedia.org/wiki/Zope

http://en.wikipedia.org/wiki/NumPy

http://en.wikipedia.org/wiki/Scipy

http://en.wikipedia.org/wiki/Matplotlib

http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method

http://en.wikipedia.org/wiki/Abaqus

http://en.wikipedia.org/wiki/Maya_(software)

http://en.wikipedia.org/wiki/MotionBuilder

http://en.wikipedia.org/wiki/Softimage_XSI

http://en.wikipedia.org/wiki/Cinema_4D

http://en.wikipedia.org/wiki/BodyPaint_3D

http://en.wikipedia.org/wiki/Modo_(software)

http://en.wikipedia.org/wiki/Blender_(software)

http://en.wikipedia.org/wiki/GIMP

http://en.wikipedia.org/wiki/Inkscape

http://en.wikipedia.org/wiki/Scribus

http://en.wikipedia.org/wiki/Paint_Shop_Pro


http://en.wikipedia.org/wiki/ESRI

http://en.wikipedia.org/wiki/ArcGIS



Dlaczego PYTHON? • Interpretowany język wysokiego poziomu, łatwy do

nauczenia, pisania programów, uruchamiania i debuggowania

• Interaktywny, przenośny i nowoczesny (obiektowy, funkcjonalny) oraz czytelny

• Rozszerzalny i ”wbudowywalny” - pozwala na integrację z innym oprogramowaniem i bibliotekami

• Zawiera BARDZO bogate biblioteki („batteries included”) • Za darmo i Open Source


Dlaczego PYTHON? c.d. • Jakość software – dzięki czytelności i cechom języka

(OOP, modułowość, etc.) • Produktywność – znacznie większa niż w przypadku

klasycznych języków kompilowanych np. Java/C++ (mniej kodu-mniej błędów)

• Przenośność – skryptów, ale także wieloplatformowe biblioteki systemowe, GUI, WEB, dostępu do baz danych

• Integracja – dzięki możliwościom wbudowania/rozszerzania Pythona; integracja z C/C++, .NET, Java, interfejsy sieciowe SOAP, XML-RPC, etc.


WIKIPEDIA http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_programming_languages

• 30 - Data from Code Complete. The Statements ratio column "shows typical ratios of source statements in several high-level languages to the equivalent code in C. A higher ratio means that each line of code in the language listed accomplishes more than does each line of code in C.

• 31 - The ratio of line count tests won by each language to the number won by C when using the Compare to feature at http://shootout.alioth.debian.org/debian/c.php. Last updated May, 2006. C gcc was used for C, C++ g++ was used for C++, FORTRAN G95 was used for FORTRAN, Java JDK Server was used for Java, and Smalltalk GST was used for Smalltalk.


http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_programming_languages

http://en.wikipedia.org/wiki/Code_Complete

http://shootout.alioth.debian.org/debian/c.php

Do czego można użyć Pythona? • Programowania systemowe (tzw. shell tools) – Python posiada

biblioteki/interfejs do funkcji systemowych • GUI – przenośne/wieloplatformowe graficzne interfejsy

użytkownika (Tk, wxPython, Qt, GTK) • WEB – skrypty po stronie klienta i serwera. Pełne wsparcie

protokołów sieciowych TCP/IP oraz XML. Frameworks do budowy aplikacji WEBowych (Django, Zope, Pylons, …)

• Integracja komponentów – Pyhon jako „klej” do komponentów w C/C++/Fortran/Java/.NET…

• Obsługa baz danych – interfejsy do Oracle, Informix, ODBC, MySQL, PostgreSQL, SQLite, …

• Szybkie prototypowanie • Numeryka i zastosowania naukowe – obliczenia,

symulacja, wizualizacja, …


Przykłady z życia (1) • Proste skrypty do konwersji danych:

• img2mat – plik binarny (obraz 2D) na plik tekstowy do Matlaba (25 linii)

• Wczytanie/konwersja/zapis pliku CSV (~20-50 linii) • Obsługa plików HDF5 – kompatybilnych z MATLAB (~20-50 linii)

• Harmonics – obliczanie harmonicznych (FFT) dla dużych

zbiorów danych (~300 linii): • Wczytywanie danych z plików pomiarów (kostka danych, dla

każdego punktu wektor 1024 próbek) • Obliczanie FFT – biblioteka Numeric • Zapis wyników w formacie CSV


Przykłady z życia (2) • SG3 – system akwizycji danych ech ultradźwiękowych:

• Sterowanie beamformera przez RS-232 (~ 150 linii) • Sterowanie modułu akwizycji przez USB (~ 150 linii) • Moduł wrappera do systemu akwizycji (~ 500 linii kodu C)

• Sterowanie i automatyzacja pomiarów przez

HPIB/GPIB/IEEE-488 • Sterowanie oscyloskopów, generatorów, mierników (~ 50-100 linii) • Moduł wrappera do VISA (~ 600 linii kodu C)


Przykłady z życia (3) Aplikacja do wprowadzania danych i uruchamiania solvera pola ultradźwiękowego (~500 linii): • GUI – biblioteka wxPython • Obsługa plików CSV • pliki dokumentacji parametrów w HTML • Zapis plików danych FORTRAN


Przykłady z życia (4)

• GUI – biblioteka wxPython (~350 linii) • Obsługa dataloggera, modemu i komunikacji (~600 linii)


Przykłady z życia (5) – matplotlib


Dla wciąż wątpiących • Poparcie! http://docs.python.org/howto/advocacy.html • Kto używa?

http://wiki.python.org/moin/OrganizationsUsingPython • Gdzie jest używany?

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Python_software


http://docs.python.org/howto/advocacy.html

http://wiki.python.org/moin/OrganizationsUsingPython

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Python_software

Książki o Pythonie (1) • M.Lutz,

Learning Python: Powerful Object-Oriented Programming, 4-th ed., O'Reilly Media, 2009 (1216 str.)


KLASYKA!

Książki o Pythonie (2) • M.Lutz, Programming Python, O'Reilly Media, 3-th ed., 2006 (1600 str.)


KLASYKA!

Książki o Pythonie (3) P.Barry, D.Griffiths,

Head First Programming, O'Reilly Media, 2009

P.Barry, Head First Python, O'Reilly Media, 2011


COOL!

Książki o Pythonie (4) • W.McKinney, Python for Data Analysis, O'Reilly Media, 2012.


POLECAM!

Książki – Python po polsku • M.Lutz,

Python. Wprowadzenie, 4. wydanie, Helion 2010 (1184 str.)

• M.Summerfield, Python 3. Kompletne wprowadzenie do programowania, 2. wydanie, 2010 (640 str.)

• Python. Od podstaw, Helion 2006 (704 str.) • J.E.F.Friedl, Wyrażenia regularne, Helion, 2001


Książki – Python dla nauki • H.P.Langtangen, A Primer on Scientific Programming

with Python, Springer, 2009. • H.P.Langtangen, Python Scripting for Computational

Science, Springer, 2009. • S.Vaingast, Beginning Python Visualization. Crafting

Visual Transformation Scripts, Apress, 2009. • S.Tosi, Matplotlib for Python Developers, PACKT, 2009


Darmowe książki o Pythonie A. Downey, Think Python. How to Think Like a

Computer Scientist, Green Tea Press, 2008 (http://www.thinkpython.com) Dive Into Python (http://diveintopython.org/) Dive Into Python 3 (http://diveintopython3.org/) Learning with Python 2nd Edition

(http://openbookproject.net/thinkCSpy/) A Byte of Python v1.92 (for Python 3.0)

(http://www.swaroopch.com/notes/Python) Advanced Scientific Programming in Python

(http://portal.g-node.org/python-summerschool-2009/)


http://www.thinkpython.com/

http://diveintopython.org/

http://diveintopython3.org/

http://openbookproject.net/thinkCSpy/

http://www.swaroopch.com/notes/Python

http://portal.g-node.org/python-summerschool-2009/

Python w sieci • Python.org:

• http://python.org/ • http://docs.python.org/ • http://www.python.org.pl/

• KSIĄŻKI/TUTORIALE: • http://www.rmi.net/~lutz/ – Mark Lutz home page • http://www.mindview.net/Books/TIPython – Thinking in Python • http://gnosis.cx/TPiP/ – Text Processing in Python

• RECEPTY: • http://code.activestate.com/recipes/langs/python/


http://docs.python.org/

http://docs.python.org/

http://www.python.org.pl/

http://www.rmi.net/~lutz/

http://www.mindview.net/Books/TIPython

http://gnosis.cx/TPiP/

http://code.activestate.com/recipes/langs/python/

PYTHON ŚRODOWISKO


Może już mam Pythona? > python –V Python 2.7.3 -- EPD 7.3-2 (32-bit)

BINGO!


http://www.python.org/download/ Download Python • The current production versions are Python 2.7.3 and

Python 3.3.0. • Start with one of these versions for learning Python or if

you want the most stability; they're both considered stable production releases.

• If you don't know which version to use, try Python 3.3. Some existing third-party software is not yet compatible with Python 3; if you need to use such software, you can download Python 2.7.x instead.


http://www.python.org/download/

http://www.python.org/download/releases/2.7.3/

http://www.python.org/download/releases/3.3.0/

http://www.activestate.com/activepython

• ActivePython 2.7.2.5 & 3.2.2.3 • Windows (x86) • Windows (64-bit, x64) • Mac OS X (Universal) • Linux (x86) • Linux (x86_64) • Solaris • HP-UX • AIX

Dystrybucja komercyjna!


http://www.activestate.com/activepython

Portable Python: http://portablepython.com/

• Portable Python is a Python® programming language preconfigured to run directly from any USB storage device, enabling you to have, at any time, a portable programming environment. Just download it, extract to your portable storage device or hard drive and in 10 minutes you are ready to create your next Python® application.


http://portablepython.com/

http://www.python.org/

PyIMSL™ Studio: http://www.vni.com

• PyIMSL Studio is a collection of development tools and numerical algorithms for modelers and implementation teams creating analytic applications. The key component of PyIMSL Studio is PyIMSL, a set of Python wrappers to the algorithms in the Visual Numerics, Inc. IMSL C Library: • Linear Systems • Eigensystem Analysis • Interpolation and Approximation • Quadrature • Differential Equations • Transforms • Nonlinear Equations • Optimization • Special Functions • Statistics and Random Number Generation



http://www.vni.com/

Enthought Python Distribution: http://enthought.com

• Easy to use. • Python facilitates simple yet sophisticated data manipulation. • Included modules support the quick integration of GUI front-ends. • EPD's 75+ libraries (including SciPy, NumPy, matplotlib) have been

meticulously configured for maximum compatibility. • Unified and searchable documentation is available for every package. • Platform-specific one-click installers ensure immediate access to the powerful

EPD toolset. • Easy to integrate and extend.

• Read data from many formats — HDF, CDF, CSV, Matlab™, and Excel™. • Integrate your own extensions easily with EPD. • Add a custom local repository to house your additions. • Platform-agnostic scripts can be run on any OS.

• Multi-platform 32-bit & 64-bit, with updates, virtual training, and support - 199$/user >>>Single-platform 32-bit Trial and Academic – free! <<<



http://enthought.com/

http://enthought.com/products/epdlibraries.php

http://www.scipy.org/

http://numpy.scipy.org/

http://matplotlib.sourceforge.net/

Dystrybucje egzotyczne • http://www.python.org/download/other/

• MS DOS: PythonD is a 32-bit, multi-threaded, networking- and OpenGL-enabled Python interpreter for DOS and Windows :-o

• Python for AIX, Python for AROS, Python for AS/400 (OS/400), Python for BeOS, Python for iPod, Python for OS/2, Python for OS/390 and z/OS, Python for Palm OS, Python for PlayStation and PSP, Python for Psion, Python for QNX, Python for (what used to be Acorn) RISC OS, Python for Series 60, Python for Sparc Solaris, Python for VMS, Python for VxWorks, Python for Windows CE or Pocket PC, Python for Sharp Zaurus, Python for MorphOS


http://www.python.org/download/other/

Narzędzia deweloperskie • Środowiska IDE

• IDLE – razem z Pythonem • PythonWin (http://sourceforge.net/projects/pywin32) – element

PyWin32 – tylko dla systemów Windows! • ECLISPE + PyDev (http://pydev.org) • KOMODO IDE (http://www.activestate.com/komodo) – komercyjny!

• Edytory • SciTE (http://www.scintilla.org/SciTE) • KOMODO Edit (http://www.activestate.com/komodo_edit) • VIM, EMACS – „dla twardzieli”


<<< POLECAM!

http://sourceforge.net/projects/pywin32

http://pydev.org/

http://www.activestate.com/komodo

http://www.scintilla.org/SciTE

http://www.activestate.com/komodo_edit

IDLE • IDLE is the Python IDE built

with the tkinter GUI toolkit. • IDLE has the following

features: • coded in 100% pure Python,

using the tkinter GUI toolkit • cross-platform: works on

Windows and Unix • multi-window text editor with

multiple undo, Python colorizing and many other features, e.g. smart indent and call tips

• Python shell window (a.k.a. interactive interpreter)

• debugger (not complete, but you can set breakpoints, view and step)


KOMODO IDE: http://www.activestate.com/komodo

• Multi-language Support • Browser-side technologies:

CSS, HTML, JavaScript, and XML

• Server-side languages: Perl, PHP, Python, Ruby, and Tcl

• Web template languages: RHTML, Template-Toolkit, HTML-Smarty, and Django

• Multi-language Graphical Debugger

• 295$/user


http://www.activestate.com/komodo/

http://www.activestate.com/komodo/features/osx_python_debug.jpg

Python dla każdego naukowca - 2013ftp.us4us.eu/EDU/2013/Python-dla-naukowca/Python-2013-01.pdf ·...

Documents

Transcript of Python dla każdego naukowca - 2013ftp.us4us.eu/EDU/2013/Python-dla-naukowca/Python-2013-01.pdf ·...