Zo kun je programmeren in Python - Deel 6
In de href="https://computertotaal.nl/artikelen/pc/zo-kun-je-programmeren-in-python-deel-5/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">vorige les</a> leerde je met bestanden werken en zag je hoe je je programma kunt laten reageren op exceptions. Zo beginnen je programma’s ondertussen al vrij complex te worden. Tijd dus om wat structuur in je programma’s te brengen, en dat doen we in deze les met functies en modules. We bekijken ook enkele standaardmodules van Python.
Wil je meer leren over programmeren? Bekijk dan onze Cursus: programmeren in Phyton (boek & online cursus).
Tot nu toe waren onze Python-programma’s vrij kort, maar je hebt ondertussen al genoeg Python-bagage om zelf al eens aan de slag te gaan en je eigen ideeën uit te werken in programma’s. En dan merk je al snel dat je programma lang en ondoorzichtig wordt. Gelukkig kent Python verschillende manieren om wat meer structuur in je programma’s te brengen.
De eerste manier ben je al tegengekomen: functies. We hebben immers in de vorige lessen al diverse standaardfuncties van Python gebruikt, zoals len, print, input, format, split, open, read en write. Een functie is een afzonderlijk stukje code dat een afgebakende taak uitvoert die je meerdere keren zou willen uitvoeren op verschillende gegevens. Zodra je in je programma dus merkt dat je een stukje code telkens aan het herhalen bent, zou je eerste gedachte moeten zijn: ik maak er een functie van!
Een functie definiëren
We tonen je als voorbeeld hoe je een functie maakt om te berekenen of een woord een palindroom is. Een palindroom of spiegelwoord is een woord dat van achteren naar voren gelezen hetzelfde is als van voor naar achter. Een eenvoudige functie om te bepalen of een woord een palindroom is, ziet er als volgt uit:
def is_palindroom(woord):
letters = list(woord)
palindroom = True
while len(letters) > 0 and palindroom:
if letters[0] != letters[-1]:
palindroom = False
else:
letters.pop(0)
if len(letters) > 0:
letters.pop()
return palindroom
Dit is niet de efficiëntste manier om te bepalen of een woord een palindroom is, maar wel een die goed te begrijpen is. Je ziet dat er in de definitie van deze functie eigenlijk maar twee zaken nieuw zijn: de eerste en de laatste regel. In de eerste regel geven we met def is_palindroom(woord): aan dat we een functie definiëren met de naam is_palindroom en dat die één parameter meekrijgt, die we woord noemen. Dan komt onze hele berekening, die je met al je kennis uit de vorige lessen na een kleine studie zou moeten begrijpen, en op het einde geven we met return palindroom aan dat we de waarde die na onze berekening in de variabele palindroom zit teruggeven.
Een functie aanroepen
Breek je hoofd nog even niet over de inhoud van de functie. Typ de code in Thonny in en sla het bestand op onder de naam palindroom.py. Voer het dan uit met een druk op F5. Er gebeurt niets, maar de functie is nu gedefinieerd. In de terminal onderaan Thonny kun je nu de functie aanroepen. Enkele voorbeelden:
>>> is_palindroom('nepalapen')
True
>>> is_palindroom('napalm')
False
>>> is_palindroom('koortsmeetsysteemstrook')
True
Denk nu eens even na over wat er gebeurt als je is_palindroom('nepalapen') aanroept. De functie is_palindroom wordt dan uitgevoerd en aan de variabele woord van de functie wordt de string 'nepalapen' toegekend. Dan gebeurt die hele berekening, en geeft de functie als resultaat True of False. En voor elke andere string die je aan de functie doorgeeft, gebeurt de berekening op dezelfde manier. Op deze manier heb je de berekening ingekapseld in een afzonderlijk stukje code, de functie, die herbruikbaar is.
Overigens zijn door die inkapseling de parameter woord net zoals de variabelen letters en palindroom alleen binnen het blok van de functie gedefinieerd: het zijn wat we noemen lokale variabelen.
Recursieve functies
In onze functie is_palindroom gaan we met een while-lus alle letters in het woord af. Een andere manier om de functie te definiëren is met recursie: in de functie roepen we de functie opnieuw aan, maar op een deel van het woord. Dat ziet er als volgt uit:
def is_palindroom2(woord):
if len(woord) < 2:
return True
if woord[0] != woord[-1]:
return False
return is_palindroom2(woord[1:-1])
Voeg deze functie in Thonny gewoon aan hetzelfde bestand toe als is_palindroom, sla het bestand op en druk op F5 om het uit te voeren. Je kunt nu deze functie is_palindroom2 uitproberen op enkele woorden. Het resultaat moet telkens hetzelfde zijn als is_palindroom op hetzelfde woord.
De functie is_palindroom2 is een mooi voorbeeld van een recursieve functie. We bekijken eerst of het woord minder dan twee letters bevat. In dat geval (het woord is leeg of heeft één letter) is het altijd een palindroom en daarom geven we in dat geval True terug. Daarna controleren we of de eerste letter verschilt van de laatste letter van het woord. Verschillen die, dan is het woord al zeker geen palindroom en geven we dus False terug.
Dan blijft er nog één geval over: de eerste en laatste letter van het woord zijn gelijk, maar van de andere letters weten we nog niets. Wat doen we dan? We roepen de functie is_palindroom2 opnieuw op, maar op die andere letters. Die verkrijgen we door de slice (zie les 2) [1:-1] op het woord toe te passen, die het woord zonder de eerste en laatste letter teruggeeft.
Belangrijk bij recursieve functies
Als je een recursieve functie schrijft, is het belangrijk dat je de functie telkens oproept op een kleinere invoer dan waarmee je begon, zodat je uiteindelijk bij een basistest uitkomt, zoals in ons geval if len(woord) < 2: en if woord[0] != woord[-1]:. In beide gevallen roepen we de functie is_palindroom2 niet meer aan, maar geven we een waarde True of False terug. Doordat we in het derde geval altijd de eerste en de laatste letter van het woord verwijderen voor we de functie opnieuw oproepen, verzekeren we dat de functie uiteindelijk altijd bij een van de basistests uitkomt.
Met modules werken
Zonder dat je het weet, heb je nu al je eerste module geschreven. Elk Python-bestand waarin je code schrijft, is immers een module voor Python. Maak nu een nieuw Python-bestand aan in Thonny en noem het bijvoorbeeld test_palindroom.py. Als je in dit bestand de code uit palindroom.py wilt gebruiken, moet je de module palindroom importeren. Dat gaat als volgt:
import palindroom
print(palindroom.is_palindroom("nepalapen"))
Met import palindroom zeggen we aan de Python-interpreter dat we toegang willen tot alle code in de module palindroom. Python zoekt dan naar bestanden met de naam palindroom.py in zijn zoekpad. Omdat de code test_palindroom.py in dezelfde directory staat als palindroom.py, vindt Python de module en zijn de functies is_palindroom en is_palindroom2 daarin beschikbaar onder de namen palindroom.is_palindroom en palindroom.is_palindroom2.
In dit geval is het niet zo handig dat je voor elke functie uit de module palindroom de aanduiding palindroom. dient te zetten, omdat dit nogal lang is. We kunnen de naam van een module die we gebruiken gelukkig ook afkorten:
import palindroom as pal
print(pal.is_palindroom("nepalapen"))
Het is ook mogelijk om het voorvoegsel voor de module volledig weg te laten door de specifieke functies die we willen gebruiken te importeren:
from palindroom import is_palindroom
print(is_palindroom("nepalapen"))
Dat kan ook met meerdere functies:
from palindroom import is_palindroom, is_palindroom2
print(is_palindroom("nepalapen"))
print(is_palindroom2("parterretrap"))
Zodra je Python-code wat langer wordt, is het aan te raden om ze in modules op te splitsen. Een goede vuistregel is dat elke module code voor één specifiek doel moet bevatten. In ons geval bevat de module bijvoorbeeld alle mogelijke code die met palindromen te maken heeft. Als we daarnaast ook code voor anagrammen zouden willen toevoegen, doe je dat het best in een afzonderlijke module, anagram.py.
Systeeminformatie
Python zelf bestaat ook uit een heleboel standaardmodules waarin allerlei handige functies zitten. Zo is er de module platform om informatie over het platform waarop je Python-programma draait op te vragen:
>>> import platform
>>> platform.architecture()
('64bit', 'ELF')
>>> platform.platform()
'Linux-4.15.0-33-generic-x86_64-with-Ubuntu-18.04-bionic'
>>> platform.processor()
'x86_64'
>>> platform.python_version()
'3.6.7'
>>> platform.system()
'Linux'
Verder bevat de standaardmodule os allerlei functies die met het besturingssysteem te maken hebben. Zo kun je een lijst opvragen van de bestanden in de huidige directory:
>>> import os
>>> os.listdir()
['palindroom.py', 'test_palindroom.py']
Werken met getallen
Als je met getallen wilt werken, komt de module math goed van pas. Die bevat allerlei functies voor berekeningen, zoals je in het volgende voorbeeld ziet:
>>> import math
>>> math.floor(4.3)
4
>>> math.ceil(4.3)
5
>>> math.gcd(28, 12)
4
>>> math.sqrt(2)
1.4142135623730951
>>> math.e
2.718281828459045
>>> math.pi
3.141592653589793
>>> math.sin(2*math.pi)
-2.4492935982947064e-16
In de laatste regel zie je al een nadeel van berekeningen met floats: door afrondingsfouten geeft de berekening van de sinus van 2 keer pi een heel klein getal (-2 en nog iets maal 10 tot de -16de macht) in plaats van het juiste resultaat 0.
Een andere nuttige module is random, waarmee je willekeurige getallen kunt genereren:
>>> import random
>>> random.randint(1, 10)
7
>>> random.choice(['lies', 'jan', 'kees', 'mireille', 'koen', 'rob'])
'rob'
>>> namen = ['lies', 'jan', 'kees', 'mireille', 'koen', 'rob']
>>> random.shuffle(namen)
>>> namen
['jan', 'rob', 'koen', 'mireille', 'lies', 'kees']
Zo geeft de functie randint(a, b) een willekeurig geheel getal tussen a en b terug (a en b inbegrepen). Met choice kies je een willekeurig element uit een lijst. En met shuffle schud je een lijst willekeurig door elkaar.
Samenvatting
In deze les heb je geleerd om je Python-code wat meer te structureren. Enerzijds heb je berekeningen die je vaak herhaalt in functies leren opnemen. Anderzijds heb je geleerd hoe je functies die bij elkaar horen kunt afscheiden in een afzonderlijke module. We hebben tot slot ook met enkele standaardmodules van Python kennisgemaakt. In de volgende les gaan we op de structuur van datatypes in: we tonen je hoe je zelf eigen datatypes kunt definiëren in de vorm van klassen.
Opdracht
Open de module palindroom.py in Thonny en voer ze uit met een druk op F5. Voer in de terminal onderaan de volgende opdrachten in: *>>> is_palindroom('parterretrap')True>>> woord**Traceback (most recent call last):**File "
Uitwerking
De parameter woord in de functie is een lokale variabele: die is alleen binnen het blok van de functie gedefinieerd. Als je de functie met het argument 'parterretrap' oproept, wordt die string in de functie aan de lokale variabele woord toegekend, maar na het uitvoeren van de functie is die variabele niet meer beschikbaar en geeft Python dus met een NameError aan dat het de naam woord niet kent.
Cheatsheet
Functie: een afzonderlijk stukje code dat je meerdere keren uitvoert. Importeren: aangeven dat je een module wilt gebruiken. Lokale variabele: een variabele die alleen binnen een specifiek blok (bijvoorbeeld van een functie) gedefinieerd is. Module: een afzonderlijk bestand met Python-code. Recursieve functie: een functie die zichzelf aanroept.
