Willkommen zu Python!

Gastbeitrag von | 20.05.2021 | Softwareentwicklung |

Dieser Blogartikel hilft Ihnen bei den ersten Schritten im Umgang mit einer der erfolgreichsten und faszinierendsten Programmiersprachen unserer Zeit: Python.

Python ist erfolgreich, weil es in praktisch allen Wissensbereichen eingesetzt wird: Naturwissenschaft, Technik, Mathematik, Musik und Kunst. Viele Menschen finden Python faszinierend, weil das Programmieren das Denken beflügelt und sich digitale Modelle elegant entwickeln und Problemlösungen verständlich formulieren lassen.

Nach einer kurzen Einführung in einige wichtige Grundbegriffe der Informatik erfahren Sie, wie Sie Python installieren und an der Tastatur erste Anweisungen ausführen. Los geht’s.

Die Programmiersprache Python

Im Unterschied zu „natürlichen“ Sprachen wie Deutsch oder Englisch, die sich über Jahrhunderte entwickelt haben, sind Programmiersprachen „künstliche“ Sprachen. Sie wurden von Fachleuten designt und speziell auf die Formulierung von Algorithmen zugeschnitten. Die ersten höheren Programmiersprachen (z.B. Fortran, Cobol und Lisp) wurden in den 1950er Jahren entwickelt. Heute (im Jahre 2021) listet Wikipedia 358 Programmiersprachen auf.¹

Die erste Python-Version wurde 1990 von dem niederländischen Informatiker Guido van Rossum veröffentlicht. Der Name der Sprache soll an die englische Comedy-Gruppe Monty Python erinnern. Seit 2001 kümmert sich die Python Software Foundation (PSF) um die Pflege, Kontrolle und Verbreitung der Sprache. (www.python.org).

Viele digitale Produkte, die Sie aus dem Alltag kennen, basieren auf Python, z.B. Google Maps, YouTube und Instagram. Im PYPL-Index (Popularity of Programming Language Index) wird die Beliebtheit einer Programmiersprache danach gemessen, wie oft bei Google nach einem Sprach-Tutorial gesucht wird. Demnach ist Python (im Jahre 2021) mit Abstand die populärste Programmiersprache.

Warum ist Python unter Programmierern so beliebt?

  • Mit der Programmiersprache können Sie sehr kurze Programmtexte schreiben. Das verbessert die Verständlichkeit eines Programms, erleichtert die Fehlersuche und verkürzt die Entwicklungszeit.
  • Die Sprache ist leicht zu lernen, da vertraute Schreibweisen verwendet werden, die man z.B. schon aus der Mathematik kennt.
  • Die Sprache unterstützt unterschiedliche Programmierstile („Paradigmen“).
  • Und zu Python gibt es viele frei verfügbare Erweiterungen (sogenannte Module) für spezielle Anwendungsbereiche wie etwa Grafik, Astronomie, Mathematik, Spracherkennung, Quantencomputer und künstliche Intelligenz.

 

Was ist ein Algorithmus?

In der Informatik versteht man unter einem Algorithmus eine präzise Anleitung zur Lösung einer Aufgabe. Ein Algorithmus besteht aus einer Folge von einzelnen Anweisungen, die so genau und eindeutig formuliert sind, dass sie auch von einem völlig Unkundigen rein mechanisch ausgeführt werden können. Algorithmen, die man aus dem Alltag kennt, sind z.B.

  • ein Kochrezept,
  • eine Anleitung zum Zusammenbau eines Regals,
  • eine Gebrauchsanweisung.

Ein Computerprogramm ist ein Algorithmus, der in einer Programmiersprache geschrieben wurde und von einem Computer „verstanden“ und ausgeführt werden kann.

Syntax und Semantik

Eine Programmiersprache ist – wie jede Sprache – durch Syntax und Semantik definiert. Die Syntax legt fest, welche Folgen von Zeichen ein gültiger Programmtext in der jeweiligen Sprache sind.

Zum Beispiel ist

kein gültiger Python-Programmtext, weil die Python-Syntax vorschreibt, dass nach dem Wort print eine runde Klammer folgen muss.

Dagegen ist die Zeichenfolge

ein syntaktisch korrektes Python-Programm. Die Syntax sagt aber nichts darüber aus, welche Wirkung dieses Mini-Programm hat. Die Bedeutung eines Programmtextes wird in der Semantik definiert. Bei diesem Beispiel besagt die Semantik, dass auf dem Bildschirm das Wort Hallo ausgegeben wird.

Bei einem Programmtext ist die Semantik eindeutig. Dagegen kann ein Text in einer natürlichen Sprache mehrdeutig sein. „Schau nach vorne!“ ist bspw. semantisch nicht eindeutig.

Interpreter und Compiler

Python ist eine sogenannte höhere Programmiersprache. Das bedeutet, dass Besonderheiten des Computers, auf dem das Programm laufen soll, nicht beachtet werden müssen. Ein Python-Programm läuft praktisch auf jedem Computer und unter jedem gängigen Betriebssystem. Eine höhere Programmiersprache ist für Menschen gemacht und ermöglicht es, gut verständliche Programmtexte zu schreiben.

Einen Programmtext, der in einer höheren Programmiersprache geschrieben ist, nennt man Quelltext (auf Englisch source code). Damit der Quelltext vom Computer abgearbeitet werden kann, muss er in eine „maschinennahe Sprache“ übersetzt werden. Dazu gibt es zwei unterschiedliche Methoden:

  • Ein Compiler übersetzt einen kompletten Programmtext und erzeugt eine direkt ausführbare (executable) Programmdatei, die vom Betriebssystem geladen und gestartet werden kann.
  • Ein Interpreter liest jede Anweisung eines Programmtextes einzeln und führt sie über das Betriebssystem direkt aus. Wenn ein Programm gestartet werden soll, muss zuerst der Interpreter aufgerufen werden.

Python ist eine interpretative Programmiersprache. Das hat den Vorteil, dass ein Python-Programm auf jeder Plattform funktioniert. Voraussetzung ist allerdings, dass auf dem Computer ein entsprechender Interpreter installiert ist. Das Betriebssystem allein ist nicht in der Lage, das Python-Programm auszuführen.

Python installieren

Python ist völlig kostenlos und wird für Microsoft Windows, Linux/Unix und macOS angeboten. Sämtliche Software, die Sie für die Arbeit mit der Programmiersprache benötigen, ist frei und kann auf http://www.python.org/download heruntergeladen werden. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf Version 3.9, die im Oktober 2020 herauskam. 

Windows

Auf der Download-Seite http://www.python.org/download werden Installationsdateien angeboten, die zu Ihrem System passen.

Download Python

Klicken Sie auf die Schaltfläche oben links mit der aktuellen Versionbezeichnung. Laden Sie das Installationsprogramm herunter und starten Sie es. Achten Sie darauf, dass im Rahmen der Installation das Verzeichnis mit dem Python-Interpreter dem Systempfad (PATH) hinzugefügt wird (siehe nächste Abbildung). Damit ist sichergestellt, dass das Betriebssystem den notwendigen Interpreter findet, wenn Sie im Konsolenfenster (Eingabeaufforderung) den Befehl python eingeben. Schließlich klicken Sie auf Install Now.

Installation Python

Linux

Auf Linux-Systemen ist Python in der Regel bereits installiert. Prüfen Sie, welche Version vorliegt, indem Sie in einem Konsolenfenster auf der Kommandozeile folgenden Befehl eingeben.

Wenn Sie keine Version von Python 3 vorfinden, müssen Sie diese nachinstallieren. Verwenden Sie am besten das Advanced Packaging Tool (APT):

macOS

Wie auf Linux-Systemen ist auch auf Apple-Computern Python in der Regel bereits installiert. Um das nachzuprüfen, öffnen Sie auf Ihrem Mac ein Terminal-Fenster (Programme|Dienstprogramme|Terminal) und geben folgenden Befehl ein:

Wenn Sie keine entsprechende Version vorfinden, besuchen Sie die Python-Website, laden eine zu Ihrem System passende Installer-Datei herunter und führen sie diese aus.

Python im interaktiven Modus

Wenn der erfolgreichen Installation, befinden sich auf Ihrem Computer folgende Komponenten:

  • der benötigte Interpreter,
  • die Entwicklungsumgebung IDLE (Integrated Development and Learning Environment),
  • eine ausführliche Dokumentation und
  • diverse Hilfsprogramme.

Sie können den Interpreter in einer Konsole (Shell) direkt aufrufen, um dann einzelne Python-Befehle auszuprobieren. Auf einem Windows-Rechner öffnen Sie eine Konsole z.B. auf folgende Weise: Geben Sie im Suchfeld unten links den Befehl cmd ein und drücken Sie die Enter-Taste. Es erscheint ein Anwendungsfenster mit dem Titel Eingabeaufforderung ungefähr wie in dieser Abbildung:

Python Eingabeaufforderung

Auf einem Mac heißt die Konsole Terminal. Drücken Sie gleichzeitig die Befehlstaste und die Leertaste, um Spotlight zu starten, und geben Sie Terminal ein.

Eine Konsole enthält die sogenannte Kommandozeile, die mit dem Prompt des Betriebssystems endet. Bei Windows ist der Prompt das Zeichen >, bei Linux und macOS $. Hinter dem Prompt des Betriebssystems geben Sie den Befehl

ein und drücken die Enter-Taste. (Achten Sie auf das kleine p zu Beginn.) Damit wird der Python-Interpreter im „interaktiven Modus“ gestartet. Unter einem Begrüßungstext sehen Sie diesen Prompt:

Im interaktiven Modus führen Sie eine Art „Gespräch“ mit dem Python-Interpreter. Hinter dem Prompt geben Sie eine einzelne Anweisung ein. Sobald Sie Enter drücken, führt der Interpreter die Anweisung aus und liefert in der nächsten Zeile ein Ergebnis – sofern die Anweisung ein Ergebnis berechnet. Im Englischen nennt man dieses Prinzip Read-Eval-Print-Loop oder kurz REPL.

Auch arithmetische Ausdrücke sind gültige Python-Anweisungen. Probieren Sie es aus:

Sie beenden den Interpreter mit der Tastenkombination (Strg)+(C).

Die Entwicklungsumgebung IDLE

IDLE (Integrated Development and Learning Environment) ist die Standard-Entwicklungsumgebung für Python. Eine Entwicklungsumgebung ist eine Software, die Programmierer benutzen, wenn sie Programme entwickeln. IDLE besteht aus der Python-Shell und einem Editor:

  • In der Python-Shell verwenden Sie die Programmiersprache im interaktiven Modus. Die Python-Shell nutzen Sie, um Anweisungen auszuprobieren und ihre Semantik zu erkunden.
  • Mit dem Editor können Sie ein Python-Programm aus mehreren Anweisungen schreiben, speichern und ausführen.

Wenn Sie IDLE starten, öffnet sich zunächst die Python-Shell. 

Python Shell

Nach einem Begrüßungstext erscheint der Prompt >>> des Interpreters. Wenn Sie eine Anweisung eingeben und Enter drücken, erscheint in der nächsten Zeile das Ergebnis.

Hotkeys für die Python-Shell

Es gibt zwei Tastenkombinationen (Hotkeys), die die Arbeit mit der Python-Shell erleichtern. Mit (Alt)+(p) und (Alt)+(n) können Sie in der Folge der zuletzt eingegebenen Kommandos (History) vor- und zurückgehen. Geben Sie zunächst zwei beliebige Befehle ein:

Wenn Sie einmal die Tastenkombination (Alt)+(p) betätigen, erscheint hinter dem letzten Prompt das vorige Kommando (previous):

Bei nochmaliger Eingabe dieses Hotkeys erscheint die vorvorige Zeile:

Fazit

Python ist eine beliebte Programmiersprache, die leicht zu erlernen ist, wie die ersten Beispiele hier andeuten. Natürlich ist es wichtig Grundbegriffe wie Algorithmus, Programm, Syntax, Semantik, Interpreter etc. zu kennen und zu verstehen, aber mit ein bisschen Übung, dieser kleinen Einleitung zur Installation und der Verwendung von Python im interaktiven Modus können Sie einfach Ihre ersten Schritte gehen. Und wenn Sie diese gehen, dann werden Sie schnell auf den Geschmack kommen…

 

Hinweise:

[1] Liste der Programmiersprachen

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem neuen Buch „Python 3 Schnelleinstieg“ von Michael Weigend. Alle Infos zum Buch, das Inhaltsverzeichnis und eine kostenlose Leseprobe finden Sie hier beim Fachbuchverlag für IT, Business und Fotografie mitp.

Python 3 Schnelleinstieg - Blog - t2informatik
Michael Weigend
Michael Weigend

Michael Weigend hat an der Universität Potsdam in Informatik promoviert. Er war mehr als 30 Jahre lang als Lehrer tätig und hat 20 Jahre an der Fern-Universität Hagen Seminare zur Didaktik der Informatik gegeben. An der Universität Münster hält er im Rahmen eines Lehrauftrags Vorlesungen zur Python-Programmierung. Darüber hinaus engagiert er sich in mehreren nationalen und internationalen Communities für den Computer-Einsatz in der Bildung, darunter Constructionism, International Federation for Information Processing (TC 3 Computers in Education), Bebras – International Contest on Informatics and Computational Thinking. Er hat über 60 wissenschaftliche Artikel veröffentlicht und mehrere Bücher zu den Themen Programmierung, Web Development und visuelle Modellierung geschrieben.