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Primeros pasos con Python

Python es un lenguaje interpretado

Cuando compilamos un programa escrito en C o en Fortran generamos un ejecutable. Para hacer funcionar ese ejecutable nos basta con muy poca cosa; en el caso de un "hola, mundo" basta con simplemente ejecutarlo. El sistema operativo lo considera ejecutable y simplemente cumple sus ordenes.

Esto no sucede así en los lenguajes interpretados. El código en Python nunca llega a traducirse a algo que el sistema operativo pueda entender. En Python el programa termina convertido en un ensamblador propio que una máquina virtual es capaz de entender y ejecutar. La consecuencia principal de este método es que es imprescindible contar con un intérprete de Python instalado en el ordenador para poder ejecutar código en Python.

Esta no es hoy en día una condición demasiado severa. El único sistema operativo mayoritario que no cuenta con un intérprete de Python instalado por omisión es Windows. Linux, Mac OSX, Solaris y AIX entre otros cuentan con uno, aunque algunas veces compensa instalar una versión más actualizada que la que encontraremos en la distribución del sistema operativo. En el caso especial de Windows bastará con descargarse un instalador, darle doble clic y decir que sí a todo.

Cuando ejecutamos código en Python lo lanzamos a un intérprete que es capaz de entender este lenguaje. A diferencia de los lenguajes estáticos como C o Fortran en el que un compilador convierte el código de programa en un ejecutable que el sistema operativo es capaz de entender.

Python es un lenguaje interactivo

Python dispone de una consola interactiva con la que jugaremos un poco antes de escribir algún que otro programa.

.. only:: latex

   .. figure:: _static/consola.png
      :align: center
      :width: 10cm

      Consola de Python en la ventana de IDLE en Linux

.. only:: html

   .. figure:: _static/consola.png
      :align: center
      :scale: 100

      Consola de Python en la ventana de IDLE en Linux

La manera de acceder a esta consola difiere en función del sistema operativo. En los UNIX y derivados bastará con abrir una consola de sistema y teclear en ella python. En Windows bastará con abrir el programa correspondiente que seguro que se llamará Python shell o algo parecido.

Una vez estemos delante del intérprete de Python podemos empezar a jugar. En este respecto se trata de un lenguaje de programación parecido a Matlab, de modo que podemos probar a hacer una suma sin problemas.

>>> 2+2
4

Como seguramente intentaréis hacer algo más complicado con números, una gran parte de las funciones matemáticas básicas están en el módulo math, pero ya llegaremos a ello.

Python es un lenguaje dinámico

En Python no hay que declarar ninguna variable. Cada variable toma el tipo que tenga en cada caso lo que esté en el lado derecho del operador asignación =. Esto es cierto tanto la primera vez que se utiliza una variable como cuando se le asigna un valor a una variable ya existente.

Esto es sencillo en el caso de Python porque es un lenguaje interpretado: la mayoría de las asignaciones resuelven el tipo en tiempo de ejecución, no en tiempo de compilación del mismo modo que sucede en Matlab o Octave.

Si volvemos al intérprete:

>>> a = 2.3
>>> b = 3.2
>>> print a*b
7.36
>>> a = 2
>>> print type(a)
<type 'int'>
>>> print a*b
6.4
>>> a = 'hola'
>>> print type(a)
<type 'str'>
>>> print a*b
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'

Creo que no hace falta dedicarle un capítulo a lo que hace la sentencia print.

Obviamete, cuando intentamos multiplicar una secuencia de caracteres por un número en coma flotante obtenemos un error claramente identificado como error de tipo.

Aunque Python está lleno de sorpresas. Si vuestra intución os dice que una operación puede ser posible a lo mejor está implementada. Qizás parte del éxito de Python se debe a que la gente que lo ha estado creando durante las dos últimas décadas es gente particularmente lista. Por ejemplo... ¿Qué sucede si multiplicamos una palabra por 2?

>>> a = 'hola'
>>> print 2*a
holahola

Pues que tenemos dos veces 'hola'. Entonces, si tomamos la definición de multiplicación como una secuencia de sumas...

>>> print a+a
holahola

Python está lleno de detalles de estos así que algunas veces es bueno dejarse llevar por la intuición.

Python es un lenguaje orientado a objetos

El las carreras de informática cubrir los conceptos fundamentales de la orientación a objetos requiere una asignatura entera. De todos los paraidgmas de programación es el más exitoso que se conoce. Incluso Fortran, a partir del estándar Fortran 2003, soporta la programación orientada a objetos. Matlab era también otro lenguaje que históricamente había ignorado la orientación a objetos pero por soportarlo también, a su manera. La primera implementación de la orientación a objetos de Matlab era tan deficiente que quedó en el olvido. A la segunda consiguieron un resultado razonable gracias a casi copiar el planteamiento de Python.

Sin embargo las metodologías de programación es una temática larga y miserablemente olvidada dentro de los planes de estudios de las carreras de Ingeniería así que no nos queda más remedio que dejar un enorme hueco en este curso.

Me centraré en comentar lo más básico y fundamental de lo que es un objeto: los atributos y los métodos. De este modo veremos una clase como una manera de agrupar variables, los atributos, y funciones que operan sobre estas variables, los métodos.

Es imposible hablar de Python y no hablar sobre la orientación a objetos porque en Python prácticamente todo es un objeto. Por ejemplo un número complejo es un ejemplo especialmente simple.

>>> c = 2+3j
>>> print c,type(c)
(2+3j) <type 'complex'>
>>> c.real
2.0
>>> c.imag
3.0
>>> print c*(1j)+3
2j

Python dispone de una constante especial, j que es la unidad imaginaria. Como en Matlab y Octave es recomendable utilizarlo como sufijo de un número tal como se hace en el ejemplo. Cualquier número imaginario tiene dos atributos, su parte real y su parte imaginaria.

Si bien la suma de un número complejo es una operación trivial (es la suma de sus partes real e imaginaria respectivamente) la multiplicación no lo es. Esto significa que la clase complex tiene la operación de producto definida internamente. Podemos ver todos los atributos, métodos y operaciones disponibles para una clase utilizando la función help.

>>> help(c)
Help on complex object:

class complex(object)
 |  complex(real[, imag]) -> complex number
 |
 |  Create a complex number from a real part and an optional imaginary part.
 |  This is equivalent to (real + imag*1j) where imag defaults to 0.
 |
 |  Methods defined here:
 |
 |  __abs__(...)
 |      x.__abs__() <==> abs(x)
 |
 |  __add__(...)
 |      x.__add__(y) <==> x+y
 |
 |  __coerce__(...)
 |      x.__coerce__(y) <==> coerce(x, y)

 (...)

Esta función que aparece como __abs__() es en realidad la función valor absoluto, de modo que estas dos operaciones:

>>> abs(c)
3.605551275463989
>>> c.__abs__()
3.605551275463989

Son equivalentes a todos los efectos.

En Python todo está modularizado

Esta sí es una diferencia esencial entre Matlab/Octave y Python. En estos lenguajes cualquier función de la biblioteca está accesible al intérprete. Esto hace que, a medida que el número de funciones crece, crezca también la probabilidad de conflictos.

En Python todas las bibliotecas, incluso la biblioteca estándar, están modularizadas. Por ejemplo, si queremos calcular el seno de pi tendremos que importar antes el módulo que contiene tanto la función seno como el valor de pi

>>> import math
>>> math.sin(math.pi)
1.2246063538223773e-16

Dos puntos a tener en cuenta:

• Cada módulo es en sí un objeto. En este caso, después de importar math, hemos llegado a la constante pi como un atributo del módulo y a la función sin como un método.
• Prácticamente la totalidad de módulos o scripts en Python importan algún módulo. Podemos importar módulos prácticamente en cualquier punto de la ejecución pero por convención se suelen importar al principio.

Ahora podéis pensar que para la función seno o para :math:pi, tener que arrastrar el nombre math puede ser algo tedioso; especialmente si no hay una intención especial de agrupar las funciones de este módulo. Si queremos importar sólo sin y pi podemos hacerlo de la siguiente manera:

>>> from math import sin,pi
>>> sin(pi)
1.2246063538223773e-16

También podéis pensar... ¿Y si tengo que importar veinticinco funciones del módulo math? ¿Tengo que escribirlas todas en la llamada a import? Evidentemente no. Podemos utilizar un wildcard para importar todo el contenido del módulo y ponerlo a disposición del programa:

>>> from math import *
>>> sin(pi)
1.2246063538223773e-16
>>> cos(pi)
-1.0
>>> tan(pi)
-1.2246063538223773e-16

Aunque esta manera de importar el contenido de los módulos es bastante práctica porque evita olvidos no es la recomendada para producción.

Python incluye baterías, pero no cargador

En la introducción, porque siempre es mala idea no leer la introducción, mencioné que para programar en Python es una gran idea acostumbrarse a utilizar un interfaz de desarrollo integrada (IDE) como Eclipse; algo más sofisticado que IDLE.

Cuando se dice que Python incluye baterías se menciona el hecho que la biblioteca estándar es enorme comparada con otros lenguajes de programación, que sólo incluye funcionalidades básicas. La biblioteca estándar de Python incluso viene con la posibilidad de generar interfaces gráficas con ventanas en cualquier sistema operativo.

Pero Python no es Matlab ni Visual Basic en el sentido que uno debe decidir cómo programará, gestionará y ejecutará sus scripts o módulos. Es más, debido a que Python tiene la gran particularidad de que el significado de un programa depende de cómo se ha escrito es prácticamente imprescindible utilizar una herramienta específica.

A modo de ejemplo ejecutaremos un "Hola, mundo!" portable, es decir, podemos seguir exactamente el mismo método en cualquier sistema operativo.

Una vez abrimos IDLE, en el menú archivo seleccionamos nueva ventana, lo que abrirá un editor en el que podemos escribir el programa. Entonces en esta nueva ventana escribimos lo siguiente:

if __name__ == '__main__':
    print 'Hola, Mundo!'

.. only:: latex

   .. figure:: _static/editor.png
      :align: center
      :width: 10cm

      Editor para Python de IDLE en Linux

.. only:: html

   .. figure:: _static/editor.png
      :align: center
      :scale: 100

      Editor para Python de IDLE en Linux

Justo después de escribir los dos puntos finales de la primera línea veremos que el editor nos sitúa automáticamente a cuatro caracteres del margen izquierdo. El motivo puede parecer puramente estético pero leed otra vez el programa. Hay un condicional, un if, y ninguna sentencia que termine el bloque. No hay ningún end ni corchetes que encapsulen las sentencias ejecutables.

Lo que determina la prioridad del bloque de código es precisamente la separación respecto al margen izquierdo. Todo lo que esté indentado después de los dos puntos es parte del bloque if. La necesidad de utilizar una herramienta específica radica aumentar la facilidad en la que se maneja la indentación del código. En IDLE, por ejemplo, para cambiarla basta con apretar el tabulador o backspace al principio de cada línea para cambiarla.

Pero si comparamos IDLE con el IDE de Matlab seguimos echando de menos un montón de piezas: la ayuda integrada, algo que nos permita navegar entre los objetos, un debugger, un profiler... Parte de la gracia de cualquier lenguaje de programación, y es también el caso de C o Fortran, es llegar a un entorno de desarrollo con el que nos sintamos cómodos. La comodidad es una sensación muy personal y para conseguirla puedo ayudaros muy poco.

Ahora, en la ventana del editor, seleccionad run y luego run module o pulsad F5. En el intérprete aparecerá un Hola, Mundo!.

La parte inicial, el if __name__ == '__main__': es una convención de Python que viene a decir que lo que hay a partir de esta línea tiene que ejecutarse si se ejecuta el archivo .py. Lo utilizaremos otras veces y veremos de su importancia más adelante.

Python es también una calculadora

El intérprete cuenta con todas las operaciones aritméticas usuales: suma, resta, multiplicación, división...

Sólo hay que hacer un par de puntualizaciones al comportamiento del lenguaje. El símbolo correspondiente a la potencia es el doble asterisco, **, como en Fortran.

>>> 2**10
1024

Otra diferencia es el operador modulo que da el residuo de la división entrera entre dos números. En Matlab, Octave y Fortran este operador es una función, a diferencia de C en el que se trata de un operador. Python comparte la convención con C al respecto

>>> 5%2
1

La división tiene un comportamiento un poco particular en Python 2 y depende del tipo de cada operador. Si tanto el numerador como el denominador son números enteros, el operador / corresponde a la división entera y no a la división en coma flotante. Sin embargo, si alguno de los dos operandos es un número en coma flotante el resultado también lo será.

>>> 5/2
2
>>> 5.0/2
2.5

Sin embargo este comportamiento se corregirá en Python 3 de manera que cualquier división será la división en coma flotante. Podemos modificar el comportamiento de Python 2 utilizando el módulo __future__ que introduce algunas de las modificaciones que recibirá el lenguaje en el futuro

>>> from __future__ import division
>>> 5/2
2.5

Por lo demás el comportamiento respecto a las operaciones aritméticas es el mismo e importando los módulos math y cmath conseguiremos funcionalidades equivalentes a cualquier calculadora. Aunque aún estamos muy lejos de algo parecido a Matlab y Octave.