Python (data structures)

Python (data structures)

Loriano Storchi

loriano@storchi.org

http:://www.storchi.org/

Data structures

●

Le strutture dati consentono di organizzare i dati in modo da rendere più efficiente il loro utilizzo e la loro gestione

●

Vedremo in particolare stringhe, liste, tuple, dizionari e

insiemi. Solo le basi minime utili per svolgere esercizi di

base

NUMERI COMPLESSI

Complex numbers

●

Un numero complesso è un numero che può essere

espresso nella forma a + ib, dove aeb sono numeri reali e i

è una soluzione dell'equazione x

= −1. Poiché nessun

numero reale soddisfa questa equazione, i è chiamato

numero immaginario.

Complex numbers

●

I numeri complessi sono intrinsecamente definiti in python

Complex numbers

●

la funzione type () viene utilizzata principalmente per scopi

di debug. Se viene passato il tipo di argomento singolo

(obj), restituisce il tipo dell’oggetto specificato.

Digressione OOP e classi

OOP

●

Object-oriented programming (OOP) è un paradigma di programmazione basato sul concetto di "oggetti", che possono contenere dati, sotto forma di campi (spesso noti come attributi o proprietà), e codice, sotto forma di procedure (spesso noti come metodi). (Wikipedia)

●

I linguaggi OOP più utilizzati sono basati sul concetto classe.

–

Python è multi-paradigma e supporta OOP

–

Una classe specifica un nuovo tipo, all'interno di una

classe sono presenti elementi di dati e metodi

OOP

OOP

STRINGS

Strings

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Una string e’ una sequenza di caratteri, in python ci sono diversi metodi / operazioni utili per la manipolazione di stringhe, una stringa in generale può essere vista come un array di caratteri

●

Operazioni tra stringhe

Strings

●

Estrarre sottostringhe, le stringhe sono vettri di caratteri

Strings : delimiter

●

: è il delimitatore che serve a "suddividere" I sottoinsiemi nelle sequenze, [inizio: fine]

●

[1: 5] è equivalente a "da 1 a 5" (5 non incluso)

●

[1:] è equivalente a "1 alla fine"

●

[: -2] da "inizio a -2" -2 non incluso

Strings

●

Estrarre sub-strings, strings sono array di caratteri

Strings

●

La classe string ha diversi methodi

●

find() Determina se la string str e’ presente, restituisce

l'indice iniziale.

Strings

●

split() restituisce un elenco di stringhe dopo aver

suddiviso la stringa usando il separatore specificato..

LISTS

Lists

●

List è una collezione ordinata e modificabile. Consente

membri duplicati.

Lists

●

Lists sono sequenze ordinate di oggetti, molte operazioni

di base sono in comune con le stringhe

Lists

●

Lists sono sequenze ordinate di oggetti, molte operazioni

di base sono in comune con le stringhe

Lists

●

Lists sono sequenze ordinate di oggetti, molte operazioni

di base sono in comune con le stringhe. Ma nel caso delle

stringhe non posso assegnare un elemento

Lists

●

Lists hanno molti metodi vedremo solo i più importanti

–

list.append(elem) -- aggiunge un singolo elemento alla fine della lista.

–

list.insert(index, elem) -- inserisce l'elemento in

corrispondenza dell'indice dato, spostando gli elementi a destra.

–

list.extend(list2) aggiunge gli elementi di list2 alla fine

della lista.

Lists

●

Lists aggiungere elementi

Lists

●

Lists aggiungere elementi

Lists

●

Lists aggiungere elementi

Lists

●

Rimuovere elementi da una lista

–

remove rimuove il primo valore corrispondente

Lists

●

Rimuovere elementi da una lista

–

del rimuove un elemento all’indice specificato

Lists

●

Rimuovere elementi da una lista

–

pop rimuove l'elemento in corrispondenza di un indice

specifico e lo restituisce

Lists

●

Il metodo sort

TUPLES

Tuples

●

Le tuple Python sono molto simili alle liste ma la loro

manipolazione è più veloce dato che sono "immutable"

Tuples

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Ma non posso modificare un valore

But...

●

Ma un dato elemento di una tupla puo’ essere mutabile, e

quindi:

DICTIONARY

Dictionary

●

A dictionary e’ una sequenza di valori, ed ogni nelemeto e’

una coppia key : value. Le chiavi sono uniche e i dizionari

vengono creati utilizzando {

Dictionary

●

Possiamo controllare se una chiave e’ presente o

meno

Dictionary

●

Possiamo anche controllare se un valore e’ presente

Dictionary

- dict.items() restituisce una lista di tuples

Dizionari

Dizionari

●

clear(): rimuove tutti gli elementi

●

pop(): rimuove e restituisce il valore corrispondete alla chiave

●

del L'istruzione rimuove l'elemento specificato dal

dizionario. Se la chiave fornita non è presente nel

dizionario KeyError.

PYTHON MEMORY

MANAGEMENT

Reference

●

Quando dichiaro una variabile chiedo una certa quantità di memoria

●

In python, l'operazione di assegnazione manipola i

riferimenti, quindi x = y non crea una copia dei dati

contenuti in y, ma crea semplicemente un riferimento a y,

ovvero x punterà a y

Reference

●

Quando scrivo x = 4 allochiamo lo spazio di memoria

necessario per contenere l'intero 4 e poi "memorizzo

l'indirizzo della" (creo il riferimento alla) locazione di

memoria in x

Reference

● Cosa succede veramente quando si incrementa x?

– L'interprete recupera il valore contenuto nell'indirizzo di memoria a cui si riferisce x

– Il risultato dell'operazione 3 + 1 viene calcolato e il risultato viene memorizzato in una nuova posizione di memoria

– Si modifica il riferimento in x, x ora farà riferimento al nuovo indirizzo in memoria in cui è memorizzato il valore 4

– Python ha un garbage collector che libera tutta la memoria allocata quando non ci sono più variabili (nomi) che fanno riferimento alle aree di memoria in questione

–

ESWERCIZIO MOLTIPLICAZIONE

MATRICI

Matrix

●

Posso utilizzare una lista di liste per memorizzare una

matrice in modo semplice

Matrix multiplication

Il prodotto è definito solo

per matrici con dimensioni

compatibili

Moltiplicazione matrice matrice

Exercise

●

Scrivi un programma che, dati due array 3x3 riempiti con numeri casuali, calcoli e stampi il risultato della

moltiplicazione di matrici

Matrix multiplication simple algorithm

● Input: matrices A and B

● Let C be a new matrix of the appropriate size

● For i from 0 to n-1:

● For j from 0 to p-1:

● Let sum = 0

● For k from 0 to m-1:

● Set sum = sum + A_ik × B_kj

● Set C_ij = sum

● Return C

ESEMPIO MONTECARLO

Monte Carlo methods

● Nelle reazioni nucleari, una particella veloce colpisce il nucleo di un atomo. Questo si frantuma in molte particelle, che colpiscono i nuclei di altri atomi vicini, che si frantumano a loro volta, secondo una reazione a catena, durante la quale viene rilasciata una grande quantità di energia. Il processo durerà fino a coinvolgere l'intero universo o si fermerà dopo un certo numero di reazioni?

● Il metodo Monte Carlo consiste nel cercare la soluzione di un problema, rappresentandolo come un parametro di una popolazione ipotetica e nella stima di questo parametro esaminando un campione della popolazione ottenuto tramite sequenze di numeri casuali

Compute PI using MC methos

MONTECARLO E CALCOLO

DEGLI INTEGRALIL

Exercise

●

Stima del segueunte integrale:

∫

sin( x)dx=cos(2)−cos(5)=−0,69981

Exercise

● Set rect_count to 0 , xmin to 2.0, xmax to 5.0 , ymin to -1.0 and ymax to 1.0

● for i from 0 to N :

● Generate x random between xmin and xmax

● Generate y random between ymin and ymax

● if sin(x) > 0.0 and (y <= sin(x) and (y >= 0.0):

● rect_count = rect_count + 1

● else if sin(x) < 0.0 and y >= sin(x) and y <= 0.0

● rect_count = rect_count – 1

● integral is equal to (xmax - xmin) * (ymax - ymin) * (rect_count / N)

∫

sin()dx=cos(2)−cos (5)=−0,69981

Vediamo un primo

esempio di utilizzo di numpy e matplotlib

ESERCIZIO

Exercise

●

Scrivete un programma per rappresentare la funzione cos

nell'intervallo -5.0 <x <5.0