Python a su alcance

Por Rocio Rodríguez Guerrero, Carlos Alberto Vanegas y Gerardo Castang Montiel

El lector conocerá los elementos básicos para programar en este entorno, además del manejo de las estructuras de control, las colecciones de datos, la definición y estructuración de funciones y módulos, la programación orientada a objetos, la interfaz gráfica de usuario, el acceso a bases de datos y el manejo de gráficos. El texto se complementa con casos específicos de conversión análoga/digital de señales, series de Fourier para señales y funciones trigonométricas.

• Idioma: Español
• Editorial: Universidad Distrital Francisco José de Caldas
• Fecha de lanzamiento: 8 abr 2020
• ISBN: 9789587873627

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Lenguaje de programación Python ____________

Python es un lenguaje de programación creado por Guido van Rossum a finales de los ochenta, administrado por Python Software Foundation con licencia de código abierto llamada Python Software Foundation License. Dicho lenguaje es interpretado (se ejecuta utilizando un programa intermedio llamado intérprete), multiparadigma (más de un estilo de programación: estructurada, orientada a objetos), multiplataforma (se puede utilizar en diversos sistemas operativos) y de alto nivel (tiene una estructura sintáctica y semántica legible e independiente de la arquitectura de hardware) que permite la creación de aplicaciones para escritorio y en entorno web.

La sintaxis de Python es sencilla porque sus programas se asemejan al pseudocódigo (representación de la solución de un algoritmo de la forma más detallada posible en un lenguaje natural), con tipado dinámico (una misma variable puede tomar valores de distinto tipo en distintos momentos), además fuertemente tipado (no permite tratar a una variable como si fuera de un tipo distinto al que tiene) y una gran cantidad de funciones y librerías disponibles. Por tanto, con Python es posible programar algoritmos bastante complejos en pocas líneas.

Python se está convirtiendo en una alternativa para el cómputo científico convencional y para el desarrollo de aplicaciones de alto desempeño, esto se apoya en dos módulos que se relacionan entre sí:

•Numpy: añade a Python funcionalidades para el manejo de matrices y la realización de operaciones matriciales y vectoriales de forma sencilla y eficiente.

•Scipy: es una biblioteca de herramientas y algoritmos matemáticos. Contiene módulos para optimización, álgebra lineal, integración, interpolación, funciones especiales, transformada rápida de Fourier, procesamiento de señales y de imágenes, resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias, entre otras tareas para la ciencia e ingeniería.

Estos dos módulos incluyen, entre otros, los paquetes:

•Matplotlib: es una biblioteca para la generación de gráficos a partir de datos contenidos en listas o arrays.

•Ipathon: es un intérprete de comandos interactivo que adiciona funcionalidades como: resaltado de líneas y errores mediante colores, autocompletado mediante tabulador de variables, módulos y atributos, etc.

•Mayavi: es una herramienta de visualización de datos para el procesamiento de imágenes y gráficas en 3D.

Instalación y escritura de código Python

Para la instalación de Python es necesario ir a la página de descargas de la web oficial de Python: https://www.python.org/downloads/ y por defecto aparecerán los enlaces para el sistema operativo con el que se está trabajando. Se puede descargar el software de Python para los sistemas operativos Linux, como también para Windows y Mac en versión de 32 y 64 bit (para los ejemplos de este libro se descargó la versión Python-3.6.2, la cual fue instalada en el sistema operativo Windows 8.1 Pro).

Al instalarse la versión correspondiente del lenguaje de programación Python, se contará con dos posibilidades para escribir código Python y ejecutarlo: el intérprete (Shell – línea de comandos) en modo interactivo y el entorno integrado de desarrollo Python (IDLE Python).

Cuando se utiliza el intérprete en modo interactivo los comandos son leídos desde un terminal, el indicador principal de la línea de comando o prompt primario se representa por tres signos mayor que (>>>), desde donde se puede escribir código Python. Antes del prompt primario, el intérprete en modo interactivo visualiza un mensaje de bienvenida, el número de versión y una nota de derechos de autor. Para ejecutar el intérprete en modo interactivo en Windows, vaya a Inicio > Todos los programas > Python 3.6 > Python 3.6 (32 bits). Se obtendrá la figura 1.

Figura 1. Intérprete en modo interactivo Python

Fuente: autores.

Ejemplo práctico con el intérprete en modo interactivo de Python

•Escribir un programa que permita imprimir un mensaje de bienvenida desde el intérprete en modo interactivo.

Para escribir y ejecutar un programa Python desde el intérprete en modo interactivo, se deben realizar los siguientes pasos:

1. Ejecutar el intérprete: vaya a Inicio > Todos los programas > Python 3.6 > Python 3.6 (32 bit).

2. Escribir código: sitúese en el prompt primario (>>>) y escriba lo siguiente: print(Hola, bienvenidos a Python a su alcance) y a continuación pulse la tecla Intro. Se deberá visualizar la figura 2 .

Figura 2. Ejecución del código desde el intérprete en modo interactivo

Fuente: autores.

Se utilizó la función print() para realizar una impresión de texto en el intérprete. En dicha función es obligatorio escribir entre paréntesis y entre comillas dobles o sencillas el texto que se desea visualizar.

En el entorno integrado de desarrollo (IDLE, Integrated DeveLopment Environment for Python) también es posible escribir, editar y ejecutar los programas Python. Dicho código se escribe después del símbolo de petición (prompt) >>> y al pulsar la tecla Intro se ejecutará el código escrito. Al ejecutar el IDLE se visualiza el número de versión y una nota de derechos de autor.

Cuando se escribe código en el IDLE, algunas palabras cambian de color. Los colores permiten identificar los diferentes elementos, como también es posible localizar los errores. Los colores que se pueden visualizar al escribir código Python son:

•Las palabras reservadas de Python (las que forman parte del lenguaje) se muestran en color naranja

•Las cadenas de texto se muestran en verde

•Los resultados de las órdenes se escriben en azul

•Los mensajes de error se muestran en rojo

•Las funciones se muestran en púrpura

Para abrir el IDLE vaya a: Inicio > Todos los programas > Python 3.6 > IDLE (Python 3.6 32 - bit), se obtendrá la figura 3.

Figura 3. Entorno integrado de desarrollo (IDLE) Python

Fuente: autores.

Ejemplo práctico con el IDLE de Python

•Diseñar un programa que permita capturar un nombre digitado por un usuario e imprimir dicho nombre con un mensaje de bienvenida, utilizando el IDLE de Python.

Para escribir y ejecutar un programa Python desde el IDLE, se deben realizar los siguientes pasos:

1. Ejecutar el IDLE: vaya a Inicio > Todos los programas > Python 3.6 > IDLE (Python 3.6 32 - bit) . Esta es la ventana principal del IDLE, en la cual aparece el prompt >>>. Si simplemente se quiere practicar instrucciones sencillas, la ventana principal de IDLE es suficiente, pero si se trata de un programa con varias líneas de código es conveniente guardar el programa en un archivo para poderlo recuperar posteriormente.

2. Abrir una ventana secundaria: dé clic sobre la opción del menú File luego New File (o Crtl + N ), se obtendrá la figura 4 .

Figura 4. Nueva ventana de código del IDLE de Python

Fuente: autores.

3. Escribir código: en la ventana secundaria se puede escribir o modificar un programa. Como se aprecia, ya no aparece el prompt >>>, porque es un simple editor de texto. Escriba el código que aparece en la figura 5 .

Figura 5. Ventana secundaria con código Python

Fuente: autores.

Se utiliza la función print() para imprimir el texto, por otro lado, se crea una variable llamada nombre a la cual se le asigna lo digitado por teclado por intermedio de la función input().

4. Ejecutar el programa: dé clic sobre la opción Run -> run module (o F5) . Si aún no se ha guardado el archivo, se deberá visualizar la figura 6 .

Figura 6. Ventana de aviso para guardar un archivo con código Python

Fuente: autores.

Pulse el botón Aceptar para obtener la figura 7.

Figura 7. Ventana para guardar un archivo con código Python

Fuente: autores.

Seleccione la carpeta donde desea guardar el archivo. Como Nombre escriba primerprograma (el archivo se guardará con la extensión .py (primerprograma.py)), luego pulse el botón Guardar, para visualizar la figura 8.

Figura 8. Ventana de ejecución del código Python

Fuente: autores.

A cotinuación, escriba la información que le solicita el programa. Se deberá observar en la ventana principal del IDLE una figura similar a la número 9:

Figura 9. Ventana procesando el código Python

Fuente: autores.

Entornos Integrados de Desarrollo (IDE) para Python

Para programar en el lenguaje Python basta con solo realizar la instalación de la versión respectiva de Python y utilizar el entorno de desarrollo que viene por defecto: el intérprete en modo interactivo o el entorno integrado de desarrollo IDLE.

Existen otros Entornos Integrados de Desarrollo (IDE) que permiten escribir código Python de una forma más sencilla, que además de incluir el editor de texto, el intérprete contiene una serie de herramientas auxiliares que facilitan el desarrollo de aplicaciones Python.

No se puede decir cuál IDE de Python es mejor, ya que cada IDE trae diferentes características, solamente la utilización de varios IDE dará la experiencia para la elección de este, lo ideal es que el IDE que se utilice resulte cómodo y satisfaga las necesidades propias a la hora de crear aplicaciones.

A continuación, se describirán algunos de los editores (IDE) para Python existentes:

1. Boa Constructor : esta herramienta incluye un inspector de objetos, jerarquías de herencia, un depurador y ayuda integrada. La interfaz de usuario está formada por un conjunto de herramientas separadas que se emplean para crear y depurar aplicaciones desarrolladas con Python. ( http://boa-constructor.sourceforge.net/ ).

2. SciTE : es un editor de texto para programadores, con un amplio abanico de lenguajes, incluido Python. Permite exportar a PDF, Latex, RTF, XML y HTML. Además, se puede compilar en el propio editor y ver la salida del script. ( http://www.scintilla.org/SciTE.html ).

3. WingWare : IDE profesional es un ambiente integrado de gran alcance del desarrollo para el lenguaje de programación de Python. Wing IDE y Python se centran en aumentar la productividad y la calidad del código, especialmente en proyectos complejos con los requisitos cambiantes. ( http://www.wingware.com/ ).

4. PyCharm : es un entorno de desarrollo integrado con cientos de funciones, lo que puede convertir a la herramienta en un entorno pesado, pero sin duda es una gran elección para programar. Algunas de sus características fundamentales son: autocompletado, resaltador de sintaxis, herramienta de análisis, refactorización, depurador avanzado de Python y JavaScript, entre otras. ( https://www.jetbrains.com/pycharm/ ).

5. Sublime Text 3 IDE : este IDE es uno de los más livianos y potentes. Contiene muchos paquetes para darle diferentes características. Anaconda es un complemento que convierte Sublime Text 3 en un excelente IDE Python; aumenta su productividad y le ayuda a garantizar la calidad y estilo del código. ( https://devcode.la/tutoriales/plugins-de-sublime-text-para-python/ ).

6. Anaconda : es una distribución de Continuum Analytics , sus principales características son: es gratuita tanto en su versión de 32 bits como en la de 64 bits, se distribuye para Windows, Linux y Mac. Tiene un administrador de paquetes: Conda , para instalar, crear y actualizar paquetes y bibliotecas adicionales, es excelente para el desarrollo de cómputo científico empleando un lenguaje limpio y expresivo como lo es Python. ( https://www.continuum.io/downloads ).

7. Wing IDE : es comercial para desarrolladores profesionales, tiene una versión básica gratuita, una edición personal y una profesional muy potente.

Además, incluye funciones como depuración de procesos múltiples, depuración de subprocesos, depuración automática de procesos secundarios, puntos de interrupción, inspección de código, etc. También soporta una gran cantidad de frameworks Python como: Maya, MotionBbuilder, Zope, PyQt, PySide, pyGTK, Django, Matplotib y muchos más. (https://wingware.com/).

8. Vim IDE : es uno de los editores más avanzados y populares dentro de la comunidad de desarrolladores Python. Es de código abierto y se encuentra disponible gratuitamente bajo licencia GPL. Vim es ligero, modular y el más adecuado para los amantes del teclado, que no utilizan el mouse mientras se escribe código. ( http://www.vim.org/ ).

Ejemplo práctico con el IDE Anaconda Python

•Diseñar un programa que permita capturar por un usuario un nombre y una edad e imprimir nombre y la edad con un mensaje de bienvenida, utilizando los diferentes entornos de desarrollo de Anaconda Python.

Observación: Al instalarse el IDE Anaconda Python (https://www.continuum.io/downloads), se contará con tres entornos de desarrollo para escribir código Python y ejecutarlo: Anaconda prompt (línea de comandos, modo interactivo), IPython (shell interactivo que añade funcionalidades extra al modo interactivo) y Spyder (entorno de desarrollo en Python orientado a científicos y con características similares a MATLAB¹).

a) Pasos para escribir código con Anaconda Python .

1. Ejecutar Anaconda prompt: vaya a Inicio > Todos los programas > Anaconda3 (64-bit) > Anaconda prompt . Dependiendo de la ubicación donde se instaló Anaconda Python 3.6 , se podrá visualizar una ventana similar a la figura 10 :

Figura 10. Ventana Anaconda prompt

Fuente: autores.

2. Ingresar al modo interactivo : escriba Python y pulse la tecla Intro para obtener la figura 11 :

Figura 11. Modo interactivo Anaconda prompt

Fuente: autores.

3. Escribir código: en Anaconda prompt (>>>) se deberá escribir y ejecutar cada instrucción para dar solución al problema planteado. En la figura 12 se visualiza cada una de las instrucciones a escribir y ejecutar.

Figura 12. Escritura del código en Anaconda prompt

Fuente: autores.

Se utiliza la función print() para imprimir el texto, por otro lado, se crean dos variables: nombre, a la cual se le asigna el nombre digitado y edad, a la cual se le asigna la edad digitada por intermedio de la función input(). Para ejecutar cada instrucción se deberá pulsar la tecla Intro.

b) Pasos para escribir código con Anaconda IPython.

1. Ejecutar el IDE IPython: vaya a Inicio > Todos los programas > Anaconda3 (64-bit) > IPython ( figura 13 ).

Figura 13. Modo interactivo IPython

Fuente: autores.

2. Escribir código: en IPython se deberá escribir y ejecutar cada instrucción para dar solución al problema planteado. IPython añade funcionalidades extras al modo interactivo estándar de Python, como resaltado de líneas y errores mediante colores, además autocompletado mediante tabulador de variables, módulos y atributos, entre otras funcionalidades. En la figura 14 se visualiza cada una de las instrucciones a escribir y ejecutar.

Figura 14. Escritura del código en IPython

Fuente: autores.

Como se aprecia en la figura 14, el modo interactivo de IPython es más explícito que el observado en Anaconda prompt. El código escrito es similar al que se utilizó en Anaconda prompt. Por consiguiente, se utiliza la función print() para imprimir el texto, por otro lado, se crean dos variables: nombre, a la cual se le asigna el nombre digitado y edad, a la cual se le asigna la edad digitada por intermedio de la función input(). Para ejecutar cada instrucción se deberá pulsar la tecla Intro.

c) Pasos para escribir código con Anaconda Spyder.

1. Ejecutar Spyder: vaya a vaya a Inicio > Todos los programas > Anaconda3 (64-bit) > Spyder ( figura 15 ).

Figura 15. Ventana de código Spyder

Fuente: autores.

2. Escribir código : sitúese en la ventana izquierda y escriba el código necesario para dar solución al problema planteado. Se deberá visualizar la figura 16