Файл: Министерство образования науки Российской Федерации.pdf

Министерство образования науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Тульский государственный университет
Институт прикладной математики и компьютерных наук
Кафедра
Информационная безопасность
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНАИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ
№ 1-14 по дисциплине
Современные IT-технологии
Форма обучения: очная, заочная, очно-заочная
Разработчик: к.т.н., доц. Баранова Е.М.
Тула, 2022 г.

2
Практическая работа №1
Установка среды программирования
Python
1.1. Цель лабораторной работы
Изучение среды программирования языка Python
1.2 Теоретические положения
Установка среды программирования
Можно сказать, что язык программирования Python практически ничем не ограничен, поэтому может быть использован для создания крупнейших проектов, в основу которых положены принципы обработки информации, хранящейся в файлах, созданных, например, в электронных таблицах или системах управления базами данных (СУБД).
Сегодня Python используется, например, разработчиками Google и
Yandex. Основные характеристики языка Python – это простота и универсальность.
Среда программирования на языке Python называется IDLE (Integrated
Development and
Learning
Environment).
IDLE представляет собой интегрированную среду разработки и обучения на языке Python (программу для написания проектов на языке Python), созданную с помощью библиотеки
Tkinter. Программа является бесплатной и ее можно скачать по ссылке: https://python.org/downloads/windows/.
Для установки программы под операционную систему Windows необходимо выбрать Latest Python 3 Release – Python 3.4.1 (версия может быть и другая). Затем необходимо выбрать download page. Откроется список файлов, которые можно загрузить.
Если операционная система Windows 32-х битная, то потребуется файл
Windows x86 MSI installer. Если операционная система Windows 64-х битная, то потребуется файл Windows x86-64 MSI installer. После этого открывается загрузившийся файл. Файл подписан Python Software Foundation. Далее следует нажать на кнопку Выполнить и следовать инструкции по установке.
Компоненты программы можно оставить те, которые предложены по умолчанию.
Для установки программы под операционную систему Linux системы
(Ubuntu, Linux Mint и другие) необходимо проверить, установлен ли Python по умолчанию. Для этого в консоли (вызов консоли часто ctrl+alt+t) необходимо набрать команду: python3. Если Python установлен, то консоль выдаст сообщение о том, какая версия программы установлена.
Если Python не установлен, то в консоли необходимо набрать команду: sudo apt-get install python3, после чего будет установлен пакет Python 3.
Также установить пакет
Python
3 можно через
Mintinstaller/Synaptic/центр приложений Ubuntu.
В Python для Linux нет предустановленной среды IDLE. Для установки этой среды потребуется установить пакет Idle3 или Python3-idle.

3
Установка среды IDLE под Linux необязательна, так как программы можно писать в текстовом редакторе и запускать их через консоль.
Запуск среды
После запуска среды IDLE, откроется окно для написания текстов программ на языке Python (рис.1).
Рисунок 1 – Окно для написания текстов программ на языке Python
(интерактивный режим)
Первый запуск среды IDLE позволяет писать программы в интерактивном режиме, без сохранения файла.
Для перехода в основной режим необходимо выбрать меню File/New File или использовать для этого сочетание клавиш Ctrl + N.
Синтаксис языка Python
При написании программ на языке Python следует пользоваться правилами:
1. Конец строки является концом инструкции (точка с запятой не требуется).
2. Вложенные инструкции объединяются в блоки по величине отступов.
Отступ может быть любым, главное, чтобы в пределах одного вложенного блока отступ был одинаков. Целесообразно использовать несколько пробелов или знак табуляции.
3. Вложенные инструкции в Python записываются в соответствии с одним и тем же шаблоном, когда основная инструкция завершается двоеточием, вслед за которым располагается вложенный блок кода, обычно с отступом под строкой основной инструкции, например,
if x > y:
print(x).
В примере if x > y: – основная инструкция, print(x) – вложенный блок инструкций.
4. Можно записать несколько инструкций в одной строке, разделяя их точкой с запятой, например,
a = 1; b = 2; print(a, b),
однако этот случай подходит для небольших программ, если структура программы велика, это может привести не к читаемости кода.
5. Допустимо записывать одну инструкцию в нескольких строках.
Достаточно ее заключить в пару круглых, квадратных или фигурных скобок, например,
if (a =1 and b =2 and
c =3 and d = 4):
print('d').
6. Тело составной инструкции может располагаться в той же строке, что и тело основной, если тело составной инструкции не содержит составных инструкций, например,

4
if x > y: print(x).
В примере if x > y – тело составной инструкции, print(x) – тело основной инструкции, : - разделение инструкций, записанных в одной строке.
Простейшие операторы и программы языка Python
- input – оператор ввода;
- print – оператор вывода;
- инструкция if-elif-else – оператор условия, причем сначала записывается часть if с условным выражением, далее могут следовать одна или более необязательных частей elif, и, наконец, необязательная часть else (часть elif может заменять конструкции switch – case of в других языках программирования).
- цикл for проходится по любому объекту (например, массиву, строке или списку), и во время каждого прохода выполняет тело цикла;
- оператор break досрочно прерывает цикл;
- оператор continue начинает следующий проход цикла, минуя оставшееся тело цикла.
1.3. Оборудование и программное обеспечение
1. Персональная ЭВМ.
2. Операционная система Windows/Linux.
3. Среда программирования IDLE или другая среда, содержащая язык программирования Python.
1.4. Задание на работу
1. Изучить теоретические положения лабораторной работы.
2. Скачать и установить среду IDLE или другую среду, содержащую язык программирования Python.
3. Изучить команды меню главного окна программы, синтаксис и простейшие операторы языка Python.
4. Научиться сохранять набранные тексты программ в файлы.
5. Научиться загружать сохраненные файлы с текстами программ в окно редактирования среды IDLE (другой среды).
9. Ответить на контрольные вопросы.
10. Оформить отчет.
1.5. Контрольные вопросы
1. Опишите синтаксис языка Python.
2. Опишите простейшие операторы языка Python.
3. Опишите структуру ветвления (выбора) языка Python.

4. Что позволяет осуществлять функция len в языке Python?
5. Что такое объект-контейнер?

6. Что означает запись end= ‘’ на языке Python?
1.6. Правила оформления отчета
Отчет должен содержать:
1. Номер, название и цель лабораторной работы.
2. Описание процесса выполнения примеров 1-3 (коды и результаты работы программ).

5 3. Описание процесса изменения примеров 1-3 в соответствии с заданием (коды и результаты работы программ).
4. Вывод по работе.

6
Практическая работа №2
Простейшие программы на языке Python
2.1. Цель лабораторной работы
Получение навыков по составлению и отладке простейших схем и программ на языке Python
2.2. Теоретические положения
Схема программы – ориентированный граф, предписывающий однозначное выполнение действий при работе компьютерной программы.
Составление схем программ осуществляется в соответствии с ГОСТ 19.701-90
«Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения».
Часто схему программы называют алгоритмом, однако алгоритм – более широкое понятие, так как способы задания алгоритмов – различны, например, словесный, табличный, графический и другие способы. Схема программы – это графическое изображение алгоритма, на базе которого работает программа.
Указанный ГОСТ регламентирует блоки и правила их оформления при графическом изображении схем программ. Выбор блока зависит от действий, заложенных в программу. Каждое конечное действие программы в схеме описывается одним блоком.
Программа – запись действий, которые должны выполниться компьютером, составленные на «понятном» для него языке.
Простейшая программа выполняет последовательность действий, не имея ветвлений и циклов. Такая базовая структура программы называется следование или последовательность (рисунок 2).
Рисунок 2 – Базовая структура, которая называется следование или последовательность
2.3 Примеры для составления схем и программ
Пример 1: Требуется вычислить значение функции
2
x
)
x
(
y

, при x=3.
Схема работы программы для примера 1 представлена на рисунке 3.

7
Рисунок 3 – Схема работы программы для примера 1
Текст программы, составленный на языке Python для примера 1 представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Текст программы, составленный на языке Python для примера 1
Схема работы программы для примера 2 представлена на рисунке 5.
Причем, новые операторы в тексте программы выделены крупным шрифтом.
Рисунок 5 – Схема работы программы для примера 2
Текст программы для примера 2 представлен на рисунке 6.

8 а) б)
Рисунок 6 – Текст программы для примера 2 (варианты записи программы)
2.5. Оборудование и программное обеспечение
1. Персональная ЭВМ.
2. Операционная система Windows/Linux.
3. Среда программирования IDLE или другая среда, содержащая язык программирования Python.
2.6. Задание на работу
1. Изучить теоретические положения лабораторной работы.
2. Изучить команды меню главного окна программы, синтаксис и простейшие операторы языка Python.
3. Научиться сохранять набранные тексты программ в файлы.
4. Научиться загружать сохраненные файлы с текстами программ в окно редактирования среды IDLE (другой среды).
5. Получить результаты работы программ в соответствии с примерами 1-
2.
6. В примерах 1-3 произвольно изменить фразу и объект-контейнер, произвольно изменить индексы для работы цикла for.
8. Показать результаты работы преподавателю.
9. Ответить на контрольные вопросы.
10. Оформить отчет.
2.7. Контрольные вопросы
1. Опишите синтаксис языка Python.
2. Опишите простейшие операторы языка Python.
3. Опишите структуру ветвления (выбора) языка Python.

4. Что позволяет осуществлять функция len в языке Python?
5. Что такое объект-контейнер?

6. Что означает запись end= ‘’ на языке Python?
2.8. Правила оформления отчета
Отчет должен содержать:
1. Номер, название и цель лабораторной работы.
2. Описание процесса выполнения примеров 1-3 (коды и результаты работы программ).
3. Описание процесса изменения примеров 1-3 в соответствии с заданием (коды и результаты работы программ).
4. Вывод по работе.

9
Практическая работа №3
Основы алгоритмизации и программирования.
Вычисление значений функций в интегрированной среде программирования Python
(изучение структуры «ветвление»)
3.1. Цель работы
Получение навыков по вычислению значений функций при помощи написания программ на языке Python (изучение ветвления или выбора).
3.2. Теоретические положения
Для вычисления значений функций при помощи написания программ на языке Python необходимо изучить вышеизложенную теорию и проделать вышеизложенные работы.
В работе в основу составления схем программ для вычисления значения функций заложено понятие «ветвление» или «выбор».
На рисунке 7 показаны базовые структуры, представляющие собой ветвление или выбор с одним или двумя действиями.
Рисунок 7 – Ветвление или выбор с одним или двумя действиями
В тексте программ ветвление осуществляется при помощи оператора условия if then (если то). В программе указывается условие при помощи if, затем действие, которое должно выполниться при соблюдении условия при помощи then. Такая структура в программе соответствует схеме выбора с одним действием.
Также может указываться действие, которое выполниться при несоблюдении условия при помощи else. Такая структура в программе соответствует схеме выбора с двумя действиями.
Примечание: Перед и после else запятая не ставиться.
3.3. Примеры для составления схем и программ

10
Пример 3: Составить программу, вычисляющую функцию






0
,
0
,
)
(
3 2
x
x
x
x
x
y
Схема работы программы для примера 3 представлена на рисунке 11.
Рисунок 8 – Схема работы программы для примера 3
Текст программы для примера 3 представлен на рисунке 9. а) б)
Рисунок 9 – Текст программы для примера 3
Здесь реализовано ветвление или выбор с двумя действиями при помощи структуры if then else.
Разница между программы под а) и под б) в том, что во втором случае пользователь программы при ее запуске увидит запись ‘Введите значение х’ и, таким образом, будет знать, что необходимо ввести значение переменной с клавиатуры.
Примечание: Если при выводе результатов работы программы после переменных х и y ввести значения цифр, например, 3:2, то количество знаков после запятой в полученном значении будет ограничено.
3.4. Оборудование и программное обеспечение
1. Персональная ЭВМ.
2. Операционная система Windows/Linux.

11 3. Среда программирования IDLE или другая среда, содержащая язык программирования Python.
3.5 Задание на работу
1. Изучить теоретические положения лабораторной работы.
2. Набрать и отладить два варианта программы в соответствии с примером 3.
3. Получить результаты работы программы.
4. Показать результаты работы программ преподавателю.
5. Ответить на контрольные вопросы.
6. Оформить отчет.
3.6. Контрольные вопросы

1. Что такое ветвление или выбор?
2. Какие виды ветвления или выбора существуют?

3. Для чего нужен оператор if?
4. Какие функции выполняет then?

5. Какие функции выполняет else?
6. Какими особенностями обладает структура if then else?
3.7. Правила оформления отчета
Отчет должен содержать:
1. Номер, название и цель лабораторной работы.
2. Описание процесса выполнения примеров (коды, схемы и результаты работы программ).
3. Вывод по работе.

12
Практическая работа №4
Основы алгоритмизации и программирования.
Вычисление значений функций при различных переменных в интегрированной среде программирования Python
(изучение структуры «цикл»)
4.1. Цель работы
Получение навыков вычисления значений функций при различных переменных на языке Python (изучение циклов).
4.2. Теоретические положения
Для вычисления значений функций при различных переменных при помощи написания программ на языке Pyhton необходимо изучить вышеизложенную теорию и проделать вышеизложенные работы.
Действия, неоднократно повторяющиеся в программе при различных переменных, называются циклом. Возможны различные способы организации циклов:
- цикл с предусловием (условие стоит перед действием – телом цикла);
- цикл с постусловием (условие стоит после действия – тела цикла);
- цикл с параметром (тело цикла повторяется указанное количество раз для переменного цикла).
На рисунке 10 показаны базовые структуры схем программ с различными циклами.
Рисунок 10 – Базовые структуры схем программ с различными циклами
На языке Python (в среде Free Pascal):
- цикл с предусловием организуется при помощи оператора while (пока);
- цикл с постусловием организуется при помощи оператора until (до тех пор);
- цикл с параметром организуется при помощи оператора for (для).
Выбор базовой структуры определяется условиями задачи и навыками разработчика программ.
4.3. Примеры для составления схем и программ
Пример 4: Составить программу табуляции функции

13






0
,
0
,
)
(
3 2
x
x
x
x
x
y
, при
]
3
,
2
[
x


с шагом 1.
Процесс табуляции – это процесс табличного группирования вычисляемых данных. Иными словами, в примере необходимо получить таблицу, содержащую значения входной переменной х и выходной переменной y, вычисленной при соответствующей переменной х.
То есть в примере требуется получить данные определённого вида, как показано в таблице 4.
Таблица 4 – Пример табуляции функции x y
-2
-8
-1
-1 0
0 1
1 2
4 3
9
Схема работы программы для примера 4 показана на рисунке 11.
Рисунок 11 – Схема работы программы для примера 4
Текст программы для примера 4 представлен на рисунке 12.

14 а) б)
Рисунок 12 – Текст программы для примера 4
В указанном примере реализован цикл с предусловием while (пока).
Примечание: Строка программы y:=sqr(x)*x вычисляет значение куба переменной х и записывает это значение в переменную y. Оператор writeln может быть замене на оператор write. Перед и после else запятая не ставится.
Если при выводе результатов программы после переменных x и y ввести значения цифр, например, 3:2, то количество знаков после запятой в полученном значении будет ограничено.
4.4. Оборудование и программное обеспечение
1. Персональная ЭВМ.
2. Операционная система Windows/Linux.
3. Среда программирования IDLE или другая среда, содержащая язык программирования Python
4.5 Задание на работу
1. Изучить теоретические положения лабораторной работы.
2. Набрать и отладить два варианта программы в соответствии с примером 4.
3. Получить результаты работы программы.
4. Показать результаты работы программ преподавателю.
5. Ответить на контрольные вопросы.
6. Оформить отчет.
4.6. Контрольные вопросы