Giáo trình Python Tin học 11

Nội dung tài liệu: Giáo trình Python Tin học 11

1. BIÊN SOẠN THEO SÁCH GIÁO KHOA TIN HỌC 11 – NXB GIÁO DỤC Python TIN HỌC @dainganxanh, MA. - 2020
2. BẢN THẢO – THÁNG 9, 2020 Mọi ý kiến trao đổi, đóng góp xin gửi về: [email protected] Đăng ký nhận bản hoàn chỉnh tại: www.dainganxanh.com CLICK ĐỂ ĐĂNG KÝ SÁCH
3. Python là gì ? Python là một ngôn ngữ lập trình bậc cao do Guido van Rossum tạo ra và lần đầu ra mắt vào năm 1991. Python vừa hướng thủ tục (procedural- oriented), vừa hướng đối tượng (object-oriented) đồng thời có thể nhúng vào ứng dụng như một giao tiếp kịch bản (scripting interface). Thế mạnh của Python là rất gần gũi với ngôn ngữ tự nhiên (tiếng Anh), cấu trúc rõ ràng, dễ đọc, dễ học. Python hiện nay là ngôn ngữ lập trình phổ biến rộng rãi ở châu Âu, châu Mỹ và được coi như ngôn ngữ lập trình trường học. Python được dùng để phát triển các ứng dụng web, game, khoa học dữ liệu (tính toán, phân tích, khai thác dữ liệu), máy học và trí tuệ nhân tạo, Tài liệu dùng kèm Sách giáo khoa Tin học 11 của Bộ Giáo dục và Đào tạo (NXB. Giáo Dục - Tái bản lần thứ 4, năm 2009). Tài liệu được trình bày theo cấu trúc Sách giáo khoa Tin học 11. Các ví dụ và bài tập, bài thực hành trong sách giáo khoa được trình bày lại bằng ngôn ngữ lập trình Python một cách chi tiết, đầy đủ. Bổ sung một số kiến thức, kỹ thuật lập trình cần thiết để sử dụng ngôn ngữ lập trình Python trong dạy và học chương trình Tin học 11.
4. MỤC LỤC TRƯỚC KHI BẮT ĐẦU ...................................................................... 1 1. Hướng dẫn đọc ...................................................................... 1 2. Cài Python ............................................................................. 1 3. Cài chương trình soạn thảo ................................................... 1 Chương 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM ...................................................... 3 §1. KHÁI NIỆM VỀ LẬP TRÌNH VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH .... 3 Lưu ý ......................................................................................... 3 §2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ................ 3 Các thành phần cơ bản .............................................................. 3 Một số khái niệm ...................................................................... 3 Chương 2. CHƯƠNG TRÌNH ĐƠN GIẢN ........................................ 6 §3. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH ..................................................... 6 Câu trúc chung .......................................................................... 6 Các thành phần của chương trình ............................................. 6 Ví dụ chương tình đơn giản ...................................................... 7 §4. MỘT SỐ KIỂU DỮ LIỆU CHUẨN ............................................... 8 Kiểu nguyên .............................................................................. 8 Kiểu thực ................................................................................... 8 Kiểu kí tự .................................................................................. 8 Kiểu logic .................................................................................. 9 §5. KHAI BÁO BIẾN ......................................................................... 10 §6. PHÉP TOÁN, BIỂU THỨC, CÂU LỆNH GÁN ......................... 11 Phép toán ................................................................................. 11 Biểu thức số học ...................................................................... 12 Hàm số học chuẩn ................................................................... 12 Biểu thức quan hệ ................................................................... 12 Biểu thức logic ........................................................................ 12
5. Câu lệnh gán ........................................................................... 12 §7. CÁC THỦ TỤC CHUẨN VÀO RA ĐƠN GIẢN ........................ 14 Nhập dữ liệu vào từ bàn phím ................................................. 14 Đưa dữ liệu ra màn hình ......................................................... 14 §8. SOẠN THẢO, DỊCH, THỰC HIỆN VÀ HIỆU CHỈNH CHƯƠNG TRÌNH .......................................................................................... 16 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 1 ........................................................... 18 Mục đích, yêu cầu ................................................................... 18 Nội dung .................................................................................. 18 CHƯƠNG III. CẤU TRÚC RẼ NHÁNH VÀ LẶP ........................... 20 §9. CẤU TRÚC RẼ NHANH ............................................................. 20 Rẽ nhánh ................................................................................. 20 Câu lệnh if ............................................................................... 20 Câu lệnh ghép ......................................................................... 21 Một số ví dụ ............................................................................ 22 §10. CẤU TRÚC LẶP ........................................................................ 24 Lặp .......................................................................................... 24 Lặp với số lần biết trước ......................................................... 24 Lặp với số lần chưa biết trước ................................................ 25 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 2 ........................................................... 27 CHƯƠNG IV. KIỂU DỮ LIỆU CÓ CẤU TRÚC .............................. 31 §11. KIỂU MẢNG .............................................................................. 31 Kiểu mảng một chiều .............................................................. 31 Kiểu mảng hai chiều ............................................................... 37 Các thao tác xử lý list .............................................................. 39 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 3 ........................................................... 42 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 4 ........................................................... 44 §12. KIỂU XÂU ................................................................................. 46 Khai báo .................................................................................. 46
6. Các thao tác xử lý xâu ............................................................. 46 Một số ví dụ ............................................................................ 52 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 5 ........................................................... 54 §13. KIỂU BẢN GHI .......................................................................... 55 Khai báo .................................................................................. 55 Gán giá trị ............................................................................... 55 Các thao tác cơ bản với kiểu dict ............................................ 57 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ..................................................................... 59 CHƯƠNG V. TỆP VÀ THAO TÁC VỚI TỆP .................................. 64 §14. KIỂU DỮ LIỆU TỆP .................................................................. 64 Vai trò của kiểu tệp ................................................................. 64 Phân loại tệp và thao tác với tệp ............................................. 64 §15. THAO TÁC VỚI TỆP ................................................................ 65 Khai báo .................................................................................. 65 Thao tác với tệp ....................................................................... 65 §16. VÍ DỤ LÀM VIỆC VỚI TỆP ..................................................... 68 CHƯƠNG VI. CHƯƠNG TRÌNH CON ............................................ 70 §17. CHƯƠNG TRÌNH CON VÀ PHÂN LOẠI ............................... 70 Khái niệm chương trình con ................................................... 70 Phân loại và cấu trúc của chương trình con ............................ 71 §18. VÍ DỤ CÁCH VIẾT VÀ SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH CON . 75 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 6 ........................................................... 77 Mục đích, yêu cầu ................................................................... 77 Nội dung .................................................................................. 77 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 7 ........................................................... 78 Mục đích, yêu cầu ................................................................... 78 Nội dung .................................................................................. 78 §19. THƯ VIỆN CHƯƠNG TRÌNH CON CHUẨN ......................... 82
7. Module .................................................................................... 82 Package ................................................................................... 83 Thư viện đồ họa Turtle............................................................ 83 BÀI TẬP VÀ THỰC HÀNH 7 ........................................................... 85 Mục đích, yêu cầu ................................................................... 85 Nội dung .................................................................................. 85 Tìm hiểu thêm về Python .................................................................... 89
8. TRƯỚC KHI BẮT ĐẦU 1. Hướng dẫn đọc Sách này dùng kèm với sách giáo khoa Tin học 11 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Năm tái bản lần thứ 2, năm 2009 (SGK). Những phần chỉ có tiêu đề, không có nội dung nghĩa là sử dụng nguyên văn nội dung được trình bày trong SGK (các nội dung được trình bày trong SGK là phù hợp với Python). Nội dung sách này bám sát theo đúng cấu trúc của SGK. Vì vậy sách chỉ trình bày và giải quyết các vấn đề được SGK nêu - đó chỉ là một phần rất cơ bản của lập trình và ngôn ngữ lập trình. Để có thể lập trình và làm chủ ngôn ngữ lập trình Python thì chúng ta cần nghiên cứu thêm các tài liệu khác (có giới thiệu ở cuối sách). 2. Cài Python Tải về từ và tiến hành cài đặt (chọn phiên bản 3.8 trở lên). Sau khi hoàn tất cài đặt có thể kiểm tra: - Nhấn phím Windows gõ cmd → Enter - Gõ: python --version → Enter Lúc này sẽ hiển thị phiên bản Python đã cài đặt trên máy tính. 3. Cài chương trình soạn thảo Để lập trình theo một ngôn ngữ nào đó ta đều cần có chương trình cho phép gõ các câu lệnh và ra lệnh thực thi các câu lệnh đó. Trong các trường học, để lập trình với Pascal ta thường sử dụng FreePascal, với C ta thường dùng CodeBlock, Với Python, ta có nhiều lựa chọn. Dưới đây là một số gợi ý: 1
9. 1) Notepad++ Tải về tại đây: Đặc điểm: Đơn giản, dễ sử dụng. Nhược điểm: Phải cài thêm plugin để debug. 2) Thonny Tải về tại đây: Thonny có giao diện đơn giản, cấu hình nhẹ (trên cùng một máy khởi động nhanh hơn nhiều so với Pycham hay Spyder). Hỗ trợ debug trực quan giúp ta dễ theo dõi và hình dung quá trình thực thi chương trình. Sử dụng thư viện / module chuẩn của Python phát hành (không bổ sung hay import sẵn module). 3) PyCharm Educational Edition Tải về tại đây: PyCharm là môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng (IDE) được phát triển bởi Jet Brains và được thiết kế đặc biệt cho Python. Tuy nhiên PyCharm khởi động khá nặng nề và yêu cầu làm việc với project. Như vậy, tùy nhu cầu sử dụng và kỹ năng lập trình mà chúng ta lựa chọn trình soạn thảo cho phù hợp. Đối với người mới bắt đầu học Python thì nên dùng Thonny để thực hành. 2
10. Chương 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ LẬP TRÌNH & NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH §1. KHÁI NIỆM VỀ LẬP TRÌNH VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH Lưu ý Python là một ngôn ngữ lập trình phiên dịch (Interpreter Language), tức là không cần build thành file thực thi mà chạy trực tiếp. (Pascal và C++ phải build trước khi thực thi). Các nội dung còn lại được trình bày của phần này trong SGK Tin học 11 là phù hợp với Python. §2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH Các thành phần cơ bản Nội dung trình bày của phần này trong SGK Tin học 11 là phù hợp với Python. Lưu ý thêm: Python sử dụng mặc định mảng mã Unicode thay vì ASCII như Pascal. Như vậy, khái niệm “bảng chữ cái” trong Python là các ký tự trong bảng mã Unicode. Tên biến và các đối tượng trong chương trình Python có để đặt bằng tiếng Việt có dấu. Một số khái niệm a) Tên Trong Python, Tên các đối tượng được đặt bằng các ký tự thường (a- z), ký tự in hoa (A-Z), chữ số (0-9) và dấu gạch dưới _ . 3
11. Tên đối tượng không bắt đầu bằng chữ số, không dùng các ký tự đặc biệt như !, @, #, và được phân biệt chữ hoa, chữ thường. Tên trong Python không giới hạn độ dài. Tuy nhiên nên đặt tên có tính gợi nhớ về đối tượng. Ví dụ đặt tên biến để lưu giá trị đếm số lần thực thi thì nên đặt là “dem” hay “count”, Tên dành riêng Tên dành riêng được hiểu là Từ khóa (keyword) trong Python. Keyword được định nghĩa sẵn để sử dụng. Chúng ta không thể dùng keyword để đặt tên biến, tên hàm hoặc bất kỳ đối tượng nào trong chương trình. Tất cả các keyword trong Python đều được viết thường, trừ 03 keyword: True, False, None. Ví dụ một số keyword: True, False, await, else, import, pass, break, except, in, and, or, . Thực tế thì không cần nhớ keyword vì khi gõ trình soạn thảo sẽ có gợi ý các keyword (ta tránh đặt tên đối tượng trùng với các keyword được gợi ý) và nếu đặt trùng tên keyword thì khi chạy chương trình sẽ báo lỗi. Tên chuẩn Tên chuẩn là những tên đã được định nghĩa (tên module) thuộc thư viện chuẩn của Python. Ví dụ: math (module các hàm toán học thông dụng như sin, cos, tan, sqr, sqrt, ). b) Hằng và biến Trong phần này ta nên nói về biến trước khi nói về hằng. Biến Biến là đại lượng (đối tượng) được đặt tên, dùng để lưu trữ giá trị và giá trị có thể dược thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình. 4
12. Biến trong Python không cần khai báo trước, không nhất thiết phải khai báo kiểu dữ liệu. Khi đặt tên và gán giá trị Python tự động nhận dạng và tùy biến theo kiểu dữ liệu được gán. Hằng Hằng là một loại biến đặc biệt, giá trị của hằng là không đổi trong suốt chương trình sau lần gán giá trị đầu tiên. Tên hằng được viết hoàn toàn bằng CHỮ HOA và dấu gạch dưới (nếu cần). c) Chú thích Chú thích trong Python có thể sử dụng các cách sau: # dùng dấu thăng đầu dòng khi chú thích trên một dòng. ''' dùng ba dấu nháy đơn hoặc nháy kép Khi chú thích trên nhiều dòng ''' 5
13. Chương 2. CHƯƠNG TRÌNH ĐƠN GIẢN §3. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH Câu trúc chung Trong Python không cần có Ta có thể thay phần khai báo bằng một ghi chú về chương trình. Các thành phần của chương trình 2.1 Phần khai báo Phần này có thể thay bằng một dòng ghi chú về tên chương trình Ví dụ: # giải phương trình bậc 2 Python không cần thiết phải khai báo biến, hằng trong phần khai báo mà khi nào dùng đến đối tượng nào thì khai báo đối tượng ấy. Ví dụ. Khai báo thư viện (module) các hàm toán học: import math # khai báo dùng thư viện các hàm toán học Khai báo biến: a = 0 Khai báo hằng: TONG = 100 6
14. 2.2 Phần thân chương trình Phần thân chương trình Python là các câu lệnh thực thi. Ví dụ chương tình đơn giản Ví dụ 1. print(‘Xin chào các bạn!’) Ví dụ 2. print(‘xin chào các bạn!’) print(‘Mời các bạn làm quen với Python’) Xin lưu ý, code trong Python mặc định xâu ký tự ở chuẩn unicode nên có thể gõ tiếng Việt có dấu thoải mái. 7
15. §4. MỘT SỐ KIỂU DỮ LIỆU CHUẨN Trong Python có 5 kiểu dữ liệu chuẩn gồm: Numers, String, List, Tuple, Dictionary. Trong bài này chúng ta tìm hiểu các kiểu dữ liệu được trình bày trong Bài 4, SGK Tin học 11. Những kiểu dữ liệu khác sẽ được trình bày trong bài khác hoặc phần đọc thêm cuối sách. Kiểu nguyên Kiểu nguyên (int) trong Python không giới hạn số ký tự mà chỉ phụ thuộc vào bộ nhớ máy tính. Khi gán một giá trị là số nguyên cho một biến thì biến đó tự động được gán kiểu số nguyên. a = int(5.5) b = 120 # gán cho biến a một số nguyên có giá trị là 5.5 ➔ a sẽ nhận giá trị là 5. Kiểu thực Kiểu thực (float) trong Python có giới hạn tối đa 15 chữ số phần thập phân. Khi gán một giá trị là số thực cho một biến thì biến đó tự động được gán kiểu số thực. a = float(5) b = 3.14 # gán cho a số thực có giá trị là 5 ➔ a sẽ nhận giá trị là 5.0 Kiểu kí tự 8
16. Python không có kiểu char như Pascal. Một ký tự (kiểu char của pascal) được coi như một xâu có độ dài bằng 1 trong Python. Kiểu xâu (str) hay còn gọi là kiểu chuỗi không giới hạn độ dài. Tuy nhiên, Python cung cấp các hàm chr() và ord() để lấy vị trí của ký tự trong bảng mã Unicode và ngược lại. Chương trình dưới đây cho thấy mã của chữ Â trong bảng mã unicode là 194. print(ord('Â')) print(chr(194)) Kết quả: 194 Â Kiểu logic Kiểu logic (bool) trong Python có giá trị True hoặc False Ngoài ra, Python còn có các kiểu dữ liệu: complex; list, tuple, range; dict; set, frozenset; bytes, bytearray, memoryview. Trong phần sau của chương trình chúng ta sẽ tìm hiểu thêm. 9
17. §5. KHAI BÁO BIẾN Trong Python một biến không cần khai báo kiểu dữ liệu. Khi ta gán giá trị thì tự động Python sẽ tùy biến kiểu dữ liệu của biến cho phù hợp với dữ liệu được gán vào. Như vậy một biến có thể có nhiều kiểu dữ liệu tùy thuộc vào giá trị mà ta gán. Ví dụ trong cùng một chương trình khai báo như sau biến a sẽ tự động chuyển đổi kiểu để lưu giá trị được gán: a = 'Học Python' # biến a có kiểu xâu a = 5 # biến a đổi sang kiểu nguyên a = 5.5 # biến a đổi sang kiểu thực a = True # biến a đổi sang kiểu logic Ta có thể ép kiểu cho biến bằng cách khai báo kiểu cho giá trị gán cho biến. Ví dụ: a = str(5) # a là một biến kiểu xâu b = int(5.5) # b là một biến kiểu nguyên c = float(5) # c là một biết kiểu thực Nếu thực hiện lệnh print(a+b) thì Python sẽ báo lỗi vì không thể cộng một xâu với một số nguyên. 10
18. §6. PHÉP TOÁN, BIỂU THỨC, CÂU LỆNH GÁN Phép toán Các phép toán số học Toán tử Ý nghĩa Ví dụ + Cộng x + y+ 2 - Trừ x - y- 2 * Nhân x * y / Chia x / y % Lấy phần dư của phép chia (mod) x % y // Lấy phần nguyên của phép chia (div) x // y ** Lỹ thừa x**y (xy) Các phép toán quan hệ Toán tử Ý nghĩa Ví dụ Operator Meaning Example > Lớn hơn x > y < Nhỏ hơn x < y == Bằng x == y != Khác x != y >= Lớn hơn hoặc bằng x >= y <= Nhỏ hơn hoặc bằng x <= y Các phép toán logic Toán tử Ý nghĩa Ví dụ Operator Meaning Example and Và: True khi cả hai đều True x and y or Hoặc: True nếu một trong hai là True x or y not Không: True khi False not x 11
19. Biểu thức số học Nội dung trình bày của phần này trong SGK Tin học 11 là phù hợp với Python. Riêng phép toán div, mod được thay thế bằng // và %. Hàm số học chuẩn Các hàm số học chuẩn được trình bày trong SGK được định nghĩa trong module math. Để sử dụng các hàm này trong Python chúng ta thực hiện lện import math. Ví dụ. Trước khi dùng hàm sqrt() ta phải thực thiện import module math như sau: import math b = math.sqrt(a) # lúc này giá trị được gán cho b là 2. Lưu ý: Hàm ln(x) được thay bằng math.log(x). Hàm sqr(x) không có mà thay bằng x**2. Hàm abs(x) có sẵn, không thuộc module math. Biểu thức quan hệ Nội dung trình bày của phần này trong SGK Tin học 11 là phù hợp với Python. Biểu thức logic Nội dung trình bày của phần này trong SGK Tin học 11 là phù hợp với Python. Câu lệnh gán 12
20. Câu lệnh gán trong Python dùng dấu = để gán giá trị bên phải cho biến bên trái. Các lệnh gán trong Python cụ thể như sau: Operator Example Equivalent to = x = 5 x = 5 += x += 5 x = x + 5 -= x -= 5 x = x - 5 *= x *= 5 x = x * 5 /= x /= 5 x = x / 5 %= x %= 5 x = x % 5 //= x //= 5 x = x // 5 **= x **= 5 x = x ** 5 &= x &= 5 x = x & 5 |= x |= 5 x = x | 5 ^= x ^= 5 x = x ^ 5 >>= x >>= 5 x = x >> 5 <<= x <<= 5 x = x << 5 13