{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"# 4: Fallstudie: Schnittstellenentwurf\n",
"[Chapter 4: Case Study: interface design](http://greenteapress.com/thinkpython/html/thinkpython005.html)\n",
"\n",
"In diesem Kapitel lernen wir anhand einer Fallstudie, wie wir Funktionen entwerfen können, die gut zusammenarbeiten.\n",
"\n",
"Wir lernen außerdem das `turtle`-Modul kennen, mit dessen Hilfe wir Graphiken erzeugen können.\n",
"\n",
"\n",
"**Auch hier gilt wieder: Stellen Sie sicher, dass Sie die Konzepte der vorherigen Notebooks verstanden haben bevor Sie fortfahren.**"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"<h1>Inhaltsverzeichnis<span class=\"tocSkip\"></span></h1>\n",
"<div class=\"toc\"><ul class=\"toc-item\"><li><span><a href=\"#Ihre-Lernziele\" data-toc-modified-id=\"Ihre-Lernziele-1\"><span class=\"toc-item-num\">1 </span>Ihre Lernziele</a></span></li><li><span><a href=\"#Exkurs:-Was-mir-an-Python-gefällt\" data-toc-modified-id=\"Exkurs:-Was-mir-an-Python-gefällt-2\"><span class=\"toc-item-num\">2 </span>Exkurs: Was mir an Python gefällt</a></span></li><li><span><a href=\"#Python-für-das-turtle-Modul\" data-toc-modified-id=\"Python-für-das-turtle-Modul-3\"><span class=\"toc-item-num\">3 </span>Python für das <code>turtle</code>-Modul</a></span></li><li><span><a href=\"#Das-turtle-Modul\" data-toc-modified-id=\"Das-turtle-Modul-4\"><span class=\"toc-item-num\">4 </span>Das <code>turtle</code>-Modul</a></span></li><li><span><a href=\"#Einfache-Wiederholung\" data-toc-modified-id=\"Einfache-Wiederholung-5\"><span class=\"toc-item-num\">5 </span>Einfache Wiederholung</a></span></li><li><span><a href=\"#4-Übungen\" data-toc-modified-id=\"4-Übungen-6\"><span class=\"toc-item-num\">6 </span>4 Übungen</a></span><ul class=\"toc-item\"><li><span><a href=\"#Verkapselung\" data-toc-modified-id=\"Verkapselung-6.1\"><span class=\"toc-item-num\">6.1 </span>Verkapselung</a></span></li><li><span><a href=\"#Verallgemeinerung\" data-toc-modified-id=\"Verallgemeinerung-6.2\"><span class=\"toc-item-num\">6.2 </span>Verallgemeinerung</a></span></li><li><span><a href=\"#Schnittstellenentwurf\" data-toc-modified-id=\"Schnittstellenentwurf-6.3\"><span class=\"toc-item-num\">6.3 </span>Schnittstellenentwurf</a></span></li><li><span><a href=\"#Refactoring\" data-toc-modified-id=\"Refactoring-6.4\"><span class=\"toc-item-num\">6.4 </span>Refactoring</a></span></li></ul></li><li><span><a href=\"#Ein-Entwicklungsplan\" data-toc-modified-id=\"Ein-Entwicklungsplan-7\"><span class=\"toc-item-num\">7 </span>Ein Entwicklungsplan</a></span></li><li><span><a href=\"#Docstring\" data-toc-modified-id=\"Docstring-8\"><span class=\"toc-item-num\">8 </span>Docstring</a></span></li><li><span><a href=\"#Debugging\" data-toc-modified-id=\"Debugging-9\"><span class=\"toc-item-num\">9 </span>Debugging</a></span></li><li><span><a href=\"#Glossar\" data-toc-modified-id=\"Glossar-10\"><span class=\"toc-item-num\">10 </span>Glossar</a></span></li><li><span><a href=\"#Übung\" data-toc-modified-id=\"Übung-11\"><span class=\"toc-item-num\">11 </span>Übung</a></span><ul class=\"toc-item\"><li><span><a href=\"#Aufgabe-1\" data-toc-modified-id=\"Aufgabe-1-11.1\"><span class=\"toc-item-num\">11.1 </span>Aufgabe 1</a></span></li><li><span><a href=\"#Aufgabe-2\" data-toc-modified-id=\"Aufgabe-2-11.2\"><span class=\"toc-item-num\">11.2 </span>Aufgabe 2</a></span></li><li><span><a href=\"#Aufgabe-3\" data-toc-modified-id=\"Aufgabe-3-11.3\"><span class=\"toc-item-num\">11.3 </span>Aufgabe 3</a></span></li><li><span><a href=\"#Aufgabe-4\" data-toc-modified-id=\"Aufgabe-4-11.4\"><span class=\"toc-item-num\">11.4 </span>Aufgabe 4</a></span></li><li><span><a href=\"#Aufgabe-5\" data-toc-modified-id=\"Aufgabe-5-11.5\"><span class=\"toc-item-num\">11.5 </span>Aufgabe 5</a></span></li></ul></li></ul></div>"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Ihre Lernziele\n",
"\n",
"Beschreiben Sie in 2-3 Stichpunkten kurz was Sie im Seminar heute lernen wollen. Klicken Sie dazu doppelt auf diesen Text und bearbeiten Sie dann den Text:\n",
"\n",
"- \n",
"- \n",
"- \n",
"\n",
"\n",
"## Exkurs: Was mir an Python gefällt\n",
"\n",
"Man kann schnell und einfach ein Programm aufschreiben und testen. Man muss es weder kompilieren, noch viel \"unnötige\" Syntax kennen:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"def factorial(n):\n",
" if n < 2:\n",
" return 1\n",
" else:\n",
" return n * factorial(n - 1)\n",
"\n",
"print(factorial(5))"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Python für das `turtle`-Modul\n",
"\n",
"\n",
"Da das `turtle`-Modul in Jupyter-Notebooks eventuell nicht so gut funktioniert, kann es von Vorteil sein, `turtle` über die Kommandozeile aufzurufen. Dies ist prinzipiell auf allen Betriebssystemen möglich, aber auf Linux und MacOS deutlich einfacher als auf Windows. Sie können das Programm in Jupyter Notebooks schreiben und unter \"Datei -> Herunterladen als -> Python (.py)\" herunterladen und dann über die Kommandozeile öffnen.\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"Falls Sie Linux nutzen, sollte Python bereits installiert sein. Um das gewünschte Programm zu öffnen tun Sie folgendes: \n",
"1. Speichern Sie das Programm, das sie aufrufen möchten als Python-Programm mit der Dateiendung `.py`.\n",
"2. Öffnen Sie die Kommandozeile.\n",
"3. Gehen Sie in das Verzeichnis, in dem das Programm gespeichert ist. Geben Sie dafür `cd /pfad/zum/verzeichnis` ein. \n",
"4. Geben Sie auf der Kommandozeile `python programm.py` ein\n",
"5. Alternativ können Sie auch direkt `python /pfad/zum/verzeichnis/programm.py` eingeben. \n",
"\n",
"Falls Sie MacOS verwenden, gehen Sie folgendermaßen vor:\n",
"1. Speichern Sie das Programm, dass Sie aufrufen möchten als Python-Programm mit der Dateiendung `.py`.\n",
"2. Öffnen Sie das Terminal\n",
"3. Gehen Sie in das Verzeichnis, in welchem das Programm gespeichert ist, indem sie `cd /pfad/zum/verzeichnis`eingeben\n",
"4. Geben Sie im Terminal `python programm.py` ein.\n",
"5. Alternativ können Sie auch direkt `python /pfad/zum/verzeichnis/programm.py` eingeben. \n",
"\n",
"\n",
"Falls Sie Windows verwenden, brauchen Sie beim ersten Aufruf etwas länger und müssen zusätzliche Schritte vornehmen, bei weiterer Verwendung springen Sie direkt zu Punkt 2 der Anleitung:\n",
"1. Fügen Sie Python zur PATH-Umgebung hinzu: \n",
" 1.1. Finden Sie heraus wo Anaconda und Python gespeichert sind. (Dafür geben sie im Anaconda Prompt `where anaconda`und `where python` ein.) \n",
" 1.2. Öffnen Sie den Explorer und öffnen Sie das Rechtsklick-Menü von `Dieser PC` \n",
" 1.3. Wählen Sie Eigenschaften \n",
" 1.4. Wählen Sie Erweiterte Systemeinstellungen \n",
" 1.5. Wählen Sie Umgebungsvariablen \n",
" 1.6. Klicken Sie `Path` im unteren Fenster an und dann auf `bearbeiten` \n",
" 1.7. Klicken Sie auf `neu`und fügen Sie den Pfad für `Anaconda` hinzu, aber lassen Sie `anaconda.exe` weg \n",
" 1.8. Wiederholen Sie dasselbe analog für den `Python`-Pfad, dabei lassen Sie `python.exe` weg. \n",
" 1.9. Klicken Sie zweimal okay und schließen Sie die Systemsteuerung \n",
" 1.10. Öffnen Sie die Kommandozeile (`cmd` in der Suchleiste eingeben und `enter` drücken) und geben sie `python` oder `python.exe` ein. Wenn Sie Erfolg hatten, öffnet sich Python und Sie können in der Kommandozeile programmieren. \n",
" 1.11. Verlassen Sie `python` indem sie `exit()` eingeben. \n",
"2. Speichern Sie das Programm, das sie aufrufen möchten als Python-Programm mit der Dateiendung `.py`.\n",
"3. Geben Sie in der Kommandozeile `python.exe` und den Pfad zu Ihrem Programm ein (also `C:\\Users\\IhrName\\Documents\\nested\\programm.py`)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Das `turtle`-Modul\n",
"\n",
"Führen Sie den folgenden Code aus, um zu testen, ob das `turtle`-Modul installiert ist:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"bob = turtle.Turtle()\n",
"turtle.mainloop()\n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Es sollte sich ein Fenster öffnen, in dem ein kleiner Pfeil zu sehen ist -- dieser repräsentiert die Schildkröte (\"turtle\"). Schließen Sie das Fenster. (Danach erscheint ggf. eine Fehlermeldung -- nicht erschrecken, diese ist im Allgemeinen harmlos.) \n",
"\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-info\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"In Jupyter gibt es manchmal Probleme mit dem `turtle`-Modul. **Wichtig ist, dass Sie stets das Turtle-Fenster schließen.** Manchmal hilft es, den Code nochmal auszuführen oder im Kernel-Menü den Punkt \"Restart & Clear Output\" aufzurufen. Wenn es gar nicht klappt, dann nutzen Sie für die Turtle-Programmierung bitte nicht Jupyter-Notebooks, sondern Python-Dateien und führen diese direkt mit Python aus. \n",
"Manchmal vergisst Jupyter Notebooks auch, dass bereits eine Schildkröte existiert, in diesem Fall initialisieren Sie diese bitte einfach am Anfang des gewünschten Code-Blocks. \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"Probieren Sie nun Folgendes (am besten in einem eigenen Jupyter-Notebook, einer eigenen Python-Datei oder im folgenden Block, den Sie dann schrittweise ergänzen):"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"```python\n",
"import turtle\n",
"bob = turtle.Turtle()\n",
"print(bob)\n",
"bob.fd(100)\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()\n",
"```"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Das `turtle`-Modul (mit kleinem `t`) stellt eine Funktion `Turtle` (mit großem `T`) bereit, die ein Turtle-Objekt erzeugt -- dieses weisen wir einer Variable mit dem Namen `bob` zu. Wenn wir `bob` mit `print` ausgeben, erhalten wir eine Ausgabe ähnlich\n",
"\n",
"```\n",
"<turtle.Turtle object at 0xb7bfbf4c>\n",
"```\n",
"\n",
"Das bedeutet, dass `bob` auf ein Objekt vom Typ `Turtle` verweist, wie es im `turtle`-Modul definiert wird.\n",
"\n",
"Der Aufruf von `mainloop` weist das Fenster an, auf Nutzeraktivität zu warten. In diesem Fall kann man als NutzerIn allerdings kaum mehr tun, als das Fenster zu schließen.\n",
"\n",
"Sobald wir eine Schildkröte erzeugt haben, können wir eine **Methode** aufrufen, um die Schildkröte im Fenster zu bewegen. Eine Methode ist einer Funktion ähnlich, aber die Syntax ist etwas anders. Zum Beispiel können wir die Schildkröte mit dem Aufruf von \n",
"\n",
"```python\n",
"bob.fd(100)\n",
"```\n",
"\n",
"nach vorne bewegen. Die Methode `fd` gehört zu dem Turtle-Objekt welches wir `bob` nennen. Wenn wir die Methode aufrufen, bitten wir `bob` nach vorne zu gehen (**f**orwar**d**).\n",
"\n",
"Das Argument von `fd` ist eine Strecke in Pixeln (den Bildpunkten auf dem Monitor), daher hängt die Entfernung, die `bob` geht, von unserer Monitorauflösung ab.\n",
"\n",
"Andere Methoden, die wir auf einer Schildkröte aufrufen können, sind `bk` für eine Rückwärtsbewegung (**b**ac**k**ward), `lt` für eine Linksdrehung (**l**eft **t**urn) und `rt` für eine Rechtsdrehung (**r**ight **t**urn). Das Argument für `lt` und `rt` ist ein Winkel in Grad.\n",
"\n",
"Jede Schildkröte hat außerdem einen \"Stift\", der entweder \"oben\" oder \"unten\" ist. Wenn der Stift unten ist, berührt der Stift sozusagen das Papier und die Schildkröte hinterlässt eine Spur wenn sie sich bewegt. Die Methoden `pu` und `pd` stehen für \"Stift hoch\" (**p**en **u**p) und \"Stift herunter\" (**p**en **d**own). Diese beiden Methoden brauchen kein Argument als Input.\n",
"\n",
"Fügen Sie die folgenden Zeilen zu Ihrem Programm hinzu, um einen rechten Winkel zu zeichnen (nachdem Sie `bob` erzeugt haben und bevor Sie `mainloop` aufrufen):\n",
"\n",
"```python\n",
"bob.fd(100)\n",
"bob.lt(90)\n",
"bob.fd(100)\n",
"```\n",
"\n",
"Wenn Sie dieses Programm ausführen, sollte sich `bob` zunächst nach Osten und dann nach Norden bewegen und dabei zwei Strecken zeichnen.\n",
"\n",
"Verändern Sie ihr Programm jetzt, so dass `bob` ein Quadrat zeichnet. Fahren Sie erst mit dem Kurs fort, wenn es funktioniert.\n",
"\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Einfache Wiederholung\n",
"\n",
"Vielleicht haben Sie Folgendes geschrieben:\n",
"\n",
"```python\n",
"bob.fd(100)\n",
"bob.lt(90)\n",
"\n",
"bob.fd(100)\n",
"bob.lt(90)\n",
"\n",
"bob.fd(100)\n",
"bob.lt(90)\n",
"\n",
"bob.fd(100)\n",
"```\n",
"\n",
"Wir können das gleiche deutlich knapper mit einer `for`-Schleife formulieren. Testen Sie folgendes: "
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"for i in range(4):\n",
" print('Hello!')\n",
" "
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Sie sollten folgende Ausgabe sehen:\n",
"\n",
"```\n",
"Hello!\n",
"Hello!\n",
"Hello!\n",
"Hello!\n",
"```\n",
"\n",
"Das ist die einfachste Art und Weise, eine `for`-Schleife zu verwenden. Wir werden uns das später ausführlicher anschauen. Für jetzt sollte das reichen, damit Sie Ihr Programm zum Zeichnen eines Quadrats vereinfachen können. Bitte fahren Sie erst fort, wenn Sie ihr Programm mit Hilfe der `for`-Schleife vereinfacht haben.\n",
"\n",
"Es sollte sich ein Fenster öffnen, in dem ein kleiner Pfeil zu sehen ist -- dieser repräsentiert die Schildkröte (\"turtle\"). Schließen Sie das Fenster. (Danach erscheint ggf. eine Fehlermeldung -- nicht erschrecken, diese ist im Allgemeinen harmlos.) \n",
"\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Die `for`-Schleife besteht aus insgesamt 3 Zeilen. Dem Code, der sich immer wieder wiederholt (schauen Sie sich dazu an, was Sie im vorherigen Schritt geschrieben haben) und der Anweisung, die angibt, wie häufig sich der Code wiederholt. \n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"Probieren Sie nun Folgendes (am besten in einem eigenen Jupyter-Notebook, einer eigenen Python-Datei oder im folgenden Block, den Sie dann schrittweise ergänzen):\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)\n",
"\n",
"Folgende `for`-Schleife zeichnet ein Quadrat:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"bob=turtle.Turtle()\n",
"\n",
"for i in range(4):\n",
" bob.fd(100)\n",
" bob.lt(90)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Dieser Code ist etwas anders als der vorherige Code zum Zeichnen eines Quadrats. Nachdem die letzte Seite des Quadrats gezeichnet wird, wird noch eine 90° Drehung durchgeführt. Diese zusätzliche Drehung kostet etwas Zeit, aber der Code ist einfacher, wenn in jedem Schleifendurchlauf die gleiche Folge von Anweisungen ausgeführt wird. Ein Nebeneffekt ist, dass die Schildkröte am Ende wieder in der Ausgangsposition mit Blick zur Ausgangsrichtung steht."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## 4 Übungen\n",
"\n",
"In den folgenden Abschnitten folgen einige Übungen zur \"Schildkrötenwelt\". Sie sollten Ihnen Spaß bereiten, haben aber auch einen Sinn. Versuchen Sie diesen herauszufinden und gehen Sie abschnittweise vor. \n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Verkapselung\n",
"\n",
" - **Aufgabe 1:** Schreiben Sie eine Funktion `square`, die einen Parameter `t` erwartet, welcher eine Schildkröte ist. Die Funktion soll die Schildkröte nutzen, um ein Quadrat zu zeichnen.\n",
" \n",
" \n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Sie haben diese Funktion bereits geschrieben. Wie können Sie die Anweisungen verkapseln?\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Schreiben Sie den Kopf der Funktion, überlegen Sie wie Sie die Parameterschildkröte nennen wollen?\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Stellen Sie sicher, dass die Schildkröte in der Funktion immer gleich heißt (genau wie das Argument, das im Funktionsaufruf übergeben wird), sodass alle Anweisungen ausgeführt werden \n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
" - **Aufgabe 2:** Schreiben Sie einen Funktionsaufruf, der `bob` als Argument an `square` übergibt und rufen Sie ihr Programm auf.\n",
" \n",
" \n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Initialisieren Sie die Schildkröte `bob`, da es sein kann, dass die Schildkröte nicht gefunden wird. Übergeben Sie `square` die Variable `bob`.\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)\n",
"\n",
"In der ersten Aufgabe sollten Sie den Code zum Zeichnen eines Quadrates in eine Funktion packen und dann in Aufgabe 2 die Funktion aufrufen, indem Sie eine Schildkröte als Argument an die Funktion übergeben. So könnte eine mögliche Lösung aussehen:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"bob = turtle.Turtle()\n",
"\n",
"def square(t):\n",
" for i in range(4):\n",
" t.fd(100)\n",
" t.lt(90)\n",
"\n",
"square(bob)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Die beiden innersten Anweisungen (`t.fd` und `t.lt`) sind doppelt eingerückt, weil sie innerhalb der `for`-Schleife sind, die wiederum innerhalb der Funktionsdefinition steht. Die übernächste Zeile (`square(bob)`) ist wieder bündig mit dem linken Rand ausgerichtet, also sowohl außerhalb der `for`-Schleife, als auch außerhalb der Funktionsdefinition.\n",
"\n",
"Innerhalb der Funktion verweist `t` auf die gleiche Schildkröte `bob`, so dass `t.lt(90)` die gleiche Auswirkung hat wie `bob.lt(90)`. Hätten wir dann in der Funktion nicht direkt `bob` aufrufen können oder den Parameter stattdessen `bob` nennen können? Prinzipiell schon, aber die Idee ist, dass `t` irgendeine Schildkröte sein kann, nicht nur `bob`, so dass wir beispielsweise eine zweite Schildkröte erzeugen und sie als Argument an `square` übergeben können:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"alice = turtle.Turtle()\n",
"square(alice)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Ein Stück Quellcode in eine Funktion zu packen, nennt man \"Verkapselung\" (Englisch: *encapsulation*). Ein Vorteil der Verkapselung ist, dass für ein Stück Code ein Name vergeben wird, der wie eine Art Dokumentation wirkt, also sagt, was der Code macht. Ein anderer Vorteil ist, dass wir den Code leicht wiederverwenden können, denn es ist deutlich praktischer, eine Funktion zweimal aufzurufen, als den Quellcode im Funktionsrumpf zu kopieren.\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"([Code Quality](https://xkcd.com/1513/), Randall Munroe) [Erklärung des Comics](https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/1513:_Code_Quality) falls Sie mehr lesen wollen."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Verallgemeinerung\n",
"\n",
"- **Aufgabe 3:** Ergänzen Sie die Funktion `square` um einen weiteren Parameter namens `length`. Ändern Sie den Rumpf der Funktion so, dass die Seitenlänge des gezeichneten Quadrats `length` entspricht. Passen Sie dann den Funktionsaufruf an, sodass ein weiteres Argument als Länge übergeben wird. Starten Sie ihr Programm noch einmal und testen Sie es mit verschiedenen Werten für die Länge. \n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-info\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Kopieren Sie die Funktion aus dem vorherigen Abschnitt oder arbeiten Sie in dem bereits geschriebenen Code. So können Sie vermeiden, dass Fehler entstehen, die im vorherigen Abschnitt noch nicht vorhanden waren.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Der nächste Schritt ist, einen Parameter `length` zu `square` hinzuzufügen. Hier ist eine Lösung:\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"bob=turtle.Turtle()\n",
"\n",
"def square(t, length):\n",
" for i in range(4):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(90)\n",
"\n",
"square(bob, 400)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Das Hinzufügen des Parameters stellt eine **Verallgemeinerung** dar; denn die Funktion wird dadurch allgemeiner: vorher hatte das gezeichnete Quadrat immer die gleiche Größe, jetzt kann es jede beliebige Größe haben.\n",
"\n",
"- **Aufgabe 4:** Kopieren Sie die Definition der Funktion `square` und benennen Sie die Kopie in `polygon` um. Fügen Sie einen weiteren Parameter namens `n` hinzu und ändern Sie den Funktionsrumpf so, dass ein n-seitiges [reguläres Vieleck](https://de.wikipedia.org/wiki/Regelm%C3%A4%C3%9Figes_Polygon) (Polygon) gezeichnet wird. \n",
"\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-info\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Die Außenwinkel eines n-seitigen Vielecks betragen 360/n Grad.\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"Versuchen Sie zunächst selber die Aufgabe zu lösen, anbei folgen ein paar Hinweise, die Sie verwenden können. \n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Für die Lösung müssen Sie eine Zeile Code hinzufügen und 2 Zeilen anpassen, überlegen Sie welche das sein könnten!\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Berechnen Sie den Seitenwinkel und speichern Sie ihn in einer Variable. Verändern Sie die Drehung so, dass Sie nicht immer 90° beträgt, sondern an den berechneten Winkel angepasst ist.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Für ein Polygon mit weniger als vier Seiten, ist es nicht so schlimm, wenn die Schildkröte eine Seite doppelt läuft, was ist aber mit den Formen, die mehr als vier Seiten haben?\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Der nächste Schritt ist ebenfalls eine Verallgemeinerung. Anstatt eines Quadrates kann die Funktion `polygon` reguläre Vielecke mit beliebig vielen Seiten zeichnen. So könnte eine Lösung aussehen:\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"bob=turtle.Turtle()\n",
"\n",
"def polygon(t, n, length):\n",
" angle = 360 / n\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
"\n",
"polygon(bob, 7, 70)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Dieses Beispiel zeichnet ein siebenseitiges Vieleck mit einer Seitenlänge von 70.\n",
"\n",
"Bei einer Funktion mit mehr als nur ein paar Argumenten kann man leicht vergessen, was die Argumente bedeuten oder in welcher Reihenfolge sie angegeben werden müssen. In diesem Fall ist es eine gute Idee, die Namen der Parameter in der Argumentliste explizit anzugeben:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"bob=turtle.Turtle()\n",
"\n",
"def polygon(t, n, length):\n",
" angle = 360 / n\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
"\n",
"polygon(bob, n=7, length=70)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Diese werden **Schlüsselwortargumente** genannt, denn Sie enthalten die Parameter als \"Schlüsselwörter\" (diese sollten nicht mit Python-Schlüsselwörtern wie z.B. `while` oder `def` verwechselt werden).\n",
"\n",
"Durch diese Syntax wird das Programm lesbarer. Sie erinnert uns auch daran, wie Argumente und Parameter funktionieren: Wenn wir eine Funktion aufrufen, werden unsere Argumente den Parametern zugewiesen."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Schnittstellenentwurf\n",
"\n",
"- **Aufgabe 5:** Schreiben Sie eine Funktion `circle`, die eine Schildkröte `t` und einen Radius `r` als Parameter erwartet und annähernd einen Kreis zeichnet, indem sie die Funktion `polygon` mit einer geeigneten Seitenlänge und Anzahl von Seiten aufruft. Testen Sie ihre Funktion mit verschiedenen Werten für `r`.\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-info\"> Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Finden Sie den Umfang des Kreises heraus und stellen Sie sicher, dass `length * n` gleich dem Umfang ist. Die Formel für die Umfangsberechnung ist: $2 * π * r$\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"Wie gewohnt folgen nun einige Hinweise. Versuchen Sie zunächst die Aufgabe ohne Hilfe zu lösen.\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Schreiben Sie zunächst den Kopf der Funktion `circle'. Welche Parameter müssen der Funktion übergeben werden. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Anschließend können Sie sich mit dem Rumpf der Funktion `circle` beschäftigen. Hier wollen wir `polygon` aufrufen. Welche Informationen müssen Sie an `polygon` übergeben? Schauen Sie sich die Funktion an um rauszufinden, welche Parameter sie übergeben müssen. Überlegen Sie wie Sie aus den Parametern der Funktion `circle` die benötigten Werte berechnen können. \n",
" \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Berechnen Sie den Umfang des Kreises und legen Sie die Anzahl an Seiten fest, die Sie verwenden wollen. Wir schauen uns später an, wie Sie n in Abhängigkeit des Kreises berechnen können. Wenn Sie dafür eine Idee haben verwenden Sie diese gerne, ansonsten können Sie zunächst eine beliebige Anzahl an Seiten festlegen. (Wird diese Zahl zu groß, wird Python sehr langsam und stürzt eventuell ab, ist sie zu klein gewählt sieht der Kreis sehr eckig aus. Probieren Sie verschiedene Werte für n zwischen 0 und 80 und wählen Sie einen Wert, der Ihnen geeignet scheint.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">4. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Berechnen Sie die Länge jeder einzelnen Seite in Abhängigkeit vom Umfang und der Anzahl an Seiten indem Sie den Umfang durch die Anzahl an Seiten teilen\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Der nächste Schritt ist, eine Funktion `circle` zu schreiben, die einen Radius `r` als Parameter erwartet. Hier eine einfache Lösung, die die Funktion `polygon` nutzt, um ein reguläres 50-seitiges Vieleck zu zeichnen:\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle, math\n",
"\n",
"\n",
"def polygon(t, n, length):\n",
" angle = 360 / n\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
" \n",
"\n",
"def circle(t, r):\n",
" circumference = 2 * math.pi * r\n",
" n = 50\n",
" length = circumference / n\n",
" polygon(t, n, length)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Die erste Zeile berechnet den Umfang eines Kreises mit dem Radius `r` mit Hilfe der Formel 2 π r. Da wir `math.pi` nutzen wollen, müssen wir zunächst `math` importieren. Die Konvention ist, dass `import`-Anweisungen stets am Anfang eines Python-Programms stehen.\n",
"\n",
"Weil `n` die Anzahl der Liniensegmente in unserer Näherung eines Kreises ist, ist `length` die Länge jedes einzelnen Segmentes. Daher zeichnet `polygon` ein reguläres 50-seitiges Vieleck als Näherung eines Kreises mit Radius `r`.\n",
"\n",
"Eine Beschränkung dieser Lösung ist, dass `n` eine Konstante ist. Daher sind für sehr große Kreise die Liniensegmente zu lang und für kleine Kreise verschwenden wir Zeit mit dem Zeichnen sehr kleiner Segmente. Eine Lösung wäre, die Funktion zu verallgemeinern und `n` als Parameter hinzuzufügen. Dies gäbe dem Nutzer (wer auch immer `circle` aufruft) mehr Kontrolle, aber die Schnittstelle wäre weniger aufgeräumt.\n",
"\n",
"Die **Schnittstelle** (Englisch *Interface*) einer Funktion ist eine Zusammenfassung dessen, wie die Funktion genutzt wird: Was sind ihre Parameter? Was macht die Funktion? Was ist ihr Rückgabewert? etc. Eine Schnittstelle ist \"aufgeräumt\", wenn sie der/m Aufrufenden ermöglicht das zu tun, was er oder sie möchte, ohne sich mit unnötigen Details beschäftigen zu müssen.\n",
"\n",
"In unserem Beispiel gehört `r` zur Schnittstelle, da es den Kreis beschreibt, der gezeichnet werden soll. Dagegen ist `n` weniger passend, denn es gehört zu den Details, wie der Kreis gezeichnet wird. \n",
"\n",
"Anstatt die Schnittstelle zu \"verunreinigen\" ist es besser, einen passenden Wert für `n` in Abhängigkeit vom Umfang des Kreises zu wählen:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle, math\n",
"\n",
"\n",
"def polygon(t, n, length):\n",
" angle = 360 / n\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
" \n",
"def circle(t, r):\n",
" circumference = 2 * math.pi * r\n",
" n = int(circumference / 3) + 3\n",
" length = circumference / n\n",
" polygon(t, n, length)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Jetzt ist die Anzahl der Liniensegmente eine ganze Zahl, die nah bei `Umfang/3` liegt, sodass die Länge jedes Segments ungefähr 1/3 beträgt. Das ist klein genug, damit der Kreis gut aussieht, aber auch groß genug, um eine effiziente Zeichnung zu ermöglichen und passt daher für jede Kreisgröße. \n",
"\n",
"Wir addieren 3, damit das Vieleck mindestens drei Seiten hat.\n",
"\n",
"### Refactoring\n",
"\n",
"- **Aufgabe 6:** Schreiben Sie eine verallgemeinerte Funktion `circle`, die Sie `arc` nennen. Diese soll ein weiteres Argument `angle` erwarten, welches angibt, welcher Anteil des Kreises gezeichnet werden soll. Die Funktion `arc` soll also einen Kreisbogen zeichnen. Der Wert von `angle` ist dabei in Grad, so dass für `angle=360` ein vollständiger Kreis gezeichnet werden sollte.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Als wir `circle` geschrieben haben, konnten wir `polygon` wiederverwenden, denn ein regelmäßiges Vieleck mit vielen Seiten ist eine gute Näherung für einen Kreis. Aber mit der Funktion `arc` klappt das nicht so einfach - wir können kein Vieleck und keinen Kreis nutzen, um einen Kreisbogen zu zeichnen.\n",
"\n",
"Eine Alternative ist, mit einer Kopie von `polygon` zu beginnen und diese zu `arc` zu verändern.\n",
"Hier finden Sie einige Hinweise wie Sie dabei vorgehen könnten:\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Schreiben Sie zunächst den Kopf der Funktion `arc'. Welche Parameter müssen der Funktion übergeben werden. Kopieren Sie den Rumpf von `polygon`damit Sie ihn sehen und verändern können. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Die Formel um die Länge eines Kreisbogens zu berechnen ist: $ 2 * π * r * Winkel / 360 \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Berechnen Sie n in Abhängigkeit des Umfangs, analog zu der Berechnung von n in `circle`. Berechnen Sie aus n und dem Umfang analog auch die Schrittlänge. \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">4. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Berechnen Sie den Winkel der Drehung in Abhängigkeit vom eingegebenen Winkel und der Anzahl an gemalten Abschnitten `n`. Nun sollten Sie alle notwendigen Zahlen haben, verwenden Sie diese für die Schleife, die in `polygon` geschrieben wurde.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"Das Ergebnis könnte dann so aussehen:\n",
"\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle \n",
"\n",
"def arc(t, r, angle):\n",
" arc_length = 2 * math.pi * r * angle / 360\n",
" n = int(arc_length / 3) + 1\n",
" step_length = arc_length / n\n",
" step_angle = angle / n\n",
" \n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(step_length)\n",
" t.lt(step_angle)\n",
" \n",
" \n",
"#turtle.mainloop()\n",
"#turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Die zweite Hälfte dieser Funktion sieht aus wie `polygon`, aber wir können `polygon` nicht einfach wiederverwenden ohne die Schnittstelle zu verändern. Wir könnten `polygon` generalisieren, so dass es einen Winkel als ein weiteres Argument erwartet, aber dann wäre `polygon` kein angemessener Name mehr. Nennen wir diese verallgemeinerte Funktion also stattdessen `polyline`: "
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"def polyline(t, n, length, angle):\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
"\n",
" \n",
"#turtle.mainloop()\n",
"#turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Jetzt können wir die Funktionen `polygon` und `arc` umschreiben, sodass sie die Funktion `polyline` nutzen:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"def polyline(t, n, length, angle):\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
" \n",
"def arc(t, r, angle):\n",
" arc_length = 2 * math.pi * r * angle / 360\n",
" n = int(arc_length / 3) + 1\n",
" step_length = arc_length / n\n",
" step_angle = float(angle) / n\n",
" polyline(t, n, step_length, step_angle)\n",
" \n",
"\n",
"#turtle.mainloop()\n",
"#turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Und schließlich können wir die Funktion `circle` umschreiben, sodass sie die Funktion `arc` nutzt:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"def polyline(t, n, length, angle):\n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
" \n",
"def arc(t, r, angle):\n",
" arc_length = 2 * math.pi * r * angle / 360\n",
" n = int(arc_length / 3) + 1\n",
" step_length = arc_length / n\n",
" step_angle = float(angle) / n\n",
" polyline(t, n, step_length, step_angle)\n",
" \n",
"def circle(t, r):\n",
" arc(t, r, 360)\n",
" \n",
" \n",
" \n",
"#turtle.mainloop()\n",
"#turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Dieser Prozess der Umstrukturierung eines Programms und der Verbesserung von Schnittstellen nennt sich **Refactoring** und hilft Code wiederverwenden zu können. In unserem Fall haben wir festgestellt, dass `arc` und `polygon` ähnlichen Code enthalten haben, daher haben wir diesen Code umgestaltet und in die Funktion `polyline` \"ausfaktorisiert\", also quasi ausgeklammert.\n",
"\n",
"Hätten wir vorausschauend geplant, hätten wir vielleicht `polyline` zuerst geschrieben und diese Umstrukturierung vermieden. Oft wissen wir aber am Anfang eines Projektes noch nicht genug, um schon alle Schnittstellen entwerfen zu können. Sobald wir anfangen zu programmieren, verstehen wir das Problem besser. Manchmal ist Refactoring ein Anzeichen dafür, dass wir etwas gelernt haben.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Ein Entwicklungsplan\n",
"\n",
"Ein **Entwicklungsplan** ist ein Prozess zum Schreiben von Programmen. Der Prozess, den wir in dieser Fallstudie verwendet haben, heißt \"Verkapselung und Verallgemeinerung\". Die Schritte dieses Prozesses sind:\n",
"\n",
"1. Wir schreiben ein kleines Programm ohne Funktionsdefinitionen.\n",
"2. Sobald das Programm funktioniert, identifizieren wir ein schlüssiges und zusammengehöriges Stück Code, verkapseln es in einer Funktion und geben ihm einen Namen.\n",
"3. Wir verallgemeinern die Funktion durch Hinzufügen geeigneter Parameter.\n",
"4. Wir wiederholen die Schritte 1 bis 3 bis wir eine Menge funktionierender Funktionen haben. Dabei kopieren wir Code und fügen ihn an der richtigen Stelle ein, um nochmaliges Eintippen zu vermeiden (und das damit ggf. verbundene Debugging).\n",
"5. Wir suchen nach Möglichkeiten, das Programm durch Refactoring zu verbessern. Wenn wir beispielsweise ähnlichen Code an verschiedenen Stellen haben, können wir überlegen, ob wir ihn nicht besser in eine geeignete allgemeine Funktion ausklammern. \n",
"\n",
"\n",
"Dieser Prozess hat einige Nachteile (wir schauen uns Alternativen später an), aber er ist praktisch, wenn wir vorab nicht wissen, wie wir das Programm in Funktionen aufteilen könnten. Dieser Ansatz ermöglicht uns den Entwurf des Programms während wir es schreiben.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Docstring\n",
"\n",
"Ein **Docstring** ist eine Zeichenkette am Anfang einer Funktion, die die Schnittstelle der Funktion erklärt (\"doc\" ist kurz für \"documentation\", also Dokumentation). Hier ist ein Beispiel:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import turtle\n",
"\n",
"def polyline(t, n, length, angle):\n",
" \"\"\"Draws n line segments with the given length and\n",
" angle (in degrees) between them. t is a turtle.\n",
" \"\"\" \n",
" for i in range(n):\n",
" t.fd(length)\n",
" t.lt(angle)\n",
" \n",
" \n",
"\n",
"#turtle.mainloop()\n",
"#turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Es gilt die Konvention, dass Docstrings in dreifachen Anführungszeichen gesetzt werden. Mit Hilfe der dreifachen Anführungszeichen kann der Text über mehr als eine Zeile hinwegreichen.\n",
"\n",
"Der Docstring im Beispiel ist knapp, enthält aber die wesentlichen Informationen, die jemand benötigt, der die Funktion nutzen möchte. Es wird prägnant erklärt, was die Funktion tut (ohne groß zu beschreiben, wie sie es tut). Es wird auch erklärt, welche Auswirkung jeder Parameter auf das Verhalten der Funktion hat und von welchem Typ jeder Parameter sein sollte (falls es nicht offensichtlich ist). \n",
"\n",
"Das Schreiben dieser Art von Dokumentation ist ein wichtiger Teil des Schnittstellenentwurfs. Eine gut konzipierte Schnittstelle sollte einfach zu erklären sein. Falls es Ihnen schwerfällt, Ihre Funktionen zu erklären, dann könnte es vielleicht helfen, die Schnittstelle zu verbessern. \n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Debugging\n",
"\n",
"Eine Schnittstelle ist wie ein Vertrag zwischen der Funktion und den Aufrufenden. Die Aufrufenden stimmen zu, bestimmte Parameter bereitzustellen und die Funktion stimmt zu, eine bestimmte Aufgabe zu erledigen.\n",
"\n",
"Beispielsweise benötigt die Funktion `polyline` vier Parameter:\n",
"- `t` muss eine Schildkröte (Typ `Turtle`) sein,\n",
"- `n` muss eine ganze Zahl sein,\n",
"- `length` muss eine positive Zahl sein,\n",
"- `angle` muss eine Zahl sein, die einen Winkel in Grad darstellt.\n",
"\n",
"Diese Anforderungen nennen wir auch **Vorbedingungen**, denn es wird vorausgesetzt, dass sie erfüllt sind, bevor die Funktion ausgeführt wird. Umgekehrt heißen Bedingungen am Ende einer Funktion **Nachbedingungen**. Nachbedingungen schließen die beabsichtigte Wirkung der Funktion (wie z.B. ein Linienstück zeichnen) und etwaige Nebeneffekte (wie z.B. die Schildkröte zu bewegen oder andere Änderungen vorzunehmen) ein. \n",
"\n",
"Die Erfüllung der Vorbedingungen ist die Aufgabe der Aufrufenden. Wenn die Aufrufenden eine (ordentlich dokumentierte!) Vorbedingung verletzen und die Funktion arbeitet nicht richtig, dann liegt der Fehler bei den Aufrufenden, nicht bei der Funktion.\n",
"\n",
"Wenn die Vorbedingungen erfüllt sind und die Nachbedingungen sind es nicht, dann liegt der Fehler bei der Funktion. Wenn ihre Vor- und Nachbedingungen klar und deutlich sind, dann kann das sehr beim Debugging helfen.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Glossar\n",
"\n",
"Legen wir uns eine Liste mit den wichtigsten Begriffen an, die wir im Kapitel 4 gelernt haben:\n",
"\n",
"- Methode:\n",
"- Schleife: Eine Schleife ist eine Folge von Anweisungen, die mehrfach hintereinander ausgeführt werden.\n",
"- Verkapselung: \n",
"- Verallgemeinerung:\n",
"- Schlüsselwortargument:\n",
"- Schnittstelle:\n",
"- Refactoring: \n",
"- Entwicklungsplan:\n",
"- Docstring:\n",
"- Vorbedingung:\n",
"- Nachbedingung:\n",
"\n",
"Ergänzen Sie die Liste in eigenen Worten. Das ist eine gute Erinnerungs- und Übungsmöglichkeit."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Übung\n",
"\n",
"### Aufgabe 1\n",
"\n",
"Laden Sie den gesamten Code für dieses Kapitel [hier](http://thinkpython2.com/code/polygon.py) herunter. Dieser Code ist weitestgehend deckungsgleich mit dem Code, den wir in diesem Kapitel angesehen haben, kann aber sehr hilfreich sein, wenn Sie nicht in Jupyter Notebooks arbeiten können. \n",
"\n",
"Um Probleme mit Turtle+Jupyter zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass am Ende Ihres Programmes stets die folgenden beiden Zeilen stehen:"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"turtle.mainloop()\n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"1. Zeichnen Sie (mit Stift und Papier) ein Stapeldiagramm (siehe [Kapitel 3](#3.9-Stapel-Diagramme)), welches den Zustand des Programms zeigt, während die Anweisung `circle(bob, radius)` ausgeführt wid. Sie können das manuell herausfinden oder `print`-Anweisungen zum Code hinzufügen. (*Hinweis: Unter Umständen kann Ihnen [Python-Tutor](http://pythontutor.com/) dabei helfen*)\n",
"2. Die Version der Funktion `arc` in [Abschnitt 4.7](#4.7-Refactoring) ist nicht besonders präzise, denn die lineare Näherung eines Kreises ist immer ausserhalb des wahren Kreises. Daher steht die Schildkröte am Ende immer ein paar Pixel vom richtigen Ziel entfernt. Die Lösung im Python-Code zeigt eine Möglichkeit, die Auswirkung dieses Fehlers zu reduzieren. Lesen Sie sich den Code durch und schauen Sie, ob das für Sie einen Sinn ergibt. Vielleicht hilft es Ihnen weiter, ein Diagramm zu zeichnen."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Aufgabe 2\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"Schreiben Sie eine möglichst allgemeine Menge an Funktionen zum Zeichnen von solchen Blumen.\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-info\">Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Die Lösung benötigt auch [polygon.py](http://thinkpython2.com/code/polygon.py). \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"Wie Sie inzwischen vielleicht erwarten folgen jetzt Hinweise dazu, wie Sie die Aufgabe angehen können. Versuchen Sie die Aufgabe in Partnerarbeit zu lösen und verwenden Sie so wenige Hinweise wie möglich, das ist die beste Übung: \n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Wenn Sie sich die Blume ansehen, können Sie feststellen, dass zwei Teile ineinander greifen um die Blume zu erzeugen. Welche Teile sind das?\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Die Blütenblätter werden einzeln hintereinander gezeichnet, konzentrieren Sie sich also zuerst darauf, ein einzelnes Blütenblatt zu zeichnen.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Überlegen Sie wie der Kopf der Blütenblattfunktion aussehen muss und schreiben Sie diese. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">4. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Sie müssen der Funktion eine Schildkröte übergeben, die das Blatt zeichnen soll. Die Funktion braucht auch den Radius des Kreisbogens, welcher die Länge des Blatts bestimmt und den Winkel in dem das Blatt gezeichnet werden soll und damit wie breit des Blütenblatt wird.\n",
"\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">5. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Wie im vorherigen Hinweis schon angesprochen besteht das Blütenblatt aus 2 Kreisbögen. Verwenden Sie eine Schleife und `arc` um das Blatt zu zeichnen. Vergessen Sie nicht, die Funktion zu testen. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">6. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Nach dem ersten Kreisbogen muss die Schildkröte sich soweit drehen, dass sie mit dem nächsten Kreisbogen eine volle 180° Drehung vollzogen hat.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">7. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Wenn Sie ein einzelnes Blütenblatt zeichnen können gilt es nun sich zu überlegen, wie man die Blütenblätter zu einer Blume zusammenfügen kann. Schreiben Sie den Kopf der Blumen Funktion und überlegen Sie, welche Informationen der Funktion übergeben werden müssen\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">8. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Da die Blumenfunktion Informationen an die Blütenblatt Funktion weitergeben muss, muss die Funktion die selben Parameter erhalten. Zusätzlich muss die Funktion noch gesagt bekommen, wie viele Blütenblätter gezeichnet werden sollen.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">9. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Um die richtige Anzahl an Blütenblättern zu zeichnen müssen Sie die Funktion \"Blatt\" innerhalb der Funktion \"Blume\" entsprechend oft aufrufen, verwenden Sie dafür eine Schleife.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">10. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Um die Blütenblätter gleichmäßig um den Mittelpunkt der Blume zu verteilen, muss der Winkel zwischen den Blättern so berechnet werden, dass nach Vollenden der Blume eine 360° Wendung vollzogen wurde. Überlegen Sie wie Sie dabei vorgehen müssen?\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">11. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Dafür muss der Winkel zwischen den Blättern 360/n betragen, wobei n für die Anzahl der Blätter steht.\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"\n",
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)\n",
"\n",
"\n",
"Hier ist eine weitere mögliche [Lösung](http://thinkpython2.com/code/flower.py)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import math\n",
"import turtle\n",
"bob=turtle.Turtle()\n",
"\n",
"# Damit diese Lösung funktioniert müssen die Funktionen arc und polyline schon definiert worden sein.\n",
"\n",
"def blatt(t, r, angle):\n",
" for i in range (2):\n",
" arc(t,r, angle)\n",
" t.lt(180.0-angle)\n",
" \n",
" \n",
"def blume(t,r,angle,n):\n",
" for i in range (n):\n",
" blatt (t,r,angle)\n",
" t.lt(360/n)\n",
"\n",
"blume(bob,60.0,60.0,5)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Aufgabe 3\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"Schreiben Sie eine möglichst allgemeine Menge an Funktionen zum Zeichnen von solchen Figuren.\n",
"\n",
"\n",
"Wie Sie inzwischen vielleicht erwarten folgen jetzt Hinweise dazu, wie Sie die Aufgabe angehen können. Versuchen Sie die Aufgabe in Partnerarbeit zu lösen und verwenden Sie so wenige Hinweise wie möglich, das ist die beste Übung: \n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Wir gehen analog zu Blume vor, und zeichnen die einzelnen \"Kuchenstücke\" bevor wir sie zu dem \"Kuchen\" zusammensetzen.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Erzeugen Sie zunächst den Kopf der Funktion für ein einzelnes Kuchenstück. Überlegen Sie anschließend, wie Sie das Dreieck zeichnen könnten. Welche Informationen müssen dem Kopf der Funktion übergeben werden?\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Die Funktion für das Kuchenstück muss die Schildkröte, die Seitenlänge (die der Radius der Form \"Kuchen ist, daher nennen wir sie \"r\") und den Winkel übergeben bekommen, in dem das Kuchenstück gezeichnet werden soll. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">4. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Da wir die beiden Seitenlängen vorgeben, müssen wir die obere Länge in Abhängigkeit von den Seitenlängen (dem Radius der Form Kuchen und dem Winkel berechnen. Wir verwenden das sogenannte Bogenmaß. Die vollständige dafür Formel ist $2*r*sin(angle*\\pi/180)$ \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">5. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Um Herauszufinden, wie weit sich die Schildkröte drehen muss, ist es am Einfachsten verschiedene Drehwinkel auszuprobieren, bis es funktioniert. Verwenden Sie 90 Winkel als Basis und addieren oder subtrahieren Sie den Winkel aus dem Funktionskopf\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">6. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Damit die Schildkröte den gesamten Kuchen zeichnen kann muss Sie immer in derselben Position starten und enden. Dafür muss Sie sich zu Beginn im angegebenen Winkel drehen und am Ende soweit, dass sie wieder die Ausgangsposition annimmt. Um die Position wieder anzunehmen muss sich die Schildkröte um weniger als 180 Grad drehen. Der genaue Winkel kann mit Hilfe des Winkel-Parameters berechnet werden. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">7. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Um die Kuchen-Funktion zu schreiben können Sie die Blume-Funktion kopieren und anpassen. Es müssen einige Veränderungen vorgenommen werden. Überlegen Sie welche Änderungen das sind. Um einen Eindruck zu bekommen, können Sie Kuchen aufrufen und sehen welche Fehler auftreten.\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">8. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Damit der Kuchen ohne Lücken gezeichnet werden kann muss der Winkel berechnet werden und nicht der Funktion übergeben werden. Im Funktionskopf muss also nur der Radius der Figur, also die Seitenlänge der einzelnen Stücke, die Schildkröte und die Anzahl der Stücke übergeben werden. Der Winkel wird dann in Abhängigkeit von der Anzahl der Stücke berechnet.\n",
"\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">9. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
"\n",
"Der Winkel zwischen den Stücken ist, da wir eine volle Drehung vornehmen wollen 360 geteilt durch die Anzahl der Stücke. In der Schleife rufen wir Stück auf, dort müssen wir den Winkel anpassen, bevor wir die entsprechende Drehung vornehmen. Führen Sie die Funktion aus und versuchen Sie herauszufinden, wie Sie den Winkel in stück anpassen müssen.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">10. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Der Winkel für Stück ist der halbe Winkel zwischen Stücken. Wir nehmen also die Winkelvariable/2 als zu übergebenden Wert.\n",
"\n",
" </div> \n",
"</details>\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"\n",
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"(Quelle: Jason Eppink, Flickr)\n",
"\n",
"*(Hier ist eine mögliche [Lösung](http://thinkpython2.com/code/pie.py))*"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import math\n",
"import turtle\n",
"\n",
"# Arbeiten Sie diese Lösung durch und kommentieren Sie die einzelnen Schritte\n",
"\n",
"def stück (t,r, angle):\n",
" c=2*r*(math.sin(angle*math.pi/180))\n",
" t.rt(angle)\n",
" t.fd(r)\n",
" t.lt(90+angle)\n",
" t.fd(c)\n",
" t.lt(90+angle)\n",
" t.fd(r)\n",
" t.lt(180-angle)\n",
"\n",
"\n",
"def kuchen (t, n, r):\n",
" angle=360/n\n",
" for i in range (n):\n",
" stück(t,r,angle/2)\n",
" t.lt(angle)\n",
" turtle.mainloop()\n",
" turtle.bye()\n",
" \n",
" \n",
"bob=turtle.Turtle() \n",
"kuchen(bob, 5, 100)\n",
"\n",
"turtle.mainloop() \n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"### Aufgabe 4\n",
"\n",
"\n",
"Lesen Sie etwas zu Spiralen auf [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Spirale). Schreiben Sie dann ein Programm, welches eine [Archimedische Spirale](https://de.wikipedia.org/wiki/Archimedische_Spirale) (oder eine andere) zeichnet.\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">1. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"In dieser Aufgabe, können Sie entscheiden, wie komplex Sie die Schnittstelle gestalten wollen. Sie müssen mindestens die Schildkröte übergeben, die die Spirale zeichnen soll, in maximaler Komplexität kann der Nutzer alle Variablen der Spirale anpassen. Hier wurde entschieden, dass der Nutzer lediglich die Schildkröte und die Anzahl der Spiralensegmente angeben darf, wenn Sie eine komplexere Lösung haben wollen, fügen Sie diese Parameter dem Funktionsaufruf hinzu.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">2. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Die Formel für die Berechnung von Spiralen ist $r = a + b*\\theta$. Dabei können Sie einfach Ausgangswerte für a und b festlegen. Ein geeigneter Wert für a ist zum Beispiel 0.1 und für b 0.0002. Wenn ihre Funktion funktioniert, probieren Sie verschiedene Werte für a und b aus und sehen Sie sich an, wie die Spirale sich verändert. \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">3. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Weitere Parameter können entweder in der Schnittstelle oder aber wie in dem Beispiel unten in der Funktion festgelegt werden. Diese Parameter sind der Ausgangswinkel theta der Spirale und die Länge der einzelnen Spiralensegmente.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">4. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Analog zum Kreisbogen wird auch die Spirale durch kurze gerade Segmente und Drehungen gezeichnet. Da das Zeichnen von Segmenten n-mal wiederholt wird, benötigen Sie eine for-Schleife.\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">5. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"In der Schleife muss für jedes Segment neu berechnet werden wie weit die Schildkröte sich drehen muss, da der Winkel nicht konstant bleibt. Dafür verwendet die Lösung: dtheta = 1 / (a + b * theta)\n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n",
"\n",
"\n",
"<details>\n",
" <summary type=\"button\" class=\"btn btn-primary\">6. Hinweis</summary>\n",
" <div class=\"alert alert-info\" role=\"alert\">\n",
" \n",
"Da diese Formel theta als den Winkel des vorherigen Abschnitts verwendet, muss theta ebenfalls in jedem Schleifendurchlauf überschrieben werden - also addieren Sie dtheta auf theta auf. \n",
" \n",
" </div> \n",
"</details>\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"<a data-flickr-embed=\"true\" href=\"https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/4964471335\" title=\"Spoiler Alert\"><img src=\"https://farm5.staticflickr.com/4110/4964471335_1f86a923f3_n.jpg\" width=\"320\" height=\"213\" alt=\"Spoiler Alert\"></a><script async src=\"//embedr.flickr.com/assets/client-code.js\" charset=\"utf-8\"></script>\n",
"\n",
"\n",
"Eine [Lösung](http://thinkpython2.com/code/spiral.py)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"def spirale(t,n):\n",
" '''In dieser Spirale bestimmt der Nutzer, wie viele Segmente gezeichnet werden, die Windung der Spirale ist\n",
" in der Funktion festgelegt.\n",
" '''\n",
" length=3 \n",
" a=0.1\n",
" b=0.0002\n",
" theta=0.0\n",
" for i in range (n):\n",
" t.fd(length)\n",
" dtheta = 1 / (a + b * theta)\n",
" t.lt(dtheta)\n",
" theta = theta + dtheta\n",
"\n",
"import turtle\n",
"bob=turtle.Turtle() \n",
"spirale(bob,1000)\n",
"turtle.mainloop()\n",
"turtle.bye()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"\n",
"### Aufgabe 5\n",
"\n",
"*(Hinweis: Dies ist eher eine Fleiß- und Zusatzaufgabe.)*\n",
"\n",
"Die Buchstaben des Alphabets sind aus ein paar grundlegenden Elementen zusammengesetzt wie z.B. vertikalen und horizontalen Linien und einigen Kurven. Entwerfen Sie ein Alphabet, welches mit einer kleinen Anzahl einfacher Elemente gezeichnet werden kann und schreiben Sie dann Funktionen zum Zeichnen der Buchstaben. \n",
"\n",
"Sie sollten eine Funktion für jeden Buchstaben schreiben, die Sie `draw_a`, `draw_b`, etc. nennen und diese Funktionen in eine Datei namens `letters.py` packen. Sie können [hier](http://thinkpython2.com/code/typewriter.py) eine \"Schildkrötenschreibmaschine\" herunterladen und damit ihren Code testen.\n",
"\n",
"\n",
"Das könnte dann so aussehen:\n",
"\n",
"\n",
"Sie finden eine Lösung für diese Aufgabe [hier](http://thinkpython2.com/code/letters.py); Diese benötigt auch [polygon.py](http://thinkpython2.com/code/polygon.py)."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
" Speichern Sie dieses Notebook, so dass Ihre Änderungen nicht verlorengehen (nicht auf einem Pool-Rechner). Klicken Sie dazu oben links auf das Disketten-Icon und nutzen Sie beispielsweise einen USB-Stick, E-Mail, Google Drive, Dropbox oder Ihre [HU-Box](https://box.hu-berlin.de/). "
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"\n",
"\n",
"Herzlichen Glückwunsch! Sie haben das 4. Kapitel geschafft. Weiter geht es in [5: Bedingungen und Rekursion](seminar05.ipynb)."
]
}
],
"metadata": {
"language_info": {
"name": "python",
"pygments_lexer": "ipython3"
}
},
"nbformat": 4,
"nbformat_minor": 2
}