8. Unterrichtsblock

Python If…Else & Bedingte Anweisungen

Python unterstützt die üblichen logischen Bedingungen aus der Mathematik:

• Gleich: a == b
• Ungleich: a != b
• Kleiner als: a < b
• Kleiner oder gleich: a <= b
• Größer als: a > b
• Größer oder gleich: a >= b

Diese Bedingungen können auf verschiedene Weise verwendet werden, am häufigsten in „if-Anweisungen“ und Schleifen. Eine „if-Anweisung“ wird mit dem if-Schlüsselwort geschrieben.

If-Anweisung:

a = 33
b = 200
if b > a:
  print("b ist größer als a")

In diesem Beispiel werden zwei Variablen als Teil der if -Anweisung (a und b) verglichen, um zu prüfen, ob b größer als a ist. Da a 33 und b 200 ist , wissen wir, dass 200 größer als 33 ist, und so geben wir auf dem Bildschirm aus, dass „b größer als a“ ist.

Einrückung

Python vererwendet Einrückungen (Leerzeichen am Anfang einer Zeile), um den Bereich im Code zu definieren. Andere Programmiersprachen verwenden zu diesem Zweck oft geschweifte Klammern.

If-Anweisung ohne Einrückung (wird einen Fehler auslösen):

a = 33
b = 200
if b > a:
print("b ist größer als a") # wird einen Fehler auslösen

Elif

Das Schlüsselwort elif ist Pythons Art zu sagen: „Wenn die vorherigen Bedingungen nicht wahr waren, dann versuche diese Bedingung“.

a = 33
b = 33
if b > a:
  print("b ist größer als a")
elif a == b:
  print("a und b sind gleich")

In diesem Beispiel ist a gleich b , also ist die erste Bedingung nicht wahr. Die elif Bedingung jedoch schon, also wird auf dem Bildschirm ausgegeben, dass „a und b gleich sind“.

Else

Das Schlüsselwort else fängt alles ab, was nicht auf die vorhergehenden Bedingungen zutrifft.

a = 200
b = 33
if b > a:
  print("b ist größer als a")
elif a == b:
  print("a und b sind gleich")
else:
  print("a ist größer als b")

# Eine "Shorthand" if else-Anweisung mit 3 Bedingungen:

a = 330
b = 330
print("A") if a > b else print("=") if a == b else print("B")

And

Das Schlüsselwort and ist ein logischer Operator und wird verwendet, um bedingte Anweisungen zu kombinieren:

Prüfung, ob a größer als b ist UND ob c größer als ist a:

a = 200
b = 33
c = 500
if a > b and c > a:
  print("Beide Bedingungen sind wahr")

Oder

Das or Schlüsselwort ist ein logischer Operator und wird verwendet, um bedingte Anweisungen zu kombinieren:

Prüfung, ob a größer ist als b, ODER ob a größer ist als c:

a = 200
b = 33
c = 500
if a > b or a > c:
  print("Eine der Bedingungen ist wahr")

Nicht

Das not Schlüsselwort ist ein logischer Operator und wird verwendet, um das Ergebnis der bedingten Anweisung umzukehren:

Prüfung, ob a NICHT größer ist als b:

a = 33
b = 200
if not a > b:
  print("a ist NICHT größer als b")

Verschachteltes wenn

Man kann if Anweisungen innerhalb von if Anweisungen haben, dies wird als verschachtelte if Anweisungen bezeichnet.

x = 41

if x > 10:
  print("Größer als 10")
  if x > 20:
    print("und auch größer als 20.")
  else:
    print(", aber nicht größer als 20.")

Die Pass-Anweisung

if Anweisungen dürfen nicht leer sein. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund eine if Anweisung ohne Inhalt bleibt, fügt man die pass Anweisung ein, um eine Fehlermeldung zu vermeiden.

a = 33
b = 200

if b > a:
  pass

While Schleifen

Python hat zwei einfache Schleifenbefehle:

• while -Schleifen
• for – Schleifen

Mit der While- Schleife können wir eine Reihe von Anweisungen ausführen, solange eine Bedingung wahr ist. Folgende Schleife gibt i aus, solange i kleiner als 6 ist:

i = 1
while i < 6:
  print(i)
  i += 1

Hinweis: Man muss i erhöhen, sonst wird die Schleife für immer fortgesetzt.

Die while-Schleife erfordert, dass relevante Variablen bereit sind. In diesem Beispiel müssen wir eine Indizierungsvariable i definieren , die wir auf 1 setzen.

Die Break-Anweisung

Mit der break-Anweisung können wir die Schleife auch dann stoppen, wenn die while-Bedingung wahr ist:

Verlassen der Schleife, wenn i gleich 3 ist:

i = 1
while i < 6:
  print(i)
  if i == 3:
    break
  i += 1

Die Continue-Anweisung

Mit der continue-Anweisung können wir die aktuelle Iteration stoppen und mit der nächsten fortfahren:

Fahren Sie mit der nächsten Iteration fort, wenn i 3 ist:

i = 0
while i < 6:
  i += 1
  if i == 3:
    continue
  print(i)

Die else-Anweisung

Mit der else-Anweisung können wir einen Codeblock einmal ausführen, wenn die Bedingung nicht mehr erfüllt ist. Die folgende Anweisung gibt eine Nachricht aus, sobald die Bedingung falsch ist:

i = 1
while i < 6:
  print(i)
  i += 1
else:
  print("i ist nicht länger kleiner als 6")

For-Schleifen

Eine for-Schleife wird zum Iterieren über eine Menge (das ist entweder eine Liste, ein Tupel, ein Dictionary, ein Set oder einen String) verwendet.

Dies ähnelt weniger dem Schlüsselwort for in anderen Programmiersprachen und funktioniert eher wie eine Iteratormethode, wie sie in anderen objektorientierten Programmiersprachen zu finden ist.

Mit der for-Schleife können wir eine Reihe von Anweisungen ausführen, einmal für jedes Element in einer Liste, einem Tupel, einer Menge usw. Folgendes Programm gibt Früchte in einer Liste aus:

obst = ["Apfel", "Banane", "Birne"]
for x in obst:
  print(x)

Die for-Schleife erfordert keine vorab zu setzende Indizierungsvariable.

Schleife durch einen String laufen lassen

Auch Strings sind iterierbare Objekte. Sie enthalten eine Folge von Zeichen. Durchläuft die Buchstaben des Wortes „Banane“ mit einer Schleife:

for x in "Banane":
  print(x)

Die Break-Anweisung

Mit der break-Anweisung können wir die Schleife stoppen, bevor sie alle Elemente durchlaufen hat. Folgende Anweisung beendet die Schleife, wenn x „Banane“ ist:

obst = ["Apfel", "Banane", "Birne"]
for x in obst:
  print(x)
  if x == "Banane":
    break

Folgende Anweisung verlässt die Schleife, wenn x „Banane“ ist. Dieses Mal jedoch vor der print-Anweisung:

obst = ["Apfel", "Banane", "Birne"]
for x in obst:
  if x == "Banane":
    break
  print(x)

Die Continue-Anweisung

Mit der continue-Anweisung können wir die aktuelle Iteration der Schleife stoppen und mit der nächsten fortfahren. Banane nicht ausgeben:

obst = ["Apfel", "Banane", "Birne"]
for x in obst:
  if x == "Banane":
    continue
  print(x)

Die range()-Funktion

Um eine Reihe von Codes eine bestimmte Anzahl von Malen zu durchlaufen, können wir die Funktion range() verwenden. Die Funktion range() gibt eine Folge von Zahlen zurück, die standardmäßig bei 0 beginnt und (standardmäßig) um 1 erhöht wird und bei einer bestimmten Zahl endet.

Verwendung der Funktion range():

for x in range(6):
  print(x)

Zu beachten ist, dass range(6) nicht die Werte von 0 bis 6 sind, sondern die Werte von 0 bis 5.

Die Funktion range() hat standardmäßig 0 als Startwert. Es ist jedoch möglich, den Startwert durch Hinzufügen eines Parameters anzugeben: range(2, 6) , was Werte von 2 bis 6 (aber nicht einschließlich 6) bedeutet:

Verwendung des Startparameters:

for x in range(2, 6):
  print(x)

Die Funktion range() erhöht die Sequenz standardmäßig um 1, es ist jedoch möglich, den Inkrementwert durch Hinzufügen eines dritten Parameters anzugeben: range(2, 30, 3 ) :

Erhöhen Sie die Sequenz mit 3 (Standard ist 1):

for x in range(2, 30, 3):
  print(x)

Else in der For-Schleife

Das else Schlüsselwort in einer for Schleife gibt einen Codeblock an, der ausgeführt werden soll, wenn die Schleife beendet ist. Folgendes Beispiel gibt die Zahlen von 0 bis 5 aus und gibt eine Nachricht aus, wenn die Schleife beendet ist:

for x in range(6):
  print(x)
else:
  print("Beendet!")

Hinweis: Der else Block wird NICHT ausgeführt, wenn die Schleife durch eine break Anweisung gestoppt wird.

Unterbrechen der Schleife, wenn x 3 ist. Beobachte, was mit dem else Block passiert:

for x in range(6):
  if x == 3:
    break
  print(x)
else:
  print("Beendet!")

Verschachtelte Schleifen

Eine verschachtelte Schleife ist eine Schleife innerhalb einer Schleife.

Die „innere Schleife“ wird einmal für jede Iteration der „äußeren Schleife“ ausgeführt:

Drucken Sie jedes Adjektiv für jede Frucht:

adjektiv = ["rot", "groß", "gut"]
obst = ["Apfel", "Banane", "Kirsche"]

for x in adjekiv:
  for y in obst:
    print(x, y)

Die Pass-Anweisung

for Schleifen können nicht leer sein, aber wenn man aus irgendeinem Grund eine for Schleife ohne Inhalt hat, fügen man die pass Anweisung ein, um einen Fehler zu vermeiden.

for x in [0, 1, 2]:
  pass

Machinelle Lernanwendung zur Bilderkennung

Zielanwendung

• Das Programm soll lernen, Bilder von Hunden und anderen Tieren zu unterscheiden.
• Benötigt wird ein binärer Klassikfikator (Klassifikatoren, die in zwei Gruppen sortieren)
• Perzeptron (Übliches Werkzeug, um so einen Klassifikator zu bauen)

Vortrag aus der letzten Stunde

• Wir benötigen gelabelte Daten
• Die Werten sollen nicht doppelt vorkommen
• Die Werte sollen in einer bestimmten Reihenfolge aufrufbar sein
• Man soll die Werte auch einem bestimmten Schlüssel zuordnen können

Hierfür verwenden wir ein Dictionary mit mehreren Listen, die wir einem Schlüssel zuordnen. Somit können wir mit Indexwerten in jeder Liste arbeiten.

# Menge als Dictionary mit mehreren Listen

beine = [4, 4, 4, 4, 2]
groesse = [35.6, 28.4, 55.9, 46.1, 5.2]
breite = [32.2, 18.5, 42.8, 39.3, 4.1]
farbe = ["Braun", "Schwarz", "Beige", "Weiß", "Rot"]
label = ["Hund", "Hund", "Hund", "Hund", "nicht Hund"]

feature = {
 'beine': beine,
 'groesse': groesse,
 'breite': breite,
 'farbe': farbe,
 'label': label
}

Welche Werte können innerhalb eines Perzeptrons verarbeitet werden?

In unser Dictionary haben sich zwei Schlüssel-Wert-Paare eingeschlichen, die so noch nicht verarbeitet werden können. Eines der Schlüssel-Wert-Paare kann für die weitere Verrabeitung konvertiert werden. Das andere für unser einfaches Beispiel nicht.

Effizientere Mengen mit NumPy (Numerisches Python)

Da wir für das Trainieren große Datenmengen benötigen, reichen unsere Dictionarys und Listen nicht aus und wir bedienen uns sog. Arrays und Matritzen aus der Bibliothek NumPy (sonst dauert das Trainieren mehrere Wochen / Monate)

Arrays aus NumPy sind bis zu 50 mal schneller als Listen & Dictionarys aufgrund der optimierten Speicher und Serverarchitekturen der NumPy-Rechner.

• Arrays sind geordnete, änderbare Mengen
• Matritzen sind zweidimensionale Arrays, also Arrays von Arrays