pages = 900
speed = 50
finish_time = pages / speed
if finish_time < 14:
print('الوقت كافٍ')
else:
print('داهمنا الوقت')داهمنا الوقت1 المقدمة الأولى: لغة البرمجة
يتألف البرنامج المكتوب بلغة البرمجة من قِطَع هي عبارة عن سلسلة من الجُمَل البسيطة والمركبة المكونة من مُفْرَدات للتعبير عن الأوامِر بطريقة يَسْهُلة على المبرمج كتابتها ، وفي نفس الوقت تَتَّبِعُ قَواعِدَ نَحْوِيَّة صارمة حتى لا تشتبه على المترجم عند تحويلها لتعليمات مفصَّلة على لغة المنطق الرقمي لآلة التي تنفذها.
وفي هذا المثال عرضٌ لقطع برمجية في بايثون وشرحٌ لعملها، وليس المطلوب أي شيء منها أو تأمُّلَه ومحاولة فهمه بل هذه نظرة عامَّة لتكوين تصوُّر مُجْمَل عمّا سيأتي إن شاء الله.
القطعة البرمجية
تُنَفَّذُ القطعة (Code Snippet) بحسب ترتيب جُمَلِها نزولاً من الأعلى.
في هذه القطعة مجموعة جُمل، نشرحها سطرًا سطرًا:
- السطرين الأولين: جملة تعيين حرفّيْ (
900و50) لمتغير (pagesوspeed). - السطر الثالث: جملة تعيين ناتج عبارة القسمة. ولاحظ أن اسم المتغير
finish_timeيستعمل الشرطة السفلية بدلاً من المسافة (وهذا ضروري) - جملة شرطية:
if(بمعنى إن كان)- الجزء الأول (الشرط):
finish_time < 14 - ثم ما بعده مباشرة: جملة معلَّقة بالشرط
- الجزء الثاني
else(بمعنى فإن لم يكن) جملة معلَّقة بانتفاء الشرط
- الجزء الأول (الشرط):
فهذه أربعة أنواع من الجُمل في قطعة واحدة. والجملة في بايثون لها أنواعُ كثيرة، وتنقسم إلى قسمين: بسيطة ومركبة:
جملة بسيطة وهي 14 جملة:
- التعبير:
x + y - التعيين:
x = y - التأكيد:
assert condition - المرور:
pass - الحذف:
del x - الإرجاع:
return y - الإنتاج:
yield y - رفع الاستثناء:
raise Exception - الكسر:
break - الاستمرار:
continue - الاستيراد:
import module - العالمية:
global x - غير المحلية:
nonlocal x - النوع:
type(x)
جملة مركبة وهي 10 جمل:
- الشرط:
if ... - التكرار:
while ... - الحلقة:
for ... - المحاولة:
try ... - السياق:
with ... - المطابقة:
match ... - تعريف الإجراء:
def ... - تعريف النوع:
class ... - تعريف الإجراء غير المتزامن:
async def ... - قائمة الأنواع المتغيرة:
[T1[, T2, ...]]
الكلمات
أول أنواع الكلمة هو المفردات الأصلية (Keywords) التي لها معنىً خاصّ مفهوم لدى بايثون وتستعمل في جُمَل محددة. وهي 35 كلمة:
False await else import pass
None break except in raise
True class finally is return
and continue for lambda try
as def from nonlocal while
assert del global not with
async elif if or yieldومنها كذلك 4 كلمات: match, case, type و _ (الشرطة السفلية).
وما عدا ذلك
فقد تبني الحروف كلمةً تكونُ متغيِّرًا (Variable)، نحو: x أو price أو body_weight فكلها أسماء مقبولة للمتغيرات؛ لا كما في الرياضيات التي عادةً ما تستعمل الحرف الواحد.
وقت تبني الحروف كلمة تكون حرفيٍّا (Literal)، نحو: 44 أو 3.14 أو "كيف حالك؟" ويُسمَّى قيمة (Value).
ومن الحروف علامات الابتداء والوَقف، نحو: ( ) و [ ] و { } والفصل، نحو: , (الفاصلة اللاتينية) و : (النقطتان الرأسِيَّتان) و = (علامة التعيين) ، وتُسمى جميعًا المحددات (Delimiters).
- فالأقواس
()في العبارة:(y + z) * (a + b)لتحديد ترتيب العمليات - والأقواس
()في العبارة:print(x, y, z)لتحديد عوامل الإجراء: أي: المتغيرات التي نمررها له - والأقواس
()في العبارة:(10, 20, 30)لتحديد صف من الأرقام
ومن الحروف المعاملات (Operators)، نحو: + و * و / و ** و ==
فمثلاً: معامل الجمع + يفسَّر بحسب السياق: x + y
- فإن كان
x = 5وy = 10فهما من نوع الرقم (Number) فهي للجمع - فإن كان
x = "Ahmad"وy = "Belal"فهما من نوع النص (String) فهي للدمج بينهما - فإن كان
x = 5وy = "Belal"فهما من نوع الرقم و النص فليسَ بمعرَّف
الأنواع والإجراءات المبنية
ومن الأنواع والإجراءات ما هو مبنيُّ (Built-in) في لغة بايثون:
الأنواع المبنية مثل:
- الرقم:
int,float,complexللحساب - النص:
strللتعامل مع الكلام المكتوب - الجمع:
list,tuple,range,set,dictلغير المفرد
graph TD
A[<b>شيء</b> <br> <code>Object</code>] --> B[<b>رقم</b> <br> <code>Number</code>]
B --> E[<b>صحيح</b> <br> <code>int</code>]
B --> F[<b>عشري</b> <br> <code>float</code>]
B --> G[<b>مركب</b> <br> <code>Complex</code>]
A --> D[<b>جمع</b> <br> <code>Collection</code>]
D --> M[<b>تسلسل</b> <br> <code>Sequence</code>]
M --> C[<b>نص</b> <br> <code>str</code>]
M --> H[<b>قائمة</b> <br> <code>list</code>]
M --> I[<b>صف</b> <br> <code>tuple</code>]
M --> J[<b>نطاق</b> <br> <code>range</code>]
D --> K[<b>مجموعة</b> <br> <code>set</code>]
D --> L[<b>قاموس</b> <br> <code>dict</code>]
وسيأتي تفصيلها في أبوابها إن شاء الله.
الإجراءات المبنية مثل: print, sum, max, min, len
| الإجراء | Function |
|---|---|
| الطباعة | print |
| الجمع | sum |
| الأكبر | max |
| الأصغر | min |
| الطول | len |
| إدخال | input |
| نوع | type |
| أي | any |
| كل | all |
| التالي | next |
| تطبيق | map |
| تجميع | zip |
| تقريب | round |
وغيرها كثير لا يفيد حصره هنا. ولا تزال اللغة تتطوَّر ويُزادُ فيها من هذه الأنواع والإجراءات.
نمو اللغة
ومن خواص لغة البرمجة: إنشاء مركبات لغوية جديدة، وذلك بشيئين:
- تعريف أنواع جديدة؛ بجملة
class - تعريف إجراءات جديدة؛ بجملة
def
فأضاف مطوروا بايثون أنفسهم إلى اللغة ما يسمى بالمكتبة الأساسية (Standard Library)، ومن أقسامها:
- وحدة
mathالتي تضم مجموعة إجراءات تعنى بالعمليات الرياضية على الأعداد - وحدة
statisticsالتي تضم مجموعة إجراءات تعنى بالإحصاء - وحدة
datetimeالتي تضم مجموعة أنواع وإجراءات تعنى بالوقت والتاريخ
المكتبة الأساسية
في هذا المثال نعرف نقطتين ثم نحسب المسافة بينهما. والمسافة الإقليدية بين نقطتين \((x_1, y_1)\) و \((x_2, y_2)\) تتبع معادلة فيثاغورس:
\[ \text{distance} = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2} \]
القطعة:
import math
x1, y1 = 0, 0
x2, y2 = 3, 4
distance = math.sqrt((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2)
print(distance)5.0تفصيل هذه القطعة كالتالي:
- جملة استيراد المكتبة الرياضية:
import math - تعيين النقطتين:
x1, y1 = 0, 0وx2, y2 = 3, 4 - حساب المسافة:
distance = math.sqrt((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2)وفيه:x2 - x1هو الفرق بين الإحداثيات السينيةy2 - y1هو الفرق بين الإحداثيات الصادية**هي عملية تربيع العددmath.sqrtهي فعل حساب الجذر التربيعي
- طباعة النتيجة:
print(distance)
المكتبات المساهمة
وتسمى المكتبات الخارجية (External Libraries) وهي مكتبات يساهم بها الناس، ويضيفونها إلى اللغة، نجدها في موقع قاعدة بيانات PyPI الذي يضم أكثر من 580 ألف مشروع، أو غيرها من المواقع. وهذه يتم تنزيلها وتثبيتها للاستفادة من لغتها المزيدة.
على سبيل المثال، تختص حزمة pandas المتخصصة في تفكيك وتركيب الجداول والتحليلات الإحصائية عليها؛ فهي أقوى من أي نسخة من إكسل (Excel) أو غيره.
لتثبيتها نستعمل uv هكذا في سطر الأوامر (النافذة السوداء):
ثم نستطيع استعمال المكتبة لقراءة بيانات الطلاب -مثلاً- من ملف CSV:
ثم لعرض ملخصات إحصائية:
أو تصوير البيانات:
هكذا بكل بساطة.
فإذًا .. هنا دور المجتمع (Community) ليبني باللغة: بمفرداتها وجملها ومكتبتها الأساسية والخارجية، ليبني فوق ذلك ما يخدم أغراضه. فلكل فئة من الناس تركيب حزمة جديدة مكونة من أنواع وإجراءات مركبة مبنية على غيرها ، ثم يوفرونها لغيرهم. وهكذا تنمو اللغة ، حزمةً تِلو الأخرى بحسب إسهامات كل مجتمع برمجي بما يهتم به.
ومن مكامن القوة في لغة بايثون: أنها متوافقة مع لغتي C/C++ إذْ يُمكن كتابة برمجيات عالية الأداء والكفاءة بهما مستفيدين من الحزم الموجودة فيهما، ثم توفيق ذلك ليكون كمكتبة في لغة بايثون.
فالمجتمعات البرمجية في بايثون كثيرة ومتعددة في اهتماماتها. منها على سبيل المثال:
- تطوير مواقع الشبكة:
- تحليل البيانات وتصويرها:
- pandas - لتحليل البيانات المرصوصة
- seaborn - لتصوير البيانات الإحصائية على أساس Matplotlib.
- matplotlib - مكتبة شاملة لإنشاء تصورات ثابتة ومتحركة وتفاعلية.
- الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة:
- statsmodels - للنماذج الإحصائية
- scikit-learn - لاكتشاف الأنماط والتنبؤ (تعلم الآلة)
- PyTorch - لبناء نماذج التعلم العميق
- التحليل الرياضي والهندسة: