Uke 4 — Løkker / while / for ============================ Vi skal se på noen eksempler på while-loops og for-loops, hvor vi kan repetere instruksjoner flere ganger. I https://automatetheboringstuff.com/2e/chapter2/ finnes en god oversikt over alle tre muligheter for kontroll av programflyt vi skal bruke: ``if``, ``while``, og ``for``. Denne uken vær sikker på at du har god kontroll over hvordan innrykk fungerer i python. De er viktige for å definere rekkefølgen og strukturen til koden din. .. note:: Når vi bruker løkker er det mulig å lage program som aldri stopper. Om du tror at koden din er i en uendelig loop kan du avslutte kjøringen ved å taste ``ctrl-c`` i terminalen som kjører koden. Eksempler --------- Eksempel 1 .......... While-løkker (while-loops) brukes i situasjoner når løkka skal utføres så lenge noe er sant. Her er noen eksempler på while-løkker. Last ned filen her: :download:`eksempel_while.py`. Prøv først å si hva som kommer til å skje når du kjører koden. Et tips er å selv gå igjennom de første iterasjonene av hver loop ved hjelp av penn og papir og se hva som skjer. Så kjøre koden og se om det var riktig. .. literalinclude:: eksempel_while.py I koden ser du at det er merket med 'start', 'test' og 'update'. En while-loop er avhengig av et vilkår og kjøres om vilkåret er oppfylt. Vilkåret er linja som er merka med 'test'. Vilkåret i while-løkker trenger ofte en startverdi som oppdateres mens løkken utføres. Dette er linja merket med 'start' (startverdi) og 'update' (oppdateringen) i koden. Litt senere skal vi se hva som skjer om man for eksempel ikke oppdaterer startverdien i løpet av løkken. .. _uke_04_eksempel_2: Eksempel 2 .......... Her er noen eksempler på ``break`` og ``continue``. Man bruker ``break`` til å avbryte en løkke. Man bruker ``continue`` til å fortsette neste iterasjon av løkken før man kommer til slutten av en blokk. Last ned filen her: :download:`eksempel_break_continue.py`. Prøv først å si hva som kommer til å skje når du kjører koden. Kjør så koden og se om det var riktig. .. literalinclude:: eksempel_break_continue.py Se på den siste løkken. Den kan skrives om ved hjelp av if-else sånn at man ikke må bruke ``continue``. Finner du ut hvordan man kan gjøre det? Kan løkken med ``break`` skrives om sånn at vi får det samme resultatet uten å bruke ``break``? Både ``break`` og ``continue`` kan også brukes med for-loops som kommer nedenfor. Eksempel 3 .......... Her er noen eksempler på for-løkker (for-loops). Last ned filen her: :download:`eksempel_for.py`. Prøv først å si hva som kommer til å skje når du kjører koden. Kjør så koden og se om det var riktig. Merk spesielt hvilke tall du får fra løkkene med ``range()``. Hva er det minste tallet du får? Hva er det største? Hva om du bruker tre tall som argument til ``range()``? **Prøv selv med noen ulike tall.** .. literalinclude:: eksempel_for.py Sammenligne output fra de siste to løkkene. Hvilken løkke er lettere for deg å forstå? Eksempel 4 .......... Alle for-løkker kan skrives om til while-løkker. Her er et eksempel. Last ned og kjør filen her: :download:`eksempel_for_to_while.py`. Skjønner du hva som skjer i begge løkkene? .. literalinclude:: eksempel_for_to_while.py Kan du skrive om en av for-løkkene med range() fra eksempel 3 til en while-løkke? Det finnes ofte flere ulike måter til å gjøre det samme ting med programmering. Noen er enklere å bruke enn andre, og det kommer an på konteksten hva som er den beste muligheten. .. note:: Når vi vet på forhånd hvor mange iterasjoner vi trenger er det vanlig å bruke ``for``. Der unngår vi at vi må håndtere startverdien, test og oppdatering av loop-verdien selv. ``while``-løkker bruker vi når vi *ikke* vet hvor mange iterasjoner vi trenger for å finne et resultat. Det kan være at stop-betingelsen er komplisert, eller at vi må ta input fra brukeren flere ganger frem til den passer. Eksempel 5 .......... Her er et eksempel på **problemløsning** ved hjelp av en for-loop i Python. Vi skal løse `Problem 1 `_ fra `projecteuler.net `_: If we list all the natural numbers below 10 that are multiples of 3 or 5, we get 3, 5, 6 and 9. The sum of these multiples is 23. Find the sum of all the multiples of 3 or 5 below 1000. Så hvordan går vi fra problem til kode? Denne prosessen kan deles opp i to deler. 1. Finne ut en algoritme som løser problemet. 2. Implementere algoritmen i valgt programmeringsspråk (i vårt tilfelle, Python). Algoritme ,,,,,,,,, La oss begynne med den første delen. Vi vil finne ut et sett med instrukser som gir summen vi trenger. Om vi ville beregnet summen opp til 10 selve, med papir og penn, ville vi sannsynligvis tenkt/gjort noe slikt: * 1 er ikke et multiplum av 3 eller 5, så gjør vi ingen med dette tallet. * 2 er ikke et multiplum av 3 eller 5, så gjør vi ingen med dette tallet. * 3 er et multiplum av 3, så vi må ta med tallet i summen. Summen vår blir da 3. * 4 er ikke et multiplum av 3 eller 5, så gjør vi ingen med dette tallet. * 5 er et multiplum av 5, så vi må ta med tallet i summen. Summen vår blir da 3 + 5 = 8. * 6 er et multiplum av 3, så vi må ta med tallet i summen. Summen vår blir da 8 + 6 = 14. * 7 er ikke et multiplum av 3 eller 5, så gjør vi ingen med dette tallet. * 8 er ikke et multiplum av 3 eller 5, så gjør vi ingen med dette tallet. * 9 er et multiplum av 3, så vi må ta med tallet i summen. Summen vår blir da 14 + 9 = 23. Vi prøver å sammenfatte hva vi gjør her. Vi går igjennom tallene fra 1 til 9 og sjekker om tallet er et multiplum av 3 eller 5. Ved sånt tilfelle adderer vi tallet til summen. La oss skrive dette litt klarere, og for et vilkårlig tall :math:`N` som øvre grense: * Gå igjennom heltallen fra :math:`1` til :math:`N-1` (for eksempel 9 om den øvre grensen er 10). * For hvert tall, sjekke om tallet er et multiplum av 3 eller 5. * Om det er det, addere tallet til summen. Dette er algoritmen vår. Den er ikke avhengig av noe programmeringsspråk. Dette er bare et sett med instrukser som, om man utfører dem, gir summen fra problemet. Implementasjon ,,,,,,,,,,,,,, Nå er det tid for del 2: å implementere algoritmen i Python. Her må man finne de delene av programmeringsspråket man skal bruke. I dette tilfelle vil vi gjøre noe for alle tall fra 1 til den øvre grensen (som vi gir navnet ``max_N``). Dette kan vi for eksempel gjøre med en ``for``-loop over ``range(max_N)``. Denne går fra og med null til og med ``max_N - 1``:: max_N = 10 for n in range(max_N): Vi må også definere summen før løkken (den er null fra begynnelsen), ellers har vi ingen summe å addere det første tallet til. Så vi lager en variabel ``summe`` som har verdien null, før for-løkken:: max_N = 10 summe = 0 for n in range(max_N): For hver iterasjon av for-løkken skal vi sjekke om det aktuelle tallet ``n`` er et multiplum av 3 eller 5. Dette kan vi gjøre med et if-statement innen for-løkken. Her sjekker vi om tallet er deleligt med 3 eller 5 (det er samme som at det er et multiplum av 3 eller 5) med koden ``n % 3 == 0 or n % 5 == 0``. Om det er det adderer vi tallet til summen med koden ``summe += n``. Ellers skal vi ikke gjøre noe, så det er ingen mer kode innen for-løkken. Her er koden. Du kan laste ned filen her: :download:`eksempel_problem_solving.py`. Kjør koden og endre på ``max_N`` sånn at du kan svare på problemet. Hva er summen av alle multiplumer av 3 og 5 som er mindre enn 1000? .. literalinclude:: eksempel_problem_solving.py Hvordan kunne du svare på problemet med while-løkke i stedet av for-løkken? Eksempel 6 .......... Her er noen eksempler på kode som ikke er riktig. .. note:: Når vi bruker while-loops er det mulig å lage program som aldri stopper om vilkåret i while-løkken alltid er oppfylt. Om du tror at koden din er i en uendelig loop kan du avslutte kjøringen ved å taste ``ctrl-c`` i terminalen som kjører koden. Last ned filen her: :download:`errors_1.py`. Prøv først om du kan finne feilen i koden. Kjør siden koden og se hva som skjer. Endre koden slik at den går å kjøre, og ikke blir fast i en uendelig loop. .. literalinclude:: errors_1.py .. note:: Det finnes mange gode eksempler og oppgaver i *Automate the boring stuff*, se for eksempel: `"Practice Questions" 1.–13. `_ Obligatoriske oppgaver ----------------------- Oppgave 1 ......... I ``uke_04_oppg_1.py`` skriv en ``while``-løkke som skriver ut alle partall fra :math:`34` til :math:`63`. Husk at du trenger tre ting for en ``while``-løkke: (1) start, (2) test, og (3) update. Eksempelkjøring: .. code-block:: text 34 36 38 ⋮ 62 Oppgave 2 ......... I ``uke_04_oppg_2.py`` lag en løkke for å snakke med en dum chatbot, bruk en ``while True`` løkke . Chatboten kan bare si tre ting: ``Hei! Vil du snakke med meg?``, ``Så kult!``, eller ``Ha det bra!`` Du må bruke ``input()`` for å svare chatboten. Bruk ``break`` for å avlutte ``while``-løkken når du får inn ``Nei`` eller ``nei``. TIPPS: Hvis du er usikker på denne oppgaven se :ref:`uke_04_eksempel_2`. Eksempelkjøring (understrek viser svaret tastet inn av brukeren): .. code-block:: text Hei! Vil du snakke med meg? J̲a̲ Så kult! Hei! Vil du snakke med meg? J̲a̲ Så kult! Hei! Vil du snakke med meg? N̲e̲i̲ Ha det bra! Oppgave 3 ......... I ``uke_04_oppg_3.py`` lag en ``for``-løkke med ``range()`` som skriver ut tallene i :math:`4`-gangen opp til og med :math:`24`. Eksempelkjøring: .. code-block:: text 4 8 12 16 20 24 Oppgave 4 ......... I ``uke_04_oppg_4.py`` skriv en ``for``-løkke eller ``while``-løkke som sjekker alle tallene fra :math:`12` til :math:`27` og skriver ut "{x} er et partall!" hvis partall og "{x} er et oddetall!" hvis oddetall. Eksempelkjøring: .. code-block:: text 12 er et partall! 13 er et oddetall! 14 er et partall! ⋮ 27 er et oddetall! Oppgave 5 ......... I ``uke_04_oppg_5.py`` skriv en ``while``-løkke som beregner fakulteten (:math:`n!`) til et heltall fra brukeren. For eksempel, ``5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120``. Fakulteten til 0 er definert som 1. Eksempelkjøring: .. code-block:: text Tall: 5̲ 120 Eksempelkjøring: .. code-block:: text Tall: 0̲ 1 Oppgave 6 ......... I ``uke_04_oppg_6.py`` bruk ``while``-løkker for å skrive ut dette mønsteret (for hver rad øker/minsker vi med :math:`2` mellomrom): Eksempelkjøring: .. code-block:: text * * * * * * * * * Husk å oppdatere tellingen på slutten av løkken! Tips: du må ikke skrive dette som én løkke. Du kan skrive flere løkker etter hverandre. Oppgave 7 ......... I ``uke_04_oppg_7.py`` bruk ``for``-løkker for å skrive ut det samme mønsteret som i oppgave 6. Oppgave 8 ......... I ``uke_04_oppg_8.py`` skriv en ``for``-løkke som teller ned fra :math:`10` til :math:`1` og så skriver "LIFTOFF!" Eksempelkjøring: .. code-block:: text 10 9 ⋮ 2 1 LIFTOFF! Oppgave 9 ......... I ``uke_04_oppg_9.py`` skriv en ``for``-løkke som skriver ut bokstavene i ``"høyteknologisenteret"`` på hver sin linje. Eksempelkjøring: .. code-block:: text h ø y t e k n o l o g i s e n t e r e t Oppgave 10: ....................................................................... I denne oppgaven skal vi beregne temperaturen av 250.0 mL vann som varmes opp fra romtemperatur (25.0°C) til kokepunktet (100.0°C). For enkelhets skyld, anta at temperaturen til vannet øker lineært med :math:`0.625\,\mathrm{{}^\circ C} / \mathrm{s}`. I filen ``uke_04_oppg_10.py`` skal du lage et programm som begynner med temperaturen 25.0°C og så printer ut for hver sekund temperaturen til vannet frem til det kokes på 100.0°C. Til slutt skal programmet printe ut hvor lang tid det tok å nå kokepunktet med frasen ``100.0°C i {resultat her} sekunder``. Vis resultatet til nærmeste tiende, men bruk full presision i beregningen, ikke bruk de rundete verdiene for å regne med videre. Enten f-string-formatering eller ``round()`` fungerer bra her. .. code-block:: text 0s = 25.0°C 1s = 25.6°C 2s = 26.2°C 3s = 26.9°C 4s = 27.5°C ... ... 100.0°C i ... sekunder Oppgave 11 .......... I denne oppgaven skal vi beregne posisjonen av en sten som droppes fra en høyde. I filen ``uke_04_oppg_11.py`` skal du lage et program som tar en høyde som input fra brukeren og så printer ut, for hver sekund, posisjonen av en sten som droppes fra den høyden, frem til stenen er på marken. Til sist skal programmet printe ut hvor lang tid det tok til stenen landet på marken. Formelen for stenens posisjon :math:`p` er følgende: .. math:: p = p_0 - \frac{1}{2} g t^2, hvor :math:`p_0` er stenens starthøyde, :math:`t` er tiden som passert og :math:`g` er tyngdakselerasjonen. I denne oppgaven bruker vi verdien :math:`9.8\,{\mathrm{m}}/{\mathrm{s}^2}` for :math:`g`. Dette betyr altså at en sten som droppes fra høyden :math:`100\,\mathrm{m}` etter :math:`4\,\mathrm{s}` er på høyde :math:`(100 - \frac{1}{2} \cdot 9.8 \cdot 4^2)\,\mathrm{m} \approx 21.6\,\mathrm{m}`. Ditt program skal begynne med å skrive ut starthøyden (dette er da :math:`t=0`). Så skal programmet skrive ut høyden hver sekund **rundet til 1 desimal** til og med stenen lander på marken. For eksempel, om stenen droppes fra høyde :math:`100\,\mathrm{m}` skal ditt program skrive ut: .. code-block:: text 100 m 95.1 m 80.4 m 55.9 m 21.6 m 0 m Den siste raden sier stenens høyde etter :math:`5\,\mathrm{s}`. Stenen lander på marken etter ca :math:`4.52\,\mathrm{s}`, men stanner selvfølgelig der etter det. Så skal derfor programmet skrive ut at den er på høyde :math:`0` etter :math:`5\,\mathrm{s}`. Programmet skal også beregne mellom vilke sekunder stenen lander på marken. I de fleste tilfellene kommer ikke stenen å lande på marken akkurat ved en hel sekund. Fra :math:`100\,\mathrm{m}` lander den mellom :math:`4` og :math:`5\,\mathrm{s}` etter at den droppes. Da skal programmet skrive ut: .. code-block:: text Stenen lander mellom 4 og 5 sekunder etter at den droppes. Her er en eksempelkjøring på hele programmet: .. code-block:: text Stenen droppes fra høyde: 1̲0̲0̲ 100.0 m 95.1 m 80.4 m 55.9 m 21.6 m 0 m Stenen lander mellom 4 og 5 sekunder etter at den droppes. Oppgave 12 .......... I filen ``uke_04_oppg_12.py`` skal du skrive et program som spør brukeren om et binært tall og siden skriver ut hvilket heltall det er (i basen 10). For å skjønne hvordan binære tall er oppbygget kan vi se først på tall i basen 10 (som vi bruker til hverdags). Tallet :math:`4206` deler vi opp som summen .. math:: \begin{matrix} 4 & & 2 & & 0 & & 6 \\ \downarrow & & \downarrow & & \downarrow & & \downarrow \\ 4 \cdot 10^3 & + & 2 \cdot 10^2 & + & 0 \cdot 10^1 & + & 6 \cdot 10^0. \end{matrix} Det første tallet sier hvor mange ganger vi tar :math:`1000 = 10^3`, det andre tallet sier hvor mange ganger vi tar :math:`100 = 10^2`, det tredje tallet sier hvor mange ganger vi tar :math:`10 = 10^1` og det siste tallet sier hvor mange ganger vi tar :math:`1 = 10^0`. Densamme formelen gjelder for binære strenger, med eneste forskjellen at vi velger potenser av :math:`2` istedet for potenser av :math:`10`. Så det binære tallet :math:`110100` er detsamme som summen .. math:: \begin{matrix} 1 & & 1 & & 0 & & 1 & & 0 & & 0 \\ \downarrow & & \downarrow & & \downarrow & & \downarrow & & \downarrow & & \downarrow \\ 1 \cdot 2^5 & + & 1 \cdot 2^4 & + & 0 \cdot 2^3 & + & 1 \cdot 2^2 & + & 0 \cdot 2^1 & + & 0 \cdot 2^0. \end{matrix} Så det betyr at :math:`110100` representerer tallet :math:`32 + 16 + 4 = 52`. Legg merke til at den høyeste potensen av :math:`2` hører sammen med det første tallet og at verdien av denne potensen er avhengig av hvor langt det binære tallet er. For eksempel, :math:`110100` er 6 tegn langt, så potensen av :math:`2` tilsvarende :math:`1` i starten er :math:`6-1 = 5`. Generellt så er potensen av :math:`2` som tilsvarer det første tallet i et binært tall én mindre enn lengden av det binære tallet (akkurat som i bas 10). Når man kjører programmet ditt skal det se ut slik som følgende eksempelkjøring: .. code-block:: text Binært tall: 1̲1̲0̲1̲0̲0̲ 52