programmierung
und datenbanken

Joern Ploennigs

Funktionen

Midjourney: Functional Lines, ref. C.E.B. Reas

Wiederholung: Hörsaalfrage

Wofür verwendet man if, elif, else?

DALL·E 2: Yin and Yang in a ceramic dish

Wiederholung: IF, IFEL, ELSE

if, elif, else sind Befehle zum Verzweigen von Programmen in Python

if Bedingung1:
    print("Wird ausgeführt wenn Bedingung1 wahr ist")
elif Bedingung2:
    print("Wird ausgeführt wenn Bedingung1 falsch ist und Bedingung2 wahr ist")
else:
    print("Wird ausgeführt wenn Bedingung1 falsch ist und Bedingung2 falsch ist")

Wiederholung: Hörsaalfrage

Welche Loop Typen gibt es?

Midjourney: Loop

Wiederholung: Schleifen

Schleifen sind ein wichtiger Ansatz in der Programmierung, um wiederholende oder inkrementelle Lösungen zu realisieren.

In Python sind verfügbar:

• for (Entspricht For-Each-Loop)
• while (Entspricht While-Loop)

Wichtige Eigenschaften:

• Funktionieren genau wie alle anderen Steueranweisungen durch Einrückungen nach einer einzeiligen Definition
• Anders als in Funktionen sind Variablen aus Schleifen auch außerhalb der Schleife verfügbar!
• Die anderen Loop-Varianten sind zwar nicht explizit vorhanden, aber funktionell nachbildbar

Wiederholung: While-Loops

While-Loop

Im While-Loop kann die Bedingung schon am Anfang falsch sein. Die Schleife muss also nicht ausgeführt werden.

Bedingung = True/False
while Bedingung:
    # Statement
    Bedingung = False

Do-While-Loop

Im Do-While-Loop wird die Bedingung erst am Ende geprüft. Die Schleife wird also immer mindestens einmal durchlaufen.

Bedingung = True
while Bedingung:
    # Statement
    Bedingung = False

Repeat-Until-Loop

Beim Repeat-Until-Loop wird die Bedingung auch erst am Ende geprüft. Die Schleife wird wiederholt bis die Bedingung wahr wird.

Bedingung = False
while not Bedingung:
    # Statement
    Bedingung = True

Ablauf

Funktionen – Mathematisch

Funktionen setzen in Programmiersprachen das mathematische Konzept der Funktion um.
Sie stellen eine Abbildung von einer Eingabemenge auf eine Ausgabemenge dar.

Abbildung: Eine Funktion $f$ ordnet jedem Element $x$ einer Definitionsmenge $D$ ein Element $y$ einer Zielmenge $Z$ zu.

$$ f : D \to Z, \quad x \mapsto y $$

Funktionen – Programmierung

📘 Definition: Funktion

Wiederverwendbarer Programmcode, der eine bestimmte Aufgabe ausführt.

• Nehmen ein Tupel an Eingabewerten (Argumente)
• Führen eine festgelegte Folge von Ausdrücken und Zuweisungen aus
• Geben ein Tupel an Ausgabewerten zurück (Rückgabewerte)
• Werden nur ausgeführt, wenn sie in einem Ausdruck aufgerufen werden

Funktionen in Python

# Codeblock der Funktionsdefinition
def funktionsname(arg1, arg2): # <- funktionsname ist wählbar, arg1 und arg2 sind Argumente (Parameter)
    statement1 # <- Codeblock beginnt hier und ist eingerückt
    statement2 # <- noch Teil des eingerückten Codeblocks

• Funktionsdefinitionen beginnen mit def
• Es folgen Name, Argumente und ein :
• Argumente gelten im gesamten Funktionskörper
• Beim Aufruf werden die Argumente mit Eingabedaten belegt

Funktionen mit Ausgabe

def funktionsname(arg1):
    statement1
    return ausgabewert

• return beendet die Ausführung und liefert Ausgabewerte zurück
• „Zurückgeben“ heißt: Der Rückgabewert ersetzt den Funktionsaufruf im ursprünglichen Ausdruck
• Ist kein return definiert, gibt die Funktion None zurück

Beispiel – Verdopplung eines Werts

Multiplikation

x = arg1 * 2   # 4
x = arg1 * 4   # 16
x = arg1 * 8   # 128

Bitshift (schneller)

def mal2(arg1):
    return arg1 << 1

x = arg1 << 1   # $2^1$
x = arg1 << 2   # $2^2$
x = arg1 << 3   # $2^3$

Beispiel – Euklidische Distanz

from math import sqrt

def distance(a1, a2, b1, b2):
    return sqrt((a1 - b1)**2 + (a2 - b2)**2)

a1, a2 = 2, 3
b1, b2 = 6, 6
x = distance(a1, a2, b1, b2)  # 5.0

Standardwerte bei Parametern

def funktionsname(arg1, arg2="default"):
    return statement1

• Argumente können Standardwerte besitzen
• Beim Aufruf optional; übergebene Werte überschreiben den Standard

Beispiel – Maßeinheit an Zahl anhängen

def measurement(number, unit="meters"):
    return str(number) + " " + unit

x = measurement(12)        # "12 meters"
x = measurement(5.5, "kg") # "5.5 kg"

Übergabe von Argumentwerten (Konzepte)

Pass-by-value

• Nur Werte werden kopiert
• Übergabe-Variablen sind in der Funktion nicht zugreifbar
• „Sicherer“, da keine unerwartete Neubindung

Pass-by-reference

• Referenz auf die gleichen Daten
• Werte in der Funktion veränderbar
• Spart Zeit und Speicher

Übergabe von Argumentwerten in Python

• Mischvariante, oft „Pass-by-assignment“ genannt
• Mutable Datentypen: verhalten sich wie pass-by-reference
• Immutable Datentypen: verhalten sich wie pass-by-value
• Wird eine mutable Variable neu gebunden, wirkt das nicht außerhalb

Built-in Funktionen

Python hat eine umfangreiche Liste eingebauter Funktionen.

Funktion	Zweck
print(), input()	Ausgabe, Eingabe
id(), type()	Variablen ID, Datentyp
int(), str(), float()	Datentyp-Konvertierung
list(), tuple(), set(), dict()	Komplexe Datentypen
len()	Länge eines komplexen Datentyps
abs(), max(), min()	Mathematische Grundfunktionen
exit()	Programm beenden
sorted()	Sortieren
…

Wozu werden Funktionen genutzt?

• Übersichtlichkeit, Modularität, Wiederverwendbarkeit
  „Write once, use anywhere“
• Moderner Stil: Programme so weit wie möglich in grundlegende Funktionen aufteilen

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