[AITech] 20220107 - Python Basics

강의 복습 내용

1. File System & Terminal Basic

컴퓨터 OS

• Operating System(OS, 운영체제): 프로그램이 동작할 수 있는 구동 환경. SW 프로그램과 HW를 연결하는 매개체.
• 프로그램은 OS에 의존적이다.
  • 파이썬은 OS에 의존적이지 않다. (인터프리터 언어)

파일 시스템

• OS에서 파일을 저장하는 트리 구조 저장 체계
• 파일의 기본 체계 - 파일 VS 디렉토리
  • 디렉토리: 폴더 또는 디렉토리라 불리며 파일과 다른 디렉토리를 포함할 수 있음
  • 파일: 컴퓨터에서 정보를 저장하는 논리적인 단위, 파일은 파일 명과 확장자로 식별됨
• 경로 - 컴퓨터 파일의 고유한 위치
  • 절대 경로: 루트 디렉토리부터 파일위치까지의 경로
  • 상대 경로: 현재 있는 디렉토리부터 타깃 파일까지의 경로
  • 윈도우: ‘\’ 사용/ 리눅스, 맥: ‘/’ 사용

터미널

• 터미널: 마우스가 아닌 키보드로 명령을 입력하여 프로그램을 실행(Command Line Interface, CLI)

  • Windows: cmd, windows terminal, cmder, ubuntu 등
  • Mac, Linux: Terminal

• 기본 명령어

  • 각 터미널에서는 프로그램을 작동하는 shell이 존재
  • 각 shell마다 다른 명령어를 사용

  윈도우 cmd창 명령어	shell 명령어	설명
  cd	cd	현재 디렉터리 이름을 보여주거나 바꿉니다. (change directory)
  cls	clear	cmd 화면에 표시된 것을 모두 지웁니다.
  dopy	cp	하나 이상의 파일을 다른 위치로 복사합니다.
  del	rm	하나 이상의 파일을 지웁니다.
  dir	ls	디렉터리에 있는 파일과 하위 디렉터리 목록을 보여줍니다.

2. Python Overview

Python의 시작

• 플랫폼 독립적(인터프리터 언어)

  • 플랫폼 = OS

    • 윈도우, 리눅스, 안드로이드 등 프로그램이 실행되는 운영 체제를 플랫폼이라 함

  • 독립적인 = 상관 없는

    • OS에 상관없이 한 번 프로그램을 작성하면 어디서든 사용 가능

  • 인터프리터 = 통역기를 사용하는 언어

    • 소스 코드를 바로 실행할 수 있게 지원하는 프로그램 실행 방법

  • 컴파일러 VS 인터프리터

    	컴파일러 언어	인터프리터 언어
    작동방식	소스코드를 기계어로 먼저 번역. 해당 플랫폼에 최적화되어 프로그램을 실행	별도의 번역과정 없이 소스코드를 실행 시점에 해석하여 컴퓨터가 처리할 수 있도록 함
    장점/단점	실행 속도가 빠름/ 한 번에 많은 메모리가 필요	간단히 작성, 메모리가 적게 필요/ 실행 속도가 느림
    주요 언어	C, Java, C++, C#	파이썬, 스칼라, 자바스크립트

• 객체 지향 동적 타이핑 언어

  • 객체 지향적 언어: 실행 순서가 아닌 단위 모듈(객체) 중심으로 프로그램을 작성
  • 동적 타이핑 언어: 프로그램이 실행하는 시점에 프로그램이 사용해야 할 데이터에 대한 타입을 결정

• 처음 C언어로 구현

Python의 특징(Why Python?)

• 쉽고 간단하며 다양하다
• 이해하기 쉬운 문법
• 다양한 라이브러리
• 이미 널리 쓰이는 어디서든 쓸 수 있는 언어

Life is short. You need Python.

3. Jupyter & Colab

한 번 합쳐보자! Python Shell + 코드 편집도구

Jupyter 개요

• IPython 커널을 기반으로 한 대화형 파이썬 shell
• 일반적인 터미널 shell + 웹 기반 데이터 분석 Notebook 제공
• 미디어, 텍스트, 코드, 수식 등을 하나의 문서로 표현 가능
• 사실 상의 데이터 분석 Interactive Shell의 표준
• Julia + Python + R
• http://localhost:8888/tree 주소로 jupyter가 실행

Colab 개요

• 구글이 개발한 클라우드 기반의 jupyter notebook
• 구글 드라이브 + GCP + jupyter 등이 합쳐져서 사용자가 손쉽게 접근
• 초반 여러가지 모듈 설치의 장점을 가짐
• 구글 드라이브 파일을 업로드하여 사용가능한 장점을 가짐
• VSCode 등과 연결해서 사용 가능
• V100 이상의 GPU를 무료로 쓸 수 있다는 장점을 가짐

주요 단축 키

Actions	Colab	Jupyter
키보드 단축키	Ctrl/Cmd M H	H
위에 셀 삽입	Ctrl/Cmd M A	A
아래에 셀 삽입	Ctrl/Cmd M B	B
셀 삭제	Ctrl/Cmd M D	DD
실행 인터럽트	Ctrl/Cmd M I	II
코드 셀로 변환	Ctrl/Cmd M Y	Y
텍스트 셀로 변환	Ctrl/Cmd M M	M
커서를 기준으로 셀 분할	Ctrl/Cmd M -	Ctrl Shift -
아레 셀과 병합		Shift M

4. Python: Variable & List

변수

변수는 데이터(값)를 저장하기 위한 메모리 공간의 프로그래밍 상 이름이다.

변수는 메모리 주소를 가지고 있고 변수에 들어가는 값은 메모리 주소에 할당된다.

• 변수 - 프로그램에서 사용하기 위한 특정한 값을 저장하는 공간
  • 선언되는 순간 메모리 특정 영역에 물리적인 공간이 할당
  • 변수에는 값이 할당되고 해당 값은 메모리에 저장

데이터 형 변환

• int() 함수 사용 시 소수점 이하 내림
• 문자열과 정수/실수 간 변환도 가능
  • 단, int() 사용 시 문자열은 정수여야 함(float() 사용 시 문자열은 정수/실수 모두 가능)

리스트

• 동시에 여러 타입의 데이터 저장 가능

a = [5,4,3,2,1]
b = [1,2,3,4,5]
b = a # b가 a의 주소를 가리킴
print(b)
# [5,4,3,2,1]
a.sort() # a 정렬
print(b) # b는 a와 같은 주소를 가리킴
# [1,2,3,4,5]
b = [6,7,8,9,10] # 새로운 주소 할당
print(a,b)
# [1,2,3,4,5] [6,7,8,9,10]

• ”=”는 메모리 주소에 해당 값을 할당(연결)한다는 의미이다.
• 리스트 복사
  • 일차원 리스트 복사
    1. 슬라이싱: a = b[:]
    2. 리스트 함수: a = list(b)
    3. copy 함수: a = b.copy()
  • 이차원 리스트 복사
    • from copy import deepcopy

5. Function and Console I/O

function

• parameter VS argument
  • parameter: 함수의 입력 값 인터페이스
  • argument: 실제 parameter에 대입된 값(호출 시 전달하는 값)

console in/out

• print formatting

# 1. % string
print("I ate %d apples. I was sick for %s days."%(number, day))
# %5d: 전체 5칸 할당, 오른쪽 정렬. %8.2f: 전체 8칸 할당, 소수점 이하 2자리 출력. 

# 2. str.format()
print("My name is {0} and {1} years old.".format(name, age))
# {0:5d}, {1:8.2f}와 같이 포맷팅. 

# 3. f-string(요즘 대세!!!)
name = "Youngwoo"
age = 39

print(f"Hello, {name}. You are {age}.")
print(f'{name:20}')
print(f'{name:>20}')
print(f'{name:*<20}')
print(f'{name:*>20}')
print(f'{name:^20}')
print(f'{name:*^20}')
'''
Hello, Youngwoo. You are 39.
Youngwoo            
            Youngwoo
Youngwoo************
************Youngwoo
      Youngwoo      
******Youngwoo******
'''
number = 3.1415926
print(f'{number:.2f}')
'''
3.14
'''

6. Conditionals and Loops

조건 판단 방법

• x > < == != >= <= y
  • 값을 비교
• x is/ is not y
  • 주소를 비교
• 숫자형의 경우 수학에서의 참/거짓과 동일
  • 0: 거짓
  • 그 외: 참
• 문자열도 동일
  • ””: 거짓
  • “abc”: 참

삼항 연산자

is_even = True if value % 2 == 0 else False

반복의 제어 - else

break에 걸리지 않고 정상적으로 종료했을 경우에만 else문 실행

# for-else
for i in range(10):
    print(i,)
else:
    print("EOP")
    
# while-else
i = 0
while i < 10:
    print(i,)
    i += 1
else:
    print("EOP")

debugging

• 코드의 오류를 발견하여 수정하는 과정

• 문법적 에러를 찾기 위한 에러 메시지 분석

  • 들여쓰기, 오탈자, 대소문자 구분 등
  • 에러 발생 시 인터프리터가 알려줌

• 논리적 에러를 찾기 위한 테스트도 중요

  • 뜻대로 실행이 안 되는 코드
  • 중간 중간 print문을 찍어서 확인하는 습관

  def addition(x, y):
      return x+y
    
  def multiplication(x, y):
      return x*y
    
  def divided_by_2(x):
      return x/2
    
  # __name__ 코드 부분은 '다른 모듈에서 import 시 실행되지 않고', '해당 모듈을 직접 컴파일할 때만 실행됨'
  if __name__ == '__main__':
      print(addition(10,5))
      print(multiplication(10,5))
      print(divided_by_2(50))
        
  '''
  ex) __name__ = "__main__"
  - 있을 경우
  >>> import trapezium_area_test
  >>>
  - 없을 경우
  >>> import trapezium_area_test
  addition: 15
  multiplication: 50
  divided_by_2: 25.0
  '''
  

7. String and Advances function concept

함수 호출 방식 개요

• 값에 의한 호출(Call by Value)
  • 함수에 인자를 넘길 때 값만 넘김.
  • 함수 내에 인자값을 변경해도 호출자에게 영향을 주지 않음.
• 참조에 의한 호출(Call by Reference)
  • 함수에 인자를 넘길 때 메모리 주소(변수)를 넘김.
  • 함수 내에 인자 값 변경 시 호출자의 값도 변경됨.
• 객체 참조에 의한 호출(Call by Object Reference)

# 값만 변경
def swap_value(x,y):
    temp = x
    x = y
    y = temp
    return x,y
    
# 메모리가 가지는 값을 변경
def swap_reference(list_ex, offset_x, offset_y):
    temp = list_ex[offset_x]
    list_ex[offset_x] = list_ex[offset_y]
    list_ex[offset_y] = temp

변수의 범위

• 지역 변수: 함수 내에서만 사용
• 전역 변수: 프로그램 전체에서 사용

def test(t):
    t = 20
    print("In Function: ", t)

x = 10
print("Before: ", x)
test(x)
print("After: ", x)
'''
Before:  10
In Function:  20
After:  10
'''

• 전역변수는 함수에서 사용 가능
• But, 함수 내에 전역 변수와 같은 이름의 변수를 선언하면 새로운 지역 변수가 생김

# 전역 변수
def f():
    global s
    s = "I love London!"
    print(s)
    
s = "I love Paris!"
f()
print(s)
'''
I love London!
I love London!
'''

# 지역 변수
def f():
    s = "I love London!"
    print(s)
    
s = "I love Paris!"
f()
print(s)
'''
I love London!
I love Paris!
'''

function type hints

• 사용자에게 인터페이스를 명확히 알려준다.
• 함수의 문서화 시 parameter에 대한 정보를 명확히 알 수 있다.
• mypy 또는 IDE, linter 등을 통해 코드의 발생 가능한 오류를 사전에 확인
• 시스템 전체적인 안정성을 확보한다.

def type_hint_example(name: str) -> str:
    return f"Hello, {name}"

docstring

• 파이썬 함수에 대한 상세스펙을 사전에 작성 -> 함수 사용자의 이행도 UP
• 세 개의 따옴표로 docstring 영역 표시(함수명 아래)

def add_binary(a, b):
    '''
    Returns the sum of two decimal numbers in binary digits. 
    
            Parameters:
                    a (int): A decimal integer
                    b (int): Another decimal integer
                
            Returns:
                    binary_sum (str): Binary string of the sum of a and b
    '''
    binary_sum = bin(a+b)[2:]
    return binary_sum

print(add_binary.__doc__)
'''
    Returns the sum of two decimal numbers in binary digits. 
    
            Parameters:
                    a (int): A decimal integer
                    b (int): Another decimal integer
                
            Returns:
                    binary_sum (str): Binary string of the sum of a and b
'''

파이썬 코딩 컨벤션

• “flake8” 모듈로 체크 - flake8 <파일명>
  • conda install -c anaconda flake8
• 최근에는 “black” 모듈을 활용하여 pep8 like 수준을 준수
  • black codename.py 명령을 사용