Задания выполняются в течение семестра под руководством преподавателя. Для оценки успеваемости используется балльно-рейтинговая система: суммируется общий балл всех выполненных заданий. По каждому из нижеприведённых разделов нужно набрать не менее 10 баллов. Разделов шесть, но для зачёта по курсу нужно набрать не менее 70 баллов. Дополнительные баллы можно получить: а) посещая лекции и участвуя в разборе задач; б) решая задания по любому из разделов более чем на 10 баллов; в) пройдя тестирование по курсу.
На занятиях можно пользоваться любыми доступными Интернет-ресурсами. Для новичков в Python имеет смысл до решения задач познакомиться с основами языка, например, на ресурсе https://pythontutor.ru/. При выполнении заданий следует вводить в программы элементы защиты от некорректно введённых исходных данных и снабжать программу комментариями. Некорректный код не приносит баллов. Программа, являющаяся точной копией уже принятой преподавателем у другого студента, даёт 0 баллов, и это задание для вас становится недоступным. Если вы не смогли объяснить с точностью до команды, как работает ваша программа - вы также не получаете баллы до тех пор, пока не ответите на все вопросы преподавателя.
1. Знакомство. Простые задачи.
Основы программирования на Python. Основные синтаксические конструкции языка. Терминальный ввод-вывод.
Задача 1 (2 балла). Вводится год (целое положительное число). Программа должна определить, является ли введённый год високосным. В соответствии с григорианским календарем, год является високосным, если его номер кратен 4, но не кратен 100, а также если он кратен 400.
Задача 2 (2 балла). Даны декартовы координаты двух точек на плоскости: (x1, y1) и (x2, y2). Написать программу, которая найдёт коэффициенты в уравнении прямой y=ax+b, проходящей через эти точки.
Задача 3 (2 балла). Улитка ползет по вертикальному шесту высотой h метров, поднимаясь за день на a метров, а за ночь спускаясь на b метров. На какой день улитка доползет до вершины шеста? Программа получает на вход натуральные числа h, a, b. Программа в качестве ответа должна вывести одно натуральное число. Программа должна адекватно реагировать на все виды соотношений между h, a и b.
Задача 4 (3 балла). Программа должна найти и показать 1000-й член ряда Фибоначчи. Ряд Фибоначчи - числовая последовательность, в которой первые два числа равны 0 и 1, а каждое последующее число равно сумме двух предыдущих чисел (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 и т. д.).
Задача 5 (3 балла). Дана некая функция, имеющая минимум на интервале [-4, 2] (например, y= 2*x**2 + 3*x + 1). Нужно найти, при каком x достигается минимум функции с точностью 0.01. При этом нельзя пользоваться никакими библиотеками.
Задача 6 (4 балла). Вводится целое число. Программа отображает это число в увеличенном виде в окне терминала - например, составляет каждую цифру введённого числа из символов "*" (как на рисунке) или же из случайных символов. Пользоваться дополнительными модулями (типа art) в данном случае не разрешается.
2. Наборы данных. Вычисления.
Математические вычисления. Строки, списки, кортежи, словари, массивы.
Задача 1 (1 балл). Вводится строка осмысленного текста. Программа выводит введённую строку наоборот (от последнего символа к первому) и анализирует, является ли введённая пользователем строка палиндромом. Палиндром - текст, одинаково читающийся в обоих направлениях, типа "Коту тащат уток".
Задача 2 (1 балл). Вводится строка, состоящая из нескольких слов. Программа должна разделить строку на слова и вывести каждое слово с новой строки, отсортировав их от самого длинного к самому короткому.
Задача 3 (2 балла). Вводим две квадратных матрицы размерности N. Программа должна найти произведение этих матриц. Решите задачу двумя способами - используя возможности модуля numpy, и на чистом python.
Задача 4 (2 балла). Вводится число N. Программа должна сгенерировать список из N случайных вещественных чисел в диапазоне от 0 до 10 (это нужно оформить в виде функции), а затем найти среднее и среднеквадратичное отклонение (т. е. корень квадратный из суммы квадратов отклонений от среднего) по всем элементам списка.
Задача 5 (2 балла). Результаты ЕГЭ представлены в виде словаря "фамилия ученика: балл":
{"Андреев" : 62, "Степанов" : 45, "Крутой" : 93, "Лебеденко" : 88, "Смирнов" : 98, "Петрова" : 83, "Симчук" : 75, "Лихая" : 71, "Неизвестный": 39}
Программа должна вывести фамилии учеников, балл которых выше среднего балла в данном перечне.
Задача 6 (3 балла). Вводится строка целых чисел, разделенных пробелами. Программа должна выбрать два числа из этой строки так, чтобы произведение этих чисел было минимальным. Числа могут быть как положительными, так и отрицательными.
Задача 7 (3 балла). Cгенерируйте последовательность из 1000000 случайных чисел в диапазоне от 1 до 50. Подсчитайте и выведите на экран (в порядке убывания), сколько раз встречается каждое из чисел в сгенерированной последовательности.
3. Работа с файлами.
Работа с текстовыми и бинарными файлами.
Задача 1 (2 балла). Создайте текстовый файл с осмысленным текстом от 100 до 1000 символов. Напишите программу, которая открывает созданный файл и подсчитывает количество символов (не включая пробелы, знаки табуляции и перехода на новую строку), а также считает количество слов и строк во всём тексте.
Задача 2 (2 балла). Напишите программу, которая выводит на экран список всех файлов из текущего рабочего каталога. При этом файлы, имеющие расширение .py, должны быть выделены либо цветом, либо (если консоль не поддерживает цветные строки) с помощью спецсимволов (звёздочек, стрелочек и т.п.).
Задача 3 (3 балла). В Microsoft Excel или Libre Office Calc создайте таблицу, содержащую непустые ячейки с цифрами либо текстовыми строками, и сохраните эту таблицу в текстовый файл с расширением .CSV. Напишите программу на Python, которая корректно читает этот файл и переписывает данные в виде таблицы в файл формата HTML. Пользоваться методами модуля pandas не разрешается. Проверить результат можно, открыв полученный HTML-файл в любом Интернет-браузере.
Задача 4 (3 балла). Программа запрашивает имя бинарного файла. Программа должна распознать, является ли этот файл изображением в формате png, изображением в формате jpeg, или каким-либо другим файлом. Анализ следует проводить, исходя, во-первых, из расширения файла (.jpeg, .jpg, .png или другое) и, во-вторых, прочитав первые 10 байтов файла и сравнив их с характерными метками в заголовках jpeg- или png-файлов (спрашивайте об этом у преподавателя). Программа должна уметь анализировать различные ошибочные ситуации, например, когда расширение файла не соответствует его формату (хранится png-изображение, а расширение файла jpg или gif). Программа должна корректно обрабатывать ошибки ввода имени файла (например, когда файл с указанным именем не найден).
Задача 5 (3 балла). В файле содержится осмысленный текст (не менее 100 и не более 1000 символов) в кодировке UTF-8. Программа №1 должна прочитать этот файл, запросить у пользователя ключ, закодировать с помощью этого ключа прочитанный текст и сохранить закодированный текст в файле с указанным пользователем именем. Программа № 2 должна прочитать файл с закодированным текстом, запросить у пользователя ключ (ранее использованный для кодирования), раскодировать с помощью этого ключа текст и вывести его на экран. Алгоритм кодирования должен быть более сложным, чем "шифр Цезаря".
Задача 6 (3 балла). Вводится текстовая строка как аргумент командной строки программы. Программа осуществляет поиск введённой строки символов во всех файлах рабочего каталога, имеющих кодировку символов UTF-8. Если строка найдена - на экран выводится имя файла, где она нашлась, и строка текста, в которой она нашлась. Программа подсчитывает, сколько раз встретилась искомая строка.
4. Python в научных расчётах.
Построение графиков с использованием Python. Работа с модулями.
Для выполнения данных заданий сначала рекомендуется посмотреть >> наш учебник.
Задание 1 (2 балла). Постройте в трёхмерных координатах параметрически заданную кривую, вариант укажет преподаватель. Пример построения кривой x = t2・sin(t); y = t2・cos(t); z = t2 приведен здесь.
Задание 2 (2 балла). Постройте трёхмерную поверхность для указанного преподавателем варианта функции двух переменных с использованием возможностей модуля matplotlib либо модуля vispy для языка Python.
Задание 3 (3 балла). Постройте двумерный график комплекснозначной функции f(t) = 1 / (1 + it) в координатах Re(f) по оси абсцисс и Im(f) по оси ординат. Параметр t изменяется в промежутке [-4, 4]. Для построения графика удобно использовать метод scatter библиотеки matplotlib. Цвет точки на графике должен зависеть от значения модуля функции f в данной точке.
Задание 4 (3 балла). Постройте график функции по набору экспериментальных точек, записанных в текстовый файл якобы как результат нескольких измерений. То есть, первый столбец в файле - это координаты по оси Х. Второй, третий и последующие столбцы - это какие-то результаты первого, второго и последующих измерений. Вы можете использовать любые реальные данные - например, взятые из ваших лабораторных работ по физике. График должен идти по точкам, рассчитанным как средние значения по строкам файла, содержащим результаты нескольких измерений для одного значения X. Должен получиться график, напоминающий этот.
Задание 5 (3 балла). Промоделируйте двумерные случайные блуждания для 1000 шагов со смещением на каждом шаге ±1 по любой из координатных осей. Следует построить двумерный график, на котором интерактивно (т.е. на каждом шаге) будет отображаться моделируемый путь. Желательно начало и конец пути пометить маркерами, как на приведённом рисунке. Дополнительно вычислите расстояние между начальной и конечной точками пути.
5. Объектно-ориентированный подход. Графический интерфейс PyQt.
Классическое оконное приложение на Python с управлением событиями.
В этом блоке работаем с библиотекой PyQt5. Допускается на ваших личных компьютерах использовать библиотеку PyQt6. Условимся, что библиотеку TKinter ни для одного из нижеперечисленных заданий вы использовать НЕ БУДЕТЕ!
Задача 1 (2 балла). Создать простейшее оконное приложение: графическое окно с какой-либо надписью по центру. Программу следует написать в стиле объектно-ориентированного программирования. В окне должна быть кнопка, инициирующая какое-либо действие в окне (например, изменение цвета надписи).
Задача 2 (от 2 до 4 баллов). Создать цифровые часы, которые показывают в реальном времени часы, минуты, секунды, число, месяц, год. Программа объектно-ориентированная. Любые добавления функционала часов (будильник, таймер, изыски дизайна) приведут к увеличению количества баллов.
Задача 3 (от 2 до 4 баллов). Создать текстовый редактор, который умеет открывать выбранный пользователем текстовый файл и сохранять отредактированный текст в указанное пользователем место (т.е. должны быть реализованы вызовы из строки меню стандартных диалоговых окон открытия и сохранения файла). Добавления функционала к редактору (работа с буфером обмена, реализация поиска и др.) увеличивают количество баллов.
Задача 4 (3 балла). Создать программу просмотра изображений, которая позволяет открывать выбранное пользователем изображение и имеет инструменты (кнопки или команды меню) для поворота изображения на 90° и 180°.
Задача 5 (4 балла). Реализовать простой калькулятор как минимум на четыре действия арифметики, с кнопками цифр и окошком вывода результата. Можно (но не обязательно) использовать Qt5 Designer для разработки собственного интерфейса. Нельзя использовать чужие проекты и чужие варианты дизайна.
Задача 6 (От 4 до 8 баллов). Написать заготовку интерфейса для поддержки игры в "Морской бой". Изображается клетчатое прямоугольное поле, столбцы маркируются буквами, строки - цифрами. "Корабли" изображаются в виде прямоугольников. Программа должна поддерживать создание корабля по щелчку мыши в выбранном поле, при этом проверяется, что это ещё не занятое поле или поле, не имеющее точек соприкосновения с другими кораблями. Реализация основного алгоритма игры - по вашему желанию.
6. Работа с изображениями и контрольные задания.
Работа с библиотекой OpenCV для Python и другие задания.
Задача 1 (2 балла). Создать квадратное изображение размером 100 на 100 пикселей в градациях серого такое, что выше главной диагонали будет линейный градиент от белого к серому, а ниже - линейный градиент от серого к чёрному (см. рисунок).
Задача 2 (2 балла). Используя OpenCV, загрузить любое изображение формата PNG, увеличить его в 1.5 раза, отразить его зеркально, повернуть на 10 градусов против часовой стрелки и сохранить полученное изображение в новый файл.
Задача 3 (2 балла). Напишите программу с библиотекой OpenCV, которая вычисляет средний цвет изображения, взятого из файла формата jpeg, и выводит на экран заполненный этим цветом квадрат.
Задача 4 (4 балла). Напишите программу, использующую OpenCV, которая умеет распознавать на фотографии одиночный яркий объект зелёного цвета любой формы.
Задача 5 (от 1 до 4 баллов). Придумайте оригинальное задание (и предложите его решение) по языку Python для следующих поколений студентов в рамках любого из представленных выше разделов. На сколько баллов cможет претендовать ваше задание - столько баллов вы и заработаете.