Python, Aprendiendo a Utilizar Python

Python ha evolucionado mucho desde que fue creado a finales de los 80 y principio de los 90 por Guido Van Rossum, la posibilidad de ir creando y añadiendo módulos, paquetes y librerías ha hecho que python haya ganado popularidad a lo largo de los años, a mí me gusta llamar al programa python como el núcleo (core python) a partir del cual se han generado una cantidad inmensa de librerías de funciones para usos diversos en varias áreas de las matemáticas, ciencias e ingeniería.

Python es un lenguaje muy fácil de aprender, que permite trabajar de forma interactiva o escribir un conjunto de instrucciones que constituyen un programa, que por lo general se conoce con el nombre de script. El ambiente de trabajo que viene en la versión oficial de python se conoce con el nombre de IDLE, que en ingles son las siglas de Integrated DeveLopment Environment. El IDLE está integrado por el terminal, que también se conoce con el nombre de Shell. En esta parte se pueden introducir instrucciones y trabajar de forma interactiva, el otro componente es el editor, que permite introducir múltiples instrucciones para crear un programa (script), el cual es guardado en un archivo con extensión py. La ventaja es que el programa puede ser guardado y ejecutado tantas veces como sea necesario.

Cada usuario puede crear un módulo, paquete o librería con un conjunto especifico de funciones y clases para satisfacer las necesidades propias de su trabajo. Sin embargo, se han desarrollado un conjunto de librerías que se han convertido como en el estándar básico para su uso en matemáticas, ciencia, ingeniería y ciencia de datos. Estas librerías han expandido el uso de python más allá de lo que podría haberse imaginado inicialmente.

Python viene con unos módulos instalados (built-in) para realizar operaciones matemáticas y estadísticas entre otras cosas.

Hay otros módulos que no vienen preinstalados con el programa python, para su uso hay que descargarlos de los repositorios, entre los cuales está el de python y el de anaconda. Sobre anaconda hablaremos más adelante.

Entre estas librerías se encuentran:

numpy

scipy

pandas

matplotlib

seaborn

Scikit-learn

Statsmodels

Xlwings

En este libro nos enfocaremos en el uso de python y las librerías estándar que vienen con python, el uso de las librerías adicionales las trataremos en un próximo libro.

Descarga e Instalación de python

Para descargar python se puede ir a la página oficial de python, o a través de un manejador de ambientes como anaconda. A continuación describiré el proceso de instalación en Windows desde la página de python.org.

1.- En su navegador introducir la dirección python.org.

2.- Abrir la página de python.org, abrirá en la sección de descarga (Download) y permitirá descargar la última versión de python para el sistema operativo de su equipo, en este caso para Windows.

3.- Al hacer click en Download Python 3.x.x se abrirá una caja de dialogo para descargar al equipo el programa, seleccionar el directorio de descarga y descargar al equipo.

4.- Una vez descargado hacer click en el archivo .exe para instalar python.

5.- Seguir las instrucciones del instalador, al finalizar se crearán un grupo de iconos para iniciar el programa, revisar la documentación y ayuda.

Primeros Pasos con el IDLE de python

Abriendo python en el IDLE

Al hacer click sobre el icono de python IDLE se abrirá una ventana como la se muestra en la siguiente figura. En las primeras líneas aparece la versión de python que esta descargada en el equipo, la fecha de la versión y un mensaje con comandos para obtener más información. Por debajo de estos mensajes aparece el prompt, que está constituido por tres signos de mayor (>>>). Es un ambiente muy vacío, demasiado para ser la primera vez que nos enfrentamos a python.

En el ambiente IDLE Shell (Terminal de python) aparecen >>>, lo cual es una señal (prompt) para indicar que el programa está listo para recibir instrucciones.

Se pueden escribir algunas líneas de código directamente en el ambiente IDLE (Integrated DeveLopment Environment), que es una interfaz que acepta instrucciones luego del prompt >>>. Esta es una característica que tienen algunos programas como Scilab, R, Octave y otros. Al principio esto pudiera ser intimidante, ya que nos hemos acostumbrado a las interfaces graficas de usuario (GUI), sin embargo, la interactividad, esa recompensa inmediata, es un atractivo.

La función más sencilla y utilizada con mayor frecuencia es print() y lo que hace es desplegar en pantalla lo que está contenido dentro de los paréntesis.

por ejemplo.

>>>print(‘Hola mundo’)

Hola mundo

producirá inmediatamente la respuesta del programa y colocará el texto hola en pantalla.

Una de las características que tienen las últimas versiones de python es que permiten utilizar diferentes colores para los distintos elementos de las instrucciones, entre otras facilidades que iremos describiendo a medida que avancemos.

En este ejemplo se observa cómo se pueden escribir varias líneas de código y al final pedir la impresión de los resultados.

>>> a=25

>>> b=10

>>> c=a+b

>>> d=a*b

>>> print(c,d)

35 250

>>>

Hay dos líneas de asignación de valores a variables, y dos líneas para el cálculo de variables utilizando operadores aritméticos. Finalmente el resultado es presentado luego de la instrucción print(c,d).

Python como Calculadora de Escritorio -

Operaciones Aritméticas Básicas

Cualquier valor que escribamos luego del prompt se presentara en pantalla luego de dar enter, sin necesidad de utilizar la instrucción print(). Además, si colocamos una operación aritmética, el resultado se presentará al dar enter. Esto permite que python pueda ser utilizada como una calculadora de escritorio.

Los principales operadores aritméticos, están disponibles directamente y se listan en la siguiente tabla:

A continuación, se muestran algunos ejemplos de operaciones aritméticas realizadas en el terminal IDLE de python.

Se aplican las reglas de precedencia en las operaciones aritméticas Para esto es útil recordar el acrónimo PEMDAS (el cual viene del inglés, pero que puede aplicarse igualmente en español).

1.- P paréntesis primero.

2.- E exponentes (potencias y raíces)

3.- MD : multiplicación y división (de izquierda a derecha)

4.- AS adición (suma) y sustracción (resta) (de izquierda a derecha)

Se pueden utilizar variables y asignarles valor y efectuar operaciones con las variables. Cuando se asigna un valor a una variable y se da enter no se muestra el valor de la variable, esta se almacena en memoria, en el ejemplo que se muestra para desplegar el valor de la variable A, se utiliza la función print(), también se puede colocar la variable y dar enter.

Python es sensitivo al uso de mayúsculas y minúsculas, si se utiliza un nombre de función que no coincide exactamente se generara un mensaje de error. En este caso se utilizó la función print con la P en mayúsculas y generó un error: el nombre ‘Print’ is not defined.

Igual ocurre con el nombre de las variables, si no se utilizan correctamente las mayúsculas y minúsculas el programa generara errores, No es igual altura, Altura o ALTURA. En la siguiente figura se muestra que existe la variable altura con un valor de 8, al utilizar la función print(altura) se imprimirá el valor 8; pero al utilizar la función print(Altura) y print(ALTURA) se generara un error porque las variables Altura y ALTURA no están definidas.

Operaciones Matemáticas Adicionales Utilizando Módulos Preinstalados

Python tiene disponible en su forma interactiva IDLE las operaciones aritméticas y algunas funciones, sin embargo, si se requieren utilizar funciones matemáticas adicionales, estas no están disponibles de forma directa, aunque si están preinstaladas como módulos dentro de python. Para poder acceder a estas funciones hay que importar un módulo que contenga las funciones matemáticas, este módulo tiene por nombre math.

Módulo math

Un módulo es esencialmente un programa que ha sido guardado y tiene extensión .py. El módulo es un contenedor de funciones, las cuales pueden ser accesadas cuando se importa el módulo.

Para importar un módulo se utiliza el comando import, seguido del nombre del módulo.

>>> import nombre_del_módulo

Por ejemplo, si queremos importar el módulo math.

>>> import math

>>>

El módulo de funciones matemáticas se carga, y no da ninguna notificación. Si queremos saber el contenido de las funciones que están disponibles en el módulo podemos utilizar la función dir().

>>> dir(math)

[‘__doc__’, ‘__loader__’, ‘__name__’, ‘__package__’, ‘__spec__’, ‘acos’, ‘acosh’, ‘asin’, ‘asinh’, ‘atan’, ‘atan2’, ‘atanh’, ‘ceil’, ‘copysign’, ‘cos’, ‘cosh’, ‘degrees’, ‘e’, ‘erf’, ‘erfc’, ‘exp’, ‘expm1’, ‘fabs’, ‘factorial’, ‘floor’, ‘fmod’, ‘frexp’, ‘fsum’, ‘gamma’, ‘gcd’, ‘hypot’, ‘inf’, ‘isclose’, ‘isfinite’, ‘isinf’, ‘isnan’, ‘ldexp’, ‘lgamma’, ‘log’, ‘log10’, ‘log1p’, ‘log2’, ‘modf’, ‘nan’, ‘pi’, ‘pow’, ‘radians’, ‘sin’, ‘sinh’, ‘sqrt’, ‘tan’, ‘tanh’, ‘trunc’]

>>>

Al solicitar el contenido del módulo podemos observar que existen funciones trigonométricas, hiperbólicas, funciones de teoría de números, funciones logarítmicas y exponenciales, así como algunas funciones especiales.

Para utilizar una función hay que utilizar la nomenclatura de objeto, seguido del operador punto, y luego la función (método) a utilizar. Por ejemplo, si queremos utilizar la función raíz cuadrada (sqrt) debemos colocar el nombre del módulo, un punto, y sqrt(x), donde x es un número o el nombre de una variable que contiene un valor numérico.

>>> import math

>>> math.sqrt(2)

1.4142135623730951

Otra forma en la que podemos utilizar una función de un módulo es importando la función de un módulo utilizando la siguiente estructura: from import fun1, fun2. Se pueden importar cualquier número de funciones separadas por comas.

>>> from math import sqrt, log, gcd

>>> sqrt(2)

1.4142135623730951

>>> log(10)

2.302585092994046

>>> gcd(2,16)

2

En el ejemplo mostrado hemos importado las funciones sqrt, raíz cuadrada; log, logaritmo natural y gcd, máximo común divisor. Utilizando este método no es necesario utilizar el nombre del módulo antes del nombre de la función, si no que puede utilizarse el nombre de la función directamente.

Si no nos gusta el nombre de alguna función en un módulo podemos cambiarle el nombre cuando hagamos el procedimiento de importación. Por ejemplo, en el módulo math la función log es la función logaritmo natural, lo cual no resulta tan evidente. Podemos cambiar log por logn para que sea más claro que estamos refiriéndonos a la función logaritmo natural. Para asignar un nuevo nombre a una función que estamos importando de un módulo utilizamos el comando as.

>>> from math import log as logn

>>> logn(10)

2.302585092994046

>>>

En este ejemplo vimos que podemos utilizar logn en lugar de log.

Con la ayuda del módulo math hemos ampliado las funciones que podemos utilizar, tanto en el ambiente interactivo IDLE, así como en el editor de archivos, para crear