Week01 - Python

[Day 02] - 파이썬 기초 문법 I

1. Variables

이번 강의에서는 프로그래밍에서 가장 기초적으로 알아야 할 변수에 대해서 배웁니다. 변수와 함께 해당 변수가 물리적으로 저장되는 메모리에 대해서도 다루게 됩니다. 마지막으로, 한 번에 여러 개의 변수를 함께 저장해서 화면에 표시하거나 필요한 연산을 수행하게 하는 List(리스트)라는 데이터 타입에 대해서도 배우게 됩니다.

1) 변수, variable

• 가장 기초적인 프로그래밍 문법 개념
• 값(데이터, value)을 저장하기 위한 메모리 공간의 프로그래밍상 이름 -> 값(데이터, value)을 변수라는 공간에 할당하여 저장하는 개념
• 정확히 변수라는 공간은 메모리 주소를 가지고 있고 변수에 값이 선언되는 순간, 메모리 특정 영역(메모리 주소)에 물리적인 공간이 할당

(1) 변수 명명 규칙

• 알파벳, 숫자, 언더스코어(_)로 선언 가능

• 변수명은 의미 있는 단어로 표기하는 것이 좋음 (코드 가독성을 위해 문맥과 역할을 활용할 필요가 있다고 생각함)

• 변수명은 대소문자가 구분됨

• 특별한 의미가 있는 예약어는 쓰지 않음 (예약어로 선언하게 되면 SyntaxError: invalid syntax 발생)

• 데이터 타입으로 변수 선언이 가능하지만 권장하지 않음

  list = 'a'
  print(list) -> 'a'
  list('abc') -> TypeError: 'str' object is not callable

  ❗️ 예약어: 특정 기능을 수행하도록 미리 예약되어 있는 단어를 말합니다. 파이썬 3.7 기준으로 33개의 예약어가 있다고 합니다. 출처

(2) Basic Operation (간단한 연산)

• 기본 자료형 (primitive data types) : 데이터 타입에 따라 메모리 공간을 차지하는 용량이 달라짐

  

(3) Dynamic Typing: 코드 실행시점에 데이터의 type을 결정하는 방법

• python, scala와 같은 인터프리터 언어에서는 할당하고자 하는 값의 type에 따라 변수의 type을 정의하지 않아도 됨
• JAVA와 같은 컴파일러 언어에서는 할당하고자 하는 값의 type에 따라 변수의 type을 정의해줘야 함

(4) 연산자(Operator)와 피연산자(operand)

• +,-,*,/ 같은 기호들을 연산자라고 칭함
• 연산자에 의해 계산이 되는 숫자들은 피연산자라 칭함
• 3 + 2 에서 '3'과 '2'는 피연산자, '+'는 연산자임
• 수식에서 연산자의 역할은 수학에서 연산자와 동일함
• 연산의 순서는 수학에서 연산 순서와 같음
• 문자간에도 + 연산이 가능함, concatenate ('abc' + 'def' -> 'abcdef')

(5) 데이터 타입 변환

개인적으로 데이터 핸들링을 하게 되면 데이터 타입 변환에서 실수 및 에러가 굉장히 많이 발생한다고 생각합니다. 보통 다루게 되는 데이터 타입으로는 int(정수형), float(실수형), str(문자형)이 존재합니다.

• python은 데이터 타입을 유연하게 파악하여 변환이 가능하게 해주지만 float 형태의 str은 int로 변환 불가능함

  a = '3.0'
  int(a)
  -> ValueError: invalid literal for int() with base 10: '3.0'

• float('nan') 혹은 None은 str과 float으로 변환이 가능하지만 int로 변환 불가능함

  pd.Series(list(np.arange(1, 50, 0.1)) + [float('nan')]).astype(int)
  -> ValueError: Cannot convert non-finite values (NA or inf) to integer

  ❗️ 여기서 새롭게 알게 된 사실은, None != float('nan')이라는 것은 알고 있었지만, None이 값으로 변환되면 float('nan')으로 변경되어 최종적으로는 두 값의 비교가 True로 반환된다는 것입니다.

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2. Function and Console I/O

이번 강의에서는 콘솔 인/아웃에 대해서 배웁니다. 함수란 프로그램을 개발할 때 사용되는 코드의 논리적 단위로, 가장 기본적인 코드 개발 방법 중 하나입니다. 또한, 콘솔은 터미널이라고 불리는 컴퓨터 프로그램으로 컴퓨터에게 뭔가를 입력해서 컴퓨터가 결과를 출력하게 할 때 사용합니다.

1) Function, 함수

어떤 일을 수행하는 코드의 덩어리입니다.

• 반복적인 수행을 1회만 작성 후 호출
• 코드를 논리적인 단위로 분리
• 캡슐화: 인터페이스만 알면 타인의 코드 재사용 가능

(1) 함수 선언 문법

• 함수 이름: 함수와 함수를 구분하기 위한 명칭
• parameter: 함수의 입력 값 인터페이스
• argument: 실제 parameter에 대입되는 값
• indentation: 코드블럭을 구분하기 위한 장치
• return value(optional): 함수를 실행했을 때 반환되는 값

(2) 함수 수행 순서

• 함수 선언 시, 함수를 메모리에 할당함 -> 코드 상단에 작성하는 것이 일반적임
• 메인 프로그램 실행 시, 함수가 발견되면 메모리에 저장되어 있던 함수를 호출하여 수행됨

(3) 함수 형태

	parameter 없음	parameter 존재
반환 값 없음	함수 내의 수행문만 수행	parameter를 사용, 수행문만 수행
반환 값 존재	parameter없이, 수행문 수행 후 결과값 반환	parameter를 사용하여 수행문 수행 후 결과값 반환

2) Console I/O

(2) formatting

• % string

print('Art: %5d, Price per Unit: %8.2f' % (453, 59.058))

-> Art: 453(5칸의 공간), Price per Unit: 59.06(8칸의 공간에 소수점 2자리까지..)

type	Description
%s	문자열(string)
%c	문자 1개(character)
%d	정수(Integer)
%f	부동소수(floating-point)
%o	8진수
%x	16진수
%%	Literal % (문자 % 자체)

• format 함수

age = 27
name = 'Jinseok'
print('{} is {} years old'. format(age, name))

-> 'Jinseok is 27 years old.'

print('Product: %10s, Price per unit: %10.3f.' % ('Apple', 5.243))
print('Product: {0:<10s}, Price per unit: {1:<10.3f}.'.format('Apple, 5.243')

-> Product:      APPLE, Price per unit:      5.243.
-> Product: Apple     , Price per unit: 5.243     .

• fstring

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3. Conditionals and Loops

이번 강의에서는 프로그래밍을 배울 때 사용되는 논리적인 사고 학습에 핵심이 되는 조건문과 반복문을 배웁니다. 거의 모든 프로그램은 제어와 반복의 연속으로 하나의 프로그램을 구성하게 됩니다.

다양한 반응을 보이게 프로그램을 작성하기 위해서는 조건문 과 반복문 의 학습은 필수입니다. 조건문관 반복문을 정확하게 이해하고 있다면 Computational Thinking, 프로그래밍적 사고력을 기를 수 있습니다.

또한 마지막 부분에서 프로그램 개발을 위해서 시행착오를 겪는 것과 같은 디버깅(debugging)에 대해서 배울 예정입니다.

1) 조건문

• 조건에 따라 특정한 동작을 하게하는 명령문
• 조건을 나타내는 기준과 실행해야 할 명령으로 구성됨
• python에서는 조건문을 if, else, elif 등의 예약어를 사용하여 표현함

(1) 비교연산자, == 과 is

• is 연산: 메모리의 주소를 비교
• == 연산: 값을 비교

a = [1,2,3,4,5]
b = a[:] # copy
a is b
-> False
a == b
-> True

a = [1,2,3,4,5]
b = a # assign
a is b
-> True
a == b
-> True

(2) 삼항 연산자(Ternary operators): 조건문의 참과 거짓의 결과를 한줄에 표현하는 방식

values = True if 5 % 2 == 0 else False

2) 반복문

• 정해진 동작은 반복적으로 수행하게 하는 명령문
• 반복문은 반복 시작 조건, 종료 조건, 수행 명령으로 구성됨
• python에서는 for, while 등의 예약어를 사용하여 표현
• 임시적인 반복 변수는 대부분 i, j, k로 할당

(1) for loop

• 기본적인 반복문: 반복 범위를 지정하여 반복문 수행
• 간격, 역순을 적용할 수 있음

(2) while

• 조건이 만족하는 동안 반복 명령문을 수행
• 반복 실행횟수가 명확하지 않을 때, 주로 사용
• for문을 while문으로 변환 가능

3) Debugging

먼저 버그(bug)는 에러, 프로그램의 오작동을 의미합니다. 그렇다면 디버깅, debugging이란 발견되는 버그, 에러, 오류, 오작동을 찾아 해결하는 것을 의미하며 버그를 찾아 해결하는 과정이라고 볼 수 있습니다.

• 문법적 에러
• 논리적 에러

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4. String and advanced function conc

이번 강의에서는 문자열(String) 타입에 대해서 배웁니다. 보통 다루게 될 데이터는 일반적으로 문자로 되어 있습니다. 흔히 숫자라고 생각하는 1, 0.1 같은 숫자들도, 컴퓨터는 문자로 인식하는 경우가 많습니다. 그렇기 때문에 문자열을 핸들링하는 법에 익숙하게 되면 데이터를 보다 빠르게 다룰 수 있게 됩니다.

또한, 함수의 조금 더 높은 난이도의 개념을 배우게 됩니다. 함수는 코드를 구분하는 좋은 기준이기도 하지만 메모리의 사용이나 변수의 사용방법 등 다양한 개념들을 배우게 되면 보다 효율적인 코드 작성이 가능합니다.

1) String, 문자열

• 시퀀스 자료형으로 문자열 데이터를 메모리에 저장
• 영문자 한 글자는 1byte의 메모리 공간을 사용

(1) Indexing, 인덱싱

• 문자열의 각 문자는 개별 주소(offset)를 가짐
• 인덱싱이란 주소를 사용해 할당된 값을 가져오는 행위
• List 인덱싱과 같은 형태

❗️ 데이터 타입과 메모리 공간

1 Byte의 메모리 공간이란

• 컴퓨터는 2진수로 데이터를 저장
• 이진수 한 자릿수는 1bit로 저장
• 즉, 1bit는 0 또는 1
• 1 byte = 8, bit = 2^8=256 까지 저장 가능

각 데이터 타입 별로 메모리 공간을 할당 받은 크기가 다르다.

• 메모리 공간에 따라 표현할 수 있는 숫자범위가 다름
• 데이터 타입은 메모리의 효율적 활용 을 위해 매우 종요

2) function - call by object reference

함수에서 parameter를 전달하는 3가지 방식

• 값에 의한 호출, Call by Value: 함수의 parameter로 값을 전달
• 참조에 의한 호출, Call by Reference: 함수의 parameter로 메모리 주소를 전달
• 객체 참조에 의한 호출, Call by Object Reference

(1) 객체 참조에 의한 호출, Call by Object Reference

python에서는 객체의 주소가 함수 로 전달되는 방식이 적용됩니다. 전달된 객체를 참조하여 변경 시, 호출자에게 영향을 주나 새로운 객체를 만들 경우 호출자에게 영향을 주지 않습니다.

def spam(eggs):
    eggs.append(1) # paramter로 입력 받은 객체와 같은 메모리 주소
    eggs = [2, 3] # 새롭게 선언된 변수로 새로운 메모리 주소를 가지게 됨
    ham = [4, 5] # 그렇다면 여기서 ham을 새롭게 선언하면 어떻게 될까?, 하지만 해당 ham은 parameter로 들어오는 ham과는 전혀 다른 ham!
    print(eggs) # 새롭게 선언된 [2, 3] print
    print(ham) # 위에서 선언된 [4, 5] print

ham = [0]
spam(ham)
print(ham)
-> [0, 1] # 원소가 추가된 모습, ham -> ham(eggs).append(1) -> ham

swap

• 함수를 통해 변수 간의 값을 교환(swap)하는 함수
• Call By XXXX를 설명하기 위한 전통적인 함수 예시

def swap_value(x, y):
    temp = x
    x = y
    y = temp
    
def swap_offset(offset_x, offset_y):
    temp = ex[offset_x] 
    ex[offset_x] = ex[offset_y] 
    ex[offset_y] = temp

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

ex = [1,2,3,4,5]
swap_value(ex[0], ex[1])
-> ex = [1,2,3,4,5]

swap_offset(0, 1)
-> ex = [2,1,3,4,5]

ex = [1,2,3,4,5]
swap_reference(ex, 2, 3)
-> ex = [1,2,4,3,5]

3) function - scoping rule

• 변수가 사용되는 범위
• 지역변수(local variable): 함수 내에서만 사용
• 전역변수(global variable): 프로그램 전체에서 사용

def f():
    global s # 함수 내에서 전역변수 사용 시, global 키워드 사용. 함수 내에서만 존재했던 s가 프로그램 전체 s로 변경됨
    s = 'I love London!'
    print(s)
    
s = 'I love Paris!'
f()
print(s)

-> I love London!
-> I love London!

4) recursive Function, 재귀함수

• 자기자신을 호출하는 함수
• 점화식과 같은 재귀적 수학 모형을 표현할 때 사용
• 재귀 종료 조건 존재, 종료 조건까지 함수호출 반복

5) function type hints

• python의 특징 중 하나인 dynamic typing은 익숙치 못한 사용자에게 interface가 어렵다는 단점이 있음
• 함수의 parameter의 데이터 타입을 적음으로써, 보다 가독성 있게 해주는 type hints 기능을 제공함
  • 사용자에게 가독성 있는 인터페이스 제공
  • 함수 문서화 시, parameter 대한 정보 명시 가능
  • mypy 또는 IDE, linter 등을 통해 코드의 발생 가능한 오류를 사전에 확인 가능
  • 시스템의 전체적인 안정성 확보 가능

def insert(self, index: int, module: Module) -> None:
    .....
    .....
    
-> index는 int 타입, return은 None 임을 알 수 있음

5. function docsting

• python 함수에 대한 상세 스펙을 사전에 작성 -> 함수 사용자의 이행도를 확보 가능
• 주석을 통해, docstring 영역 표시(보통 함수명 아래)

6. 함수 개발 가이드 라인

• 함수는 가능하면 짧게 작성(코드 라인을 줄일 것)
• 역할, 의도가 명확하게 드러나도록 작성 (verb + object) + (underscore 사용)
• 하나의 함수에는 유사한 역할을 하는 코드만 포함
• 인자로 받은 값 자체를 바꾸지는 말 것(임시변수 선언)
• 공통 코드는 함수로 작성
• 복잡한 수식은 함수로 작성 -> 함수화로 복잡한 부분을 따로 설명 혹은 분리할 수 있음