Introducción a Python
Python es un lenguaje interpretado, es decir, no requiere del proceso de escribir / compilar / volcar. Simplemente escribir la instrucción y listo el ordenador la “interpreta” o sea ejecuta sobre la marcha sin más complicación.
Python también es:
- Interpretado
- Con tipado dinámico
- Multiparadigma: http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/715533
- Multiplataforma
Esto hace que los lenguajes interpretados sean más fáciles de aprender porque nos parecen más naturales, y aunque el programa corre más lento que en los compilados, pero con la potencia actual no es tan importante.
Python es un lenguaje diseñado para ser fácil sin comprometer su potencia. Muy al contrario, la potencia y capacidad de cálculo que muestra suelen sorprender a la gente acostumbrada a otros lenguajes.
Para quienes vengáis de Arduino, C++ es un lenguaje compilado, esto significa que el compilador lee lo escrito en una primera pasada y después compila, es decir traduce a un lenguaje propio del micro de Arduino qué es lo que se vuelca y ejecuta la placa que usemos.
Hay dos versiones de Python 2 y 3, pero la versión 2 ya no tiene soporte desde el 1 de enero de 2020. En Raspberry Pi OS viene instalada la versión 3 de Python.
Para comprobar que tenemos python instalado ejecutar: python –version
Para iniciar python se puede hacer desde consola: python
O usar el entorno gráfico con IDLE. IDLE significa Integrated Development Environment, o Integrated Development and Learning Environment.
Para instalarlo ejecutar: sudo apt-get install idle3
Dentro de la consola ya es posible ejecutar comandos.
Otra opción es usar el Thonny Python IDE incluido en Raspbian: https://thonny.org/
Práctica: Ejecutar los comandos directamente en el terminal de Python
- 3.8 + 7
- 2 * (3+5) / 4
- «Hola»
- x=3
- H=»Buenos dias»
- print(x)
- print(h)
- print(H)
- print(x,H)
- 123 ** 1234
Python puede con grandes números mientras le quede memoria RAM, pero tu Raspberry puede quedarse un tanto bloqueada mientras calcula.
El resumen es que Python tiene una precisión ilimitadamente grande en los enteros mientras tenga recursos disponibles, un detalle sorprendente para cualquiera que esté acostumbrado a programar en otros lenguajes, y una de las razones por las que Python se ha convertido en lenguaje de facto para la ciencia y especialmente para la investigaciones numéricas.
Más información: Introducción a Python.
Ejecutar un Script de Python en Raspberry Pi
Pasos:
- Abre el terminal o conecta por SSH
- nano holamundo.py
- Escribe en el fichero
#!/usr/bin/python
# -*- encoding: utf-8 -*-
print (“Hola Mundo”)
- ctrl + o y ctrl + x para guardar y salir
- Ejecutar con python holamundo.py
- chmod u+x holamundo.py
- ./holamundo.py (Hecho el fichero ejecutable)
Práctica: crear un fichero llamado hello.py que saque por pantalla el texto “Hola Mundo” desde consola conectado por ssh y ejecutarlo.
Variables y Tipos de Datos en Python
Una variable es algo parecido a un contenedor o cajón con un nombre. Una cosa es el nombre del cajón y otra su contenido y conviene entender desde ya la diferencia.
Las variables pueden tomar distintos valores e ir cambiandolo en función del programa, de la misma manera que un cajón puede ir variando su contenido sin que se mueva de sitio.
En Python no es necesario definir las variables antes de usarlas, a diferencia de C y similares. Basta con que la declares asignándole un valor.
Por ejemplo escribe directamente:
- base = 86
- iva = base * 0.21
- total = base + iva
- print (total)
- print(base, iva, total)
- base = input («Dame el precio del artículo, por favor : «)
- print(base + base * 0.21)
- type(base)
- print (int(base) + int(base) * 0.21)
- iva = float(base) * 0.21
- print (int(base) +iva)
Práctica: Hacer un programa llamado iva.py y que pida el valor del artículo y devuelva el valor con iva.
Más información: Variables y tipos en Python.
En Python existen 4 tipos diferentes de variables numéricas:
- int Número entero con precisión fija (ℤ).
- long Número entero en caso de sobrepasar el tamaño de un int.
- float Número en coma flotante de doble precisión (ℝ).
- complex Número complejo (parte real + j parte imaginaria) (ℂ)
Una función muy útil, que sirve para conocer el tipo de una variable es: type()
El tipo booleano es un tipo de variable que sólo puede contener dos valores: True y False.
Se definen como caracteres al poner entre comillas simples ‘ o dobles «.
Tipo listas
Se definen poniendo el contenido de la lista entre corchetes, separando cada uno de los elementos mediante una coma. Cada posición de la lista puede contener elementos de distinto tipo. Además, las listas son mutables, es decir, sus elementos pueden ser modificados. En Python los elementos de una lista se numeran desde 0 hasta longitud−1. Hay numerosas funciones que pueden aplicarse a una lista.
Para acceder al elemento de una lista se pone el nombre de la lista y a continuación el índice al que queremos acceder entre corchetes(si ponemos el índice con signo negativo empezará por el final de la lista). Para acceder a un rango dentro de una lista tenemos diferentes opciones:
- Desde el inicio tomar a elementos (no incluye a):
lista[:a] - Desde la posición a (incluida) tomar todos los elementos hasta el final
lista[a:] - Tomar los elementos desde a hasta b (sin incluir b)
lista[a:b]
Las listas tienen asociadas una serie de métodos que permiten una gran variedad de operaciones sobre ellas:
- .append(), añade un elemento al final de la lista.
- .insert(), se usa para insertar un elemento en el índice asignado.
- .pop(), elimina y devuelve el valor en la posición del índice asignado.
- .reverse(), reordena la lista de forma reversa.
- .sort(), reordena la lista de forma ascendente.
Más en listas: https://docs.python.org/3/tutorial/datastructures.html#more-on-lists
Ejercicio: probar estos ejemplos de listas https://docs.python.org/3/tutorial/datastructures.html#more-on-lists
Tipo tuplas
Las tuplas son similares a las listas, se definen con paréntesis en vez de corchetes. Tienen la peculiaridad de ser inmutables.
Tipo diccionarios
Los diccionarios definen una relación uno a uno entre claves y valores y son mutables. Se definen colocando una lista separada por comas de pares clave:valor. Una vez definido, podemos acceder al valor asociado a una clave buscando por la clave. Además, podemos buscar si una determinada clave existe o no en nuestro diccionario.
Los diccionarios se definen con {}
- .keys()
- .values()
- .items() – devuelve una lista de tuplas clave – valor del diccionario
zip me permite coger dos listas y hacer un diccionario: diccionario = dict(zip(lista_claves,lista_valores))
del(diccionario[‘clave’]) – borra la entrada de un diccionario
Ojo, al copiar un diccionario con ciudades_2 = ciudades, no creo una copia sino dos variables que apuntan a un mismo objeto.
id(diccionario) – me devuelve el número del puntero al diccionario
ciudades_2 = ciudades.copy() -> así tengo una copia independiente de un diccionario
Diccionarios en python: https://devcode.la/tutoriales/diccionarios-en-python/
Ejercicio: ejecutar algunos ejemplos con diccionarios https://recursospython.com/guias-y-manuales/diccionarios/
Ver:
- https://www.w3schools.com/python/python_ref_dictionary.asp
- https://www.programiz.com/python-programming/methods/dictionary
- https://docs.python.org/3/tutorial/datastructures.html#dictionaries
Operadores aritméticos
Las diferentes operaciones aritméticas en Python son los siguientes:
- +
- −
- ∗
- ∗∗ – elevado
- / – división entera
- // – división
- %
Operadores de asignación
Los diferentes operadores de asignación en Python son los siguientes:
- =: Asigna a la variable del lado derecho aquello que pongamos en el lado derecho.
- +=: Suma a la variable del lado izquierdo la variable del lado derecho.
- −=: Resta a la variable del lado izquierdo la variable del lado derecho.
- ∗=: Multiplica la variable del lado izquierdo por la variable del lado derecho.
- /=: Divide la variable del lado izquierdo por la variable del lado derecho.
- ∗∗=: Eleva la variable de la izquierda a la potencia de la variable de la derecha.
- //=: División entera de la variable de la izquierda entre la de la derecha.
- %=: Resto de la división de la variable de la izquierda entre la de la derecha.
Operadores relacionales
Los operadores relacionales de Python son:
- ==: Evalúa que los valores sean iguales.
- !=: Evalúa que los valores sean distintos.
- <: Evalúa que el valor de la izquierda sea menor que el de la derecha.
- >: Evalúa que el valor de la izquierda sea mayor que el de la derecha.
- <=: Evalúa que el valor de la izquierda sea menor o igual que el de la derecha.
- >=: Evalúa que el valor de la izquierda sea mayor o igual que el de la derecha.
- not: negación de una variable booleana
Librerías
Python es un lenguaje pensado para ser ampliado con lo necesario y hace tiempo que se ha convertido en el pilar de la investigación en numerosos campos de ciencia y tecnología
pip es el gestor de paquetes más usado en python: https://pypi.org/project/pip/
La forma más sencilla de instalar una librería es pip install <module_name>
Disponemos de infinidad de librerías que podemos usar llamando a la clausula import <module_name>
La librería estándar de python incluye muchos módulos: https://docs.python.org/dev/library/index.html
Ejecutar:
- from fractions import *
- F1 = Fraction(2,3)
- F2 = Fraction(3,4
- print(F1, F2)
- print (F1 + F2)
- print (F1 * F2)
- print (F1 / F2)
- import math
- math.factorial(4)
- math.factorial(432)
- import numpy
- a = numpy.array(([1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]))
- print (a)
- print (a * a)
- from matplotlib import pyplot
- pip install matplot lib
- x = numpy.linspace(0, 2 * numpy.pi, 100)
- y = numpy.sin(x)
- pyplot.plot(x, y)
- pyplot.show()
NumPy es una extensión de Python, que le agrega mayor soporte para vectores y matrices, constituyendo una biblioteca de funciones matemáticas de alto nivel para operar con esos vectores o matrices.
Estos módulos externos que podemos descargar e importar a nuestros programas reciben en Python el nombre de packages. Existen packages que podemos importar, más o menos estándar para lo que se te ocurra.
Python Package Index: https://pypi.org/
Más información: Imports en Python
Módulos en Python: http://research.iac.es/sieinvens/python-course/source/modulos.html
Módulos y paquetes: https://www.learnpython.org/en/Modules_and_Packages
Diferencia entre módulos, Paquetes y librerías
- https://stackoverflow.com/questions/19198166/whats-the-difference-between-a-module-and-a-library-in-python
- https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-Python-modules-packages-libraries-and-frameworks
- https://knowpapa.com/modpaclib-py/
Standar Library: https://docs.python.org/3/library/
Métodos de instalación de Paquetes:
- pip: https://es.wikipedia.org/wiki/Pip_(administrador_de_paquetes)
- easy-install: https://es.wikipedia.org/wiki/EasyInstall
Como instalar y usar pip: https://pip.pypa.io/en/latest/installing.html
Por defecto estos gestores de paquetes buscan en https://pypi.org/
El Python Package Index o PyPI es el repositorio de software oficial para aplicaciones de terceros en el lenguaje de programación Python. Los desarrolladores de Python pretenden que sea un catálogo exhaustivo de todos los paquetes de Python escritos en código abierto. https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_paquetes_de_Python
Para ver la ruta de los paquetes:
- import sys
- print (‘\n’.join(sys.path))
Para ver los módulos instalados: pip freeze o pip list
Para actualizar ejecutar: pip install –upgrade pip
Instalar paquetes de Python: https://www.raspberrypi.org/documentation/linux/software/python.md
Sentencias condicionales
Imaginemos que queremos crear un sistema automático de riego en nuestra casa, de forma que cuando la lectura de un sensor de humedad sea menor que un cierto valor, encienda el sistema y que si la lectura es mayor que un cierto valor, lo apague. Con las herramientas que tenemos hasta ahora, esto no sería posible, para esto utilizamos la sentencia if/elif/else, que tiene la siguiente estructura:
if <expresion_booleana>: # Solo si la condicion booleana es True,
bloque codigo # el bloque de código se ejecuta
...
elif <expresion_booleana>: # No es necesario, añade condiciones extra al conjunto.
bloque codigo # Se puede poner tantas como se necesiten.
...
else: # No se necesario. Se ejecuta solo si
bloque codigo # todas las condiciones anteriores son falsas.
...
Nota: Es importante saber la importancia de la indentación en Python. Cuando usemos sentencias que acaben en «:» (if, for…) las líneas que estén dentro de esta sentencia irán después de un tabulador o 4 espacios, como se muestra en los ejemplos.
Ejemplo:
num = float(input("Enter a number: "))
if num >= 0:
if num == 0:
print("Zero")
else:
print("Positive number")
else:
print("Negative number")
Más información: El tipo Bool y sus operaciones.
Sentencias bucle
Anteriormente hemos visto el tipo de variable lista. Estas contenían una cierta cantidad de elementos. Imaginemos que tenemos una lista de enteros y queremos mostrar por pantalla los elementos que contiene que sean mayores que 5. Para esto, entre otras cosas, tenemos sentencias bucle.
En Python existen dos tipos estructuras de bucles:
- Bucles for
- Bucles while
La sintaxis de un bucle for es:
for <variable_sin_definir> in <Iterable>: # El bloque se ejecuta tantas veces
bloque codigo # como elementos tiene el iterable
...
El bucle ejecuta un bloque de código tantas veces como esté definido. El número de veces que se recorre el bucle es equivalente al número de elementos en el iterable que se usa. La variable que se usa toma como valores los elementos del iterable de forma secuencial, un valor por cada iteración.
Los bucles for son una gran herramienta para recorrer todos los elementos de una colección.
Ejemplo:
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for x in fruits:
print(x)
Ejemplo:
for x in range(6):
print(x)
else:
print("Finally finished!")
La sintaxis de los bucles while es:
while <condicion_boolena>: # El bloque se ejecuta hasta que la condición es falsa.
bloque codigo # Antes de ejecutar asegurarse que se va a salir.
...
El bucle while se ejecuta de forma indefinida hasta que la condición después del while sea falsa. Por lo tanto es necesario realizar un cambio dentro del bucle que finalmente hará que se vuelva la condición False.
Adicionalmente existen un par de comandos dentro de Python que sirven para tener más control sobre los bucles:
- continue. El intérprete cuando lo lee termina de ejecutar la presente iteración y pasa a la siguiente iteración.
- break . El intérprete cuando lo lee termina la ejecución del bucle, continuando la ejecución de las siguientes líneas.
Ejemplo:
i = 1
while i < 6:
print(i)
if i == 3:
break
i += 1
Más información: Mas sobre Python for y While.
Iteradores
En Python existen diferentes estructuras que son conjuntos de elementos, son las llamadas colecciones. Este tipo de estructuras son iterables, es decir, se pueden recorrer elemento por elemento. Como veíamos antes, el bucle for itera sobre un iterable, por lo que utilizamos esta sentencia para recorrerlos. Algunos tipos de variable que son iterables son:
- Cadena de caracteres (str)
- Lista (list)
- Tupla (tuple)
- Diccionario (dict)
Además, muchas veces queremos repetir un bucle un número determinado de veces. Para esto puede ser útil la función range(n). Esta función genera un iterable que va desde 0 hasta n-1.
Más información:Iteraciones for en Python 3.
Funciones
Es muy posible que a lo largo de un programa necesitemos calcular el factorial de un número. Podemos escribir el código necesario para calcularlo en cada punto que lo necesitamos, o crear una función que podamos llamar desde cualquier punto y nos calcule el factorial de un número.
La sintaxis para definir una función en Python es la siguiente:
def nombre_funcion(<parametro1>, <parametro2>, ...): # Los parametros son opcionales
Bloque codigo
...
return <valor_a_devolver> # El comando es opcional (puede devolver varios valores)
Los parámetros son las variables que se definen dentro del paréntesis, separados por comas. Son opcionales y sirven para pasarle valores a la función. Son opcionales una vez definimos la función, pero si la función está definida con n argumentos, tendremos que informarlos.
Adicionalmente puede introducirse una sentencia return que termina la ejecución de la función y devuelve el valor/objeto que está colocado justo después.
Los nombres de las funciones sigue el mismo convenio que el de las variables.
Para llamar a una función, como hemos visto antes, tenemos que escribir el nombre de la función y añadir entre paréntesis los argumentos que la funció necesita. Aunque la función no necesite argumentos, tenemos que escribir los paréntesis.
Ejemplo:
def escribe_media(x, y):
media = (x + y) / 2
print(f"La media de {x} y {y} es: {media}")
return
a = 3
b = 5
escribe_media(a, b)
print("Programa terminado")
Código de python (ejemplos y snippets):
- https://github.com/jecrespo/Snippets/tree/master/Python
- http://www.pythonforbeginners.com/code-snippets-source-code/python-code-examples
- http://www.pythonforbeginners.com/code-snippets-source-code/python-code-snippets
- http://code.activestate.com/recipes/langs/python/
- http://snipplr.com/all/language/python
- https://snipt.net/public/tag/python/
Ayuda de Paquetes y Módulos
Se usa la instrucción help() para obtener los documentos sobre todas las funciones a la vez:
- import requests
- help(requests)
- help(requests.api)
Para simplemente enumerar los nombres de todas las funciones y variables definidas en el módulo: dir(module)
Ejemplos de Python aplicados a la Industria
Ejemplos:
- https://github.com/jecrespo/Analizador-de-Red-SENTRON-PAC3200
- https://github.com/jecrespo/Wibeee-Data-Collector
- https://github.com/jecrespo/Analizadores-de-Red-Circutor
- https://github.com/jecrespo/collecting-modbus-data
- https://github.com/jecrespo/collecting-snmp-data
Ejercicio: Recoger datos meteorológicos de aemet
Aemet Open data: http://www.aemet.es/es/datos_abiertos/AEMET_OpenData
Obtener Api Key, necesario un email: https://opendata.aemet.es/centrodedescargas/inicio
Documentación de la API: https://opendata.aemet.es/dist/index.html?
Ejemplo programa Python: https://opendata.aemet.es/centrodedescargas/ejemProgramas?
Crear un ejemplo usando la librería requests: https://pypi.org/project/requests/ y ejecutar para obtener datos de La Rioja.
Instalar librería requests: pip install requests
Crear un nuevo fichero llamado aemet.py en la carpeta /home/pi/ejercicios: nano aemet1.py
Copiar el código del ejercicio poniendo la API key de la AEMET: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-RaspberryPi/blob/master/Ejercicio03-Aemet/aemet.py
Ejecutar con python aemet1.py:
- Listado de las estaciones de aemet
- Listado de estaciones en La Rioja
- Datos históricos diarios de la estación de La Rioja de los últimos 7 días
Librería python-aemet que nos facilita el trabajo: https://pypi.org/project/python-aemet/
No hay librería de AEMET en Node-RED, pero podemos hacer las peticiones a la web como se ha hecho en Python.
Instalar: pip install python-aemet
Crear el fichero aemet2.py: nano aemet2.py
Copiar el código:
from aemet import Aemet
aemet = Aemet('apy key')
observaciones = aemet.get_observacion_convencional('9170') # Logroño
assert type(observaciones) is list
for observacion in observaciones:
print(observacion.__dict__)
Ejecutar con: python aemet2.py
- Obtener las últimas observaciones de la estación meteorológica de La Rioja
Todos los métodos disponibles:
- help(Aemet)
- Código: https://github.com/pablo-moreno/python-aemet/blob/master/aemet/models.py
Aprendiendo Arduino 