Automatizce ve fyzice: Notebooky

Úvod

Cíl hodiny

In the year 2525

if man is still alive
If woman can survive,
they may find… your data

. . .

and check your nfpl242 homework

. . .

and evaluate all your measurements

Pythoní okénko

Mrožík

Co udělají následující příkazy?

print(a)

---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[13], line 1
----> 1 print(a)

NameError: name 'a' is not defined

a = None
print(a)

None

print(a = 1)

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[15], line 1
----> 1 print(a = 1)

TypeError: 'a' is an invalid keyword argument for print()

print(a == 1)

False

print(a := 1)

1

Mrožík

Operátor přířazení a vrácení hodnoty, walrus, mrož:

:= 🦭

Mrožík

line = file1.readline()
while line:
    print(f"Line: {line}")
    line = file1.readline()

. . .

while True:
    line = file1.readline()
    if not line:
        break
    print(f"Line: {line}")

. . .

while line := file1.readline():
    print(f"Line: {line}")

. . .

for line in file1:
    print(f"Line: {line}")

f-string

• vkládání hodnot do textu a jejich formátování
• tři historické možnosti
  • modulo operátor
  • str.format
  • f-string

f-string

Modulo operátor

from random import choice
name = "Erwin"
cat_alive = choice(["žije", "nežije"])

print("Tohle je %s, jeho kočka %s" % (name, cat_alive))

Tohle je Erwin, jeho kočka nežije

f-string

str.format

from random import choice
name = "Erwin"
cat_alive = choice(["žije", "nežije"])

print("Kočka %s, chudák %s" % (name, cat_alive))
print("Kočka {1}, chudák {0}".format(name, cat_alive))

Kočka Erwin, chudák žije
Kočka žije, chudák Erwin

f-string

f-string

from random import choice
name = "Erwin"

print(f"{name}ova kočka {choice(['žije', 'nežije'])}")

Erwinova kočka nežije

f-string

Ladění

name = "Erwin"
print(f"{name = }")

name = 'Erwin'

Problémy

from random import choice
print(f"Házím {choice(["pana", "orel"])}")

Házím pana

Jen do verze Python 3.11

f-string

• nový PEG parser
• stejné uvozovky, lomítka, komentáře
• lepší errory

## Python 3.12

f"{
    f"{
        f"{
            f"{
                f"{
                    f"To se\nhodí!"
                }"
            }"
        }"   ## navíc můžu komentovat
    }"
}"

Užitečné knihovny

Regexp

Teorie: NTIN071 Automaty a gramatiky

Praxe: NSWI177 Úvod do Linuxu

Fyzik: to bude něco na parsování…

regex101.com

Pandas

• dataseries (ds)
  • 1D pole objektů stejných typů
  • má jeden index (popisek)
• dataframe (df)
  • 2D tabulka, obsahuje ds
  • má dva indexa (sloupce, řádky)
• pd.read_csv() - mocná funkce
• df.plot() - matplotlib, ale i jíné (plotly)

Reprodukovatelnost

Virtual environment

• venv

py -m venv .venv
env\Scripts\activate.bat  
source env/bin/activate
pip freeze > requirements.txt

• anaconda

conda create --prefix env python
conda activate .\env
conda env export > environment.yml

• renv

install.packages("renv")
renv::init()
renv::snapshot()

Notebooky

iPython: Interactive python

Co to je?

• Interaktivní python shell
• Jde se na něj připojit z klienta (web, vscode)
• Auto-completion, interakce s shellem
• různé backendy (cloud)

Mimo python příkazy

• line magic %timeit, %matplotlib, %run
• cell magic %%timeit
• interakce se shellem !

iPython: příklady

files = !dir /b /a-d  #windows
files = !ls           #linux
print(files)

web = "mff.cuni.cz"
!ping -c 1 $web

["'ls' is not recognized as an internal or external command,", 'operable program or batch file.']
Access denied. Option -c requires administrative privileges.

%timeit range(5000)

158 ns ± 14.9 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10,000,000 loops each)

iPython qtConsole

• interaktivní klienta
• pořád vypadá jako příkazová řádka
• grafy!!
• neumožňuje editaci předchozích cell

jupyter qtconsole

Jupyter, JupyterLab

• webová aplikace, nejen python (JUlia, PYThon, R)
• Latex, video, tlačítka

jupyter notebook

Jupyter: problémy

.ipynb je binární (obsahuje i výsledky)

Výhody

• jde prohlížet bez pythonu
• integrace v githubu
• interní verzování (revisions)
• přístup z webového prohlížeče

Nevýhody

• nemusí jít znovu spustit (smazaná cela)
• nejde verzovat v gitu
• přístup z webového prohlížeče

VSCode: Jupyter

• není webový prohlížeče
• linting, etc.
• search engine, snippets…
• debugger
• zabudovaný git
  • ale - > stále ipynb
  • řešení: export do .py souboru
  • trochu nešťastné
• využití .py a syntaxe cell:
  • # %%
  • nevhodné formátování
  • podpora markdown

rMarkdown

formát dokumentace a zpracování textu, spojuje text s kódem (nejen v R)

Výhody

• Hezké formátování
• plain text –> verzování (Git)
• různé výstupy (HTML, PDF, ale i presentace, dashboardy…)
• kombinování jazyků

Nevýhody

• hodně zaměřeno na r
• python řešen přes reticulate
• chybí iPython engine
• pomalé

quarto

• Ultimate solution
• kombinace všeho co fyzik potřebuje
• výborná integrace do vscode (run cell)
• cachování, live preview
• visual mode
• více na cvičení

image: registry.gitlab.com/quarto-forge/docker/python

pages:
  script:
    - quarto render --execute --to html --output-dir public
  artifacts:
    paths:
      - public

Úkol #0 - bonus

Zadání

• Mějme obecný nekonvexní n-úhelník
• Hypotéza:

Pro zadané m existuje takový obecný m-úhelník, který je n-úhelníku opsaný a jehož plocha je nejmenší možná.

• Dokažte :D
• Napište algoritmus pro nalezení tohoto n-úhelníku pro n=<3,10>
• Testovací data: shapes.py