바로 쓰는 파이썬 기초편 Lecture Notes
컴퓨터의 개념 및 실습
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1장: 프로그래밍 언어와 파이썬
Programming Languages and Python
박 진 수 교수
Intelligent Data Semantics Lab
Seoul National University
Table of Contents
강의에 앞서…
하는 만큼 배운다
강의 교재
| 바로 쓰는 파이썬: 기초 편 | 박진수 저 | 서울대학교 출판문화원 | 2019 | ISBN 978-89-521-2886-7 |
소스 코드, 연습문제 풀이, 부록
- https://github.com/snu-python/pythonbook
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강의 노트
jinsooya.github.io/lecture-notes/
프로그래밍이란?
프로그래밍을 한다는 것은 어떤 의미일까?
오늘, 내일 짧게나마 프로그래밍을 배우기 전에 프로그래밍을 한다는 것의 의미를 알 필요가 있다.
메모장 실행해보기
윈도우 기본 프로그램인 메모장(notepad)를 실행해보자.
메모장에서 우리는 하얀 배경의 텍스트 입력창에 다양한 문서를 작성할 수 있다.
그렇지만, 우리는 메모장 문서 안에 표나 그림을 넣거나 동영상을 넣을 수 없다.
마이크로소프트 워드 문서에는 표나 그림을 넣을 수 있고,
마이크로소프트 파워포인트에는 심지어 동영상도 넣을 수 있다.
왜 메모장에는 표, 그림, 동영상을 넣을 수 없을까?
답은 간단하다.
메모장을 만든 프로그래머가 그것을 허락하지 않았기 때문이다!!!
프로그래밍을 배우면
프로그래밍을 배우면 우리도 우리가 원하는 프로그램을 작성할 수 있다.
프로그래밍이 우리에게 가져다 주는 것은 크게
- 자유와
- 학습의 고통이 있다.
사람마다 프로그래밍을 배우는 과정에서 느끼는 재미가 크게 다른데,
프로그래밍을 배워서 어떤 문제를 해결할 수 있을지를 생각하며 배운다면 훨씬 큰 성취감을 느낄 수 있을 것이다.
아는 것의 힘 체험하기
만약 다음과 같이 데이터가 세로로 입력된 엑셀 파일을 갖고 있다고 가정해보자.
이 데이터를 가로 배열로 옮기려면 어떻게 해야할까?
직접 데이터 보고 입력하기
데이터가 10개, 20개라면 편리하지만 만약 데이터가 10만개라면?
시간이 매우 오래걸리고 중간에 실수를 범할 가능성이 높다.
엑셀 기능 이용하기
엑셀에는 이런 상황을 대비해 행/열 바꿔 붙여넣기라는 기능이 있다.
이 기능을 활용하는 것만으로 엄청난 시간과 노력을 절약할 수 있다.
하지만…
우리가 겪는 모든 상황에 이렇게 딱 들어맞는 기능이 있기를 기대하는 것은 어렵다.
여러분이 프로그래밍을 할 줄 안다면 딱 맞는 기능을 직접 만들 수 있다.
하루에 32분씩 걸렸던 일을 프로그램을 작성해 2분 만에 끝낼 수 있다면 1년에 182.5시간을 다른 일에 쓸 수 있게 되는 것이다.
왜 파이썬인가?
프로그래밍 언어 추이
프로그래머 관련 직업 트렌드
가장 인기가 좋은 프로그래밍 언어
AlphaGo Wanted Python Programmers
데이터 분석을 위한 가장 강력한 프로그래밍 언어
Transitions between the different platforms
Trends from 2014 to 2017
2017년 가장 인기가 많았던 데이터 사이언스 툴
2018년 배우고 싶은 데이터 사이언스 툴
AI 개발에 가장 적합한 5가지 프로그래밍 언어
프로그래밍 언어로서의 파이썬
- 범용
- 자바(Java), C, C++, 베이직(Basic), …
- 파이썬(Python)
- 웹 / 스크립
- PHP, 자바스크립(JavaScript)
- 파이썬(Python), 펄(Perl), 루비(Ruby)
- 데이터베이스 / 데이터 파일
- SQL, SPARQL
- 파이썬(Python), 스칼라(Scala)
- 엑셀(Excel)
- 데이터 분석
- SPSS, SAS, R, 파이썬(Python)
- 엑셀(Excel)
파이썬 특징
휘도 판 로썸(Guido Van Rossum)
- 네덜란드 출신의 개발자
Easy to learn
- 광범위하게 사용하고 있고 초보자들도 쉽게 배울 수 있는 프로그래밍 언어
- 다른 프로그래밍 언어보다 문법이 간단하면서도 엄격하지 않음(e,g, 변수를 사용하기 전에 별도의 자료형 선언을 하지 않아도 됨)
- 문법 표현이 매우 간결하기 때문에 프로그래밍 경험이 없어도 아주 짧은 기간 내 파이썬 문법을 마스터할 수 있음(e.g., 명령문을 구분할 때 중괄호(‘{’, ‘}’) 대신 <들여쓰기(indentation)>를 사용)
- 사람이 글을 쓸 때 문단을 구분하는 것처럼 들여쓰기를 사용해서 명령문 블록을 구분하기 때문에 글을 써내려가듯이 프로그램 논리를 자연스럽게 표현할 수 있음
Very expressive language
- 같은 작업을 하는 프로그램을 C나 자바로 작성할 때보다 파이썬으로 작성할 경우 훨씬 짧은 줄로 작성이 가능
public class HelloPython {
public static void main(String[] args] {
System.out.println("Hello Python~~~!");
}
}
print('Hello Python~~~!')
크로스 플랫폼 언어(cross-platform language)
- 위도우즈(Windows), 맥 OS(macOS), 리눅스(Linux), 유닉스(Unix) 등 다양한 운영체제에서 실행 가능
해석형 언어(interpreted language)
- 고수준 언어(high-level language)로 작성한 소스코드(원시코드)를 기계어로 변환하는 컴파일 과정없이 바로 실행 가능(no compilation and linking)
- 자바(Java)이 경우 해석형 언어이지만 컴파일 과정이 필요함
대화형 언어(interactive mode)
- 코드를 대화하듯 한 줄 입력하고 실행한 후 결과를 바로 확인 할 수 있기 때문에 매우 편리
- 언어가 제공하는 다양한 기능들을 실험적으로 사용하고 테스트해 볼 수 있음
대화형 모드 예시
멀티패러다임(multiparadigm) 프로그래밍 언어
- 객체지향형 언어(e.g., Java, Smalltalk, Ruby, Scala)
- 절차형 언어(e.g., C, Fortran, Pascal, COBOL, MATLAB)
- 함수형 언어 (e.g., Scheme, LISP)
다양한 고급 프로그래밍 기능 제공
- 숫자(정수, 실수, 복소수 등) 또는 문자열(ASCII, Unicode) 등 다양한 내장(built-in) 기본 자료형과 리스트, 튜플, 사전과 같은 내장 복합 자료형을 지원
- 클래스, 다중 상속(multiple inheritance), 모듈, 패키지, 예외처리(exception handling), 자동 메모리 관리 등을 지원
- 생성자(generator), 리스트/세트/딕셔너리 축약(list/set/dictionary comprehension) 등 강력한 고급 프로그래밍 기능을 지원
강력하고 풍부한 라이브러리(library) 제공 : 개발 속도가 빠름
- 프로그래밍에 자주 사용되는 다양한 기능이 장착된 표준 라이브러리(standard library)를 기본적으로 제공
- 라이브러리(library) : 다양한 기능을 제공하는 함수나 모듈을 프로그램에서 쉽게 불러 사용할 수 있게 미리 작성해서 컴파일해 놓은 코드(모듈)들의 모음
- e.g., 웹 서버 연결, 정규표현식(regular expression)을 통한 문자 검색, 파일 읽고 쓰기 등
- 기본으로 제공되는 라이브러리 뿐만 아니라, 개인이나 단체에서 만들어서 배포하는 수천개가 넘는 다양하면서도 기능이 풍부한 라이브러리가 존재하면 필요시 언제든 사용 가능
- <pypi.python.org/pypi>
엄청난 사용자 커뮤니티
- 대규모의 사용자 커뮤니티가 존재
- 도움을 손쉽게 받을 수 있을뿐 아니라 참고자료도 풍부
- e.g., 스택오버플로우(https://stackoverflow.com/)에서 파이썬 관련 많은 도움을 받을 수 있음
뛰어난 확장성
- C, C++에서 작성된 모듈을 불러와서 사용하는 것이 가능
- 모듈 : 미리 작성되어 편리하게 가져다 쓸 수 있는 코드를 뜻하며 여러 개의 모듈이 모이면 라이브러리가 됨
- 프로그래밍 가능한 인터페이스를 제공하기 때문에 다른 프로그래밍 언어에서 불러 사용하는 것이 가능
무료(free) 소프트웨어
- 무료로 다운로드 및 사용이 가능
- 개인이 제작한 애플리케이션에 탑재시킬 때도 무료
- 파이썬은 오픈소스 소프트웨어이기 때문에 자유(free)롭게 수정 및 재배포가 가능
프로그램과 프로그램 개발 절차
프로그램(program)이란?
특정한 작업을 어떻게 수행해야 하는지 그 순서를 일련의 명령어로 나열한 것이다.
프로그램 언어의 공통 기본기능
파이썬(Python), 자바(Java), C 언어를 포함한 모든 프로그래밍 언어는 공통적으로 다음과 같은 기본 기능들을 제공한다.
입력
- 키보드나 파일 또는 별도의 장치로부터 데이터를 입력한다.
출력
- 데이터를 컴퓨터 화면에 보여주거나 파일 또는 별도의 장치로 전송한다.
처리
- 연산 처리 : 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기 같은 기본적인 수학적 연산을 수행한다.
- 순차 처리 : 순서대로 작업을 수행한다.
- 선택(조건) 처리 : 특정한 조건에 따라 그에 맞는 적절한 코드를 선택해서 실행한다.
- 반복 처리 : 주어진 횟수나 조건에 따라 특정한 작업을 (주로 약간의 변화를 주면서) 반복적으로 수행한다.
프로그램 개발 과정
프로그램 개발은 다음과 같은 과정을 거친다.
- 프로그램 논리 설계 및 개발
- 프로그램 코드화(coding)
- 기계어(machine language)로 변환(컴파일)
- 프로그램 실행과 검증
하지만 현실은…
[출처: 미상]
Step 1 : 프로그램 논리 설계 및 개발
핵심 단계
- 프로그램 개발 단계 중 가장 중요한 핵심 단계다.
- 알고리즘(algorithm) 개발이라고도 부른다.
- 어떤 작업 절차를 어떤 순서로 실행할지 결정하는 단계다.
논리 설계에 사용되는 툴(tool)
- 흐름도(flowcharts) / 순서도
- 의사(擬似)코드(슈도코드, pseudocode)
- 일상어(자연어)
탁상 검사(desk-checking)
- 눈으로 프로그램의 논리를 검사하기 때문에 탁상 검사라도고 부른다.
- 언어적 문법은 이 단계에서 고려하지 않는다.
논리적 오류(logic(al) errors)
- 프로그램이 정상적으로 실행되는 것 같지만 잘못된 결과가 나오는 경우를 말한다.
- 프로그램 논리 설계를 잘 하면 논리적 오류를 줄일 수 있다.
흐름도(flowcharts) 예시
Step 2 : 프로그램 코드화
프로그래밍(programming)
- 파이썬(Python), 자바(Java), R, 루비(Ruby), C, C++, 비주얼 베이직(Visual Basic), SQL 등의 해당 - 프로그래밍 언어 문법에 맞추어 코드를 작성
- 인간 언어처럼 프로그래밍 언어도 각기 다른 표현과 문법을 가지고 있음
- 일반적으로 프로그램 논리개발보다 코드화 작업이 더 쉬움
파이썬 코드 예시
def get_tags(text, ntags=100, multiplier=1):
tx = Okt()
nouns = [noun for sentence in text
for noun in tx.nouns(sentence)]
count = Counter(nouns)
return [{'color': color(), 'tag': n, 'size': c * multiplier}
for n, c in count.most_common(ntags)]
코드화의 기본 작업
선언(declaration) : 프로그램에서 사용될 자료형(data type)를 컴퓨터에게 알려주는 단계
- 데이터는 사용되기 전에 반드시 미리 선언
- 일반적으로 코드화 작업 앞부분에서 선언
- 자료형을 선언함으로써 메모리에 차지할 저장 공간과 쓰임새를 컴퓨터에게 미리 알려줌
입력(input) : 컴퓨터에 데이터를 입력하는 것
- 사람으로부터 : 키보드, 마우스, 펜 등
- 파일로부터 : 텍스트 파일, 데이터베이스, 웹 페이지 등
- 센서로부터 : 빛, 동작 감지, 생체인식 등
처리(processing) : 프로그램에 의해 수행되는 작업
- e.g., 급여 계산, 체스 게임에서 말의 이동
출력(output) : 결과 또는 답
- 화면에 표시
- 파일로 저장
- 종이에 출력
입력받은 값에 2를 곱하여 출력하는 프로그램 예시(일상어로 작성)
Step 3 : 기계어(machine language)로 변환(컴파일)
컴퓨터는 1 또는 0 밖에 모른다.
- 소프트웨어를 통해 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어(0과 1)로 변환
- 다양한 프로그래밍 언어가 있지만 컴퓨터는 오로지 1 또는 0만 이해할 수 있기 때문에 어떤 언어든지 기계어로 변환이 필요
컴파일러(compiler)와 인터프리터(interpreter)
- 일상어와 유사한 형태를 지닌 고수준 프로그래밍 언어를 저수준 기계어로 변환해주는 방식
문법 오류(syntax error)
- 컴파일러가 코드를 변환할 수 없을 때 문법 오류가 발생
- 원인
- 오타
- 잘못된 문법
- 코드에서 잘못된 부분을 수정한 뒤 다시 변환(recompile)해야 함
Step 4 : 프로그램 실행과 검증
프로그램 오류의 종류와 디버깅(debugging)
- 문법 오류(syntax error) : 오류 수정이 쉬움(즉, 버그 잡기가 쉬움)
- 런타임 오류(runtime error) : 예외(exception) 처리를 해야 함
- 논리 오류(logical error) : 오류 없이 프로그램이 실행되지만 예상한 결과가 나오지 않는 경우 e.g., 1 / 2 * 3
- 문법 오류는 컴파일 단계에서, 런타임 오류와 논리 오류는 실행 단계에서 발생
실행 단계에서의 오류
- 문법 오류가 없는 프로그램이라도 실행단계에서 오류가 발생하지 않는다고 말할 수 없음
- 실행 단계에서 오류를 피하기 위해서는 샘플 데이터를 넣어 테스트 해보는 것이 좋음
- 샘플 데이터는 신중히 선택하고 오류 발생 가능한 다양한 경우의 수를 고려 —> be a creative pessimist!
- 발견된 오류로 인해 프로그램 논리를 변경해야 할 수도 있음
논리 설계 및 알고리즘 개발
특정한 작업을 수행하기 위한 필요한 과정을 순서대로 나열하는 것을 말한다.
- 반드시 거쳐야 하는 과정들을 논리적 순서대로 정리해서 알고리즘을 생성한다.
- 알고리즘(algorithm) : 특정한 작업을 수행하기 위해 필요한 과정들을 논리적으로 나열한 것
의사(擬似)코드(슈도코드, pseudocode)
- 실제 프로그래밍 언어가 아닌 유사한 형태의 언어나 일상어 형태로 작성한 코드
- 프로그램 설계 시에만 사용하므로 문법(구문) 오류를 신경 쓸 필요가 없음
- 컴파일 또는 실행에 사용하는 코드가 아님(가짜 코드)
-
의사코드는 어떤 프로그램 언어로든지 실제 코드로 옮겨 적는 것이 가능
- e.g., 녹차 만들기
- 주전자에 물을 넣는다;
- 주전자의 물을 끓인다;
- 주전자의 물이 끓으면 불을 끈다;
- 컵에 티백을 넣는다;
- 컵에 물을 붓는다;
- 약간 기다린 뒤 티백을 꺼낸다;
- 마신다;
의사코드 예시
흐름도(flowchart, 순서도)
프로그램이 처리되는 과정을 시각적으로 나타낸 도표
- 단말기호(terminal symbol)
- 프로그램의 시작과 끝을 나타냄
- 프로그램의 시작과 끝을 나타냄
-
비교/판단기호(decision symbol)
-
입출력기호(input and output symbol)
- 처리기호(processing symbol)
각 기호들은 화살표로 연결되어 프로그램의 처리 과정을 나타냄
Lab: 의사코드 작성하기
사용자가 입력한 값이 짝수인지 홀수인지 구하는 논리를 의사코드로 작성해보자.
THE END