Python on ohjelmointikieli, jolle on tunnusomaista hyvä luettavuus, korkea abstraktiotaso ja kehittyneet kirjastot monilla eri sovellusalueilla. Python on niin kutsuttu tulkattu kieli, mikä tarkoittaa että sen suorituskyky on alhaisempi kuin käännetyn kielen.
Tioben Tiobe Indexin mukaan Python on maailman suosituin ohjelmointikieli. Pythonilla ohjelmointi on tuottavuudeltaan korkeaa jopa Javaan verrattuna.
Pythonin nousu vakavasti otettavaksi ohjelmointikieleksi käynnistyi Zope- ja Plone-tuotteiden myötä sekä suositun Blender-3D-mallinnusohjelman skriptauskielenä. Toinen tulkattu kieli nimeltä Perl oli suosittu Linux-käyttäjien parissa. Perl avasi tietä Pythonille demonstroimalla tulkatun kielen etuja. Python oli myös skriptikieli ja toimi Perlin korvikkeena. Monet Linux-käyttäjien skriptit alkoivat perustua Pythonille ja Perlin 6-versio ei ollut kovin suosittu. Python kamppaili myös jonkin aikaa Ruby-ohjelmointikielen kanssa, mutta ohitti sen suosiossa.
Historia
Ensimmäinen versio Python-kielestä syntyi 1980-luvun loppupuolella. Alun perin kieli tehtiin jatkoksi ABC-ohjelmointikielelle korjaamalla siinä havaittuja puutteita ja tuomalla sen piirteisiin muun muassa poikkeusten käsittelyn.http://www.python.org/doc/faq/general/#why-was-python-created-in-the-first-place Kielen luoja Guido van Rossum on pysynyt kielen kehityksessä mukana koko sen historian ajan keskeisessä roolissa.
Python on alun perin nimetty brittiläisen komediaryhmä Monty Pythonin tunnetun Monty Pythonin lentävä sirkus -televisiosarjan mukaan. Python-nimi koettiin lisäksi tarpeeksi lyhyeksi, yksilöiväksi sekä sopivan mysteeriseksi. Kielen dokumentaation koodiesimerkeissäkin pyritään välttämään liiallista vakavuutta satunnaisilla viittauksilla ryhmän tuotantoon.http://www.python.org/doc/faq/general/#why-is-it-called-python
Alkuperäisestä Python-kielestä jalostettu Python 2.0 julkaistiin 16. lokakuuta 2000. Kielen toinen täysversio sisälsi useita uusia ominaisuuksia, mukaan lukien täydellisen roskienkeruumekanismin ja Unicode-tuen. Suurin muutos tapahtui kuitenkin itse kielen kehitysprosessissa, jossa Python-yhteisölle annettiin vapaammat kädet osallistua mukaan kielen kehitykseen.http://www.amk.ca/python/2.0/
Joulukuussa 2008 ilmestynyt Pythonin versio 3.0 toi kieleen jonkin verran uudistuksia. Periaatteena sen kehityksessä oli vähentää ominaisuuksien rinnakkaisia toteutustapoja poistamalla vanhoja tapoja tehdä asiat. Tästä seuraa, ettei kielen uusin versio ole taaksepäin yhteensopiva, eivätkä 2-versioiden mukaiset ohjelmat siis välttämättä toimi sellaisenaan. Muutoksia ovat muun muassa:https://web.archive.org/web/20220829124947/http://docs.python.org/3.0/whatsnew/3.0.html print-avainsanan korvaaminen print()-funktiolla raw_input-funktion korvaaminen yksinkertaisempaan input-funktioon with-lause http://www.python.org/dev/peps/pep-0343/ Jako-operaattorin / toiminnan muuttaminen niin, että int/int palauttaa float-tyyppisen luvun. Vanhaa jakolaskuoperaattoria voidaan vielä käyttää kirjoittamalla //
Version 3 ja sen tuomien muutosten käyttöönottoa on pyritty tukemaan monella tavalla. Versiolla 2.5 voi ottaa jo käyttöön joitain uudistuksia komennolla from __future__ import * . Samoin versiolla 2.6 voidaan ottaa käyttöön kaikki version 3.0 tuomat uudistukset. Lisäksi Python 2.6:lla voidaan aktivoida varoitukset vanhanmallisen koodin käytöstä. Tämä helpottaa vanhanmallisen lähdekoodin muuttamista versiolle 3.0 sopivaksi. Lisäksi saatavilla on 2to3 työkalu, joka muuttaa valtaosan 2-sarjan koodista 3-versioon.
Ominaisuudet
Tuottavuus: Pythonista on sanottu, että sitä käyttäen ohjelmoija voi olla 10 kertaa tuottavampi kuin Javaa käyttäen ja 100 kertaa tuottavampi kuin C-kieltä käyttäen. Luettavuus: Yleisesti ottaen luonteenomaista Pythonille on pyrkimys selkeään ja luettavaan ohjelmakoodiin. Kauneuden ja yksinkertaisuuden tavoitteleminen ovat keskeinen osa kielen suunnittelufilosofiaa. Interaktiivisuus: Python on tulkattava kieli, eli ohjelmat ovat valmiita ajettaviksi välittömästi kääntämättä niitä ensin. Erityisesti tämä lisää kielen interaktiivisuutta eli mahdollistaa ohjelmoimisen ja testaamisen lyhyissä sykleissä. Paradigmaattisuus: Python-kieltä on kehitetty tukemaan useita ohjelmointitapoja; erityisesti sitä voi käyttää oliopohjaisena, proseduraalisena tai funktionaalisena ohjelmointikielenä. Dynaamisuus: Pythonissa esim. muuttujan tyyppiä ei erikseen määritellä, vaan se määräytyy siihen tallennettavan objektin tyypin perusteella ajon aikana. Python-kääntäjät eivät siis tee tyyppitarkistuksia käännösaikaisesti, jolloin virheet aiheuttavat pääsääntöisesti ajonaikaisia poikkeuksia. Tämä voi helpottaa yksinkertaisempien ohjelmien interaktiivista kehitystä, mutta vaikeuttaa monimutkaisempien ohjelmien kehitystä.
Interaktiivinen tulkki Pythonia voi kokeilla helposti interaktiivisen tulkin avulla: >>> print("Hello, world!") Hello, world! >>> 2*42 84 >>> # Määritellään funktio ja kutsutaan sitä: >>> def tuntipalkka(palkka, aika): >>> return palkka / aika >>> >>> tuntipalkka(210, 8) 26.25
Esimerkki syntaksista n = int(input('Type a number, and its factorial will be printed: '))
if n < 0: raise ValueError('You must enter a non-negative integer')
factorial = 1 for i in range(2, n + 1): factorial *= i
print(factorial)
Käyttöaiheet
Python on yksi suosituimmista ohjelmointikielistä, joten sille on kehitetty runsaasti suosittuja kirjastoja, ohjelmistokehyksiä ja rajapintoja, joiden avulla voidaan luoda paljon erilaisia sovelluksia esim. numeerisen laskennan, grafiikan ja web-kehityksen alueilla.
Numeerinen laskenta ja tieteellinen laskenta Pythonia voi käyttää aina yksinkertaisesta numeerisesta laskennasta datatieteeseen ja vaativaan tieteelliseen laskentaan (esim. kirjastot NumPy, SciPy, skicit-learn, pandas). Kuvaajien tekemiseen on useita suosittuja kirjastoja (esim. matplotlib, seaborn, plotly, bokeh). Scipy on riippuvainen NumPy kirjastosta. Seaborn perustuu matplotlib kirjastoon. Pythonille on saatavana PyTorch ja TensorFlow-kirjasto, jotka liittyvät koneoppimiseen. Pythonin statsmodels kirjasto sopii esimerkiksi erilaisten tilastollisten mallien estimointiin sekä tilastollisen datan tutkimiseen.
Kuvat ja graafiset käyttöliittymät Pythonissa itsessään ei ole mahdollisuutta ladata kuvia tai muuta mediaa, mutta tämä onnistuu esimerkiksi Pygame-moduulin (ks. Simple DirectMedia Layer) tai Pygletin avulla. Python sisältää Tkinter-kirjaston Tk-käyttöliittymäkirjaston käyttöön, mikä tulee Pythonin standardiasennuksessa. Pythonilla voidaan tehdä graafisia käyttöliittymiä muun muassa käyttämällä C++-kielellä kirjoitettua Qt-käyttöliittymäkirjastoa. Myös esim wxPython-, PySide- ja Kivy-kirjastolla voi tehdä GUI-ohjelmia.
Verkkosivustojen tekeminen WSGI-rajapinnalla Python on yleistynyt verkkosivustojen ohjelmointikielenä ja Python-kielelle on saatavilla sekä minimaalisia että kehittyneitä kehitysympäristöjä (esim. Django). Pythonia voidaan ajaa palvelimella WSGI (Web Server Gateway Interface) -rajapinnan avulla, joka on viime aikoina kehitetty Pythonilla toteutettujen verkkosivustojen suorituskykyistä ajoa varten. Muita kehitysympäristöjä verkko-ohjelmointiin on esimerkiksi web2py ja TurboGears.Myös Gunicorn-kirjasto liittyy verkko-ohjelmointiin, tarkemmin sanottuna HTTP-palvelimiin.
Rajapinnat yleisille tietokantaohjelmistoille Pythonille on saatavilla rajapintoja tietokantojen (MySQL, PostgreSQL, SQLite) käsittelyyn. Python 3 sisältää SQLite-tietokannan standardikirjastossa (sqlite3).
C- ja C++ -laajennukset sekä CUDA Pythonia voi laajentaa C- ja C++-ohjelmointikielillä. Toisaalta Pythonia voi sisällyttää C- ja C++-kielisiin ohjelmiin skriptikielenä. Mainittavaa on myös kyky vuorovaikuttaa matlabin kanssa. Nvidian grafiikkapiirien CUDA-ohjelmointi on mahdollista Pythonilla; tällä tavalla laskenta voidaan antaa grafiikkapiirin rinnakkain suoritettavaksi.
Luonnollisten kielten käsittely Pythonille on saatavilla muun muassa NLTK (Natural Language Toolkit) sekä spaCy.
Muita käyttökohteita ja kirjastoja Pythonissa on myöskin PDF-tiedostojen hallintaan tarkoitettu pypdf-kirjasto.Qiskit taas on kvanttiohjelmointiin soveltuva IBM:n kehittämä kirjasto.Librosa kirjasto taas soveltuu äänenkäsittelyyn.Tehtäväjonojen hallintaan soveltuva kirjasto on Celery.
Oliopohjainen ohjelmointi Pythonissa
Python tukee oliopohjaista ohjelmointia (OOP), joka on ohjelmointiparadigma, jossa keskitytään objektien ja luokkien käyttöön. Tämä lähestymistapa on yleinen monissa ohjelmointikielissä. Pythonin avulla ohjelmoijat voivat luoda olioita käyttäjän määrittämien luokkien perusteella. Luokat määritellään Pythonissa class-avainsanalla, ja ne toimivat suunnitelmina olioille, jotka voivat sisältää ominaisuuksia (attribuutteja) ja toimintatapoja (metodeja).
Esimerkiksi:class Ajoneuvo: def __init__(self, merkki, malli): self.merkki = merkki self.malli = malli
def esittele(self): return f"Tämä on {self.merkki} {self.malli}."Yllä olevassa esimerkissä `Ajoneuvo`-luokka sisältää konstruktorin `__init__`, joka asettaa auton merkin ja mallin. `esittele`-metodi puolestaan tulostaa tiedot ajoneuvosta.
Oliopohjaisen ohjelmoinnin (OOP) etuna on erityisesti koodin uudelleenkäytettävyys ja modulaarisuus.
Periytyminen Pythonissa Periytyminen on OOP:n keskeinen ominaisuus, joka mahdollistaa uuden luokan määrittämisen olemassa olevan luokan pohjalta. Python tukee periytymistä, jossa aliluokka voi periä yliluokan ominaisuudet ja metodit. Tämä mahdollistaa olemassa olevan koodin uudelleenkäytön ja helpottaa ohjelman laajentamista ja ylläpitoa.
Esimerkki periytymisestä:class Polkupyora(Ajoneuvo): def __init__(self, merkki, malli, vaihteet): super().__init__(merkki, malli) self.vaihteet = vaihteet
def esittele(self): return f"Tämä on {self.merkki} {self.malli} polkupyörä, jossa on {self.vaihteet} vaihdetta."Tässä esimerkissä `Polkupyora`-luokka perii `Ajoeneuvo`-luokan ominaisuudet ja metodit, mutta lisää siihen oman `vaihteet`-attribuutin ja muokkaa `esittele`-metodia kertomaan myös vaihteista.ajoneuvo1 = Ajoneuvo("Toyota", "Corolla") print(ajoneuvo1.esittele())
pyora1 = Polkupyora("Tunturi", "XC", 7) print(pyora1.esittele())Tässä esimerkissä luodaan `Ajoneuvo`-olio ja `Polkupyora`-olio, ja molempien `esittele`-metodit tulostavat niille ominaiset tiedot.
Rakenne
Pythonissa kaikki rakenteet määritellään objekteina, joilla on identiteetti (id()), tyyppi (type()) ja arvo. Objektin tyyppi kertoo, millaisia operaatioita se sallii ja mitä arvoja se voi saada. Identiteettinä toimii CPython-toteutuksessa objektin osoite muistissa.
Paketit ja moduulit Korkeimmalla hierarkian tasolla Python-ohjelmat muodostuvat paketeista ja moduuleista. Paketit ovat erityisiä moduuleja, jotka vastaavat tiedostojärjestelmän kansioita, siinä missä varsinaiset moduulit vastaavat tiedostoja näissä kansioissa. Moduuleihin viitataan tiedostopolun tavoin mallillaimport paketti.alipaketti.moduuli as mdl ja niillä on attribuutteja kuten __name__ ja __file__. Tavallisia paketteja voidaan määritellä lisäämällä kansioon__init__.py-niminen tiedosto, jolloin Python tulkitsee tämän kansion Python-paketiksi ja kansiossa olevat Python-tiedostot moduuleiksi. Python-skriptin ajon aloittava moduuli saa nimen__main__ (eli__name__ == "__main__" on totta).https://web.archive.org/web/20220827204401/https://docs.python.org/3/reference/import.html
Luokat ja funktiot Python-tulkki ajaa ohjelmat blokkeina yhdessä kehyksessä kerrallaan. Blokkeja muodostavat hierarkisesti skriptit, moduulit, luokat ja funktiot. Nimet näkyvät vain kunkin blokin sisällä, ellei näkyvyyttä olla muutettuglobal- tai nonlocal-avainsanoilla, tai kyseessä ole funktio, jolloin nimet näkyvät kaikille funktion sisältämille blokeille.https://web.archive.org/web/20220908064020/https://docs.python.org/3/reference/executionmodel.html