4: Control Flow

• Cosa sono e come si combinano le variabili logiche
• Uguaglianza e identità di due oggetti
• Come prendere decisioni in un programma: if - (then) - else
• Come operare su sequenze: for e while loop
• Come interrompere un loop
• Come usare if per selezionare all'interno di sequenze

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4.1 Valori logici o variabili di Boole.

Python ha due oggetti built-in che hanno i valori logici True e False:

a = True
print(a)

int(a)

type(a)

b = False
print(b)

type(b)

Possiamo operare su questi valori usando la logica di Boole, per esempio con l'operazione and:

True and True          #logical and operation

True and False

False and True

True and True

c = a and b
print(c)

Ci sono anche l'or logico (or) e la negazione (not):

True or False

not True

not False

True and not False

4.2 Uguaglianza e identità.

Nel codice si ha spesso la necessità di valutare delle espressioni che possono essere vere oppure false (Talvolta dette “predicati”). Gli operatori ==, !=, >,>=, <, <= servono a confrontare i valori di due oggetti. Restituiscono True oppure False. Per esempio:

x = 30          # assegna 30 to x
x > 15          # x è più grande di 15?

x > 42

x == 30         # x è uguale a 30?

x == 42

not x == 42     #  x è diverso da 42? ("not" nega il risultato del confronto x == 42) 

x != 42         #  x è diverso da 42?

x >= 30  #  x è più grande di oppure uguale a 30?

Non è necessario che i due oggetti siano dello stesso tipo. Per esempio:

a = 1.0; b = 1
type(a)

type(b)

a == b

I test logici possono essere combinati con and or e not:

a = 7
b = -3
print( a > b and b > 0 )
print( a > b and not b**2 < a )
print( a < b or b < 0 )

Per verificare se due oggetti sono identici, ovvero se puntano alla stessa locazione di memoria, possiamo usare l'operatore is;

x = [0, 1, 2]
y = x

x is y

Alternativamente possiamo confrontare gli id dei due oggetti:

id(x) == id(y)

4.3 If-then-else

La costruzione if permette di eseguire del codice in modo condizionato. Dopo la parola chiave if deve essere presente una condizione seguita da due punti (:). Nella riga successiva inizia un nuovo blocco di comandi (che quindi deve essere indentato!) che viene eseguito se la condizione è True.

a = -34
if a > 0:
    print("a is positive")

La costruzione if può avere un branch else che viene eseguito se la condizione è falsa:

a = -34
if a > 0:
    print("a is positive")
else:
    print("a is non-positive (i.e. negative or zero)")

Infine, esiste la costruzione elif (significa “else if”) che permette di di verificare più di due possibilità esclusive. Le verifiche vengono eseguite nell'ordine in cui compaiono. Non appena una delle condizioni è verificata il codice corrispondente viene eseguito e le possibilità seguenti vengono ignorate:

a = 0
if a == 0:
    print("a is zero")
elif a < 0:
    print("a is negative")
else:
    print("a is positive")

Le condizioni possono essere combinate:

a = 5
b = 21
if a > 10 and b > 20:
    print("A is greater than 10 and b is greater than 20")

a = 5
b = -21
if a > 10 or b < -5:
    print("Either a is greater than 10, or "
          "b is smaller than -5, or both.")

Imparare Facendo

1. Costruite la funzione long che prenda come argomento due stringhe, L1 e L2 e restituisca quella più lunga. Testate la vostra funzione con qualche esempio.
2. Costruite la funzione my_range_0_1 che prenda come argomento un numero reale $x$ e restitisca True se $ 0 \leq x \lt 1 $ e False in caso contrario. Testate la vostra funzione con qualche esempio.
3. Costruite la funzione my_square_root che prenda come argomento un numero reale x e restitisca la radice quadrata di x se questa esiste e -1 se la radice non esiste. Testate la vostra funzione con qualche esempio.

Informazioni ulteriori

• Introduzione a If-then in Python tutorial, section 4.1

4.4 For loop

I for-loop permettono di iterare su una sequenza (per esempio una stringa o una lista). Ecco un esempio:

for animal in ['dog','cat','mouse']:
    print(animal, animal.upper())

Usando il comando range() (lezione 3), è possibile iterare su degli interi crescenti o decrescenti:

import math
a =[]     # lista vuota
for i in range(5,10):
    a.append(math.sin(i*math.pi/2))
    
print(a)

I for-loop possono essere usate in modo più conciso per creare facilmente sequenze utilizzando la cosiddetta list comprehension:

a = tuple(i**2 for i in range(10))    # ntupla
a

b = [i**0.5/3. for i in range(3,9,2)]    # lista
b

c ={i:(i**3-2*i+1) for i in range(4)}    # dizionario
c

Se è necessario utilizzare contemporaneamente l'indice e il valore di un elemento di una lista, si può utilizzare la funzione enumerate:

for i, animal in enumerate(['dog','cat','mouse']):
    print(animal*(i+1))

Un esempio che utilizza un dizionario:

order = {}        # create an empty dictionary

#add orders as they come in
order['Peter'] = 'Pint of bitter'
order['Paul'] = 'Half pint of Hoegarden'
order['Mary'] = 'Gin Tonic'

#deliver order at bar
for person in order.keys():
# for person in order:      shortcut: in a dictionary defaults to the keys
    print(person, "requests", order[person])

Un altro esempio per dimostrare il possibile vantaggio nell'uso di un dizionario piuttosto che una coppia di liste:

dic = {}                        #create empty dictionary

dic["Hans"]   = "room 1033"     #fill dictionary
dic["Andy C"] = "room 1031"     #"Andy C" is key
dic["Ken"]    = "room 1027"     #"room 1027" is value

for key in dic.keys():
    print(key, "works in", dic[key])

Senza usare un dizionario:

people = ["Hans","Andy C","Ken"]
rooms  = ["room 1033","room 1031","room 1027"]

#possible inconsistency here since we have two lists
if not len( people ) == len( rooms ):
    raise RuntimeError("people and rooms differ in length")

for i in range( len( rooms ) ):
    print(people[i],"works in",rooms[i])

4.4.1 Loop concatenati e list comprehension

a = []
for i in range(3):
    for j in range(3):
        a.append(i+10*j)
        
print(a)

Oppure, più concisamente:

[ i + 10*j for i in range(3) for j in range(3)]

Imparare Facendo

1. Calcolate il valore del seno degli angoli $\theta_i = 2 \pi /100 * i$ per $i = 0,1,2,\cdots ,100$.
2. Calcolate la lunghezza di ciascuna parola in L0 = "Tutte le famiglie felici si assomigliano fra loro, ogni famiglia infelice è infelice a suo modo".split().
3. La posizione di un corpo in caduta libera che parta da fermo al tempo $t=0$ da una altezza di $200\, m$ è: $$y(t) = 200 - 0.5 \,g\, t^2$$ con $g = 9.81\, m/s^2$. Calcolate la posizione del corpo per $t = 0, 0.1, 0.2,\cdots,2.0\, s$
4. Costruite la funzione per_tre(L) che data una lista L di numeri reali o complessi restituisca la lista degli elementi di L moltiplicati per 3.

Informazioni ulteriori

• Introduzione ai for-loops in Python tutorial, section 4.2

4.5 While loop

La parola chiave while permette di ripetere una operazione mentre una condizione è vera. Dopo la parola chiave while deve essere presente una condizione seguita da due punti (:). Nella riga successiva inizia un nuovo blocco di comandi (che quindi deve essere indentato!) che viene eseguito se la condizione è True.
Supponiamo di voler sapere per quanti anni è necessario tenere 100 euro in un conto bancario per arrivare a 200 euro grazie ad un interesse del 5% annuo. Ecco un programma che lo calcola:

mymoney = 100         # in euro
growth_factor = 1.05           # 5% interesse. Fattore di crescira annuale
years = 0
while mymoney < 200:  # ripeti fino a raggiungere 200 euro
    mymoney = mymoney * growth_factor
    years = years + 1
print('We need', years, 'years to reach', mymoney, 'euros.')

Un classico: qual'è la più piccola potenza di 1/2 che posso aggiungere a 1 senza modificarne la rappresentazione come numero reale?

r0 = 1.
r2 =1/2
n=1

while r0 - r2 != r0:
    r2 = r2/2
    n = n + 1

print(n)
print(f"{r2:e}")

Test:

print(1.-1/2**(n-1))
print(1.-1/2**n)

Imparare Facendo

1. Il valore dell'esponenziale di x può essere calcolato con lo sviluppo in serie: $$ e^x = 1 + \frac{x}{1!} + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots$$ Determinare il minimo numero di termini dell'espressione a secondo membro che è necessario utilizzare per calcolare $e^{1/2} = \sqrt{e}$ con un errore non più grande di 0.001.
2. Costruite la funzione sum_to_30 che prenda come argomento una lista di numeri interi positivi e restituisca la piú lunga sottolista che parta dal primo elemento e la somma dei cui elementi sia minore di 30. Se il primo elemento è maggiore di 30 sum_to_30 deve restituire la lista vuota.
   Esempi:
   • sum_to_30([55,1]) -> []
   • sum_to_30([1,2,26,1,4]) -> [1,2,26]

4.6 Come filtrare una lista/ntupla/dizionario con if

Spesso è necessario estrarre da una lista gli elementi che soddisfano una certa condizione. Lo si può ottenere con un if all'interno della definizione della lista:

my_list = list(range(5,20))
my_list

Per selezionare solo gli elementi divisibile per 3:

[i for i in my_list if i % 3 == 0]

tuple(i for i in my_list if i % 3 == 0)

{i:i**2 for i in my_list if i % 3 == 0}

Per selezionare solo gli elementi pari, maggiori di 6 e minori di 17:

[i for i in my_list if i % 2 == 0 and i > 6 and i < 17]

È possibile applicare un filtro direttamente quando si crea una lista:

my_list = [i**2 for i in range(21) if i%2 == 0]
my_list

my_dict = {i:i**2 for i in range(21) if i%2 == 0}
my_dict

La keyword in serve anche a testare se un oggetto è presente in una lista/stringa/ntupla:

a = 3
my_list = [5,3,-1,'pie']
a in my_list

'pippo' in my_list

Accedere in modo sicuro agli elementi di una lista. get artigianale.

l = [1,2,3]
l[10] if 10 < len(l) else 'fail'

Imparare Facendo

1. Costruite la lista L7 dei numeri interi positivi divisibili per 7 e minori di 200. Costruite la lista L7_3 degli elementi di L7 che sono anche divisibili per 3.
2. Costruite la lista L del seno degli angoli $\theta_i = 2 \pi /100 * i$ per $i = 0,1,2,\cdots ,100$. Costruite la lista degli elementi di L compresi fra -0.3 e 0.2.
3. Costruite la lista L1 degli angoli $\theta_i = 2 \pi /100 * i$ per $i = 0,1,2,\cdots ,100$ il cui seno è compreso fra -0.3 e 0.2.
4. Estraete da:
   L0 = "Tutte le famiglie felici si assomigliano fra loro, ogni famiglia infelice è infelice a suo modo".split()
   la lista delle parole che iniziano con una vocale. Suggerimento: definite la variabile vocali = "aeiouAEIOU" e sfruttate la keyword in.

4.7 Interrompere un loop

Se è necessario interrompere il loop prima della sua conclusione naturale, si può usare il comando break che termina le operazioni all'interno del loop e passa ad eseguire il primo comando successivo al loop. Un paio di esempi:

for letter in 'Python':     # Primo Esempio
   if letter == 'h':
      break
   print ('Current Letter :', letter)

  
var = 10                    # Secondo Esempio
while var > 0:              
   print ('Current variable value :', var)
   var = var -1
   if var == 5:
      break

print ("Good bye!")

Se è necessario interrompere l'esecuzione di uno dei passi del loop (per esempio perchè uno dei dati non è valido) e passare al caso successivo, si può usare il comando continue. Un esempio:

for letter in 'Python':
   if letter == 'h':
      continue
   print ('Current Letter :', letter)

Imparare Facendo

1. Assegnate alla variabile L0 la lista [4,7,2,-1,3,6]. Esaminate la lista elemento per elemento fermandovi al primo elemento negativo e facendo stampare il messaggio 'il primo elemento negativo è {XX}. Il suo indice è {YY}', dove XX e YY sono il valore e l'indice del primo elemento negativo.
2. Costruite una funzione no_digit(S0) che elimini dalls stringa S0 tutte le cifre. Usate un ciclo for e la keyword continue. È utile introdurre la variable, di tipo stringa, cifre="0123456789".