Merge branch 'main' of http://uit.mpei.ru/git/TabolinIA/python-labs

TEMA4/report4.md

@@ -0,0 +1,385 @@
+# Отчёт по Теме 3
+Таболин Иван А-01-23
+## 1. Запуск IDLE и начальная настройка
+Запустил и настроил оболочку IDLE, создал файл отчёта и оформил его оглавление. Сохранил файл отчёта.
+```py
+import os
+os.chdir('C:\\Users\\User\\Desktop\\python-labs\\TEMA4')
+```
+## 2. Стандартные функции
+Стандартные функции находятся в модуле `builtins`, доступном без импорта при запуске среды.
+## 2.1. Функция round
+Функция `round` округляет число с заданной точностью.
+```py
+help(round)
+Help on built-in function round in module builtins:
+
+round(number, ndigits=None)
+    Round a number to a given precision in decimal digits.
+
+    The return value is an integer if ndigits is omitted or None.  Otherwise
+    the return value has the same type as the number.  ndigits may be negative.
+```
+Примеры округления чисел. Тип результата зависит от аргумента функции `round`, если не указать количество значений после запятой, результат будет целым числом, в остальных случаях - вещественное число.
+```py
+round(123.456,1)
+123.5
+round(123.456,0)
+123.0
+round(123.456,2)
+123.46
+type(round(123.456,1))
+<class 'float'>
+type(round(123.456))
+<class 'int'>
+```
+## 2.2. Функция range
+Функция `range` создает последовательность целых чисел с заданным шагом или, по умолчанию, с шагом 1.
+```py
+gg=range(76,123,9);gg
+range(76, 123, 9)
+```
+Правая граница не входит в последовательность.
+Эта функция создает итерируемый объект. Чтобы увидеть полученную последовательность чисел, его надо преобразовать, например, в список.
+```py
+list(gg)
+[76, 85, 94, 103, 112, 121]
+type(gg);type(list(gg))
+<class 'range'>
+<class 'list'>
+```
+Функция `range` с одним аргументом создает последовательность от 0 до указанного числа с шагом 1.
+```py
+gg1=range(12);gg1
+range(0, 12)
+list(gg1)
+[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]
+```
+## 2.3. Функция zip
+Функция `zip` создает общий объект, элементами которого являются кортежи, составленные из  элементов двух или более объектов-последовательностей.
+```py
+qq=['Tabolin','Berezhkov','Krishtul','Stepanischev'];qq
+['Tabolin', 'Berezhkov', 'Krishtul', 'Stepanischev']
+ff=zip(gg,qq);ff
+<zip object at 0x00000231E0107B40>
+tuple(ff)
+((76, 'Tabolin'), (85, 'Berezhkov'), (94, 'Krishtul'), (103, 'Stepanischev'))
+```
+Чтобы просмотреть содержимое результата функции `zip`, преобразуем его в кортеж.
+В полученном кортеже количество элементов определяется меньшим из размеров аргументов функции `zip`.
+ ```py
+ff[1,1]
+Traceback (most recent call last):
+  File "<pyshell#45>", line 1, in <module>
+    ff[1,1]
+TypeError: 'zip' object is not subscriptable
+```
+Невозможно обратиться с указанием индекса, потому что объект является итерируемым.
+## 2.4. Функция eval
+Функция `eval` выполняет вычисление значения выражения, корректно записанного на языке Python и представленного в виде символьной строки.
+```py
+fff=float(input('коэффициент усиления='));dan=eval('5*fff-156');dan
+коэффициент усиления=33
+9.0
+```
+## 2.5. Функция exec
+Функция `exec` - чтение и выполнение объекта-аргумента функции. Этот объект должен представлять собой строку символов  с совокупностью инструкций на языке Python.
+```py
+exec(input('введите инструкции:'))
+введите инструкции:perem=-123.456;gg=round(abs(perem)+98,3)
+gg
+221.456
+```
+## 2.6. Самостоятельно изучение некоторых функций
+`abs` - взятие модуля числа
+`pow(b, e)` - возведение числа `b` в степень `e`
+`max(min)` - нахождение максимального (минимального) числа
+`sum` - сложение чисел
+`divmod(a,b)` - возвращает результат целочисленного деления и остаток от деления числа `a` на `b`
+`len` - возвращает длину аргумента
+`map` - выполняет заданную функцию с заданными значениями
+```py
+abs(-5.6)
+5.6
+pow(2,3)
+8
+max(1,2,3,90)
+90
+min(-4,4,67)
+-4
+sum([1,0.5,0.25,0.125,0.0625])
+1.9375
+divmod(5,2)
+(2, 1)
+len({1,2,3,5})
+4
+list(map(lambda x: pow(x,2), [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]))
+[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
+```
+## 3. Функции модуля math
+Загрузил модуль `math` и узнал его содержание
+```py
+import math
+dir(math)
+['__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'acos', 'acosh', 'asin', 'asinh', 'atan', 'atan2', 'atanh', 'cbrt', 'ceil', 'comb', 'copysign', 'cos', 'cosh', 'degrees', 'dist', 'e', 'erf', 'erfc', 'exp', 'exp2', 'expm1', 'fabs', 'factorial', 'floor', 'fma', 'fmod', 'frexp', 'fsum', 'gamma', 'gcd', 'hypot', 'inf', 'isclose', 'isfinite', 'isinf', 'isnan', 'isqrt', 'lcm', 'ldexp', 'lgamma', 'log', 'log10', 'log1p', 'log2', 'modf', 'nan', 'nextafter', 'perm', 'pi', 'pow', 'prod', 'radians', 'remainder', 'sin', 'sinh', 'sqrt', 'sumprod', 'tan', 'tanh', 'tau', 'trunc', 'ulp']
+```
+Изучил функцию расчета факториала и попробовал использовать её
+```py
+help(math.factorial)
+Help on built-in function factorial in module math:
+
+factorial(n, /)
+    Find n!.
+
+    Raise a ValueError if x is negative or non-integral.
+
+math.factorial(5)
+120
+```
+Изучил некоторые другие функции модуля:
+`sin` - синус аргумента (в радианах)
+`acos` - арккосинус аргумента (в радианах)
+`degrees` и `radians` - перевод из радиан в градусы и наоборот
+`exp` - возведение экспоненты в степень
+`log(a,b)` - логарифм `a` по основанию `b` (по умолчанию `b = e`)
+`log10` - десятичный логарифм
+`sqrt` - квадратный корень
+`ceil` и `floor` - округление "вверх" и "вниз"
+`pi` - число Пи
+```py
+math.sin(math.pi/2)
+1.0
+math.acos(1)
+0.0
+math.acos(0)
+1.5707963267948966
+math.sin(math.asin(0.987765))
+0.987765
+math.degrees(math.pi)
+180.0
+math.radians(45)
+0.7853981633974483
+math.exp(math.log(5))
+4.999999999999999
+math.log(25,5)
+2.0
+math.log10(1000)
+3.0
+math.sqrt(144)
+12.0
+math.ceil(1.1)
+2
+math.floor(5.9)
+5
+math.pi
+3.141592653589793
+```
+```py
+math.sin(2*math.pi/7+math.exp(0.23))
+0.8334902641414562
+```
+## 4. Функции модуля cmath
+Это совокупность функций для работы с комплексными числами
+Загрузил модуль `cmath` и просмотрел содержащиеся в нем функции.
+```py
+import cmath
+dir(cmath)
+['__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'acos', 'acosh', 'asin', 'asinh', 'atan', 'atanh', 'cos', 'cosh', 'e', 'exp', 'inf', 'infj', 'isclose', 'isfinite', 'isinf', 'isnan', 'log', 'log10', 'nan', 'nanj', 'phase', 'pi', 'polar', 'rect', 'sin', 'sinh', 'sqrt', 'tan', 'tanh', 'tau']
+```
+Функции взятия корня и расчета фазы комплексного числа
+```py
+cmath.sqrt(1.2-0.5j)
+(1.118033988749895-0.22360679774997896j)
+cmath.phase(1-0.5j)
+-0.4636476090008061
+```
+## 5. Модуль random
+Это совокупность функций для выполнения операций с псевдослучайными числами и выборками.
+Загрузил модуль `random` и просмотрел список содержащихся в нем функций.
+```py
+import random
+dir(random)
+['BPF', 'LOG4', 'NV_MAGICCONST', 'RECIP_BPF', 'Random', 'SG_MAGICCONST', 'SystemRandom', 'TWOPI', '_ONE', '_Sequence', '__all__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', '_accumulate', '_acos', '_bisect', '_ceil', '_cos', '_e', '_exp', '_fabs', '_floor', '_index', '_inst', '_isfinite', '_lgamma', '_log', '_log2', '_os', '_parse_args', '_pi', '_random', '_repeat', '_sha512', '_sin', '_sqrt', '_test', '_test_generator', '_urandom', 'betavariate', 'binomialvariate', 'choice', 'choices', 'expovariate', 'gammavariate', 'gauss', 'getrandbits', 'getstate', 'lognormvariate', 'main', 'normalvariate', 'paretovariate', 'randbytes', 'randint', 'random', 'randrange', 'sample', 'seed', 'setstate', 'shuffle', 'triangular', 'uniform', 'vonmisesvariate', 'weibullvariate']
+```
+Изучил функцию `random.seed`. Она задает случайное начальное состояние для псевдослучайных чисел.
+```py
+help(random.seed)
+Help on method seed in module random:
+
+seed(a=None, version=2) method of random.Random instance
+    Initialize internal state from a seed.
+
+    The only supported seed types are None, int, float,
+    str, bytes, and bytearray.
+
+    None or no argument seeds from current time or from an operating
+    system specific randomness source if available.
+
+    If *a* is an int, all bits are used.
+
+    For version 2 (the default), all of the bits are used if *a* is a str,
+    bytes, or bytearray.  For version 1 (provided for reproducing random
+    sequences from older versions of Python), the algorithm for str and
+    bytes generates a narrower range of seeds.
+
+random.seed()
+```
+Изучил некоторые другие функции модуля:
+`random` - равномерно распределенное случайное вещественное число от 0 до 1
+`uniform` - равномено распределенное вещественное число из промежутка
+`randint` - целое число из промежутка
+`gauss` - случайное число с указанием среднего и стандартного отклонения
+`choice` - выбирает случайный элемент
+`shuffle` - перемешивает список
+`sample(spis1,n)` - выбор n случайных элементов из spis1
+`betavariate` - случайное вещественное число из бета-распределения
+`gammavariate` - случайное вещественное число из гамма-распределения
+```py
+random.random()
+0.8645955981071833
+random.uniform(1,5)
+3.9631799754514985
+random.randint(2,10)
+6
+random.gauss(0,1)
+-1.4256278812580692
+random.choice([1,2,3,4,5])
+1
+spis1=[0,1,2,3,4,5]
+random.shuffle(spis1);spis1
+[1, 5, 0, 2, 3, 4]
+random.sample(spis1,3)
+[3, 1, 2]
+random.betavariate(2,5)
+0.49882484510318864
+random.gammavariate(2,1)
+2.798582174334477
+```
+Список с 4 случайными значениями, подчиняющимися, соответственно, равномерному, нормальному, бета и гамма – распределениям.
+```py
+spis_rand=[random.uniform(1,7),random.gauss(0,1),random.betavariate(1,5),random.gammavariate(3,10)]
+spis_rand
+[3.139339025932303, 0.5820428632300484, 0.3368063251531593, 30.52697334997717]
+```
+## 6. Функции модуля time
+Функции из модуля `time` предназначены для работы с календарем и со временем.
+Загрузил модуль `time` и просмотрел его функции
+```py
+import time;dir(time)
+['_STRUCT_TM_ITEMS', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'altzone', 'asctime', 'ctime', 'daylight', 'get_clock_info', 'gmtime', 'localtime', 'mktime', 'monotonic', 'monotonic_ns', 'perf_counter', 'perf_counter_ns', 'process_time', 'process_time_ns', 'sleep', 'strftime', 'strptime', 'struct_time', 'thread_time', 'thread_time_ns', 'time', 'time_ns', 'timezone', 'tzname']
+```
+Просмотрел время с начала эпохи, а затем определил временной интервал со времени ввода предыдущей инструкции
+```py
+c1=time.time();c1
+1760307438.705462
+c2=time.time()-c1;c2
+11.940115690231323
+```
+Функция `gmtime` возвращает объект класса `struct_time`, содержащий полную информацию о текущем времени. Обращение к компонентам получившегося объекта.
+```py
+dat=time.gmtime();dat
+time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=10, tm_mday=12, tm_hour=22, tm_min=19, tm_sec=3, tm_wday=6, tm_yday=285, tm_isdst=0)
+dat.tm_mon
+10
+```
+Получение "местного" времени
+```py
+local_time=time.localtime();local_time
+time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=10, tm_mday=13, tm_hour=1, tm_min=22, tm_sec=37, tm_wday=0, tm_yday=286, tm_isdst=0)
+```
+`asctime` - преобразование представления времени из кортежа в строку
+`ctime` - преобразование времени, прошедшего с начала эпохи, в строку
+`sleep` - прерывание работы программы на заданное время
+`mktime` - преобазование времени из типа кортежа или struct_time в число секунд с начала эпохи
+```py
+c1=time.time();c1
+1760309028.8968148
+local_struct=time.localtime(c1);local_struct
+time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=10, tm_mday=13, tm_hour=1, tm_min=43, tm_sec=48, tm_wday=0, tm_yday=286, tm_isdst=0)
+time_str1=time.asctime(local_struct);time_str1
+'Mon Oct 13 01:43:48 2025'
+time_str2=time.ctime(c1);time_str2
+'Mon Oct 13 01:43:48 2025'
+seconds=time.mktime(local_struct);seconds
+1760309028.0
+n_struct=time.localtime(seconds);n_struct
+time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=10, tm_mday=13, tm_hour=1, tm_min=43, tm_sec=48, tm_wday=0, tm_yday=286, tm_isdst=0)
+```
+## 7. Графические функции
+Моудль `pylab`, входящий в состав пакета `matplotlib`, содержит ряд полезных вычислительных функций и графических возможностей.
+Импортировал модуль
+```py
+import pylab
+```
+Ошибки не возникло.
+Задание списков отсчётов и отображение графика
+```py
+x=list(range(-3,55,4))
+t=list(range(15))
+pylab.plot(t,x)
+[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001A4B5840910>]
+pylab.title('Первый график')
+Text(0.5, 1.0, 'Первый график')
+pylab.xlabel('время')
+Text(0.5, 0, 'время')
+pylab.ylabel('сигнал')
+Text(0, 0.5, 'сигнал')
+pylab.show()
+```
+`pylab.plot(t,x)' создает график функции `x(t)` в оперативной памяти
+`pylab.title()' добавляет подись графика
+`pylab.xlabel` и `pylab.ylabel` добавляет подписи к осям
+`pylab.show` отображает график на экране
+Получившийся график:
+    
+![График](Ris1.png)
+
+Построение нескольких графиков на одном рисунке
+```py
+X1=[12,6,8,10,7]
+X2=[5,7,9,11,13]
+pylab.plot(X1)
+pylab.plot(X2)
+pylab.show()
+```
+
+![2 графика](Ris2.png)
+
+Построение круговой диаграммы
+```py
+region=['Центр','Урал','Сибирь','Юг']
+naselen=[65,12,23,17]
+pylab.pie(naselen,labels=region)
+([<matplotlib.patches.Wedge object at 0x000001A4B4096120>, <matplotlib.patches.Wedge object at 0x000001A4B7F38F50>, <matplotlib.patches.Wedge object at 0x000001A4B7F38B90>, <matplotlib.patches.Wedge object at 0x000001A4B58ED450>], [Text(-0.191013134139045, 1.0832885038559115, 'Центр'), Text(-0.861328292412156, -0.6841882582231001, 'Урал'), Text(0.04429273995539947, -1.0991078896938387, 'Сибирь'), Text(0.9873750693480946, -0.48486129194837324, 'Юг')])
+pylab.show()
+```
+![Круговая диаграмма](Ris2.png)
+Функции `hist` и `bar`
+```py
+pylab.bar(region,naselen)
+<BarContainer object of 4 artists>
+pylab.show()
+```
+
+![Столбиковая диаграмма](Ris3.png)
+
+```py
+data=[2,2,2,2,3,3,4,4,4,4,4,5]
+pylab.hist(data)
+(array([4., 0., 0., 2., 0., 0., 5., 0., 0., 1.]), array([2. , 2.3, 2.6, 2.9, 3.2, 3.5, 3.8, 4.1, 4.4, 4.7, 5. ]), <BarContainer object of 10 artists>)
+pylab.show()
+```
+![Гистограмма](Ris4.png)
+
+## 8. Модуль statistics
+Применение некоторых функций
+```py
+statistics.median(data)
+3.5
+statistics.mean(data)
+3.25
+temperature=[10,12,10,11,9,7,9,10]
+air_humidity=[90,91,90,91,89,88,89,90]
+statistics.correlation(temperature,air_humidity)
+0.9738516810963534
+```