PY0101DE-3-4-Klassen.ipynb

{"nbformat":4,"nbformat_minor":0,"metadata":{"kernelspec":{"display_name":"Python 3","language":"python","name":"python3"},"language_info":{"codemirror_mode":{"name":"ipython","version":3},"file_extension":".py","mimetype":"text/x-python","name":"python","nbconvert_exporter":"python","pygments_lexer":"ipython3","version":"3.6.8"},"colab":{"name":"PY0101DE-3-4-Klassen.ipynb","provenance":[],"collapsed_sections":[]}},"cells":[{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"xvoDUL0KeUu5","colab_type":"text"},"source":["<a href=\"https://cognitiveclass.ai/\">\n","    <img src=\"https://s3-api.us-geo.objectstorage.softlayer.net/cf-courses-data/CognitiveClass/PY0101EN/Ad/CCLog.png\" width=\"100\" align=\"center\"> <img src=\"https://i1.wp.com/www.nmssemriach.at/wp-content/uploads/2019/11/cropped-Logo_Semriach_RGB-2.png\" width=\"300\" align=\"center\"></a>\n","<h4><i>Bearbeitung:</i> <b>March Harald - NMS Semriach</b></h4>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"dEqVjEgjeUu6","colab_type":"text"},"source":["<h1>Klassen und Objekte in Python</h1>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"LMPoWlkseUu7","colab_type":"text"},"source":["<p>\n","    <strong>Willkommen!</strong> \n","    Objekte in der Programmierung sind wie Objekte im wirklichen Leben. Wie im Leben gibt es verschiedene Klassen von Objekten. In diesem Notebook werden wir zwei Klassen namens circle (<i>Kreis</i>) und rectangle (<i>Rechteck</i>) erstellen. Am Ende dieses Notebooks wirst du eine bessere Vorstellung davon haben,\n","    <ul>\n","        <li>was eine Klasse</li>\n","        <li>was ist ein Attribut</li>\n","        <li>was ist eine Methode</li>\n","    ist.</ul>\n","\n","   Keine Sorge, wenn du es nicht beim ersten Mal kapierst, da ein Großteil der Fachbegriffe verwirrend sind. Vergiss nicht, die Übungsaufgaben im Notebook zu machen.\n","</p>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"RdFkofuSeUu8","colab_type":"text"},"source":["<h2 id=\"intro\">Einführung in Klassen und Objekte</h2>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"F6CpUXz0eUu9","colab_type":"text"},"source":["<h3>Erstellen einer Klasse</h3>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"a9dZVAUReUu-","colab_type":"text"},"source":["Der erste Schritt beim Erstellen einer Klasse ist, ihr einen Namen zu geben: In diesem Notebook werden wir zwei Klassen erstellen, Circle und Rectangle. Wir müssen alle Daten bestimmen, die diese Klassen ausmachen, und wir nennen das ein Attribut. Denke an diesen Schritt als die Erstellung eines Bauplans, mit dem wir Objekte erstellen werden. In Abbildung 1 sehen wir zwei Klassen, Circle (*Kreis*) und Rectangle (*Rechteck*). Beide haben eigene Attribute, sie sind Variablen. \n","\n","Die Klasse Circle hat das Attribut Radius und Color (*Farbe*), während Rectangle die Attribute Color, length(*Länge*) und width (*Breite*) hat. Wir wollen uns hier gleich angewöhnen auch englische Bezeichnungen zu verwenden.\n","\n","Wir wollen uns nun zuerst diese geometrischen Figuren genauer ansehen, bevor wir ihnen mittels Code zu Leibe rücken. Das sollte dir dabei helfen, dich dich an die Begrifflichkeiten zu gewöhnen (wir belassen hier die englischen Bezeichnungen)."]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"g7M9YOUveUu_","colab_type":"text"},"source":["<img src=\"https://s3-api.us-geo.objectstorage.softlayer.net/cf-courses-data/CognitiveClass/PY0101EN/Chapter%203/Images/ClassesClass.png\" width=\"500\" />"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"3yCUJZTqeUvA","colab_type":"text"},"source":["<i>Abbildung 1: Die Klassen Circle und Rectangle haben jeweils eigene Attribute. Die Klasse Circle hat die Attribute Radius und Color, Rectangle hat die Attribute Color, length und Width.</i>\n"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"CeYi9ZXAeUvA","colab_type":"text"},"source":["<h3 id=\"instance\">Instanzen einer Klasse: Objekte und Attribute</h3>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"Kr_1spnWeUvB","colab_type":"text"},"source":["Eine Instanz eines Objekts ist die Realisierung einer Klasse, und in Abbildung 2 sehen wir drei Instanzen der Klasse Kreis. Wir geben jedem Objekt einen Namen: Red circle, Yellow circle und Green circle. Jedes Objekt hat unterschiedliche Attribute. Zuerst konzentrieren wir uns auf das Attribut Color für jedes Objekt."]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"oo3-P9_heUvC","colab_type":"text"},"source":["<img src=\"https://s3-api.us-geo.objectstorage.softlayer.net/cf-courses-data/CognitiveClass/PY0101EN/Chapter%203/Images/ClassesObj.png\" width=\"500\" />"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"8Is_WCTqeUvD","colab_type":"text"},"source":["<i>Abbildung 2: Drei Instanzen der Klasse Circle bzw. drei Objekte vom Typ Circle.</i>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"zRQR6ONDeUvD","colab_type":"text"},"source":["Das Color-Attribut für den Red circle ist die Farbe Rot, für Green circle ist das Color-Attribut grün, und für den Yellow circle ist das Color-Attribut gelb."]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"Cw1mGisFeUvE","colab_type":"text"},"source":["<h3 id=\"method\">Methoden</h3>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"FkdOtKXPeUvF","colab_type":"text"},"source":["Methoden geben dir die Möglichkeit, das Objekt zu ändern oder mit ihm zu interagieren; es sind Funktionen, die mit Objekten in Wechselwirkung treten. Nehmen wir zum Beispiel an, wir möchten den Radius um einen bestimmten Betrag vergrößern. Wir können eine Methode namens **add_radius(r)** erstellen, die den Radius um **r** erhöht. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt, wo nach Anwendung der Methode auf das \"orangefarbene Circle-Objekt\" der Radius des Objekts entsprechend vergrößert wird. Die \"Punkt\"-Notation bedeutet, die Methode auf das Objekt anzuwenden, was im Wesentlichen die Anwendung einer Funktion auf die Informationen im Objekt bedeutet."]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"jEfv5SU8eUvF","colab_type":"text"},"source":["<img src=\"https://s3-api.us-geo.objectstorage.softlayer.net/cf-courses-data/CognitiveClass/PY0101EN/Chapter%203/Images/ClassesMethod.png\" width=\"500\" /> "]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"7wh6a3gIeUvG","colab_type":"text"},"source":["<i>Abbildung 3: Anwendung der Methode \"add_radius\" auf das Objekt Orange circle.</i>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"1jZUoLLMeUvI","colab_type":"text"},"source":["<hr>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"9y6uHFDgeUvI","colab_type":"text"},"source":["<h2 id=\"creating\">Erstellen einer Klasse</h2>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"YT5rMhRAeUvJ","colab_type":"text"},"source":["Jetzt werden wir eine Klasse Circle erstellen, aber zuerst importieren wir die Bibliothek <code>matplotlib.pyplot</code>, um Figuren und Formen zeichnen zu können: "]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"dRM9wyJleUvK","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Import der Bibliothek\n","\n","import matplotlib.pyplot as plt\n","%matplotlib inline  "],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"AXhs8UkgeUvM","colab_type":"text"},"source":["Zur Erstellung einer eigenen Klasse musst du mit dem Schlüsselwort <code>class</code> beginnen und dann den Namen der Klasse, wie in Abbildung 4 gezeigt, festlegen. In dieser Einheit wird die übergeordnete Klasse (**parent class**) immer *object* sein, dh unsere Klassen beinhalten beim Erstellen nur das allernötigste und sind ganz allgemein gehalten: "]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"zw_WIuGAeUvM","colab_type":"text"},"source":["<img src=\"http://march.nmssemriach.at/pythonkurs/bilder/Klassen.png\" width=\"300\" />"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"5XXbp_ZeeUvN","colab_type":"text"},"source":["<i>Abbildung 4: Definition der Klasse Circle.</i>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"GyOp9LKNeUvO","colab_type":"text"},"source":["Der nächste Schritt ist eine spezielle Methode <code>&#95;&#95;init&#95;&#95;</code> namens Konstruktor, mit der das Objekt initialisiert wird. Hier werden die Daten der übergebenen Attribute abgespeichert. \n","\n","Der Begriff <code>self</code> enthält alle Attribute des Objekts. Zum Beispiel gibt <code>self.color</code> den Wert des Attributs color und <code>self.radius</code> den Radius des Objekts zurück. \n","\n","Wir haben auch die Methode <code>add_radius()</code> mit dem Parameter <code>r</code>, die den Wert von <code>r</code> zum Attribut Radius addiert. Um auf den Radius zuzugreifen, verwenden wir die Syntax <code>self.radius</code>. Die gekennzeichnete Syntax ist in Abbildung 5 zusammengefasst:"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"9uwzfkudeUvP","colab_type":"text"},"source":["<img src=\"http://march.nmssemriach.at/pythonkurs/bilder/ClassesCircle.png\" width=\"600\" />"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"PqpHeMtLeUvP","colab_type":"text"},"source":["<i>Abbildung 5: Beschreibung der Syntax des Objekts Circle.</i>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"gheKJWV0eUvQ","colab_type":"text"},"source":["Das eigentliche Objekt ist unten abgebildet. Wir fügen die Methode <code>drawCircle</code> ein, um das Bild eines Kreises anzuzeigen. Wir setzen den Standardradius auf 3 und die Standardfarbe auf blau:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"VPDY0xL_eUvQ","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Erstellen der KLasse Circle\n","\n","class Circle(object):\n","    \n","    # Konstruktor\n","    def __init__(self, radius=3, color='blue'):\n","        self.radius = radius\n","        self.color = color \n","    \n","    # Methode\n","    def add_radius(self, r):\n","        self.radius = self.radius + r\n","        return(self.radius)\n","    \n","    # Methode\n","    def drawCircle(self):\n","        plt.gca().add_patch(plt.Circle((0, 0), radius=self.radius, fc=self.color))\n","        plt.axis('scaled')\n","        plt.show()  "],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"0mzBK_saeUvT","colab_type":"text"},"source":["<hr>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"RJOcAt8yeUvU","colab_type":"text"},"source":["<h2 id=\"circle\">Erzeugen einer Instanz der Klasse Circle</h2>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"BKWTLd86eUvV","colab_type":"text"},"source":["Wir erzeugen das Objekt <code>RedCircle</code> vom Typ Circle, um damit arbeiten und Befehle ausführen zu können:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"dKjh5SEueUvW","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Erstellung des Objekts RedCircle\n","\n","RedCircle = Circle(10, 'red')"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"RhchMnvAeUvY","colab_type":"text"},"source":["Wir können den Befehl <code>dir</code> verwenden, um eine Liste der Methoden des Objekts zu erhalten. Viele dieser Methoden sind Standard-Python-Methoden."]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"kMZzU9NYeUvZ","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ermittlung der Methoden, die auf das Objekt RedCircle angewendet werden können\n","\n","dir(RedCircle)"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"4PiKCnRbeUvb","colab_type":"text"},"source":["Wir können uns die Datenattribute des Objekts ansehen: "]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"fv97WyqkeUvc","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe des Objektattributs radius\n","\n","RedCircle.radius"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"VMfKsfUKeUve","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe des Objektattributs color\n","\n","RedCircle.color"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"AVQfWPWSeUvg","colab_type":"text"},"source":[" Wir können die Datenattribute des Objekts ändern: "]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"g8WN4i1DeUvh","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Einstellen des Objektattributs radius\n","\n","RedCircle.radius = 1\n","RedCircle.radius"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"32XzMsQCeUvl","colab_type":"text"},"source":["Wir können das Objekt mit der Methode <code>drawCircle()</code> zeichnen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"_wbF8bLeeUvm","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Aufruf der Methode drawCircle\n","\n","RedCircle.drawCircle()"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"dm4Y38GXeUvp","colab_type":"text"},"source":["Wir können den Radius des Kreises vergrößern, indem wir die Methode <code>add_radius()</code> anwenden. Wir erhöhen den Radius um 2 und dann um 5:  "]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"I8CdwAt9eUvr","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Verwenden der Methode add_radius zum Ändern des Objektattributs radius\n","\n","print('Radius des Objekts:',RedCircle.radius)\n","RedCircle.add_radius(2)\n","print('Radius des Objekts nach Anwendung der Methode add_radius(2):',RedCircle.radius)\n","RedCircle.add_radius(5)\n","print('Radius des Objekts nach Anwendung der Methode add_radius(5):',RedCircle.radius)"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"xnbcw_q-eUvv","colab_type":"text"},"source":["Erstellen wir einen blauen Kreis. Da die Standardfarbe blau ist, müssen wir nur noch den Radius angeben:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"bjhTXuADeUvw","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Erzeugung eines blauen Kreises mit einem vorgegebenen Radius\n","\n","BlueCircle = Circle(radius=100)"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"G-sbQRW2eUvz","colab_type":"text"},"source":["Wie bisher können wir auf die Attribute der Instanz der Klasse über die Punktnotation zugreifen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"8Fg_3gu9eUv1","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe des Objektattributs radius\n","\n","BlueCircle.radius"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"92i_xOkceUv4","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe des Objektattributs color\n","\n","BlueCircle.color"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"mKqmSI3neUv5","colab_type":"text"},"source":["Wir können das Objekt mit der Methode <code>drawCircle()</code> zeichnen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"bBgEuBWXeUv6","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Aufruf der Methode drawCircle\n","\n","BlueCircle.drawCircle()"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"nPlXYgAjeUv7","colab_type":"text"},"source":["Vergeiche die x- und y-Achse der Abbildung mit der Abbildung für <code>RedCircle</code>; sie sind unterschiedlich."]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"exY0epYgeUv8","colab_type":"text"},"source":["<hr>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"bu5L0mZReUv8","colab_type":"text"},"source":["<h2 id=\"rect\">Die Rectangle Klasse</h2>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"Y4QAo8H4eUv9","colab_type":"text"},"source":["Wir erstellen eine Klasse Rectangle mit den Attributen length, width und color. Wir werden nur die Methode zum Zeichnen des Rechteck-Objektes hinzufügen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"3PtsNutleUv9","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Erstellung einer neuen Rectangle-Klasse zur Erstellung eines Rechteck-Objektes\n","\n","class Rectangle(object):\n","    \n","    # Konstruktor\n","    def __init__(self, width=2, length=3, color='r'):\n","        self.length = length \n","        self.width = width\n","        self.color = color\n","    \n","    # Methode\n","    def drawRectangle(self):\n","        plt.gca().add_patch(plt.Rectangle((0, 0), self.width, self.length ,fc=self.color))\n","        plt.axis('scaled')\n","        plt.show()"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"vZmgJ_VNeUv_","colab_type":"text"},"source":["Wir erstellen das Objekt <code>SchmalesBlauesRechteck</code> vom Typ Rectangle. Seine Breite wird 2 und die Länge 10 sein, und die Farbe setzen wir auf blau:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"spsgJ3SMeUv_","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ein neues Objekt vom Typ Rectangle erstellen\n","\n","SchmalesBlauesRechteck = Rectangle(2, 10, 'blue')"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"lugWq5hEeUwB","colab_type":"text"},"source":["Wie bisher können wir auf die Attribute der Instanz der Klasse über die Punktnotation zugreifen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"-qygkzd8eUwB","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Länge über das Objektattribut length\n","\n","SchmalesBlauesRechteck.length "],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"4C450XHCeUwE","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Breite über das Objektattribut width\n","\n","SchmalesBlauesRechteck.width"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"oMhl2ZLneUwH","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Farbe über das Objektattribut color\n","\n","SchmalesBlauesRechteck.color"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"l-P0gqCVeUwK","colab_type":"text"},"source":["Wir können das Objekt zeichnen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"scrolled":true,"id":"GJpXhl8meUwL","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Mit der Methode drawRectangle kann die Form gezeichnet werden\n","\n","SchmalesBlauesRechteck.drawRectangle()"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"4Ywmzsb6eUwM","colab_type":"text"},"source":["Erzeugen wir jetzt das Objekt <code>DickesGelbesRechteck</code> vom Typ Rectangle:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"zHZZY_sXeUwN","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ein neues Objekt vom Typ Rectangle erstellen\n","\n","DickesGelbesRechteck = Rectangle(20, 5, 'yellow')"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"4vTibhJTeUwP","colab_type":"text"},"source":["Auf die Attribute der Instanz der Klasse können wir über die Punktnotation zugreifen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"8wavpZcUeUwP","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Länge über das Objektattribut length\n","\n","DickesGelbesRechteck.length "],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"iB47KVGleUwS","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Breite über das Objektattribut width\n","\n","DickesGelbesRechteck.width"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"mcRQWxA7eUwT","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Ausgabe der Farbe über das Objektattribut color\n","\n","DickesGelbesRechteck.color"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"JvMwBTWleUwV","colab_type":"text"},"source":["Wir können das Objekt zeichnen:"]},{"cell_type":"code","metadata":{"id":"mZ2dD6CReUwW","colab_type":"code","colab":{}},"source":["# Mit der Methode drawRectangle kann die Form gezeichnet werden\n","\n","DickesGelbesRechteck.drawRectangle()"],"execution_count":0,"outputs":[]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"K4qU3imCeUwc","colab_type":"text"},"source":["<hr>"]},{"cell_type":"markdown","metadata":{"id":"FQOfG1P0eUwe","colab_type":"text"},"source":["<p>Copyright &copy; 2018 IBM Developer Skills Network. This notebook and its source code are released under the terms of the <a href=\"https://cognitiveclass.ai/mit-license/\">MIT License</a>.</p>"]}]}