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Table of Contents

Contents
-1.0.1 Data Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.2 Problem Solving and Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.3 Code examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.4 Interactive Sessions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.5 Exercises and Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.6 Self-Test Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1.0.7 Programming Tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

I Thinking About Computing 23
0 The Study of Computer Science 25
0.1 Why Computer Science? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
0.1.1 Importance of Computer Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
0.1.2 Computer Science Around You . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
0.1.3 Computer “Science” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
0.1.4 Computer Science Through Computer Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
0.2 The Difficulty and Promise of Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
0.2.1 Difficulty 1: Two Things at Once . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
A une Damoyselle malade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
My Sweet/Cute [One] (Feminine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
A une Damoyselle malade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
My Sweet Dear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
A une Damoyselle malade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
0.2.2 Difficulty 2: What is a Good Program? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
0.2.3 The Promise of a Computer Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
0.3 Choosing a Computer Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
0.3.1 Different Computer Languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
0.3.2 Why Python? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
0.3.3 Is Python the Best Language? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
0.4 What Is Computation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
0.5 What Is a computer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
0.5.1 Computation in Nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
0.5.2 The Human Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
0.6 The Modern, Electronic Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
0.6.1 It’s the Switch! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
0.6.2 The Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
0.7 A High-Level Look at a Modern Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
0.8 Representing Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
0.8.1 Binary Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
0.8.2 Working with Binary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
0.8.3 Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
0.8.4 Representing Letters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
0.8.5 Representing Other Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
0.8.6 What Does a Number Represent? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
0.8.7 How to Talk About Quantities of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
0.8.8 How Much Data is That? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
0.9 Overview of Coming Chapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

II Starting to Program 51
1 Beginnings 53
1.1 Practice, Practice, Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
1.2 QuickStart, the Circumference Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.2.1 Examining the code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
1.3 An Interactive Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.4 Parts of a Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
1.4.1 Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
1.4.2 Statements and Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
1.4.3 Whitespace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
1.4.4 Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1.4.5 Special Python Elements: Tokens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1.4.6 Naming Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.4.7 Recommendations on Naming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
1.5 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
1.5.1 Variable Creation and Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
1.6 Objects and Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
1.6.1 Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1.6.2 Other Built-In Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.6.3 Object types: not variable types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
1.6.4 Constructing New Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.7 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
1.7.1 Integer Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
1.7.2 Floating Point Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
1.7.3 Mixed Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
1.7.4 Order of Operations and Parentheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.7.5 Augmented Assignment Operators: A Shortcut! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.8 Your First Module, Math . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
1.9 Developing an Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
1.9.1 New rule, testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
1.10 Visual Vignette: TURTLE GRAPHICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
1.10.1 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
1.10.2 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2 Control 93
2.1 The Selection Statement for Decisions: if . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.1.1 Booleans for Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.1.2 The if Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.1.3 Example: What Lead is Safe in Basketball? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.1.4 Repetition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.1.5 Example: Finding Perfect Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.1.6 Example: Classifying Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.2 In-Depth Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.2.1 True and False: Booleans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.2.2 Boolean Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.2.3 Relational Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.2.4 Boolean Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.2.5 Precedence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.2.6 Boolean Operators Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.2.7 Another Word on Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.2.8 The Selection Statement for Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
2.2.9 More on Python Decision Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.2.10 Repetition: the while Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
2.2.11 Sentinel Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
2.2.12 Summary of Repetition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
2.2.13 More on the for Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
2.2.14 Nesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
2.2.15 Hailstone Sequence Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
2.3 Visual Vignette: Plotting Data with pylab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
2.3.1 First Plot and Using a List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
2.3.2 More Interesting Plot: a Sine Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
2.4 Computer Science Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
2.4.1 Minimal Universal Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
2.4.2 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
3 Algorithms and Program Development 155
3.1 What Is an Algorithm? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3.1.1 Example Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
3.2 Algorithm Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
3.2.1 Algorithm versus Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
3.2.2 Qualities of an Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
3.2.3 Can We Really Do All That? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.3 What is a Program? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.3.1 Readability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.3.2 Robust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.3.3 Correctness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
3.4 Strategies for Program Design . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Engage and Commit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 116634
3.4.2 Understand, Then Visualize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
3.4.3 Think Before You Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.4.4 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.4.5 Simplify . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.4.6 Stop and Think . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.4.7 Relax: Give Yourself a Break . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.5 A Simple Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.5.1 Build the Skeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.5.2 Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
3.5.3 Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
3.5.4 Doing the Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4 Working with Strings 175
4.1 The String Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
4.1.1 The Triple Quote String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.1.2 Non Printing Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.1.3 String Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.1.4 Strings as a Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.1.5 More Indexing and Slicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
4.1.6 Strings are Iterable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
4.2 String Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.2.1 Concatenation (+) and Repetition (*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.2.2 Determining When + Indicates Addition or Concatenation? . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.2.3 Comparison Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.2.4 The in Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
4.2.5 String Collections are Immutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
4.3 A Preview of Functions and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4.3.1 First Cut: What is a Function? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
4.3.2 A String Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
4.3.3 Determining Method Names and Method Arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
4.3.4 String Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4.3.5 String Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4.4 Formatted Output for Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
4.4.1 Descriptor Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.4.2 Width and Alignment Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.4.3 Floating-Point Precision Descriptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
4.5 Control and Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
4.6 Working with Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4.6.1 Example: Reordering a Person’s Name . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4.6.2 Palindromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
4.7 More String Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4.8 Computer Science Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
4.8.1 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5 Files and Exceptions I 217
5.1 What is a File? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.2 Accessing Files: Reading Text Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.2.1 What’s Really Happening? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
5.3 Accessing Files: Writing Text Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
5.4 Reading and Writing Text Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
5.5 File Creation and Overwriting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
5.6 First Cut, Handling Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
5.6.1 Error Names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
5.6.2 The try-except construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
5.6.3 try-except Flow of Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.6.4 Exception example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.7 Example: Counting Poker Hands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
5.7.1 Program to Count Poker Hands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

III Functions and Data Structures 239
6 Functions-QuickStart 241
6.1 What Is a Function? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.1.1 Why Have Functions? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
6.2 Python Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
6.3 Flow of Control with Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
6.3.1 Function Flow in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
6.3.2 Parameter Passing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
6.3.3 Another Function Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
6.3.4 Function Example: Word Puzzle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
6.3.5 Functions Calling Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.3.6 When to Use a Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.3.7 What If There is No Return Statement? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
6.3.8 What If There Are Multiple Return Statements? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
6.4 Visual Vignette: Turtle Flag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7 Lists and Tuples 263
7.1 What Is a List? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
7.2 What You Already Know How To Do With Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
7.2.1 Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
7.2.2 Indexing and Slicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
7.2.3 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
7.2.4 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.2.5 List Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.3 Lists are different than Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
7.3.1 Lists are Mutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
7.3.2 List Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.4 OLD AND NEW FRIENDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.4.1 Split and Multiple Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.4.2 List to String and Back Again, Using join . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
7.4.3 The Sorted Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
7.5 Working with Some Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
7.5.1 Anagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
7.5.2 Example: File Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
7.6 Mutable Objects and References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
7.6.1 Shallow vs. Deep Copy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
7.6.2 Mutable versus Immutable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
7.7 Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
7.7.1 Tuples from Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
7.7.2 Why Tuples? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
7.8 Lists: The Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
7.8.1 Example Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
7.8.2 Other Example Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
7.9 ALGORITHM EXAMPLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
7.10 Python Diversion: List Comprehension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
7.10.1 Comprehensions, Expressions and the Ternary Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
7.11 Visual Vignette: More Plotting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
7.11.1 Numpy Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
7.11.2 Plotting Trigonometric Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
7.11.3 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
8 More on Functions 325
8.1 Scope: A First Cut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
8.1.1 Arguments, Parameters, and Namespaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
8.1.2 Passing Mutable Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.1.3 Returning a Complex Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8.1.4 Refactoring evens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
8.2 DEFAULT VALUES AND PARAMETERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
8.2.1 Example: Default Values and Parameter Keywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.3 Functions as Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
8.3.1 Function Annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
8.3.2 Docstrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.4 Example: Determining a Final Grade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.4.1 The Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.4.2 The Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
8.4.3 Function: weighted_grade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
8.4.4 Function: parse_line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.4.5 Function: main . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.4.6 Example Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
8.5 Esoterica: ‘‘by value’’ or ‘‘by reference’’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
8.5.1 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
9 Dictionaries and Sets 345
9.1 Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
9.1.1 Dictionary Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
9.1.2 Python Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
9.1.3 Dictionary Indexing and Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
9.1.4 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
9.2 Word Count Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
9.2.1 Count Words in a String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
9.2.2 Word Frequency for Gettysburg Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
9.2.3 Output and Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
9.3 Periodic Table Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
9.3.1 Working with CSV Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
9.3.2 Algorithm Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
9.3.3 Functions for Divide and Conquer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
9.4 Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.2 What’s in a Set? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.3 Python Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.4 Methods, Operators, and Functions for Python Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
9.4.5 Set Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
9.5 Set Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
9.5.1 Relationship between Words of Different Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
9.5.2 Output and Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.6 Scope: The Full Story . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
9.6.1 Namespaces and Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
9.6.2 Search Rule for Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
9.6.3 Local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
9.6.4 Global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
9.6.5 Built-Ins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
9.6.6 Enclosed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
9.7 PYTHON POINTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
9.8 Python Diversion: Dictionary and Set Comprehension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
9.9 Visual Vignette: Bar Graph of Word Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
9.9.1 Getting the Data Right . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
9.9.2 Labels and the xticks Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.9.3 Plotting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.9.4 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
10 More Program Development 389
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
10.2 Divide and Conquer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
10.2.1 Top-Down Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
10.3 The Breast Cancer Classifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
10.3.1 The Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
10.3.2 The Approach: Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
10.3.3 Training and Testing the Classifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
10.3.4 Building the Classifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
10.4 Designing the Classifier Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
10.4.1 Divided, now Conquer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
10.4.2 Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
10.4.3 File Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
10.4.4 The make_training_set Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
10.4.5 The make_test_set Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
10.4.6 The train_classifier Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
10.4.7 train_classifer, Round 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.4.8 Testing the Classifier on New Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
10.4.9 The report_results Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
10.5 Running the Classifier on Full Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
10.5.1 Training versus Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
10.6 Other Interesting Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
10.6.1 Tag Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
10.6.2 S&P 500 Predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
10.6.3 Predicting Religion with Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
10.6.4 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

IV Classes, making your own Data Structures and Algorithms 421
11 Introduction to Classes 423
11.0.5 Simple Student Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
11.1 Object-Oriented Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.1.1 Python Is Object-Oriented! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.1.2 Characteristics of OOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.2 Working with Object-Oriented Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.2.1 Class and Instance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
11.3 Working with Classes and Instances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
11.3.1 Built-In Class and Instance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
11.3.2 Our First Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
11.3.3 Changing Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
11.3.4 The Special Relationship Between an Instance and Class: instance-of . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.4 Object Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
11.4.1 Using Object Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
11.4.2 Writing Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
11.4.3 The Special Argument self . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.4.4 Methods are the Interface to a Class Instance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.5 Fitting into the Python Class Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.5.1 Making Programmer-Defined Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.5.2 A Student Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.5.3 Python Standard Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
11.5.4 Now There Are Three: Class Designer, Programmer, and User . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
11.6 Example: Point Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
11.6.1 Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
11.6.2 Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
11.6.3 Summing Two Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
11.6.4 Improving the Point Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
11.7 Python and OOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.7.1 Encapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.7.2 Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.7.3 Polymorphism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.8 An Aside: Python and Other OOP languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
11.8.1 Public versus Private . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
11.8.2 Indicating Privacy Using Double Underscores (__) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
11.8.3 Python’s Philosophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
11.8.4 Modifying an Instance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
11.8.5 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
12 More on Classes 453
12.1 More About Class Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
12.1.1 Rational Number (Fraction) Class Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
12.2 How Does Python Know? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
12.2.1 Classes, Types, and Introspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
12.2.2 Remember Operator Overloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
12.3 Creating Your Own Operator Overloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
12.3.1 Mapping Operators to Special Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
12.4 Building the Rational Number Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
12.4.1 Making the Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
12.4.2 Review Fraction Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
12.4.3 Back to Adding Fractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
12.4.4 Equality and Reducing Rationals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
12.4.5 Divide and Conquer at Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
12.5 What Doesn’t Work (Yet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
12.5.1 Introspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
12.5.2 Repairing “int + Rational” Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
12.6 Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
12.6.1 The “Find the Attribute” Game . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
12.6.2 Using Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
12.6.3 Example: The Standard Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
13 Program Development with Classes 487
13.1 Predator--Prey Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
13.1.1 The Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
13.1.2 Simulation Using Object-Oriented Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
13.2 Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
13.2.1 Island Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
13.2.2 Predator and Prey, Kinds of Animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
13.2.3 Predator and Prey Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
13.2.4 Object Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
13.2.5 Filling the Island . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
13.3 Adding Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
13.3.1 Refinement: Add Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
13.3.2 Refinement: Time Simulation Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
13.4 Refinement: Eating, Breeding,and Keeping Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
13.4.1 Improved Time Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
13.4.2 Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
13.4.3 Eating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
13.4.4 The Tick of the Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
13.5 Refinements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
13.5.1 Refinement: How Many Times to Move? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
13.5.2 Refinement: Graphing Population Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
V Being a better programmer 507
14 Files and Exceptions II 509
14.1 More Details on Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
14.1.1 Other File Access Methods, Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
14.1.2 Other File Access Methods, Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
14.1.3 Universal New Line Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
14.1.4 Moving Around in a File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
14.1.5 Closing a File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
14.1.6 The with Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
14.2 CSV Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.2.1 CSV Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
14.2.2 CSV Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
14.2.3 CSV Writer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
14.2.4 Example: Update Some Grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
14.3 Module: os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
14.3.1 Directory (Folder) Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
14.3.2 os Module Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
14.3.3 os Module Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
14.4 More on Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
14.4.1 Basic Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
14.4.2 A Simple Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
14.4.3 Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
14.4.4 A Philosophy Concerning Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
14.5 Exception: else and finally . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
14.5.1 finally and with . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
14.5.2 Example: Refactoring the Reprompting of a File Name . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
14.6 More on Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
14.6.1 Raise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
14.6.2 Create Your Own . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
14.7 Example: Password Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
14.7.1 Programming Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
15 Testing 541
15.1 Why Testing? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
15.1.1 Kinds of Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
15.1.2 “Bugs” and Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
15.2 Kinds of Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
15.2.1 Testing is Hard! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
15.2.2 Importance of Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
15.3 Example Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
15.3.1 NBA Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
15.3.2 Basic Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
15.4 Incorporating Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
15.4.1 Catching User Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
15.4.2 Catching Developer Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
15.5 Automation of Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
15.5.1 doctest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
15.5.2 Other Kinds of Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
15.5.3 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
16 Recursion: Another Control Mechanism 553
16.1 What Is Recursion? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
16.2 Mathematics and Rabbits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
16.3 Let’s Write Our Own: Reversing a String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
16.4 How Does Recursion Actually Work? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
16.4.1 Stack Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
16.4.2 Stacks and Function Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
16.5 Recursion in Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
16.5.1 Recursive Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
16.5.2 Sierpinski Triangles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
16.6 Recursion to Non-recursion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
17 Other Fun Stuff with Python 569
17.1 Function Stuff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
17.1.1 Having a Varying Number of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
17.1.2 Iterators and Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
17.1.3 Other Functional Programming Ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
17.1.4 Some Functional Tools: map , reduce , filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
17.1.5 Decorators, Functions calling Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
17.2 Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
17.2.1 Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
17.2.2 Serializing an Instance, pickle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
17.2.3 Random Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
17.3 Other Things in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
17.3.1 Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
17.3.2 Built-in Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
17.3.3 Modules on the Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
18 The End, or Perhaps the Beginning 591

A. Getting and Using Python 593
A.1 About Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
A.1.1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
A.1.2 Python 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
A.1.3 Python is Free and Portable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
A.1.4 Starting Python Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
A.1.5 Working with Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
A.1.6 Making a Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
A.2 Some Conventions for This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
A.2.1 Interactive Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
A.2.2 Program: Written Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
A.2.3 Combined Program and Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
A.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
B Simple Drawing with Turtle Graphics 605
B.0.1 What is a Turtle? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
B.0.2 Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
B.0.3 Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
B.0.4 Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
B.0.5 Drawing with Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
B.0.6 Other commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
B.1 Tidbits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
B.1.1 Keeping the Window Open . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
B.1.2 Working Nicely With IDLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
C Plotting and Numeric Tools: A Quick Survey 615
C.1 Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
C.1.1 Getting matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
C.2 Working with matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
C.2.1 Plot Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
C.2.2 Plot Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
C.2.3 Tick Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
C.2.4 Bar Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
C.2.5 Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
C.2.6 Pie Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
C.3 Numeric Python (Numpy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
C.3.1 Arrays Are Not Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
C.3.2 Creating a numpy Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
C.3.3 Manipulating Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
D Table of UTF-8 One Byte Encodings 627
E Precedence 629
F Naming Conventions 631
F.1 Python Style Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
F.2 Naming Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
F.2.1 Our Added Naming Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
F.3 Other Python Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
G Check Yourself Solutions 635
G.1 Chapter 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
G.2 Chapter 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
G.3 Chapter 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
G.4 Chapter 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
G.5 Chapter 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
G.6 Chapter 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
G.7 Chapter 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
G.8 Chapter 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
G.9 Chapter 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
G.10 Chapter 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
G.11 Chapter 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639

Category : Higher Education
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