ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

АРХИТЕКТУРА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММ В PYTHON

В данной лабораторной работе исследуются следующие положения, рассмотренные в главе 1:

· переменная как ссылка на объект;

· различие между равенством объектов и их идентичностью;

· влияние изменяемости на поведение программы;

· область видимости;

· механизм исключений.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать архитектуру выполнения программ в Python и закрепить понимание ссылочной модели переменных, изменяемости объектов, области видимости и обработки исключений.

2. ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

В рамках лабораторной работы необходимо:

1) Подготовить рабочую среду (см. Приложение 1).

2) Создать файл lab1.ipynb.

3) Выполнить все эксперименты, представленные в пункте 3 «Экспериментальная часть» лабораторной работы.

4) Выполнить исследовательские задания, представленные в пункте 4 «Исследовательские задания» лабораторной работы.

5) Зафиксировать результаты и сформулировать аналитические выводы.

6) Подготовить отчёт и защитить работу.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Каждый эксперимент должен содержать:

· программный код;

· демонстрация программы;

· аналитическое пояснение результата.

Эксперимент 1. Ссылочная модель переменных

Шаг 1. Создание объектов

a = 100

b = a

print("id(a):", id(a))

print("id(b):", id(b))

Шаг 2. Изменение значения

a = 200

print("id(a) после изменения:", id(a))

print("id(b):", id(b))

Вопросы для анализа:

1) Совпадают ли идентификаторы?

2) Почему после изменения a объект изменился?

3) Что фактически хранит переменная?

Эксперимент 2. Изменяемые объекты и побочные эффекты

numbers = [1, 2, 3]

alias = numbers

print("id(numbers):", id(numbers))

print("id(alias):", id(alias))

Изменение списка:

numbers.append(4)

print(alias)

Вопросы для анализа:

1) Почему изменился alias?

2) Как создать независимую копию списка?

3) Проверить через id() поведение копии.

Эксперимент 3. Передача аргументов в функцию

def modify_list(lst):

lst.append(999)

data = [10, 20]

modify_list(data)

print(data)

Вопросы и задания для анализа:

1) Почему список изменился?

2) Изменится ли число при аналогичном эксперименте?

3) Сделать эксперимент с типом int.

Эксперимент 4. Область видимости

x = 5

def test():

x = 10

print("Внутри функции:", x)

test()

print("Снаружи:", x)

Задание для анализа: Добавить global x и сравнить поведение.

Эксперимент 5. Исключения и устойчивость программы

Создать программу:

while True:

    try:

        value = int(input("Введите число: "))

        break

    except ValueError:

        print("Ошибка ввода.")

print("Квадрат:", value ** 2)

Вопросы и задания для анализа:

1) Что произойдёт без try-except?

2) Почему программа становится устойчивой?

3) Как можно расширить обработку ошибок?

4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1. Исследование различий между == и is.

1.1 Создать несколько объектов одинакового значения.

1.2 Сравнить их с помощью ==.

1.3 Сравнить их с помощью is.

1.4 Объяснить различие.

Задание 2. Исследование интернирования целых чисел.

Пример исследования – Проверить поведение:

a = 256
b = 256
print(a is b)
 
a = 257
b = 257
print(a is b)

Проанализировать результат.

Задание 3. Исследование поверхностного копирования объектов.

Пример исследования – Сравнить:

a = [1, 2]
b = a
c = a.copy()

Проанализировать различия в поведении при изменении a.

Задание 4. Исследование глубокого копирования вложенных структур:

· реализовать пример;

· использовать модуль copy;

· сравнить id() вложенных элементов;

· сформулировать вывод о механизме хранения объектов в памяти.

Пример исследования– Создать список списков:

matrix = [[1, 2], [3, 4]]
copy_matrix = mat rix.copy()

Изменить элемент:

matrix[0][0] = 999

Проанализировать:

1) Почему изменилась копия?

2) В чём отличие поверхностного и глубокого копирования?

3) Реализовать глубокую копию с использованием модуля copy.

4) Сравнить id() внутренних объектов.

Сформулировать вывод о механизме хранения вложенных структур.

5. ЗАДАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ (СРО)

1) Объяснить, что означает утверждение «в Python всё является объектом».

2) В чём различие между равенством значений и равенством объектов?

3) Почему понимание изменяемости критично для анализа данных?

4) В каких случаях использование global является нежелательным?

5) Что такое устойчивость программы к ошибкам?

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

· цель работы;

· описание каждого эксперимента;

· описание исследований;

· программный код с комментариями;

· результаты выполнения;

· аналитические выводы по каждому эксперименту и исследованию;

· обобщающий вывод о механизме выполнения программ в Python.

В заключительной части отчёта рекомендуется представить анализ следующих положений:

1) Что хранит переменная в Python – значение или ссылку на объект?

2) В чём различие между операторами == и is?

3) Почему изменяемость объектов влияет на корректность программ анализа данных?

4) В чём заключается риск неявного изменения объектов?

5) Как связаны область видимости переменных и надёжность программы?

Работа защищается с демонстрацией выполнения экспериментов и полученных результатов.

7. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Русскоязычная документация по Python: https://pylessons.readthedocs.io/ru/latest/

2. Документация по языку Python3. https://docs-python.ru/

3. Документация Jupyter: https://docs.jupyter.org/

4. Справочник по виртуальным окружениям Python: https://docs.python.org/3/library/venv.html