2 Primer P01 - Menjalankan Eksperimen Python

2.1 Tujuan belajar

Setelah menyelesaikan primer wajib ini, pembaca dapat:

memastikan bahwa Python yang dipakai berasal dari lingkungan lokal yang dimaksud dan menjalankan perintah dari terminal;
menulis ekspresi, mengikat nilai pada nama, dan mengenali int, float, str, bool, serta None;
memakai operator, memanggil fungsi, mengimpor modul, dan mencari bantuan;
membedakan sel Jupyter, blok kode Quarto, dan skrip Python;
membaca bagian penting traceback tanpa menebak-nebak;
membedakan nilai yang dihitung dari teks atau tampilan yang diperlihatkan; dan
menemukan keadaan notebook yang tersembunyi dengan memulai ulang kernel dan menjalankan semua sel dari awal.

Primer ini tidak menganggap pengalaman pemrograman sebelumnya. Anda hanya memerlukan operasi aritmetika dasar. Semua kode pendamping primer ini asli, berjalan lokal dengan pustaka standar Python, dan berada di source/code/primer01_execution.py.

2.2 Runtime lokal dan terminal

Runtime adalah program yang benar-benar mengeksekusi kode. Untuk unit ini, runtime itu adalah Python lokal. Terminal adalah jendela teks tempat kita meminta sistem menjalankan program. Jupyter dan Quarto memakai runtime yang sama jika keduanya diarahkan ke lingkungan yang sama.

Dari akar proyek, periksa runtime dengan perintah berikut. Ketik perintahnya, bukan tanda prompt yang mungkin muncul di sebelah kirinya.

python --version
python -c "print(2 + 3)"

Perintah pertama seharusnya menyebut Python 3. Perintah kedua meminta Python menghitung 2 + 3 lalu menulis 5 ke terminal. Jika python tidak ditemukan, jangan memasang paket secara acak. Ikuti dahulu panduan penyiapan lokal, aktifkan lingkungan kursus, lalu periksa lagi versi yang aktif.

Tiga pertanyaan awal mencegah banyak hasil yang tidak dapat direproduksi:

Perintah apa yang dijalankan?
Dari direktori kerja mana perintah itu dijalankan?
Runtime dan lingkungan mana yang menerima perintah tersebut?

Jalur relatif seperti source/code/primer01_execution.py ditafsirkan dari direktori kerja. Karena itu, contoh dalam buku ini dijalankan dari akar proyek.

2.3 Ekspresi, nama, dan assignment

Ekspresi meminta Python menghasilkan nilai. Angka 4, ekspresi 2 + 3, dan panggilan len("data") masing-masing menghasilkan nilai. Operator = adalah assignment: Python menghitung ruas kanan, lalu mengikat hasilnya pada nama di ruas kiri.

panjang = 8
lebar = 5
luas = panjang * lebar
luas

Daftar 2.1

Nama luas bukan kotak permanen. Assignment berikutnya dapat mengikat nama yang sama pada nilai baru. Untuk memeriksa kesamaan nilai, gunakan ==, bukan =.

luas == 40

Daftar 2.2

True

Pilih nama yang menyatakan makna, misalnya jumlah_sampel, bukan nama kabur seperti x1, kecuali simbol pendek itu memang bagian dari model matematika.

2.4 Lima jenis nilai skalar pertama

Nilai skalar awal yang sering dipakai adalah:

Jenis	Contoh	Maksud awal
`int`	`8`	bilangan bulat
`float`	`0.01`	pendekatan bilangan real
`str`	`"uji A"`	teks
`bool`	`True`	nilai logika benar atau salah
`NoneType`	`None`	belum ada nilai atau tidak ada hasil

jumlah = 8
toleransi = 0.01
label = "uji A"
lulus = jumlah > 5
catatan = None

type(jumlah).__name__

Daftar 2.3

'int'

Panggil type(...) dengan nama lain untuk memeriksa jenisnya satu per satu. Daftar, tuple, pengulangan, dan comprehension sengaja baru diperkenalkan di P02; primer ini belum memerlukannya.

None berbeda dari 0, False, dan string kosong "". Ia menyatakan bahwa tidak ada nilai yang diberikan. Jangan memakai None sebagai angka.

Operator aritmetika dasar ialah +, -, *, /, //, %, dan **. Pembagian / menghasilkan float; // adalah pembagian lantai; % memberi sisa yang konsisten dengan pembagian lantai; dan ** adalah perpangkatan.

hasil_tambah = 7 + 2
hasil_kurang = 7 - 2
hasil_kali = 7 * 2
hasil_bagi = 7 / 2
hasil_bagi_lantai = 7 // 2
hasil_sisa = 7 % 2
hasil_pangkat = 7**2

hasil_pangkat

Daftar 2.4

Ketujuh nama itu tetap menyimpan nilai skalar. Tidak ada koleksi yang dibuat; daftar dan tuple baru diperkenalkan di P02.

Perbandingan ==, !=, <, <=, >, dan >= menghasilkan bool. Operator and, or, dan not menggabungkan nilai logika. Pakai tanda kurung ketika urutan operasi perlu tampak jelas bagi pembaca.

2.5 Panggilan fungsi, impor, dan bantuan

Fungsi menerima argumen dan dapat mengembalikan nilai. Dalam round(3.14159, ndigits=3), 3.14159 adalah argumen posisional dan ndigits=3 adalah argumen kata kunci.

round(3.14159, ndigits=3)

Daftar 2.5

3.142

Modul mengelompokkan nama yang dapat dipakai ulang. Impor modul math, lalu sebut nama modul agar asal fungsi tetap terlihat.

import math

jari_jari = 3
luas_lingkaran = math.pi * jari_jari**2
luas_lingkaran

Daftar 2.6

28.274333882308138

Gunakan help(math.sqrt) pada Python atau math.sqrt? di sel Jupyter untuk melihat dokumentasi lokal. Bantuan menjelaskan kontrak fungsi, bukan menjamin bahwa fungsi tersebut cocok untuk pertanyaan Anda. Periksa arti argumen, satuan, domain, nilai kembali, dan kemungkinan galat.

2.6 Sel Jupyter dan blok Quarto

Notebook Jupyter mempunyai sel kode dan sel Markdown. Sel kode dikirim ke kernel Python; sel Markdown menyimpan uraian, persamaan, dan hubungan antara pertanyaan dengan hasil. Quarto memakai pagar kode dalam berkas .qmd dan dapat menjalankannya saat membangun HTML atau PDF.

Sumber blok kode Quarto tampak seperti ini:

~~~{python}
nilai = 6 * 7
nilai
~~~

Menjalankan satu sel tidak otomatis menjalankan semua sel di atasnya. Kernel menyimpan nama selama proses masih hidup. Nomor eksekusi sel menunjukkan urutan yang benar-benar dijalankan; posisi sel pada halaman hanya menunjukkan urutan sumber. Perbedaan ini penting bagi reproduksibilitas.

2.7 Komputasi bukan tampilan

Python dapat menghitung nilai tanpa menampilkannya. Di notebook, nilai ekspresi terakhir biasanya dikirim ke mekanisme tampilan. Assignment biasanya tidak menampilkan representasi nilai. print(...) menulis teks ke keluaran standar. Di skrip biasa, ekspresi telanjang seperti 2 + 3 tetap dihitung tetapi tidak otomatis dicetak.

Daftar 2.7

nilai_hitung = 2 + 3
teks_tampilan = f"2 + 3 = {nilai_hitung}"
print(teks_tampilan)

2 + 3 = 5

nilai_hitung adalah int bernilai 5. teks_tampilan adalah str yang dipilih untuk komunikasi. Tampilan yang bagus tidak membuktikan bahwa komputasi benar, dan nilai di memori belum menjadi artefak tersimpan. Jika hasil perlu diaudit, simpan data dan metadata dalam berkas yang ditentukan.

Quarto dapat menangkap keluaran sel untuk dimasukkan ke pembaca. Keluaran itu masih harus ditafsirkan: apakah ia nilai, teks diagnostik, gambar, atau pesan galat?

2.8 Membaca traceback

Ketika Python gagal, ia menampilkan traceback. Baca baris terakhir dahulu: baris itu memberi jenis galat dan pesan ringkas. Lalu cari frame terdekat yang menunjuk berkas serta baris kode Anda. Frame di atasnya menjelaskan jalur panggilan yang membawa eksekusi ke sana.

Traceback (most recent call last):
  File "eksperimen.py", line 2, in <module>
    hasil = data * 2
NameError: name 'data' is not defined

NameError berarti nama belum terikat pada ruang nama yang sedang dipakai. TypeError biasanya berarti operasi menerima jenis nilai yang tidak sesuai. ZeroDivisionError menyatakan pembagian dengan nol. SyntaxError berarti sumber tidak dapat diurai sebagai program Python. Pesan itu adalah bukti awal, bukan alasan untuk menghapus baris secara acak.

Pada P01, jalankan contoh yang gagal di konsol atau sel latihan, baca traceback, lalu perbaiki sebabnya. Sintaks try/except baru diajarkan di P02; blok pemeriksa yang disediakan buku boleh memakainya sebagai scaffolding, tetapi Anda belum diminta menulis struktur itu sendiri. Jangan menyembunyikan seluruh program hanya agar keluaran terlihat hijau.

2.9 Skrip pertama dan rekaman lokal

Berkas .py adalah sumber skrip yang dapat dijalankan ulang. Dari akar proyek, jalankan pendamping P01:

python source/code/primer01_execution.py --output output/p01-results.json

Skrip menghitung contoh yang sama setiap kali dan menulis rekaman JSON. Ia juga mencetak satu pesan lokasi agar manusia tahu berkas mana yang dibuat. Buka output/p01-results.json sebagai teks. Medan computed_value menyimpan nilai komputasi, sedangkan display_text menyimpan teks yang dipilih untuk pembaca. Medan runtime menyebut implementasi dan versi Python yang benar-benar menjalankan skrip.

Untuk sekarang, cukup pahami bahwa terminal menjalankan berkas dari awal sampai akhir. Struktur modul dan bagian utama skrip akan dibahas dalam P02.

2.10 Keadaan tersembunyi dan restart-run-all

Perhatikan dua sel berikut.

# Sel A
data = 7

# Sel B
hasil = data * 2

Jika Sel A pernah dijalankan, Sel B dapat berhasil walaupun Sel A kemudian dipindahkan, diubah, atau dihapus dari notebook. Nilai lama data masih hidup di kernel. Notebook tampak benar, tetapi sumber yang terlihat tidak cukup untuk menghasilkan hasil tersebut. Inilah keadaan tersembunyi.

Pemeriksaan wajib sebelum menerima notebook:

simpan sumber;
pilih Restart Kernel and Run All Cells;
jalankan sel dalam urutan sumber dari ruang nama bersih;
pastikan tidak ada input manual yang tidak dicatat; dan
bandingkan artefak yang dihasilkan dengan hasil yang diharapkan.

Notebook pendamping menyediakan tiga sel keadaan yang dapat dijalankan langsung dari antarmuka Jupyter. Uji wajibnya ialah: jalankan sel terakhir dengan keadaan lama, mulai ulang kernel, buktikan sel itu gagal sendiri, lalu pilih Restart Kernel and Run All Cells dan buktikan urutan sumber lengkap berhasil. Pendamping kode juga mempunyai run_cells untuk suite pengujian; tuple, dictionary, dan penanganan exception di dalam scaffolding itu dibahas di P02.

Keberhasilan restart-run-all membuktikan bahwa urutan sel yang direkam dapat dieksekusi pada lingkungan saat ini. Ia belum membuktikan bahwa model matematikanya tepat atau bahwa lingkungan lain akan memberi byte identik.

Latihan yang sama tersedia sebagai notebook P01 untuk kernel bersih.

Notebook itu dapat dijalankan lokal dan menyimpan ketiga pemeriksaan dalam urutan sumber yang lengkap; metadata kernelspec-nya menunjuk lingkungan beku o002-frozen milik proyek.

2.11 Latihan

2.11.1 Latihan 1 - nilai, jenis, dan operator

Buat lima nama: jumlah=8, toleransi=0.01, label="uji A", nilai logika lulus yang memeriksa apakah jumlah > 5, dan catatan=None. Hitung pula hasil bagi lantai dan sisa pembagian jumlah oleh 3. Jalankan kodenya.

Petunjuk

Gunakan // untuk hasil bagi lantai, % untuk sisa, dan type(...) untuk memeriksa jenis nilai.

Pemeriksaan mandiri

Tambahkan pemeriksaan berikut di bawah kode Anda. Sel harus selesai tanpa AssertionError.

assert type(jumlah) is int
assert type(toleransi) is float
assert type(label) is str
assert type(lulus) is bool and lulus is True
assert catatan is None
assert jumlah // 3 == 2
assert jumlah % 3 == 2

Jawaban dan solusi

Pemecahan 2.1.

jumlah = 8
toleransi = 0.01
label = "uji A"
lulus = jumlah > 5
catatan = None
hasil_bagi = jumlah // 3
sisa = jumlah % 3

assert hasil_bagi == 2
assert sisa == 2

Setiap nama mengikat nilai yang dihasilkan ruas kanannya. Perbandingan jumlah > 5 menghasilkan bool; None bukan angka nol.

2.11.2 Latihan 2 - impor, panggilan, dan bantuan

Impor modul math, lalu hitung luas lingkaran berjari-jari 3 dengan fungsi circle_area dari pendamping P01. Gunakan bantuan lokal untuk menemukan arti math.isclose, kemudian bandingkan hasil fungsi dengan math.pi * 3**2.

Petunjuk

Impor pendamping dengan from source.code.primer01_execution import circle_area. Panggil help(math.isclose) di konsol terpisah jika keluarannya panjang.

Pemeriksaan mandiri

import math
from source.code.primer01_execution import circle_area

luas_latihan = circle_area(3)
assert math.isclose(luas_latihan, math.pi * 9, rel_tol=0.0, abs_tol=1e-15)

Jawaban dan solusi

Pemecahan 2.2.

import math
from source.code.primer01_execution import circle_area

jari_jari_latihan = 3
luas_latihan = circle_area(jari_jari_latihan)
assert math.isclose(
    luas_latihan,
    math.pi * jari_jari_latihan**2,
    rel_tol=0.0,
    abs_tol=1e-15,
)

Impor menyediakan nama modul atau fungsi. Panggilan memberi argumen 3 dan mengembalikan nilai. Dokumentasi isclose menjelaskan toleransi relatif dan absolut yang menjadi bagian dari pemeriksaan.

2.11.3 Latihan 3 - membaca dan memperbaiki traceback

Panggil circle_area(-2), baca traceback, dan sebutkan jenis galat serta pesan terakhirnya. Lalu perbaiki masukan menjadi 2 tanpa mengubah fungsi hanya untuk menyembunyikan galat.

Petunjuk

Baris terakhir menyebut ValueError. Jalankan kegagalan di konsol terpisah. Blok pemeriksaan berikut adalah scaffolding yang disediakan; sintaks try/except-nya akan dipelajari di P02.

Pemeriksaan mandiri

from source.code.primer01_execution import circle_area

try:
    circle_area(-2)
except ValueError as galat_radius:
    assert str(galat_radius) == "radius tidak boleh negatif"
else:
    raise AssertionError("masukan negatif seharusnya ditolak")

assert circle_area(2) > 0

Jawaban dan solusi

Jenisnya ValueError dan pesannya radius tidak boleh negatif. Fungsi menolak masukan di luar kontraknya. Solusi yang benar ialah memberi jari-jari taknegatif atau memperbaiki sumber data, bukan menghapus pemeriksaan.

Pemecahan 2.3.

from source.code.primer01_execution import circle_area

jari_jari_sah = 2
luas_sah = circle_area(jari_jari_sah)
assert luas_sah > 0

2.11.4 Latihan 4 - komputasi, tampilan, dan skrip

Jalankan skrip P01 dari terminal. Dalam Python, panggil computation_and_display(8, 5). Tunjukkan medan yang menyimpan hasil hitung dan medan yang hanya menyimpan teks tampilan. Jelaskan mengapa mencetak teks tidak sama dengan menyimpan rekaman JSON.

Petunjuk

Nilai hitung bertipe int; tampilan bertipe str. print mengirim teks ke keluaran standar, sedangkan skrip menulis byte ke jalur yang dinyatakan. Pengindeksan dictionary pada blok pemeriksaan disediakan sebagai scaffolding dan akan dijelaskan di P02.

Pemeriksaan mandiri

from source.code.primer01_execution import computation_and_display

rekaman_tampilan = computation_and_display(8, 5)
assert rekaman_tampilan["computed_value"] == 13
assert rekaman_tampilan["display_text"] == "8 + 5 = 13"
assert type(rekaman_tampilan["computed_value"]) is int
assert type(rekaman_tampilan["display_text"]) is str

Jawaban dan solusi

Pemecahan 2.4.

from source.code.primer01_execution import computation_and_display

rekaman_tampilan = computation_and_display(8, 5)
nilai_yang_dihitung = rekaman_tampilan["computed_value"]
teks_yang_ditampilkan = rekaman_tampilan["display_text"]
assert nilai_yang_dihitung == 13
assert teks_yang_ditampilkan.endswith("= 13")

Teks terminal dapat hilang ketika terminal ditutup dan tidak mengikat versi runtime atau parameter. Berkas JSON dari skrip merupakan artefak yang dapat dibaca ulang, diperiksa, dan di-hash. Keduanya tetap harus dinilai terhadap pertanyaan matematika yang sebenarnya.

2.11.5 Latihan 5 - kernel bersih dan keadaan tersembunyi

Gunakan notebook P01 untuk menunjukkan tiga fakta: Sel B berhasil pada kernel lama yang telah menjalankan Sel A; Sel B gagal dengan NameError pada kernel bersih; dan urutan A lalu B berhasil setelah Restart Kernel and Run All Cells. Ini adalah latihan penguasaan wajib.

Petunjuk

Buka source/notebooks/o002-p01-clean-kernel.ipynb. Ikuti tiga keadaan yang ditandai di dalam notebook dan jangan menambahkan nilai manual yang tidak tercatat. Blok pemeriksaan di bawah adalah scaffolding tes proyek yang cukup dijalankan di P01; list, Path, atribut, argumen kata kunci, subprocess, dan sys yang dipakainya dibahas di P02 atau unit proyek berikutnya.

Pemeriksaan mandiri

from pathlib import Path
import subprocess
import sys

tes_kernel = subprocess.run(
    [
        sys.executable,
        "-m",
        "unittest",
        "tests.test_primer01.Primer01NotebookKernelTests",
    ],
    cwd=Path.cwd(),
    capture_output=True,
    text=True,
)
assert tes_kernel.returncode == 0, tes_kernel.stdout + tes_kernel.stderr

Jawaban dan solusi

assert "OK" in tes_kernel.stderr
hasil_pemeriksaan_notebook = "kernel aktual: gagal di luar urutan; run-all bersih lulus"
hasil_pemeriksaan_notebook

Pemecahan 2.5.

'kernel aktual: gagal di luar urutan; run-all bersih lulus'

Tes memulai kernel Jupyter sungguhan. Sel B saja gagal dengan NameError, sedangkan notebook lengkap menjalankan Sel A lalu Sel B dari kernel baru dan menghasilkan 14. Urutan sumber, bukan riwayat klik lama, adalah bukti yang dapat dijalankan ulang.

2.12 Ringkasan

Terminal menjalankan perintah dengan runtime dan direktori kerja tertentu.
Ekspresi menghasilkan nilai; assignment mengikat nilai itu pada nama.
int, float, str, bool, dan None mempunyai peran berbeda.
Fungsi dipanggil dengan argumen; modul diimpor; bantuan lokal menjelaskan kontrak yang harus diperiksa.
Notebook dan Quarto menjalankan sel, sedangkan skrip menjalankan berkas dari awal. Urutan eksekusi merupakan bagian dari eksperimen.
Nilai komputasi, teks tampilan, dan artefak tersimpan bukan hal yang sama.
Traceback memberi lokasi, jenis, dan pesan galat yang harus dibaca sebelum memperbaiki kode.
Restart Kernel and Run All Cells mendeteksi keadaan tersembunyi, tetapi tidak menggantikan pemeriksaan matematika atau pembekuan lingkungan.