Einführung ins Programmieren mit Python (52806, 4SWSt, 6 LPs)

(Englisch Version Below)

Der Anfänger-Kurs wendet sich an Anfänger ohne Vorkenntnisse im Programmieren; im Fortgeschrittenen-Kurs wird auf die Erkenntnisse des Anfänger-Kurses aufgebaut, wobei ein Fokus auf naturwissenschaftliche Fragestellungen gelegt wird. Die Kerninhalte beider Angebote werden in einer wöchentlichen Vorlesung (Semesterkurs) bzw. an den Vormittagen des Blockkurses vermittelt (Siehe Abschnitt Termine).

Beachten Sie aber, dass Programmieren eine Form von angewandter Mathematik ist. Gymnasial-Mathematik (abstrakte Ausdrücke mit Platzhaltern; komplexe Zahlen; Matrizen; Ableitungen) wird vorausgesetzt. Rechner gehen mit Zahlen um; wenn Sie an der Schul-Mathematik verzweifelt sind, werden Sie am Programmieren ebenfalls keinen Spaß haben.
Für den Fortgeschrittenen-Kurs wird der Fokus auf Fragestellungen aus der Physik und Mathematik gelegt.

Neben dem Besuch der Vorlesung sind die Übungsstunden in Kleingruppen (ca. 10 TeilnehmerInnen) essentiell. TeilnehmerInnen können hier in Gruppen bis zu drei Personen an den Übungsaufgaben arbeiten und erhalten Unterstützung von erfahrenen TutorInnen. Die erfolgreiche Teilnahme am Übungsbetrieb gilt als Studienleistung und ist Voraussetzung für den Abschluss des Kurses. Weiter bearbeiten die KursteilnehmerInnen ein selbstgewähltes Problem als Abschlussprojekt. Vorschläge für Abschlussprojekte werden im Kurs genannt. Das Projekt kann mit bis zu zwei PartnerInnen in Teamarbeit bearbeitet werden.

Erfolgreiche Teilnahme am Übungsbetrieb heißt dabei, dass 75% der Punkte für die Aufgaben zur Selbstprüfung erreicht werden müssen. Zusätzlich soll jede/r Teilnehmende mehrere Male pro Semester (abhängig von der Teilnehmerzahl) seine/ihre Lösungen mit den TutorInnen durchsprechen.

Im Fortgeschrittenenkurs kann alternativ zum Abschlussprojekt auch ein ca. 30minütiger Seminarvortrag gehalten werden. Der Seminarvortrag kann alleine oder in Gruppen bis zu zwei Vortragenden ausgearbeitet werden. Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass nur maximal 6 Vorträge im Semester möglich sind, d.h. dass ggf. nicht jede Gruppe, diesen Prüfungsmodus wählen kann.

Die Programmierübungen können auf den CIP-Pool-Rechnern der Universität oder auf dem eigenen Rechner durchgeführt werden. Dazu muss ein Python-Interpreter sowie eine Arbeitsumgebung installiert werden. Auf den Pool-Rechnern ist dies bereits geschehen. Entsprechend kundige TeilnehmerInnen, die den eigenen Rechner verwenden wollen, werden gebeten, bereits vorab die Installation umzusetzen. Hierzu wird folgende Installation empfohlen:

• Schritt-Für-Schritt-Anleitung

(Auf gängigen Linux-Distributionen ist Python 3 bereits vorinstalliert. Sollte dies nicht der Fall sein, benutzen Sie bitte den Package-Manager Ihrer Wahl und installieren Sie die Packages python3.9 und python3.9-dev aus dem Repository ppa:deadsnakes/ppa)

Siehe zu allen Betriebssystemen auch den Beginners Guide for Installing Python 3

Sofern Sie nicht der o.g. Schritt-für-Schritt-Anleitung folgen können oder wollen, empfehle ich als Arbeitsumgebung, den entweder den Code-Editor Spyder oder Notepad++ zu installieren:

• Homepage Spyder
  Die IDE (Integrated Development Environment) ist als Arbeitsumgebung beginnerfreundlich, und erlaubt eine einfache Bedienung der Komponenten von Python, ohne tiefere Kenntnisse des Systems vorauszusetzen.
• Homepage Notepad++
  Notepad++ ist ein sehr schlanker und vielseitig verwendbarer Code-Editor. Insbesondere TeilnehmerInnen, die sich vorstellen können, auch andere Programmiersprachen zu erlernen sei dieser Editor nahegelegt.

(English Version)

The introductory course is directed towards beginners with no prior knowledge in programming; the advanced class is based upon the skills conveyed in the introductory class and will focus on questions from natural sciences. The core concepts of programming in Python will be explained in a weekly lecture (semester corse) or on the mornings of the block course (See section Dates). 

Please be aware of the fact that programming is a form of applied maths. High school maths (abstract expressions with place holders for other expressions, complex numbers, matrices, derivatives) are assumed to be well understood by students. Computers deal with numbers; if you didn't like maths in school, you won't have much fun at programming either.
The focus of the advanced course will be on questions motivated from physics and maths.

Additionally to the lectures there will be a weekly (semester course) or daily (block course) tutorial class in small groups (ca. 10 participants per group). Students can use this as an opportunity to ask questions and will be given exercise sheets. Students may work on these exercise problems alone or in groups of up to three participants. They will be required to hand in 75% of these exercise problems as part of the course. The solutions to the exercise problems should be presented to the tutors several times in the course (depending on the group size, frequence may vary).

Furthermore, a final project marks the culmination of the course. Participants may pick a recommended project or come up with own ideas which may be handed in as a final project after discussing the scope of the project with the lecturer.

In the advanced course, it is possible to give a presentation of ca. 30 minutes as an alternative to the final project. This presentation may be done alone or with a partner. Please understand that at most six groups may opt for this mode of passing the class, i.e. it is possible that groups have to be rejected when there are many students who want to do presentations instead of writing code.

Programming exercises and the final project can be done on the CIP pool computers of the university or on the private computers of the participants. If you want to use your own computer, it is required to install a development environment. Please prepare this installation by following this step-by-step guide:

• Step-by-Step Guide

(Usually, Linux installations come with Python3 pre-installed. Where this is not the case, please use your package manager and install the packages python3.9 und python3.9-dev from the repository ppa:deadsnakes/ppa)

See also the Beginners Guide for Installing Python 3 for an alternative guide.

If you cannot or do not want to follow the instructions given in the step-by-step guide, it is recommended to install either Spyder (Windows, Mac, Linux), Notepad++ (Windows) or Geany (Linux, Mac) as Code editors.

• Homepage Spyder
  This IDE (Integrated Development Environment) is very apt for beginners and allows using many of the features of python without demanding a deeper understanding of the system.
• Homepage Notepad++
  Notepad++ is a light-weight and very versatile code editor. In particular, participants aspiring to learn programming languages other than Python may use this multi-purpose editor.

(English Version Below)

Der Anfängerkurs behandelt diese Themen:

• Arbeitsumgebung: Interpreter und Compiler, Arbeitsverzeichnis, Kommunikation mit der Maschine
• Grundlagen der Sprache Python: Variablen, Datentypen, Schleifen, Kontrollstrukturen
• Objektorientierung: Klassen, Methoden, Dunders, Vererbung
• Ausgewählte Pakete für die wissenschaftliche Arbeit: numpy, matplotlib

Aufbauend auf diesen Kenntnissen wird im Fortgeschrittenenkurs voraussichtlich folgendes besprochen:

• Effizienz und Laufzeitanalyse
• Iterators
• Decorators
• Modul SciPy (Routinen für Naturwissenschafte Anwendungen)
• Modul tkInter (Graphische User Interfaces)
• Modul pandas (Arbeit mit Data Frames aka Tabellen)
• Module os and sys, glob (Zugriffe auf das Dateisystem)
• Machine Learning: Grundideen
• Hilfsmittel: git, docstrings, type annotations, ...

Beachten Sie bitte, dass die Beispiele im Fortgeschrittenen-Kurs häufig aus der Physik und Mathematik heraus motiviert sind. 

(English Version)

The introductory course covers

• Programming Environment: Interpreter und Compiler, working directory, communication schemes
• Basics of the language Python: variables, data types, loops and controll structures
• Object oriented programming: classes, methods, dunders, inheritance
• Selected libraries for scientific programming: numpy, matplotlib

Based upon this, the advanced course discusses:

• Efficiency and Runtime Analysis
• Iterators
• Decorators
• Modul SciPy (Routinen für Naturwissenschafte Anwendungen)
• Modul tkInter (Graphical User Interfaces)
• Modul pandas (Manipulating Data in Frames aka tables)
• Module os and sys, glob (Interacting with the File System)
• Machine Learning: Basic Ideas
• Auxillary tools: git, docstrings, type annotations, ...

Please be aware that the examples in the advanced class are often motivated by questions physics and maths.

(English Version below)

Der Anfängerkurs findet dreimal jährlich statt: als Semesterkurs im Wintersemester sowie als Blockkurs zwischen Winter- und Sommersemester bzw. zwischen Sommer- und Wintersemester. Der Fortgeschrittenenkurs wird bisher nur im Sommersemester angeboten.

Blockkurse finden ganztags statt (Vorlesung von 9-12:00, Übungen von 13-17:00). Die Semesterkurse umfassen eine wöchentliche Vorlesung (2 SWS) sowie eine wöchentliche Übung (2 SWS).

Fehlen an einzelnen Tagen ist grundsätzlich kein Problem; natürlich müssen die verpassten Inhalte dann selbstständig nachgeholt werden. Hierzu können Sie u.a. die Mediathek (Kanäle → Physik → [Suche nach Python]) nutzen, in der Aufnahmen aus dem laufenden Kurs sowie aus den Vorjahren zur Verfügung stehen. Weiter stehen ihnen verschiedene Texte sowie die VL-Folien über GRIPS zur Verfügung.

Unter diesem Link finden Sie die genauen Kurstage für die Blockkurse.

(English Version)

The introductory course is offered three times per year: as a semester course in each winter term as well as as block course between the winter- and summer term and between the summer- and winter term respectively. The advanced course is only offered in the summer term.

Block courses take the whole day (lecture from 9 AM till 12 PM, exercises from 1 PM till 5 PM). In semester, there will be a weekly lecture (2 hours) and a weekly exercise (2 hours).

Missing out on single days is okay, if you cover the treated material yourself. To that end you can use the recorded videos from the previous years and the current year. See Mediathek  (Kanäle → Physik → [Search forPython]). Further you have a textbook as well as the materials provided on GRIPS to cover missed content.

See this link for an overview of the block courses.

• Programmieren in Python (Lehrbuch, Deutsch)

• Startseite der Python-Dokumentation

• Tutorial zu Python

• Referenz zu numpy

• Referenz zur matplotlib

• geeksforgeeks.org: Tutorials

• Collection of Books on Python

• Style Guide for Python

(English Version below)
Die Anmeldung zum Kurs sollte über das Exa stattfinden. Jeweils zum Semesterende finden Sie die Python-Kurse (sowohl Semester- als auch Blockkurse) im Vorlesungsverzeichnis unter:

Lehrveranstaltungen der Fakultät für Physik / Courses in Physics -> Master Course in Physics / Studiengang Master Physik -> Special Topics Lectures / Spezialvorlesungen.

Dabei werden die Blockkurse immer dem folgenden Semester zugeordnet, d.h. der Blockkurs im Juli zählt tatsächlich schon zum Wintersemester.

Sollten Sie keinen Zugriff auf das Exa/Spur haben (z.B. OTH-Studierende, MitarbeiterInnen, DoktorandInnen und Postdocs), können Sie gerne eine Mail an den Dozenten schicken.

(English Version)

To regeister for this course, please use the LSF system. Courses will be published at the end of each semester (this holds for both, semester as well as block courses). You find them by following this tree:

Lehrveranstaltungen der Fakultät für Physik / Courses in Physics -> Master Course in Physics / Studiengang Master Physik -> Special Topics Lectures / Spezialvorlesungen.

The block courses are registered in the subsequent semester, i.e. the block course taking place in July actually can be found in the LSF entries for the winter term.

If you cannot access the Exa/Spur system (e.g. OTH students, UR employees, PhD students and postdocs), you can register by sending an email to the lecturer.