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ivanov666
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Файл:Немецкий язык для магистров технического профиля. Учебное пособие
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se Blöcke nicht durch geschweifte Klammern, sondern durch Ein-
rückungen strukturiert.
Python unterstützt mehrere Programmierparadigmen, z.B.
die objektorientierte, die aspektorientierte und die funktionale Programmierung. Ferner bietet es eine dynamische Typisierung. Wie
viele dynamische Sprachen wird Python oft als Skriptsprache genutzt.
Die Sprache hat ein offenes, gemeinschaftsbasiertes Ent-
wicklungsmodell, das durch die gemeinnützige Python Software
Foundation, die de facto die Definition der Sprache in der Referenzumsetzung CPython pflegt, gestützt wird.
Wegen ihrer klaren und übersichtlichen Syntax gilt Python
als einfach zu erlernen. Sie besitzt eine umfangreiche Standardbibliothek und zahlreiche Pakete im Python Package Index.
Entwicklungsgeschichte. Die Sprache wurde Anfang der
1990-er Jahre von Guido van Rossum am Centrum Wiskunde &
Informatica in Amsterdam als Nachfolger für die Programmier für
Lehrsprache ABC entwickelt und war ursprünglich das verteilte
Betriebssystem Amoeba gedacht.
Der Name geht nicht etwa (wie das Logo vermuten ließe) auf
die gleichnamige Schlangengattung (Pythons) zurück, sondern be-
zog sich ursprünglich auf die englische Komikertruppe Monty Py-
thon. In der Dokumentation finden sich daher auch einige Anspielungen auf Sketche aus dem Flying Circus. Trotzdem etablierte
sich die Assoziation zur Schlange, was sich unter anderem in der
Programmiersprache Cobra sowie dem Python-Toolkit „Boa“ äu-
ßert. Die erste Vollversion erschien im Januar 1994 unter der Be-
zeichnung Python 1.0. Gegenüber früheren Versionen wurden ei-
nige Konzepte der funktionalen Programmierung implementiert,
die allerdings später wieder aufgegeben wurden. Von 1995 bis
2000 erschienen Updates, die fortlaufend als Python 1.1, 1.2 etc.
bezeichnet wurden.
Python 2.0 erschien am 16. Oktober 2000. Neue Funktionen
umfassten eine voll funktionsfähige Garbage Collection (automatische Speicherbereinigung) und die Unterstützung für den Unicode-
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Zeichensatz. In Version 2.6 wurde eine Hilfe eingebaut, mit der
angezeigt werden kann, welche Code-Sequenzen vom Nachfolger
Python 3 nicht mehr unterstützt werden und daher in darauf aufbauenden Versionen nicht mehr lauffähig sind.
Python 3.0 (auch Python 3000) erschien am 3. Dezember
2008 nach längerer Entwicklungszeit. Es beinhaltet einige tiefgrei-
fende Änderungen an der Sprache, etwa das Entfernen von Redun-
danzen bei Befehlssätzen und veralteten Konstrukten. Da Python
3.0 hierdurch teilweise inkompatibel zu früheren Versionen ist, be-
schloss die Python Software Foundation, Python 2.7 parallel zu
Python 3 vorerst weiter durch die Versorgung mit Updates zu unterstützen.
Am 23. Dezember 2016 wurde die neueste Version 3.6 veröffentlicht.
Ziele. Python wurde mit dem Ziel größter Einfachheit und
Übersichtlichkeit entworfen. Dies wird vor allem durch zwei Maß-
nahmen erreicht. Zum einen kommt die Sprache mit relativ weni-
gen Schlüsselwörtern aus. Zum anderen ist die Syntax reduziert
und auf Übersichtlichkeit optimiert. Dadurch lassen sich Python-
basierte Skripte deutlich knapper formulieren als in anderen Sprachen.
Van Rossum legte bei der Entwicklung großen Wert auf eine
Standardbibliothek, die überschaubar und leicht erweiterbar ist.
Dies war Ergebnis seiner schlechten Erfahrung mit der Sprache
ABC, in der das Gegenteil der Fall ist.
Durch dieses Konzept wurde es auch ermöglicht, PythonProgramme in anderen Sprachen als Module einzubetten. Dadurch
können Schwächen von Python umgangen werden. Beispielsweise
können für zeitkritische Teile Routinen in maschinennäheren
Sprachen wie z.B. C aufgerufen werden. Umgekehrt lassen sich
mit Python Module und Plug-ins für andere Programme schreiben,
die die entsprechende Unterstützung bieten. Dies ist z. B. bei
Blender, Cinema 4D, GIMP, Maya, OpenOffice bzw. LibreOffice,
PyMOL, SPSS, QGIS oder KiCad der Fall.
Python ist eine Multiparadigmensprache. Das bedeutet, Py-
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thon zwingt den Programmierer nicht zu einem einzigen Pro-
grammierstil, sondern erlaubt, das für die jeweilige Aufgabe am
besten geeignete Paradigma zu wählen. Objektorientierte und
strukturierte Programmierung werden vollständig unterstützt,
funktionale und aspektorientierte Programmierung werden durch
einzelne Elemente der Sprache unterstützt.
Die Datentypen werden dynamisch verwaltet, eine statische
Typprüfung wie z. B. bei C++ gibt es nicht. Die Freigabe nicht
mehr benutzter Speicherbereiche erfolgt durch Referenzzählung.
Unicode-Unterstützung wurde in der Version 2.0 eingeführt.
Die wesentlichen Ziele und Regeln der Sprache wurden mit
einer Reihe kurzer, humorvoller Phrasen unter dem Titel The Zen
of Python im Jahr 2004 herausgegeben.
Datentypen und Strukturen. Python besitzt eine größere
Anzahl von grundlegenden Datentypen. Neben der herkömmlichen
Arithmetik unterstützt es transparent auch beliebig große Ganzzah-
len und komplexe Zahlen.
Die Sprache verfügt über die übliche Ausstattung an Zeichenkettenoperationen. Zeichenketten sind in Python allerdings
unveränderliche Objekte (wie auch in Java). Daher geben Operati-
onen, die das Ändern einer Zeichenkette bewerkstelligen sollen –
wie z. B. das Ersetzen von Zeichen – immer eine neue Zeichenkette zurück.
In Python ist alles ein Objekt; Klassen, Typen, Methoden,
Module etc. Der Datentyp ist jeweils an das Objekt (den Wert) gebunden und nicht an eine Variable, d. h. Datentypen werden dynamisch vergeben, so wie bei Smalltalk oder Lisp – und nicht wie
bei Java.
Trotz der dynamischen Typverwaltung enthält Python eine
gewisse Typprüfung. Diese ist strenger als bei Perl, aber weniger
strikt als etwa bei Objektive CAML. Implizite Umwandlungen
nach dem Duck-Typing-Prinzip sind unter anderem für numerische
Typen definiert, so dass man beispielsweise eine komplexe Zahl
mit einer langen Ganzzahl ohne explizite Typumwandlung multiplizieren kann. Mit dem Format-Operator % gibt es eine implizite
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Umwandlung eines Objekts in eine Zeichenkette. Der Operator
überprüft zwei Objekte auf (Wert-)Gleichheit. Der Operator ist
überprüft die tatsächliche Identität zweier Objekte.
Sammeltypen, Objektsystem und Standardbibliothek
der Programmiersprache „Python“
Sammeltypen. Python besitzt mehrere Sammeltypen, darun-
ter Listen, Tupel, Mengen (Sets) und assoziative Arrays (Dictionaries). Listen, Tupel und Zeichenketten sind Folgen (Sequenzen,
Arrays) und kennen fast alle die gleichen Methoden: Über die Zeichen einer Kette kann man ebenso iterieren wie über die Elemente
einer Liste. Außerdem gibt es die unveränderlichen Objekte, die
nach ihrer Erzeugung nicht mehr geändert werden können. Listen
sind z. B. erweiterbare Felder (Arrays), wohingegen Tupel und
Zeichenketten eine feste Länge haben und unveränderlich sind.
Der Zweck solcher Unveränderlichkeit hängt z. B. mit den
Wörterbüchern zusammen, einem Datentyp, der auch als assoziatives Array bezeichnet wird. Um die Datenkonsistenz zu sichern,
müssen die Schlüssel eines Wörterbuches vom Typ „unveränder-
lich“ sein. Die ins Wörterbuch eingetragenen Werte können dage-
gen von beliebigem Typ sein.
Sets sind Mengen von Objekten und in CPython ab Version
2.4 im Standardsprachumfang enthalten. Diese Datenstruktur kann
beliebige (paarweise unterschiedliche) Objekte aufnehmen und
stellt Mengenoperationen wie beispielsweise Durchschnitt, Differenz und Vereinigung zur Verfügung.
Objektsystem. Das Typsystem von Python ist auf das Klassensystem abgestimmt. Obwohl die eingebauten Datentypen genau
genommen keine Klassen sind, können Klassen von einem Typ er-
ben. So kann man die Eigenschaften von Zeichenketten oder Wör-
terbüchern erweitern – auch von Ganzzahlen. Python unterstützt
Mehrfachvererbung.
Die Sprache unterstützt direkt den Umgang mit Typen und
Klassen. Typen können ausgelesen (ermittelt) und verglichen wer-
den und verhalten sich wie Objekte – in Wirklichkeit sind die Ty-
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pen (wie in Smalltalk) selbst ein Objekt. Die Attribute eines Objektes können als Wörterbuch extrahiert werden.
Standardbibliothek. Python verfügt über eine große Stan-
dardbibliothek, wodurch es sich für viele Anwendungen gut eig-
net. Sie ist eine der größten Stärken von Python. Der überwiegen-
de Teil davon ist plattformunabhängig, so dass auch größere Py-
thon-Programme oft auf Unix, Windows, macOS und anderen
Plattformen ohne Änderung laufen. Die Module der Standardbibli-
othek können mit in C oder Python selbst geschriebenen Modulen
ergänzt werden.
Die Standardbibliothek ist besonders auf Internetanwendun-
gen zugeschnitten, mit der Unterstützung einer großen Anzahl von
Standardformaten und -protokollen (wie MIME und HTTP). Module zur Schaffung grafischer Schnittstellen, zur Verbindung mit
relationalen Datenbanken und zur Manipulation regulärer Ausdrü-
cke sind ebenfalls enthalten.
Verbreitung und Einsatz. Python ist für die meisten gängi-
gen Betriebssysteme frei erhältlich und bei den meisten Linux-
Distributionen im Standardumfang enthalten. Um Python in
Webserver einzubinden, wird Webserver-umgreifend WSGI verwendet, welches die Nachteile von CGI umgeht. WSGI stellt eine
universelle Schnittstelle zwischen Webserver und Python(-
Framework) zur Verfügung.
Eine Reihe von Web-Application-Frameworks nutzt Python,
darunter Django, Pylons, SQLAlchemy, TurboGears, web2py,
Flask und Zope. Ferner gibt es einen Python-Interpreter für das
Symbian-Betriebssystem, so dass Python auf verschiedenen Mo-
biltelefonen verfügbar ist. In der Version 2.5.1 ist Python ein Be-
standteil von AmigaOS 4.0. Außerdem basieren mehrere bekannte
kommerzielle Projekte, etwa Google und YouTube, in Teilen auf
Python. Auch in der Spieleindustrie findet die Sprache bisweilen
Einsatz.
Im Rahmen des Projektes 100-Dollar-Laptop wird Python
als Standardsprache der Benutzeroberfläche verwendet. Da der
100-Dollar-Laptop für die Schulausbildung von Kindern konzi-
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piert ist, soll bei Benutzung der dafür gestalteten grafischen Be-
nutzeroberfläche „Sugar“ auf Knopfdruck der gerade laufende Py-
thon-Quellcode angezeigt werden. Damit soll Kindern die Möglichkeit gegeben werden, die dahinter liegende Informationstechnologie real zu erleben und nach Belieben „hinter die Kulissen“ zu
schauen.
ELEKTROTECHNIK UND ELEKTRONIK
Elektrizität
Elektrizität der physikalische Oberbegriff für alle Phänome-
ne, die ihre Ursache in ruhender oder bewegter elektrischer Ladung haben. Dies umfasst viele aus dem Alltag bekannte Phäno-
mene wie Blitze oder die Kraftwirkung des Magnetismus. Der Be-
griff Elektrizität ist in der Naturwissenschaft nicht streng abge-
grenzt, es werden aber bestimmte Eigenschaften zum Kernbereich
der Elektrizität gezählt:
Die elektrische Ladung. Sie ist eine Eigenschaft bestimmter
atomarer Teilchen wie der negativ geladenen Elektronen und der
positiv geladenen Protonen, die als Ladungsträger bezeichnet wer-
den, und wird in der Einheit Coulomb gemessen. Die Bezeichnung
positiv bzw. negativ ist willkürlich gewählt. Wesentliche Eigenschaft ist, dass sich gleichnamige elektrische Ladungen abstoßen,
während sich ungleiche Ladungen anziehen.
Der elektrische Strom. Er beschreibt eine Bewegung von
elektrischen Ladungsträgern, wird in der Einheit Ampere gemessen und ist unter anderem Ursache von magnetischen Feldern.
Durch beschleunigte Bewegung elektrischer Ladungen warden
elektromagnetische Felder erzeugt, die im Bereich der Elektrodynamik beschrieben werden und sich unabhängig von elektrischen
Leitern im Raum ausbreiten können.
Das elektrische Feld beschreibt die von elektrischen Ladungen hervorgerufenen Zustandsgrößen des Raumes, die man als
elektrische Feldstärke und elektrisches Potential bezeichnet. Die
als Potentialdifferenz definierte elektrische Spannung wird üblicherweise in der Einheit Volt gemessen.
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Vorgänge, bei denen keine zeitliche oder keine wesentliche
zeitliche Änderung auftritt, werden der Elektrostatik zugeordnet.
Vorgänge, bei denen die zeitliche Änderung einen wesentlichen
Einfluss hat, werden zur Elektrodynamik gezählt.
Aus der Geschichte der Elektrizität
Phänomene der Elektrizität sind schon lange bekannt, das
wohl bekannteste und spektakulärste Auftreten ist in der Meteoro-
logie der Blitz. Das Auftreten des elektrischen Schocks, den bestimmte Fische wie der Zitterrochen oder Zitteraal zum Beutefang
einsetzen, war im alten Ägypten um 2750 v. Chr. bekannt. In der
Antike war den alten Griechen bereits die elektrostatische Aufladung des Bernsteins bekannt, der von ihnen als electron bezeichnet
wurde. Diese Erkenntnis wird dem Naturphilosophen Thales von
Milet zugeschrieben, der sich um 600 v. Chr. mit elektrostatischen
Aufladungen beschäftigte.
Im 1. Jahrhundert v. Chr. Wurden parthische Tongefäße in
der Nähe von Bagdad verwendet, die 1936 von Wilhelm König gefunden wurden und auch als Bagdad-Batterie bekannt sind. Diese
Gefäße enthielten einen Eisenstab und einen Kupferzylinder, der
mit Asphalt abgedichtet war. Versuche des Roemer- und
Pelizaeus-Museums in Hildesheim zeigten, dass mit dieser Anordnung und Traubensaft als Elektrolyt eine Spannung von 0,5 V erreicht werden konnte. Die Verwendung als eine Art Batterie ist
umstritten.
Eine gezielte und praktische Anwendung der Elektrizität erfolgte erst am Beginn der Neuzeit. Der Brite William Gilbert untersuchte systematisch die elektrische Aufladung an vielen Substanzen mit Hilfe des Versoriums und führte die Bezeichnung
„Electrica“ ein (veröffentlicht 1600). Um 1663 entwickelte der
Magdeburger Bürgermeister Otto von Guericke eine drehbare
Schwefelkugel, die mit der Hand gerieben die kosmischen Wirkkräfte (virtutes mundanae) nachweisen sollte. Gezielt zum Erforschen elektrischer Wirkungen entwickelte Francis Hauksbee 1706
eine Reibungselektrisiermaschine, deren Kugel nicht mehr aus
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Schwefel, sondern aus Glas gebaut war. Diese und ähnliche Elektrisiermaschinen dienten in den Folgejahrzehnten vor allem der gesellschaftlichen Belustigung.
1733 stellte der französische Naturforscher Charles du Fay
fest, dass es zwei entgegengesetzte Formen der elektrischen Ladung gibt, die er zunächst als Harz- und Glaselektrizität bezeichnete. Diese Feststellung war die Basis für die Bezeichnung als positive und negative elektrische Ladung.
Der niederländische Physiker Pieter van Musschenbroek erfand 1745 – unabhängig von, und ein Jahr nach Ewald Jürgen
Georg von Kleist – die Leidener Flasche, die in Deutschland auch
als „Kleistsche Flasche“ bekannt ist. Die Leidener Flasche gilt als
der erste Kondensator zur Speicherung von elektrischen Spannungen.
Um 1752 fand der Amerikaner Benjamin Franklin nach der
schon bekannten Reibungselektrizität Zusammenhänge mit der
atmosphärischen Elektrizität. Er erfand den Blitzableiter und inter-
pretierte das Phänomen als Pluspol und Minuspol.
Der italienische Mediziner Luigi Galvani beobachtete um
1770 mit einer Elektrisiermaschine an Froschschenkeln Zuckun-
gen eines toten Frosches. So wurde bekannt, dass Elektrizität auch
Bewegungen auslösen kann. „Tierische“ Elektrizität an Frosch-
schenkeln ist übertragene elektrochemische Energie und Grundla-
ge der Elektrochemie.
1775 erfand der italienische Physiker Alessandro Volta das
Elektrophor, ein Gerät zur Ladungstrennung mit Hilfe der Influ-
enz. Fünf Jahre später entwickelte er die Voltasche Säule, die aus
den Metallen Kupfer und Zink und einem Elektrolyt besteht. Diese
Batterie ermöglichte erstmals die Stromerzeugung ohne Reibung,
nur aus gespeicherter chemischer Energie. Die Voltasche Säule
wurde für viele Jahre die wichtigste Apparatur zur Gleichstromerzeugung.
Am Ende des 18. Jahrhunderts fanden und beschrieben
Charles Augustin de Coulomb, Joseph Priestley, Henry Cavendish
und John Robison unabhängig voneinander das Gesetz zur Be-
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schreibung der Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen, das als
Coulomb-Gesetz bekannt ist. Der deutsche Physiker Georg Simon
Ohm formulierte den grundlegenden Zusammenhang zwischen
elektrischem Strom und elektrischer Spannung an linearen elektrischen Widerständen. Dieser Zusammenhang wird später als ohmsches Gesetz bekannt.
Um 1810 erzeugte der Chemiker Humphry Davy zwischen
zwei Kohlestiften, die mit einer Batterie als Stromversorger verbunden waren, einen Lichtbogen und schuf damit die Grundlagen
für die Kohlebogenlampe.
Um 1820 beobachtete Hans Christian Ørsted, die Ablenkung
einer Magnetnadel durch Stromeinfluss. André-Marie Ampère, ein
französischer Physiker, deutete und beschrieb darauf aufbauend
die Stärke des Magnetfeldausschlags in Abhängigkeit zur Stromstärke. Er erfand das „Amperemeter“, die Theorie des elektrischen
Telegrafen, erstmals angewandt von Carl Friedrich Gauß und Wilhelm Eduard Weber, und den Elektromagneten. Er ist Begründer
der Theorie vom Elektromagnetismus und Namensgeber der physikalischen Einheit des elektrischen Stromes Ampere.
Der britische Physiker Michael Faraday gilt als einer der Begründer der Elektrodynamik. Er formulierte erstmals das Induktionsgesetz und beschäftigte sich in weiteren Arbeiten mit den Ge-
setzen der Elektrolyse. Er schuf so die Grundlagen zur Erfindung
der Telegraphie. Der schottische Physiker James Clerk Maxwell
konzipierte 1864 die grundlegende Theorie der klassischen Elektrodynamik in Form der Maxwell-Gleichungen und verband damit
Effekte ruhender und bewegter Ladungen sowie deren Felder zur
Beschreibung elektromagnetischer Phänomene. Aus diesen Gesetzmäßigkeiten folgerte er die Existenz der elektromagnetischen
Wellen. Er identifizierte das Licht als eine Erscheinungsform von
elektromagnetischen Wellen.
Ab 1830, nachdem die notwendigen Gesetzmäßigkeiten be-
kannt waren, setzte eine breite Anwendung der Elektrizität ein.
Diese technischen Anwendungen werden unter dem Begriff Elektrotechnik zusammengefasst. Seit 1831 experimentierten mehrere
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Forscher damit, den Elektromagnetismus für elektrische Antriebe
und zur elektromechanischen Stromerzeugung zu nutzen. Diese
gelang 1832 unabhängig voneinander dem Franzosen Hippolyte
Pixii und dem Italiener Salvatore Dal Negro. 1834 meldete der
US-Amerikaner Thomas Davenport ein Patent für eine elektrische
Lokomotive an. Samuel F. B. Morse baute 1833 den ersten
brauchbaren Schreibtelegrafen. Mit der von ihm eingerichteten Telegrafenlinie von Washington nach Baltimore und dem von einem
seiner Mitarbeiter entwickelten Morsealphabet begann 1844 das
Zeitalter der elektrischen Kommunikation – und damit der Gleichzeitigkeit. In den Jahren 1843/1844 gelang Henri Adolphe Archereau und Louis-Joseph Deleuil mit Kohlebogenlampen auf der
Place de la Concorde in Paris erstmals die elektrische Beleuchtung
eines öffentlichen Platzes.
Die Stromerzeugung (und damit ebenso die Möglichkeit des
elektrischen Antriebs) mit einer elektrischen Maschine ohne Permanentmagnet gelang 1851 dem Slowaken Ányos Jedlik, 1854
dem Dänen Søren Hjorth, der dafür im selben Jahr das englische
Patent Nr. 2198 erhielt, und 1866 Werner von Siemens, der sie zur
Serienreife brachte.
1882 wurde erstmals eine elektrische Energieversorgung
über eine große Entfernung installiert, mit der 57 km langen
Gleichstromleitung Miesbach–München. 1886 begründete Nikola
Tesla mit Hilfe seines Sponsors George Westinghouse die heute
gebräuchliche elektrische Energieübertragung mittels Wechselstroms. 1891 gelang die erste Fernübertragung von heute in der
Energietechnik üblichen Dreiphasenwechselstrom mit der Drehstromübertragung Lauffen – Frankfurt über 176 km.
In den Folgejahren kam es in der Elektrotechnik zu einer zu-
nehmenden Spezialisierung. Während die nach wie vor eng mit
dem Maschinenbau verbundene elektrische Energietechnik zu der
Energieversorgung von Haushalten, Betrieben und Fabriken diente, verfolgte der Zweig der Nachrichtentechnik das Ziel, Informa-
tion wie Nachrichten mit geringen zeitlichen Verzögerungen über
weite Distanzen zu übertragen. Um 1895 führte Guglielmo Marco-
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