Aprenda a Pensar Como un Programador

312 Pages·2012·0.92 MB·Spanish

Aprenda a Pensar Como un Programador
con Python

Aprenda a Pensar Como un Programador
con Python
Allen Downey
Jefirey Elkner
Chris Meyers
Traducido por
Miguel A¶ngel Vilella
A¶ngel Arnal
Iva¶n Juanes
Litza Amurrio
Efrain Andia
C¶esar Ballardini
Green Tea Press
Wellesley, Massachusetts
Copyright (cid:176)c 2002 Allen Downey, Jefirey Elkner, y Chris Meyers.
Corregido por Shannon Turlington y Lisa Cutler.
Disen~o de la cubierta por Rebecca Gimenez.
Green Tea Press
1 Grove St.
P.O. Box 812901
Wellesley, MA 02482
Sepermitecopiar,distribuir,y/omodiflcarestedocumentobajolost¶erminosde
la GNU Free Documentation License, Versi¶on 1.1 o cualquier versi¶on posterior
publicada por la Free Software Foundation; siendo las Secciones Invariantes
\Pr¶ologo", \Prefacio", y \Lista de Colaboradores", sin texto de cubierta, y
sin texto de contracubierta. Se incluye una copia de la licencia en el ap¶endice
titulado \GNU Free Documentation License".
La GNU Free Documentation License est¶a disponible en www.gnu.org o escri-
biendoalaFreeSoftwareFoundation,Inc.,59TemplePlace,Suite330,Boston,
MA 02111-1307, USA.
La forma original de este libro es c¶odigo fuente LATEX. La compilaci¶on de este
fuente LATEX tiene el efecto de generar una representaci¶on independiente del
dispositivo de un libro de texto, que puede convertirse a otros formatos e im-
primirse.
El fuente LATEX de este libro y m¶as informaci¶on sobre el proyecto de Libro de
Texto de C¶odigo Abierto est¶an disponibles en
http://www.thinkpython.com
Lacomposici¶ondeestelibroserealiz¶outilizandoLATEXyLyX.Lasilustraciones
se hicieron con xflg. Todos ellos son programas gratuitos de c¶odigo abierto.
Historia de la impresi¶on:
Abril 2002: Primera edici¶on.
ISBN 0-9716775-0-6
Pro¶logo
Por David Beazley
Como educador, investigador, y autor de libros, estoy encantado de ver la fl-
nalizaci¶on de este libro. Python es un lenguaje de programaci¶on divertido y
extremadamente f¶acil de usar que en los u¶ltimos an~os se ha hecho muy popu-
lar. Desarrollado hace diez an~os por Guido van Rossum, su sintaxis simple y la
sensaci¶on general se deriva en gran parte del ABC, un lenguaje desarrollado en
los1980sparalaensen~anza.Sinembargo,Pythontambi¶ensecre¶opararesolver
problemasrealesypresentaunavariedadampliadecaracter¶‡sticasdelenguajes
de programaci¶on como C++, Java, Modula-3 y Scheme. Debido a esto, una de
las caracter¶‡sticas notables de Python es su atractivo para los desarrolladores
profesionales deprogamaci¶on, cient¶‡flcos, investigadores, artistas, y educadores.
A pesar del atractivo de Python para muchas comunidades diferentes, puede
que au¶n se pregunte \>por qu¶e Python?" o \>por qu¶e ensen~ar programaci¶on
con Python?"No es tarea f¶acil responder a estas preguntas, en especial cuando
la opini¶on popular est¶a del lado de alternativas m¶as masoquistas como C++ y
Java. Sin embargo, pienso que la respuesta m¶as directa es que la progrmaci¶on
en Python es simplemente m¶as divertida y m¶as productiva.
Cuando imparto cursos de inform¶atica, quiero cubrir conceptos importantes,
hacer el material interesante y enganchar a los estudiantes. Desgraciadamente,
hay una tendencia en los cursos de introducci¶on a la programaci¶on a prestar
demasiada atenci¶on a la abstracci¶on matem¶atica que hace que los estudiantes
se frustren con problemas farragosos relacionados con detalles nimios de la sin-
taxis, compilaci¶on, y la aplicaci¶on de reglas aparentemente arcanas. Aunque
tal abstraci¶on y formalismo son importantes para ingenieros profesionales de la
programaci¶on y estudiantes que planean continuar sus estudios de inform¶atica,
decidirse por este enfoque en un curso introductorio s¶olo tiene ¶exito en hacer
aburrida la inform¶atica. Cuando imparto un curso, no quiero tener un aula de
estudiantes sin inspiraci¶on. Quisiera verlos intentando resolver problemas in-
teresantes, explorando ideas diferentes, probando enfoques no convencionales,
vi Pr¶ologo
rompiendolasreglas,yaprendiendodesuserrores.Alhacerlo,noquieroperder
la mitad del semestre tratando de sortear problemas con una sintaxis abstru-
sa, mensajes de error del compilador incomprensibles, o los varios cientos de
maneras que un programa puede generar un error de proteci¶on general.
UnadelasrazonesporlasquemegustaPythonesporqueproporcionaunequi-
librio muy bueno entre lo pr¶actico y lo conceptual. Puesto que Python es un
lenguaje interpretado, los principiantes pueden tomar el lenguaje y empezar a
hacercosasinteresantescasiinmediato,sinperderseellosproblemasdecompila-
ci¶onyenlazado.Adem¶as,Pythonvieneconunagranbibliotecadem¶odulosque
sepuedenusarparahacertodaclasedetareasqueabarcandesdeprogramaci¶on
parawebagr¶aflcos.Esteenfoquepr¶acticoesunabuenamaneradeenganchara
estudiantesypermitequecompletenproyectossigniflcativos.Sinembargo,Pyt-
hon tambi¶en puede servir como una base excelente para intruducir conceptos
importantes de inform¶atica. Puesto que Python soporta completamente proce-
dimientos y clases, los estudiantes pueden introducirse gradualmente en temas
como abstracci¶an procedural, estructuras de datos, y programaci¶on orientada
objetos, que son aplicables a cursos posteriores en Java o C++. Python incluso
toma prestada cierta cantidad de caracter¶‡sticas de lenguajes de programaci¶on
funcionalesypuedeusarseparaintruducirconceptosquepudieransercubiertos
en mas detalle en cursos de Scheme o Lisp.
Leendo, el prefacio de Jefirey, me sorprenden sus comentarios sobre que Pyt-
hon le permite ver un \m¶as alto nivel de ¶exito y un bajo nivel de frustraci¶on2
que puede \avanzar r¶apido con mejores resultados". Aunque estos comentarios
se refleren a sus cursos introductorios, a veces uso Python por estas mismas
razones en cursos de inform¶atica avanzada en la Universidad de Chicago. En
estos cursos me enfrento constantemente con la desalentadora tarea de cubrir
unmont¶ondematerialdif¶‡cilenunagotadortrimestredenuevesemanas.Aun-
queesciertamenteposibleparam¶‡in(cid:176)igirmuchodolorysufrimientousandoun
lenguajecomoC++,hevistoamenudoqueeseestiloesineflcaz,especialmente
cuandoelcursosetratadeunasuntosinrelaci¶onapenasconla\programaci¶on".
Encuentro que usar Python me permite dedicarme m¶as al asunto en cuesti¶on
mientras permito a los estudiantes completar proyectos u¶tiles.
Aunque Python es todav¶‡a un lenguaje joven y en desarollo, creo que tiene
un futuro brillante en la educaci¶on. Este libro es un paso importante en esa
direcci¶on.
David Beazley
Universidad de Chicago
Autor de Python Essential Reference
Prefacio
Por Jefi Elkner
Este libro debe su existencia a la colaboraci¶on hecha posible por la Internet y
al movimiento de software libre. Sus tres autores, un profesor universitario, un
profesordeinstitutoyunprogramadorprofesional,todav¶‡atienenqueconocerse
cara a cara, pero hemos sido capaces de colaborar estrechamente y hemos reci-
bidolaayudademuchagentemaravillosaquehandonadosutiempoyesfuerzo
para ayudar a mejorar este libro.
Creemos que este libro es un testamento a los beneflcios y futuras posibilidades
de este tipo de colaboraci¶on, cuyo marco han establecido Richard Stallman y la
Free Software Foundation.
Co¶mo y por qu¶e vine a usar Python
En 1999, el examen de Advanced Placement (AP) de Ciencias de la Computa-
ci¶on del Claustro Escolar se realiz¶o por primera vez en C++. Como en muchos
institutos en todo el pa¶‡s, la decisi¶on de cambiar de lenguaje tuvo un impacto
directo sobre el curriculum de inform¶atica en el Insituto de Yorktown en Ar-
lington,Virgina,dondedoyclase.Hastaesemomento,ellenguajedeensen~anza
era Pascal tanto en nuestro curso de primer an~o como en el AP. Al seguir con
la pr¶actica anterior de dar a los estudiantes dos an~os de exposici¶on al mismo
lenguaje, tomamos la decisi¶on de cambiar a C++ en el aula de primer an~o del
curso 1997-98 de modo que estar¶‡amos en sinton¶‡a con el cambio del Claustro
Escolar para el curso AP del an~o siguiente.
Dosan~osm¶astarde,meconvenc¶‡dequeC++eraunamalaelecci¶onparainiciar
a los estudiantes en la inform¶atica. Aunque es un lenguaje de programaci¶on
muy poderoso, tambi¶en es extremadamente dif¶‡cil de aprender y ensen~ar. Me
encontr¶eluchandoconstantementeconladif¶‡cilsintaxisdeC++ysusmu¶ltiples
formas de hacer las cosas, y como consecuencia perd¶‡a muchos estudiantes sin
viii Prefacio
necesidad.Convencidodequedeb¶‡adehaberunaelecci¶onmejorparaellenguaje
de nuestro curso de primer an~o, me puse a buscar una alternativa para C++.
Necesitaba un lenguaje que funcionase tanto en las m¶aquinas de nuestro labo-
ratorio de Linux como en las plataformas Windows y Macintosh que la mayor¶‡a
de los estudiantes ten¶‡an en casa. Quer¶‡a que fuera de c¶odigo abierto, para que
los estudiantes pudieran usarlo en casa sin importar su nivel econ¶omico. Quer¶‡a
un lenguaje utilizado por programadores profesionales, y que tuviera una co-
munidad activa de desarrolladores a su alrededor. Ten¶‡a que soportar tanto la
programaci¶on procedural como la orientada a objetos. Y lo m¶as importante,
ten¶‡aqueserf¶acildeaprenderydeensen~ar.Cuandoinvestigu¶elasopcionescon
estos obejetivos en mente, Python destac¶o como el mejor candidato.
Ped¶‡ a uno de los estudiantes m¶as talentosos de Yorktown, Matt Ahrens, que
probase Python. En dos meses, no s¶olo hab¶‡a aprendido el lenguaje, sino que
escribi¶o una aplicaci¶on llamada pyTicket que permit¶‡a a nuestro personal infor-
mardeproblemastecnol¶ogicosviaWeb.Sab¶‡aqueMattnopod¶‡aterminaruna
aplicaci¶on de tal escala en tan poco tiempo con C++, y este logro, combinado
conlapositivavaloraci¶ondePythonporpartedeMatt,suger¶‡aquePythonera
la soluci¶on que buscaba.
Encontrar un libro de texto
Una vez decidido a usar Python tanto en mis clases de inform¶atica b¶asica como
en el an~o siguiente, el problema m¶as acuciante era la falta de un libro de texto
disponible.
El contenido libre vino al rescate. Anteriormente en ese an~o, Richard Stallman
me present¶o a Allen Downey. Ambos hab¶‡amos escrito a Richard expresando
nuestrointer¶esendesarrollarconenidoseducativoslibres.Allenyahab¶‡aescrito
un libro de texto de inform¶atica de primer an~o, How to Think Like a Com-
puter Scientist. Cuando le¶‡ ese libro, supe inmediatamente que quer¶‡a usarlo
en mi clase. Era el libro de inform¶atica m¶as claro y pr¶actico que hab¶‡a visto.
Pon¶‡ael¶enfasisenlosprocesosdepensamientoinvolucradosenlaprogramaci¶on
m¶as que en las caracter¶‡sticas de un lenguaje en particular. Su lectura me hizo
inmediatamente un maestro mejor.
How to Think Like a Computer Scientistnoeras¶olounlibroexcelente,sinoque
se public¶o bajo la licencia pu¶blica GNU, lo que signiflcaba que pod¶‡a usarse y
modiflcarse libremente para ajustarse a las necesidades de su usuario. Una vez
que decid¶‡ usar Python, se me ocurri¶o que podr¶‡a traducir la versi¶on original
en Java del libro de Allen al nuevo lenguaje. Aunque no hubiera sido capaz de
escribir un libro de texto por mi cuenta, tener el libro de Allen para trabajar a
ix
partir de¶el me hizo posible hacerlo, mostrando al mismo tiempo que el modelo
cooperativo de desarrollo que tan buenos resultados hab¶‡a dado en el software
pod¶‡a funcionar tambi¶en para el contenido educativo.
Eltrabajoenestelibrodurantelosdosu¶ltimosan~oshasidogratiflcanteparamis
estudiantes y para m¶‡, y mis estudiantes desempen~aron un importante papel en
el proceso. Como pod¶‡a hacer cambios instant¶aneos cuando alguien encontraba
un error ortogr¶aflco o un pasaje dif¶‡cil, los anim¶e a buscar errores en el libro
d¶andoles un punto extra cada vez que hac¶‡an una sugerencia que terminaba
como un cambio en el texto. Esto tuvo el doble beneflcio de animarlos a leer el
textoconm¶asatenci¶onytenereltextorevisadoenprofundidadporsuscr¶‡ticos
m¶as importantes: los estudiantes que lo usan para aprender inform¶atica.
Paralasegundamitad dellibro,acercadelaprogramaci¶on orientada aobjetos,
sab¶‡a que necesitar¶‡a a alguien con m¶as experiencia real en programaci¶on de
la que yo ten¶‡a para hacerlo bien. El libro se estanc¶o en un estado inacabado
durante buena parte de un an~o hasta que la comunidad de c¶odigo abierto de
nuevo proporcion¶o los medios necesarios para su terminaci¶on.
Recib¶‡ un correo electr¶onico de Chris Meyers expresando su inter¶es en el li-
bro. Chris es un programador profesional que empez¶o a impartir un curso de
programaci¶on con Python el an~o pasado en el Colegio de Lane Community,
en Eugene, Oregon. La perspectiva de impartir el curso llev¶o a Chris has-
ta el libro, y empez¶o a colaborar con ¶el inmediatamente. Hacia el flnal del
an~o escolar hab¶‡a creado un proyecto complementario en nuesto sitio web en
http://www.ibiblio.org/obp llamado Python for Fun y estaba trabajando
conalgunosdemisestudiantesaventajadoscomoprofesormagistral,dirigi¶endo-
les m¶as all¶a de donde yo pod¶‡a llevarles.
Presentando la programacio¶n con Python
El proceso de traducir y usar How to Think Like a Computer Scientist duran-
te los dos u¶ltimos an~os ha conflrmado la idoneidad de Python para ensen~ar a
estudiantes principiantes. Python simpliflca enormemente los ejemplos de pro-
gramaci¶onyfacilitalaensen~anzadelosconceptosimportantesenprogramaci¶on.
x Prefacio
El primer ejemplo del texto ilustra esta cuesti¶on. Es el tradicional programa
\hola, mundo", que en la versi¶on C++ del libro es as¶‡:
#include <iostream.h>
void main()
{
cout << "Hola, mundo" << endl;
}
en la versi¶on Python se convierte en:
print "Hola, Mundo"
Aunque es un ejemplo trivial, destacan las ventajas de Python. El curso de
Inform¶atica I en Yorktown no tiene prerrequisitos, as¶‡ que muchos de los estu-
diantes que ven este ejemplo est¶an mirando su primer programa. Algunos de
ellos est¶an sin duda un poco nerviosos, tras haber o¶‡do que programar compu-
tadores es algo dif¶‡cil de aprender. La versi¶on C++ siempre me ha obligado a
elegirentredosopcionesinsatisfactorias:explicarlassentencias#include,void
main(),f,ygyarriesgarmeaconfundirointimidaraalgunosestudiantesdesde
el principio, o decirles \No te preocupes de todo eso ahora, hablaremos de ello
m¶astarde",yarriesgarmealomismo.Losobjetivoseducativosenestemomento
del curso son exponer a los estudiantes a la idea de una sentencia de progra-
maci¶on y llevarles a escribir su primer programa, present¶andoles de esta forma
el entorno de programaci¶on. La programaci¶on con Python tiene exactamente lo
que necesito para hacer estas cosas, y nada m¶as.
La comparaci¶on del texto explicativo de este programa para cada versi¶on del
libro ilustra mejor lo que esto signiflca para los estudiantes principiantes. Hay
trece p¶arrafos de explicaci¶on de \<Hola, mundo!" en la versi¶on C++. En la
versi¶on Python s¶olo hay dos. Au¶n m¶as importante: los once p¶arrafos que faltan
no tocan las \grandes ideas" de la programaci¶on de computadores, sino las
minucias de la sintaxis de C++. Encontr¶e que esto mismo suced¶‡a por todo el
libro. P¶arrafos enteros desapareciendo de la versi¶on Python del texto porque la
sintaxis clara de Python los hace innecesarios.
El uso de un lenguaje de muy alto nivel como Python permite que el profesor
deje para m¶as tarde hablar sobre los detalles de bajo nivel de la m¶aquina hasta
quelosestudiantestenganelfondonecesarioparaentenderlosdetalles.Deeste
modo crea la habilidad de poner pedag¶ogicamente \antes lo primero". Uno de
losmejoresejemplosdeelloeslamaneraenlacualPythonmanejalasvariables.
En C++ una variable es un nombre para un lugar que contiene una cosa. Las
variables deben declararse segu¶n su tipo en parte porque el taman~o del lugar al
que apuntan tiene que determinarse de antemano. As¶‡, la idea de una variable
est¶a ligada al hardware de la m¶aquina. El concepto poderoso y fundamental de