Solving Advanced Problems with Python LEGACY bis 2024 [KSR Wiki]

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====== - Solving Advanced Problems with Python LEGACY bis 2024 ======

**Idee & Ziele:**

   * Verschiedene anspruchsvolle Probleme aus dem **mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich** mit Python lösen.
   * Mit **Jupyter-Notebooks** arbeiten


===== Auftrag 1: Jupyter-Widgets & Markdown =====

   1. Studiere das kurze Tutorial zu [[talit:python_advanced#jupyter_notebook|Jupyter Notebooks]] und **installiere beide Varianten**, also Jupyter im Browser und Jupyter in VSCode.
   1. Lade das PDF mit dem [[talit:python_advanced#magic_cheat_sheet|Jupyter-Cheat Sheet]] herunter und verschaffe dir eine grobe Übersicht.
   1. Lade das folgende Jupyter-Notebook herunter (zuerst entzippen) und arbeite es durch: {{ :talit:01_intro_widgets.ipynb.zip |}}

===== Auftrag 2: Einfache Differentialgleichungen (DGL) =====

   1. Kurze Einführung in DGL
   1. Lade das folgende Jupyter-Notebook herunter (zuerst entzippen) und arbeite es durch: {{ :talit:02_einfache_dgl.ipynb.zip |}}

===== Auftrag 3: Bewegungsgleichungen =====

<color blue>TODO: Federpendel mitbringen</color>

Unterlagen: {{ :talit:03_bewegungsgleichungen.ipynb.zip |}}

   1. Selbständig Theorie zu Bewegungsgleichungen studieren (sca mit 2M beschäftigt am Anfang)
   1. Aufgaben lösen
   1. Besprechung mit sca:
     1. Fragen zu Auftrag 2?
     1. Physik & Mathe hinter Bewegungsgleichung besprechen, Experimente anschauen

===== Auftrag 4: Eigener DGL-Solver =====

Unterlagen: {{ :talit:04_eigener_dgl_solver.ipynb.zip |}}

   1. Kurzer Input zu DGL-Solvern
   1. Auftrag lösen
   1. Fragen zu Auftrag 3?

===== Auftrag 5: Game of Life =====

==== Version 1 ====

   * Studiere nur [[https://de.wikipedia.org/wiki/Conways_Spiel_des_Lebens#Die_Spielregeln|Spielregeln]]
   * Implementiere das Game of Life mit Python (normal oder Jupyter)
   * Wie du es visualisierst, ist dir überlassen: Konsole, PyGame, PyQt, Jupyter, ...
   * Programmiere **ganz alleine** (keine Inspiration von Google, weiter unten auf Wiki, ...)

==== Version 2 ====

++++Rückmeldung Codes HS 2023 Gruppe I|

   * abgegebene Codes gut bis sehr gut für 1. Version
   * einige bereits zumindest teilweise objektorientiert
   * meist Modell und View noch nicht sauber getrennt
   * typische Fehler / Probleme / Limitationen:
     * endliche Welt: Zellen können ausserhalb des angezeigten Bereichs nicht existieren
     * Code sehr ineffizient, da auch alle toten Zellen gespeichert. Beispiel: 100x100 Grid -> 10'000 Zellen, die updated werden müssen in jedem Schritt
   * Code etw. chaotisch: Ordne Code sauber (Konstanten, Klassen, Funktionen, ...)
   * Kommentare meist zu spärlich

++++

++++Vorgaben Version v02|

   * Mache eine Kopie von v01 oder starte neu und gebe einen passenden Namen, z.B. `game_of_life_v02.py` (manchmal einfacher: neues File, dann Code Stück für Stück hinein kopieren)
   * Modell überarbeiten / neu schreiben (View von v01 übernehmen)
   * muss **komplett objektorientiert** sein (siehe unten empfohlene Klassen)
   * **unendlich grosse Welt:** Zellen können ausserhalb des auf Bildschirm angezeigten Bereichs leben
   * speichere nur die lebendigen Zellen, die toten werden aus Liste entfernt
   * **Model und View komplett getrennt**.
   * Bitte ausreichend **Kommentieren**

++++

++++Theorie Model vs. View|

   * Ist ein **Programmierparadigma** ("Programmier-Philosophie")
   * **Model:** Abbildung des Game-States im Code (Objekte, Listen, ...)
   * **View:** Anzeige des Game-States (z.B. Console-View, PyGame, ...)
   * Die beiden sollten *strikt getrennt sein*
   * Vorteil: Kann Modell 1x programmieren und dann in verschiedenen Views verwenden, z.B. Console-App, PyGame, Webgame, ...

++++

++++Empfohlene Klassen|

<code python>
# MODELL
"""
Die ersten beiden Klassen bilden das Modell und haben nichts mit der Darstellung zu tun.
Deshalb dürfen diese KEINE print, PyGame usw. Befehle beinhalten.
"""
class World:
    """
    Create only one object of this class.
    Contains list with all cells that are alive, updated them, ...
    """
    def __init__(self,...):
        self.cells = [] # saves all cells that are ALIVE
        ...
        
    def update(self):
        pass
        
    ....

class Cell:
    """
    describes a single cell
    """
    def __init__(self,...):
        self.x = ... # x coordinate
        self.y = ... # y coordinate
        self.is_alive = ... # is currently alive
        self.stays_alive = ... # will still be alive in next round
        self.neighbours = []

    ....

# VIEW
"""
Die Klasse(n) hier ist für die Darstellung zuständig. 
"""

class ConsoleApp: # or PygameApp
    pass

# EXECUTE PROGRAM
"""
Könnte etwa wie folgt aussehen:
"""

if __name__ == "__main__":
    world = World("static 1") # erstelle Welt mit vordefiniertem Preset, weitere Möglichkeiten: "glider 1", "random", ...
    console_app = ConsoleApp(world) # erstelle eine Console App (oder PyGame, ...)
    console_app.animate() # führe aus

</code>

++++

==== Version 3 ====

**Vorgaben:**

   * Basierend auf v02 (alles OOP, strikte Trennung von Modell und Logik)
   * Verwende Python-Bibliothek für GUI wie PyGame, PyQT, ... (Konsole reicht nicht!)
   * sehr ansprechende Grafik
   * verschiedene Buttons für versch. Startbedingungen:
     * random mit einstellbarer Wahrscheinlichkeit (z.B. Slider)
     * einige coole Objekte (Glider, Kanonen, ... siehe hier für Inspiration [[https://de.wikipedia.org/wiki/Conways_Spiel_des_Lebens#Gleiterkanonen]])


==== Version 4 ====

   * Web-Version mit Flask
   * Verwende Model von letzter Version