Curso de Python para biólogos - Lección 4. Entrada de datos y bucles while

En esta nueva lección aprenderemos a pedir datos al usuario desde nuestro programa y a realizar nuestros primeros bucles. Como veremos, un bucle consiste en repetir un bloque de código varias veces sin tener que volver a escribirlo.

 

Entrada de datos desde la línea de comandos

A veces necesitaremos introducir datos en nuestro programa de forma interactiva, lo que significa que preguntaremos o pediremos al usuario cierta información (por ej. linux siempre nos pregunta antes de instalar un nuevo programa y debemos responder 'yes' o 'no'). En Python se utiliza la función 'input', dicha función devuelve el texto introducido por el usuario antes de pulsar Enter. El texto tendrá formato de cadena (string), por lo que no podrá ser utilizado directamente en caso de ser un número, habrá que convertir la cadena en número.

 

Conversión entre diferentes formatos de datos

Muchas funciones y métodos de Python sólo aceptan un tipo de datos, por ejemplo 'print' requiere cadenas o las operaciones aritméticas requieren números. Los tipos de datos que conocemos son: números, cadenas, listas y diccionarios. Simplificando, en Python existen 2 clases de números, los enteros (int) y los decimales (float). Por ello es importante conocer cómo convertir una cadena (devuleta por la función 'input' por ejemplo) en un número antes de realizar operaciones aritméticas, o convertir un número en una cadena antes de imprimirlo.

Si intentamos elevar al cuadrado un número introducido mediante 'input' nos dará error, porque antes deberemos convertir la cadena devuelta por 'input' en un tipo de número (int o float).

Si el texto devuelto por 'input' contiene decimales, al intentar convertirlo en número entero nos devolverá un error. La solución es convertirlo a decimal primero. Pero cuidado, operar con números enteros es diferente que con números decimales, y los resultados pueden variar mucho.

Validación de datos con 'try' y 'except':

Como hemos visto en los ejemplos anteriores, muchas veces tenemos errores al intentar operar con los diferentes tipos de datos. Una forma de evitar problemas es detectar los errores con la sentencia 'try:' y evitar que se ejecute el código que origina el error para ejecutar un código alternativo especificado por 'except:'. Se podría traducir cómo: "en caso de error... hacer lo siguiente...".

 Notar cómo siempre hay diferentes maneras de hacer lo mismo...

Pero 'try' y 'except' no son milagrosos, no permiten por ejemplo corregir errores en la sintaxis de nuestro código, como puede ser olvidarnos un paréntesis o unas comillas.

Bucles 'while':

Por fin vamos a adentrarnos en el fascinante mundo de los bucles. Un bucle es un bloque de código que es ejecutado varias veces, pero sólo hay que escribirlo una vez :)

La particularidad de un bucle 'while' es que es ejecutado indefinidamente (bucle infinito) mientras la condición que le sigue es cierta (True). Como en el caso de las sentencias condicionales con 'if', el código a ejecutar mientras se cumpla la condición debe ser tabulado 4 espacios para ser reconocido por Python. Veamos unos ejemplos.

Empecemos a aplicar los conocimientos adquiridos y veamos cómo usar sentencias condicionales (if...elif...else...) dentro de un bucle, la tabulación será muy importante...

Ejercicio1. Programa para adivinar un número:

Para terminar la lección haremos dos ejercicios muy interesantes. El primero será escribir un código que genera un número aleatorio entre 1 y 100, y nos preguntará sucesivante por el número hasta que lo adivinemos. Las primeras líneas (from random import randint y number=randint(1,100)) son necesarias para generar el número aleatorio guardado en la variable 'number' pero serán explicadas en próximas lecciones.

Pero, qué pasa si nos equivocamos y no escribimos un número? El programa devolverá un error a no ser que nos preparemos para ello:

Ejercicio2. Cantar una canción

En el último ejercicio de hoy, crearemos un código que nos pida escribir una canción línea a línea y después la mostrará en pantalla 2 veces, imprimiendo línea por línea con un bucle 'while'.

  
Próxima lección: bucles 'for' 

Curso de Python para biólogos - Lección 3. Data comparison and conditional statements

Comenzamos la semana con una nueva lección de Python, todavía no quedan un par de lecciones de conceptos básicos antes de empezar a hacer algún pequeño programa para resolver problemas biológicos. En la presente lección explicaremos cómo se pueden comparar datos y condicionar la ejecución del código de acuerdo a dichas comparaciones.

Expresiones booleanas

Una expresión booleana es una comparación entre 2 valores o variables que devuelve un resultado de cierto (true) si ambos valores son iguales o ambas variables contienen el mismo valor y falso (false) si son diferentes. True y false son los dos únicos valores de otro tipo de datos llamado booleano (pero no queremos explicar más tipos de datos, con los ya vistos es suficiente: números, cadenas, listas y diccionarios).

Operadores de comparación y lógicos

Se denominan operadores de comparación a las expresiones mostradas en la imagen (==, !=, <, >, <= y >=), permiten realizar comparaciones de dos valores o variables con 2 únicos posibles resultados: true o false.

Los comparadores lógicos son 'and', 'or' and 'not' y permiten combinar diferences comparaciones. En la tabla se muestran los posibles resultados. 'and' da como resultado true si todas las comparaciones son ciertas y false si una de ellas es falsa. 'or' devuelve true si al menos una de las comparaciones es cierta y false si todas son falsas. 'not' cambia el resultado de una comparación de true a false o al contrario.

 Veamos unos ejemplos:

Sentencias condicionales

Una sentencia condicional decide si se ejecuta o no el código indentado que le sigue a continuación, si la comparación es cierta el código se ejecuta, si es falsa no sucede nada. Las sentencias condicionales se escriben con el operador 'if' seguido de una comparación y termina con dos puntos ':'. En las siguientes líneas se escribe el código indentado con espacios o tabulador (recomendado 4 espacios). El código indentado sólo se ejecutará si la comparación da como resultado true.

Las sentencias condicionales se pueden hacer más completas añadiendo condiciones con el operador 'elif'. Si la primera condición (con 'if') no se cumple, se pasará a comprobar si se cumple la segunda (con 'elif') y así sucesivamente hasta que se agoten las condiciones. Si todas las comparaciones con 'if' y 'elif' son falsas, entonces se ejecutará el código especificado por el operador 'else'.

Para usar las sentencias condicionales con listas, o con valores de diccionarios (recordar dict.values() devuelve una lista de los valores asociados a las claves y dict.keys() devuelve una lista de todas las claves) existe la expresión if in :. Dicha expresión permite buscar un valor en una lista y si lo encuentra ejecuta el código indentado. Es una expresión muy útil que usaremos en futuras lecciones.

Condicionales anidados

Para terminar por hoy veremos une ejemplo donde hay una combinación de comparaciones y operadores lógicos muy larga y que hace confuso el código (lo que también propicia errores al escribirlo, por ejemplo si nos dejamos un paréntesis). El mismo código se puede escribir introduciendo unas sentencias condicionales dentro de otras, el código es más largo, pero también más claro y conciso. Cada sentencia condicional que se escribe debe ser indentada, si escribimos una sentencia condicional dentro de otra deberemos indentar el doble de espacios.

Próxima lección

En la próxima lección veremos como pedir al usuario que introduzca datos y cómo realizar bucles 'while'.

Curso de Python para biólogos - Lección 2. Nuevos tipos de datos: listas, diccionarios y matrices

Volvemos con una nueva lección...
por motivos de tiempo, esta vez voy a incluir las diapositivas en inglés, aunque traduciré las explicaciones ;)

También sería gratificante que si seguís el curso y os parece útil hiciérais algún comentario para ver si alguien lo usa o es un tutorial más de Python en internet...

En esta nueva lección introduciremos dos tipos más de datos: las listas y los diccionarios. Recordad que en la lección anterior vimos los números y las cadenas de texto, además de aprender a instalar Python en Windows y a ejecutar comandos en una consola

¿Qué es una lista?

Una lista es un listado de valores, y se introducen separados por comas y entre corchetes. Dichos valores suelen ser números o cadenas, pero también pueden ser otros tipos de datos como veremos posteriormente. En Perl las listas se llaman arrays o arreglos.

Para referirnos a un elemento de la lista, deberemos conocer su posición. Dicha posición se llama índice (index) y las posiciones de los elementos en las listas comienzan en 0 (como en las cadenas). Al igual que las cadenas, las listas pueden ser troceadas, pero además los elementos de una lista también pueden ser modificados.

¿Cómo modificar una lista?

Las listas poseen un conjunto de métodos o funciones que permiten hacer diversas cosas con ellas, por ejemplo insertar elementos, eliminarlos, extraerlos, ordenarlos, contarlos... Dichos métodos se aplican escribiendo el nombre de la lista sequido de un punto, el método y entre paréntesis sus parámetros si es que los requiere (el paréntesis es obligatorio pero puede estar vacío).

 Veamos unos ejemplos:

 Pero cuidado, a cada método hay que darle los parámetros adecuados entre paréntesis:

Veamos la diferencia entre el método 'pop' que extrae un elemento indicando su posición y lo borra de la otra forma de modificar el elemento sin borrarlo. También los métodos 'append' e 'insert':

Podemos borrar elementos de una lista con la función 'del', pero cuidado porque podemos borrar la lista completa... ('del' no es un método por ello no requiere punto ni paréntesis)

Copia por valor y por refencia

Creo que este concepto merece pararnos y explicarlo más en detalle. Normalmente estamos acostumbrados que cuando copiamos algo sea una copia por valor, es decir, que si modificamos la copia no se modifique el original. Pero éste no es el comportamiento por defecto de Python, por motivos de eficiencia Python siempre copia por referencia los datos si no se indica lo contrario. La copia por referencia es una copia de las posiciones en memoria de los datos, de forma que si modificamos posteriormente la copia también se mofica el original porque guardan los datos en el mismo lugar de la memoria.

Para hacer copia por valor de una lista deberemos utilizar el método 'copy'. Si usamos el símbolo '=' se realizará una copia por referencia.

¿Qué es un diccionario?

Un diccionario se parece a una lista, pero en vez de ordenar sus elementos o 'valores' e identificarlos por su posición o índice, un diccionario no ordena sus elementosy los identifica por la llamada 'clave'. La clave es normalmente un texto que nos ayuda a localizar su contenido asociado en el diccionario, este contenido es el valor. Los diccionarios en Perl se llaman hashes o arreglos asociativos.

Un diccionario se define entre llaves, y en su interior se incluye una lista de pares clave:valor separados por comas.

Los pares clave:valor de un diccionario NO están ordenados y  no podemos referirnos a ellos mediantes índices, la única forma de llamar a un valor del diccionario es conociendo su clave asociada. De la misma forma que con las listas, el comando 'del' permite borrar pares clave:valor del diccionario, o el diccionario completo.

¿Cómo modificar un diccionario?

Al igual que las listas, los diccionarios tienen un conjunto de métodos que nos permiten modificarlos.

Los métodos 'keys' y 'values' devuelven una lista de las claves o valores respectivamente, el método 'items' devuelve una lista de pares (clave, valor). Los métodos 'get', 'pop', 'clear' y 'copy' funcionan de forma similar a como lo hacen con las listas. Realicemos unos cuantos ejemplos:

Funciones para cadenas, listas y diccionarios

Existen un conjunto de funciones u operaciones comunes para estos tres tipos de datos, se listan a continuación:

 

Permiten conocer su longitud (o número de elementos o pares clave:valor), el tipo de datos guardado en una variable o convertir un tipo de datos en otro tipo diferente:

 

Listas anidadas o listas de listas

Una lista anidada, del inglés nested list, es una lista formada por varias listas, si éstas contienen sólo números podríamos pensar como si fuera una matriz:

Pero además de incluir en una lista otras listas, podemos incluir otros tipos de datos como un diccionario. En este caso no podremos acceder a los datos del diccionario usando índices.

  
Diccionarios anidados

Al igual que en el caso de las listas, podemos crear diccionarios de diccionarios (anidados). También podemos mezclar listas en diccionarios y otros tipos de datos.

Próxima lección

La cosa se va complicando, números, cadenas, listas, diccionarios... mix!!! y además cada tipo de datos tiene asociado unos métodos y operaciones para modificarlos. En el próximo capítulo la cosa se complica y aprenderemos a comparar los datos y poner condiciones al comportamiento de un programa.

Curso de Python para biólogos - Lección 1. Ejecutando Python en Windows

Traicionando al blog, pero espero que beneficiando a sus lectores, vamos a publicar un curso de Python por entregas (cada 1 ó 2 semanas).

El curso está diseñado para introducir el mundo de la programación a biólogos, bioquímicos, médicos... en fin a cualquier investigador o experimentalista que sabe manejar con soltura un ordenador y le interesa aprender a programar.

Durante el curso se aprenderá a solucionar de forma más sencilla problemas comunes que son complicados de resolver con otras herramientas como hojas de cálculo o editores de texto. Por ejemplo, cambiar de formato un fichero con miles de secuencias, extraer unos pocos datos de interes de un fichero de cientos de megas u extraer y ordenar datos a nuestro antojo de una tabla con miles de resultados.

El curso original está preparado en inglés, por ello el código y ejemplos son en inglés, no obstante creo que cualquier lector de este blog puede entenderlos. Además el código serán imágenes para forzar al lector a escribir los ejemplos y no limitarse a copiar y pegar.

¿Qué es Python?

En Wikipedia encontraremos una buena definición:

Python es un lenguaje de alto nivel y de propósito general cuya filosofía de diseño se centra en la facilidad de lectura y escritura de código, permitiendo a los programadores expresar sus conceptos en pocas líneas de código. Esta filosofía contrasta con la complejidad de lenguages como C++ o Java.

¿Para qué sirve Python? 

Saber programar en biología es sumamente útil, de ahí la importancia de la bioinformática y la biología computacional. A continuación mostraremos algunos buenos ejemplos de su utilidad.

Ejemplo 1. Supongamos tenemos un fichero FASTA con cientos de secuencias de mRNA y queremos traducirlas a secuencias de proteínas. Conociendo el código genético del organimo en cuestión podemos hacer un sencillo script de Python que nos genere automáticamente otro fichero FASTA con las secuencias de proteínas.

Ejemplo 2. En este caso queremos realizar un experimento de expresión diferencial de genes en dos condiciones diferentes, por ej. en un paciente sano y en otro enfermo. Para ello usamos microarrays (o chips de DNA) y obtenemos un fichero con las intensidades de las sondas que hibridan con los genes. El valor de las miles de intensidades no nos permite sacar ninguna conclusión valiosa a mano, pero si agrupamos los genes por familias o función, podremos ver qué mecanismos celulares están afectados, por ejemplo una vía apoptótica en un caso de cáncer. Para realizar dichos análisis podemos ayudarnos de Python.

Ejemplo 3. Ahora que están de moda las nuevas tecnologías de secuenciación, éstas nos proporcionan millones de secuencias cortas (menos de 300bp) que debemos ensamblar o alinear con un genoma de referencia. Aunque existen muchas herramientas y muy eficientes para estos fines (escritas principalmente en C++, un lenguaje mucho más rápido que Python), podemos escribir scripts en Python que nos ayuden a procesar estas secuencias antes de ser alineadas o a analizar los resultados del alineamiento.

¿Perl o Python? 

En mi opinión ambos lenguajes de programación son igualmente válidos. Python tiene la ventaja de ser rápido y sencillo de escribir, y también de leer y modificar posteriormente el código. Aunque personalmente me encuentro más cómodo con Perl, mucha gente actualmente usa Python. La elección de uno u otro va a depender principalmente de la existencia previa de utilidades que nos interesen para nuestra investigación en uno u otro lenguaje. Por ejemplo, si trabajamos en biología estructural elegiremos Python porque existen muy buenos módulos para leer y manejar ficheros PDB. Y si trabajamos en filogenética posiblemente preferiremos Perl porque las utilidades existentes para este lenguaje son más completas. En la siguiente imagen podemos ver como un código sencillo de Python es más sencillo que uno de Perl, pero no nos engañemos, un código de Python mal indentado puede ser un infierno.

¿Cómo instalar Python? 

Para empezar este curso instalaremos la versión estable más reciente de Python desde su página oficial:

 

Durante la instalación será muy importante activar la opción "Añadir python.exe al PATH":

Comprobaremos la existencia del nuevo grupo de programas en nuestro escritorio:

¿Cómo ejecutar Python?

Entre las utilidades instaladas por Python encontraremos: "Python GUI" y "Python Command line", al ejecutarlas su aspecto es el siguiente:

Para empezar a programar y realizar los siguientes ejemplos recomiendo "Python GUI", pero "Python Command line" es igualmente válida. Podemos probar a escribir unas simples operaciones aritméticas y pulsar "Enter" como se muestra en la imagen:

Usando Python como una calculadora

En el anterior ejemplo vimos como Python se puede usar como calculadora. A continuación realizaremos unas cuantas operaciones aritméticas y asignaremos valores numéricos a las palabras 'width' y 'heigth' para posteriormente calcular su producto. Notar también el uso del cáracter almohadilla ´#´, todo el texto que escribamos a continuación de éste carácter no será leído ni ejecutado en el programa de Python, sirve para insertar comentarios en el código.

Palabras y frases en Python (cadenas)

En Python llamamos 'cadenas' (strings) cuando en vez de números trabajamos con palabras, frases o textos. Este tipo de datos se escribe siempres entre comillas simples ('texto') o dobles ("texto"). Podemos incluir un tipo de comillas dentro del otro, pero si queremos incluir unas comillas del mismo tipo que las que delimitan el texto, deberemos usar el carácter barra invertida '\' y a continuación la comilla (ej. "\""), la barra invertida se denomina carácter de escape y tendrá más usos como se muestra a continuación.

Si en un texto incluimos la barra invertida seguida de 'n' ('\n') insertaremos un salto de línea. Pero para que el salto de línea sea efectivo, necesitaremos utilizar nuestro primer comando de Python: 'print'. Un comando ejecuta una acción sobre unos argumentos que se incluyen entre paréntesis, en este caso 'print' ejecuta la acción de imprimir el texto que se incluye entre paréntesis. Escribir texto entre comillas en el ejemplo anterior nos ha servido para practicar, pero a partir de ahora para imprimirlo lo escribiremos dentro de los paréntesis del comando 'print' y conservando las comillas dobles o sencillas.

Variables en Python

Una variable es un valor/datos almacenados en la memoria del ordenador (ej. números o cadenas), la localización del valor se asocia a un nombre o identificador. El nombre de la variable sirve para referirnos a los datos que guarda, y estos datos pueden ser modificados o reemplazados por otros nuevos.

Los nombres de variables sólo pueden contener letras en su comienzo y letras, número y '_' (barra baja) en el resto del nombre (ver ejemplos en la siguiente imagen).

Juguemos un poco con variables, veamos como guardar textos en ellas y concatenarlos. También como guardar números y sumarlos, restarlos... además como imprimir los resultados con el comando 'print'.

Para finalizar la primera lección, guardaremos la palabra "Python" en la variable 'word'. Veamos cómo acceder a cada una de sus letras según su posición (empezando siempre desde la posición 0 para la primera letra 'P') y veamos qué pasa al intentar acceder a una posición que no existe o intentar modificar una letra de la variable.

Próxima lección

Esto es todo por hoy, en la próxima lección más y mejor...

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