[python] Esercizio su wxPython e PyOpenGL per disegnare un poligono dato il numero di lati

Quello che voglio realizzare oggi è un semplice programma in Python 2.7, con interfaccia grafica e che permetta di disegnare un poligono regolare dato il numero di lati. In questo esercizio vedremo quindi due cose:

  1. L’utilizzo di wxPython per creare un rudimentale programma con interfaccia grafica
  2. L’utilizzo di PyOpenGL per disegnare dentro ad un canvas una figura geometrica

Il programma che andremo a creare avrà alla fine questo aspetto, con uno spazio per inserire il numero di lati ed un canvas su cui disegnare:

Anzitutto assicuriamoci di disporre di entrambe le librerie, per farlo installiamole con pip eseguendo i seguenti due comandi da terminale:

Una volta installate le librerie possiamo cominciare a creare il nostro programma.

Per prima cosa creiamo una classe per la nostra applicazione, utilizzando wx.Frame e avviando la finestra principale. Il codice di cui avremo bisogno sarà il seguente:

In questo modo creiamo una finestra di dimensione 800 x 600 px con titolo Disegnatore. La nostra applicazione è un’estensione di wx.Frame, laddove un Frame è una finestra le cui dimensioni e posizione possono essere modificate dall’utente (insomma la classica finestra in Windows). Inoltre essa può contenere una barra del titolo, dei menu, dello stato e degli strumenti.

Con wx.App avviamo invece l’applicazione vera e propria, questa classe ci serve per lanciare il contenitore principale dell’applicazione e passiamo come argomento False (che sarebbe così anche di predefinito) per non reindirizzare lo sys.stdout e lo sys.stderr. Per maggiori informazioni rimando alla guida ufficiale su App.

A questo punto voglio aggiungere la casella di testo e il pulsante per impostare il numero di lati. Per farlo dobbiamo usare un wx.Panel, che sostanzialmente è il contenitore degli elementi di controllo e si trova tipicamente dentro un Frame. Per maggiori informazioni leggere qui su Panel.

Modifico quindi il codice nella maniera seguente:

E’ molto importante che il Panel venga istanziato prima del metodo aggPulsanti che poi aggiunge elementi al Panel. Arrivati a questo punto lanciamo il nostro programma e verifichiamo che abbia il seguente aspetto.

A questo punto è l’ora di aggiungere anche il Canvas che ci permetterà di mostrare grafica in OpenGL. Per farlo includiamo anzitutto le librerie necessarie:

Modifichiamo poi il codice nel modo seguente:

E’ importante stabilire le dimensioni del canvas in due variabili s.width e s.height per delle correzioni che apporteremo successivamente, per ora prendiamola per buona così.

A questo punto inizializziamo il canvas aggiungendo le seguenti istruzioni:

Faccio notare che il metodo glClearColor(1, 1, 1, 1) imposta il colore dello sfondo su bianco, mentre il metodo glClearColor(0, 0, 0, 1) lo imposta su nero. I primi tre parametri sono i valori di RGB da 0 a 1.

Siamo arrivati a buon punto e siamo praticamente pronti a disegnare il nostro poligono. Il nostro riferimento è uno spazio cartesiano con gli assi che attraversano a metà il canvas e il punto (0, 0) al centro del canvas stesso. Un poligono regolare ha tanti vertici quanti i lati e ogni vertice poggia su una circonferenza di raggio r.

Questo significa che un angolo α che passa da un vertice all’altro è dato dalla seguente equazione:

\alpha = 2 * \pi / n

Dove n è il numero di lati (o vertici) del poligono. Traduciamo questa formula in Python nel modo seguente:

Avremo bisogno della libreria math che importiamo con:

L’angolo di partenza è arbitrario, però per far sì che il lato superiore del poligono sia parallelo all’asse delle ascisse voglio prendere come angolo di partenza:

\beta = \pi / 2 - \pi / n

Quindi la nostra formula sarà:

Attenzione ad inserire i numeri con almeno una cifra decimale, anche se zero, per assicurarci che Python esegua tutti i calcoli con valori decimali e non tronchi ad interi.

Infine vogliamo definire un raggio fisso per i nostri poligoni, per farlo userò come riferimento l’apotema a (anche se sarebbe sufficienti lato e raggio) nel modo seguente:

apotema = 0.5

lato = apotema * ( 2.0 * \tan( \pi / n ) )

raggio = \sqrt{ (lato/2)^2+apotema^2 }

Il primo vertice avrà quindi coordinate:

( raggio * \cos( \beta ) , raggio * \sin( \beta ) )

Il secondo vertice sarà:

( raggio * \cos( \beta + \alpha ) , raggio * \sin( \beta + \alpha ) )

Il terzo vertice sarà:

( raggio * \cos( \beta + 2 * \alpha ) , raggio * \sin( \beta + 2 * \alpha ) )

E così via.

Traduciamo il tutto nel seguente metodo:

Spostiamoci sul metodo onDraw e modifichiamolo nel modo seguente:

Nel costruttore __init__ della classe aggiungiamo una variabile s.n per il numero di lati, subito dopo le dimensioni del canvas, nel modo seguente:

Se abbiamo fatto tutto correttamente dovremmo vedere qualcosa come questo:

Notiamo subito che il pentagono è deformato ed inoltre manca la possibilità di definire una dimensione a piacere.

Anzitutto occupiamoci della deformazione, essa dipende dal fatto che il canvas ha una dimensione fissa di 1 x 1, che poi viene ripartita in parti decimali. Quindi tale dimensione si adatta poi alle proporzioni del canvas. Per ottenere un pentagono regolare anzitutto dobbiamo introdurre un fattore correttivo, che nel nostro caso sarà dato da:

Aggiungiamo la variabile subito dopo larghezza e altezza impostate in __init__.

Modifichiamo il metodo per disegnare il poligono nel modo seguente:

Adesso il poligono risulta regolare:

Infine attribuiamo un valore personalizzato al numero di lati s.n del poligono. Aggiungiamo i seguenti due metodi alla nostra classe:

E dove abbiamo istanziato s.pulsante aggiungiamo:

In questo modo colleghiamo il metodo s.btn_calcola all’evento wx.EVT_BUTTON che corrisponde alla pressione del pulsante. Con il metodo verificaIntero controlliamo se il valore passato dall’utente sia intero. Se non è intero mostriamo, grazie a wx.MessageBox, un messaggio a video con notifica di errore.

Se abbiamo fatto tutto correttamente otterremo il seguente codice finale:

Se lo eseguiamo abbiamo il nostro programma che ci permetterà di disegnare qualunque poligono regolare:

Vedi articolo

[python] Esercizio su utilizzo di socket e database

Proviamo a realizzare questo semplice esercizio: vorrei avere un server ed un client che possano comunicare tramite socket, in modo tale che il client possa richiedere al server dei dati, il server preleverà tali dati da un database MySQL e li invierà al client.

Lo schema dell’esercizio è approssimativamente questo:

Per svolgere l’esercizio utilizzerò un database con una tabella clienti costruita nel modo seguente:

In aggiunta utilizzerò una classe MySQLdb personalizzata, sviluppata nel modo seguente e messa nel file database.py:

La cartella dell’intero progetto sarà organizzata nella maniera seguente:

client.py
librerie
└── database.py
└── __init__.py
server.py

Fatte queste premesse andiamo anzitutto a creare il nostro file server.py. Nel codice ho inserito i commenti ai vari passaggi:

Adesso è il momento del client.py.

I risultati che dovremmo vedere sono rispettivamente:

1. Per il server vedo quando è stato avviato, da dove e da quale porta

2. Sul client vedo l’elenco presente sul database.

Vedi articolo

[python] Esercizio su funzioni ricorsive e calcolo tratte dei treni

Facciamo un piccolo programma in Python che ci permetta di gestire le distanze da percorrere tra due stazioni, di partenza ed arrivo.

Abbiamo le seguenti tratte:

Stazione A Stazione B Distanza
Firenze Bologna 100km
Firenze Roma 250km
Roma Napoli 200km
Bologna Milano 220km
Bologna Venezia 150km

Ogni tratta è percorribile sia in andata che in ritorno. Quello che vogliamo è che il programma ci permetta di inserire due città e calcolare la distanza minima da percorrere e le stazioni da attraversare.

Anzitutto vediamo come sono disposti i nodi dell’intero percorso:

Notiamo che in questa configurazione elementare solo Bologna ha 3 rami, mentre tutte le altre città hanno solo 2 rami ciascuna.

Potremmo affrontare l’esercizio lavorando sui nodi oppure sulle tratte. In questa soluzione lavorerò sulle tratte.

Cominciamo quindi creando anzitutto una classe che ci permetta di descrivere ogni tratta come abbiamo visto nel mandato dell’esercizio.

In questo modo dichiariamo 3 variabili private per registrare le due città della tratta e la rispettiva distanza.

Adesso registriamo tutte le tratte in una lista, nel modo seguente:

Ora cominciamo a pensare all’algoritmo che potrebbe permetterci di calcolare il percorso.

Immaginiamo anzitutto la soluzione più semplice, dove io penso di andare da Firenze a Napoli. Su questa tratta non ci sono diramazione e sostanzialmente il percorso che dovrà venire fuori sarà Firenze – Roma – Napoli.

Fase 1:

Faccio un ciclo su ogni elemento della lista tratte[] e cerco anzitutto dove è presente la città di partenza. Siccome la città può essere sia in A che in B, per ogni oggetto Tratta dovrò implementare un metodo all’interno dell’oggetto stesso che mi permetta di valutare se la città sia presente in modo comodo. Implementiamo quindi la classe nel modo seguente:

Il metodo presente(citta) mi permette di valutare se la città sia presente nella tratta.

Fase 2:

Se trovo la città di partenza su una tratta allora controllo se l’altra città della tratta sia quella di arrivo. Allo stesso tempo registro la città di partenza all’interno di una lista percorso[] in modo da metterla come partenza del percorso complessivo.

Quindi se l’altra città è quella di arrivo posso chiudere il percorso, altrimenti passo il controllo sull’altra città.

Quando mi trovo nella riga 10 capisco anche che ho trovato la fine del percorso, quindi posso salvare l’intero percorso da qualche parte. Siccome potrei avere molteplici percorsi possibili decido di salvare il percorso in una lista globale chiamata percorsi = []

Modifichiamo quindi il codice nel modo seguente:

Adesso analizziamo due aspetti dell’ultima istruzione, quella dove richiamo la funzione.

Anzitutto voglio tirare fuori dalla tratta l’altra città, rispetto alla città di partenza. Per farlo implemento la classe principale nel modo seguente:

In questo modo quando mi trovo per esempio sulla tratta Firenze – Roma posso passare all’oggetto tratta Firenze, che conosco essendo il punto di partenza e chiedergli di darmi l’altra città della tratta, in questo caso Roma.

Il secondo aspetto che voglio evidenziare è che passo la lista percorso[] alla funzione medesima in partenza dall’altra città, per farlo utilizzo l’istruzione []+percorso, in caso contrario percorso passerebbe per riferimento e qualora fosse passato su più rami verrebbe elaborato contemporaneamente da più rami. Io invece voglio che resti un oggetto singolo e lineare per ogni percorso.

Arrivati a questo punto del codice la situazione è la seguente:

  1. Prendo in input partenza DA = Firenze e A = Napoli
  2. Aggiungo DA (Firenze) al percorso[]
  3. Passo a setaccio la lista delle tratte[]
  4. In posizione 0 trovo la tratta Firenze – Bologna a cui DA appartiene
  5. Controllo se A (Napoli) appartiene alla tratta
  6. Dal momento che non appartiene, prendo l’altra città della tratta, ovvero Bologna e la passo come nuovo DA alla funzione medesima
  7. La funzione ricomincia e aggiungendo DA (Bologna) al percorso[]
  8. Scorro la lista delle tratte[] in cerca di DA (Bologna)
  9. Trovo che DA nella posizione 0 sulla tratta Firenze – Bologna
  10. LOOP INFINITO!

Fase 3:

Devo evitare il loop infinito in cui il percorso possa tornare indietro. Per farlo modifico la mia funzione aggiungendo il seguente controllo all’inizio:

In questo modo controllo che il punto di partenza DA non sia già presente nel percorso[].

Adesso ricomincio a controllare il mio algoritmo da capo:

  1. Prendo in input partenza DA = Firenze e A = Napoli
  2. Aggiungo DA (Firenze) al percorso[]
  3. Passo a setaccio la lista delle tratte[]
  4. In posizione 0 trovo la tratta Firenze – Bologna a cui DA appartiene
  5. Controllo se A (Napoli) appartiene alla tratta
  6. Dal momento che non appartiene, prendo l’altra città della tratta, ovvero Bologna e la passo come nuovo DA alla funzione medesima
  7. La funzione ricomincia e aggiungendo DA (Bologna) al percorso[]
  8. Scorro la lista delle tratte[] in cerca di DA (Bologna)
  9. Trovo che DA nella posizione 0 sulla tratta Firenze – Bologna
  10. L’altra città (Firenze) è uguale ad A? No, quindi ripasso l’altra città come nuovo DA alla funzione medesima
  11. La funzione si interrompe, perché DA (Firenze) è già presente in percorso[]
  12. Torno al punto 9
  13. In posizione 3 trovo Bologna – Milano dentro tratte[] dove appartiene il mio DA
  14. Questo pezzo di codice adesso si ripete uguale a quello tra 10 e 12 fino a chiudersi su Milano e Venezia che terminano il percorso
  15. Trono al punto 3
  16. In posizione 1 trovo la tratta Firenze – Roma a cui DA (Firenze) appartiene
  17. Controllo se A (Napoli) appartiene alla tratta
  18. Dal momento che non appartiene, prendo l’altra città della tratta, ovvero Roma e la passo come nuovo DA alla funzione medesima
  19. La funzione ricomincia e aggiungendo DA (Roma) al percorso[]
  20. Scorro la lista delle tratte[] in cerca di DA (Bologna)
  21. Trovo che DA nella posizione 1 sulla tratta Firenze – Roma
  22. L’altra città (Firenze) è uguale ad A? No, quindi ripasso l’altra città come nuovo DA alla funzione medesima
  23. La funzione si interrompe, perché DA (Firenze) è già presente in percorso[]
  24. Torno al punto 20
  25. Trovo che DA nella posizione 2 sulla tratta Roma – Napoli
  26. Controllo se A (Napoli) appartiene alla tratta
  27. Napoli appartiene alla tratta nel pezzo di codice if t.presente(a)
  28. A questo punto aggiungo A (Napoli) alla fine di percorso[]
  29. Aggiungo il percorso[] ai percorsi[] con l’istruzione percorsi.append(percorso)

Fase 4:

Apporto ancora un paio di correzioni tecniche alla mia funzione per evitare inutili duplicati.

A questo punto posso scrivere la parte principale del mio programma con:

Per stampare il percorso faccio una join su ogni percorso che trovo dentro a percorsi[]

Fase 5:

Aggiungo soltanto un metodo per calcolare le distanze. Potrei farlo anche in modi più ottimizzato, ma per le finalità di questo esercizio ci accontentiamo di percorrere tutte le stazioni, esclusa l’ultima, e di calcolare la distanza tra la stazione corrente e la successiva sommandole tutte insieme.

A tale proposito aggiunto un metodo che mi permetta di valutare se 2 città appartengono entrambe alla tratta ed un getter per la distanza.

La funzione quindi sarà:

Fatto tutto questo posso completare il mio programma nella sua versione finale nel modo seguente:

Se volessimo complicare un po’ lo schema potremmo aggiungere altre tratte:

Ed ottenere una versione finale del programma in questo modo:

Il nostro nuovo programma genererà un output come questo:

Vedi articolo

[python] File CSV o di testo comincia con  oppure con i byte EF BB BF

Facendo il parsing di un file CSV in python ci si potrebbe accorgere che all’inizio del file rimangono dei “segni strani”, nel mio caso ï»¿ (ma ciò dipende dalla formattazione con cui si visualizza).

Si tratta del Byte Order Mark (BOM), una piccola sequenza di caratteri che serve ad indicare la codifica Unicode del file medesimo.

Aprendo il file con un editor esadecimale, come HexEdit per esempio, vedremmo qualcosa come questo:

Nello specifico questo è un file esportato da WooCommerce e come primi 3 byte i valori EF BB BF che rappresentano l’UTF8.

Di seguito l’elenco, scopiazzato da Wikipedia, delle codifiche possibili:

Encoding Representation (hexadecimal) Representation (decimal) Bytes as CP1252 characters
UTF-8 EF BB BF 239 187 191 
UTF-16 (BE) FE FF 254 255 þÿ
UTF-16 (LE) FF FE 255 254 ÿþ
UTF-32 (BE) 00 00 FE FF 0 0 254 255 ^@^@þÿ (^@ is the null character)
UTF-32 (LE) FF FE 00 00 255 254 0 0 ÿþ^@^@ (^@ is the null character)
UTF-7 2B 2F 76 38
2B 2F 76 39
2B 2F 76 2B
2B 2F 76 2F
2B 2F 76 38 2D
43 47 118 56
43 47 118 57
43 47 118 43
43 47 118 47
43 47 118 56 45
+/v8
+/v9
+/v+
+/v/
+/v8-
UTF-1 F7 64 4C 247 100 76 ÷dL
UTF-EBCDIC DD 73 66 73 221 115 102 115 Ýsfs
SCSU 0E FE FF 14 254 255 ^Nþÿ (^N is the “shift out” character)
BOCU-1 FB EE 28 251 238 40 ûî(
GB-18030 84 31 95 33 132 49 149 51 „1•3

Per interpretare correttamente il contenuto del file è sufficiente decodificarlo nella codifica corretta, nel mio caso con:

Vedi articolo

[python] Radiazione di Hawking e tempo che impiega un buco nero ad evaporare

In memoria di Stephen Hawking propongo un modesto esercizio in Python per calcolare il tempo di evaporazione di un buco nero, secondo la radiazione di Hawking.

In questo caso utilizzeremo le librerie scipy e numpy di Python.

Il mio esempio sarà fatto sotto Windows. Anzitutto installiamo quindi le librerie necessarie utilizzando pip, nella PowerShell digitiamo:

Una volta fatto avviamo un nuovo progetto in python e andiamo anzitutto a calcolare la suddetta formula. L’equazione di evaporazione di un buco nero, che si trovasse in una condizione ideale (ovvero nessuna aggiunta di energia, quindi ipoteticamente in un universo completamente vuoto e senza radiazione di fondo) è la seguente:

t_{ev} = \frac{5120 \pi G^2 M_0^3}{\hbar c^4}

Per scriverla in Python digitiamo:

Faccio notare che da scipy importiamo le costanti fisiche e matematiche che possiamo utilizzare secondo la seguente tabella.

M0 è l’ipotetica massa iniziale di un buco nero di massa solare, nello specifico di 1,98892 * 10^{30} kg .

Il risultato dovrebbe essere:

Il risultato è in secondi, possiamo convertirlo in miliardi di anni digitando:

Il risultato è qualcosa come 2 * 10^{58} miliardi di anni, molto più dell’attuale vita dell’universo stimata attorno ai 13 miliardi di anni.

Adesso proviamo ad inserire l’equazione in un grafico, dove vogliamo confrontare vari tipi di buco nero in base alla massa ed il tempo di evaporazione.

Per farlo anzitutto convertiamo la nostra precedente equazione in una funzione digitando:

Ricordiamoci che il risultato della funzione è in secondi. A questo punto prepariamo i valori del nostro asse x, che saranno le masse di diversi buchi neri. Prendiamo 100 valori tra 0 e 1030.

Sull’asse Y calcoliamo i corrispondenti valori:

Adesso impacchettiamo tutto in un grafico generato con matplotlib.

Il risultato sarà qualcosa di simile a questo:

Vedi articolo