파이썬에서 문자열은 큰따옴표(“...”) 혹은 작은 따옴표 (‘...’)로 묶인 문자들의 집합이다.

위의 예는 모두 문자열을 나타낸다. 12.3은 숫자이고 이것을 따옴표로 묶은 “12.3”은 문자열이다. 즉, 문자’1’, 문자’2’, 문자’.’, 문자’3’ 의 배열(array)이다. 파이썬에서 문자형이라는 자료형은 별도로 없다. 다른 언어(C/C++, JAVA, C# 등)에서는 보통 작은 따옴표는 한 문자를 표현할 때 사용되지만 파이썬에서는 문자열을 입력할 때 사용한다는 것에 유의하자.

 문자열을 입력하는 방법을 왜 두 가지로 마련해 놓았을까? 작은 따옴표가 포함된 문자열 혹은 큰따옴표가 포함된 문자열을 쉽게 입력할 수 있기 때문이다.

 파이썬 문자열에도 C언어의 printf()함수에서 사용하였던 특수 문자를 사용할 수 있다. 특수문자는 역슬래시(\ 는 여기서는 escape cahracter 라고 한다.)로 시작하며 특수한 용도로 사용된다. 다음 표에 주로 쓰이는 특수 문자를 정리하였다.

[표 1 ] 파이썬의 문자열에 쓰이는 특수문자

예를 들면 다음과 같다.

단 문자열의 중간에 줄바꿈 기호 ‘\n’이 들어가면 가독성이 떨어지므로 파이썬에서는 줄바꿈 기호를 타이핑하지 않고 그대로 입력할 수 있는 방법으로 “”” ... “”” 과 ‘’’ … ’’’ 를 제공한다.

라고 입력하고 그 결과를 확인해 보자.

문자열 s에는 사용자가 엔터키로 입력한 줄바꿈 기호가 ‘\n’으로 자동으로 치환되었음을 알 수 있다.

만약 문자열 안의 ‘\’ 문자를 이스케이프 문자로 간주하지 않고 단순 문자로 사용하고 싶다면 ‘\\’와 같이 입력해도 되지만 한 문자열 안에 이런 경우가 많이 발생한다면 문자열 앞에 r을 붙이면 된다. 문자열 앞에 r이 붙으면 그 문자열 안의 모든 ‘\’는 단순 문자로 처리되며 결과 문자열에서는 ‘\’문자가 자동으로 ‘\\’로 변환된다.

이 방법은 특히 정규식(regular express)을 다룰 때 유용하다.

 파이썬의 산술 연산자는 다음과 같은 것들이 있다.

[표 1] 파이썬의 산술 연산자들

여기서 나눗셈의 경우 버전에 따라서 결과가 다르다. 2.x버전에서는 정수간 나눗셈의 결과는 정수였다. 즉 1/2는 0, 2/3은 1이다. 하지만 3.x버전에서는 정수간 나눗셈의 결과는 나누어 떨어지는 경우라도 무조건 실수형이 된다. 즉, 1/2는 0.2, 6/3은 2.0이 된다. 다음 결과를 확인해 보자.

2.x버전에서는 정수끼리의 나눗셈의 결과는 정수라는 것에 유의해야 한다.

 연산자 //는 두 피연산자가 모두 정수일 경우 결과값이 실수이면 소수점 아래는 버린다.

 연산자 %는 나눗셈 수행 후 정수몫을 구하고 난 나머지를 구하는 연산자이다. 다음을 확인해보라.

실수 연산의 경우는 결과값이 정확하지 않을 수도 있다.

 연산자 **는 거듭제곱 연산자이다. 다음 연산의 예를 보자.

위에서 복소수의 거듭제곱 c**a 는  (4+5j)*(4+5j)*(4+5j) 의 결과값을 보여준다. 파이썬에서는 복소수에 대한 산술 연산도 기본적으로 지원하므로 쉽게 수행할 수 있음을 알 수 있다.

---- (이하 생략 가능) --------------------------------------------------------------------------

 그렇다면 a**c는 왜 저런 결과가 나왔을까? 다음과 같이 오일러(Euler)공식을 이용하면 된다.

이 식의 결과와 위 예제의 결과는 동일하다.

 파이썬의 숫자 데이터를 분류하면 다음과 같다.

[표 1] 숫자형의 분류

 다른 언어들과는 달리 파이썬은 정수에 대해 범위 제한이 없으며 복소수까지 기본 자료형에 포함된다. 복소수는 숫자 뒤에 j/J 를 붙이면 된다. 파이썬쉘에서 다음 예를 하나씩 실행해 보고 결과를 확인해 보자.

정수는 10진수/16진수/8진수/2진수로 표현할 수 있으며 실수형은 십진수 형식으로만 표현된다. 숫자에 소수점이나 지수를 표시하는 e/E가 있다면 실수이고 그렇지 않다면 정수로 분류된다. 또한 허수부가 포함되어 있다면 복소수형이다.

 재미있는 것은 0j, -0j, +0.0j, -0.0j 도 내부적으로 complex 형으로 간주된다는 것이다. 숫자 상수나 변수의 형을 보려면 내장 함수인 type()을 이용한다.

 정수의 범위에 제한이 없다는 점도 특이한 점이다. 이러한 점에서 파이썬이 매우 큰 숫자를 다뤄야 하는 분야나(예를 들어서 천문학, 경제학) 데이터 분석에서 타언어보다 유리하다는 점을 짐작할 수 있다. (2.x버전에서는 큰 정수를 표시하기 위해서는 정수 뒤에 L/l 접미어를 붙여야 한다. 그러나 3.x버전은 그런 제약이 없다.)

 복소수는 실수부, 허수부, 켤레복소수를 구할 수 있는 속성(attribute)이 있는데 각각 real, imag, conjugate() 이다. 다음을 실습해 보자.

또한 내장 함수인 abs()를 이용하면 복소수의 크기를 구할 수 있다.

 십진수의 이진수 표현을 알고 싶다면 bin()이라는 내장함수를 사용하면 된다. 팔진수는 oct(), 십육진수는 hex()함수를 이용한다.

단, 이 함수들은 정수형에 대해서만 동작하며 반환값이 문자열이라는 것에 유의해야 한다.

 만약 일반적인 변수의 값을 확인하고 싶다면 파이썬쉘에서 변수명을 입력하고 엔터를 치면 변수의 값을 보여준다.

 만약 ipython쉘을 사용하고 있다면 현재 정의된 모든 변수값을 보고 싶다면 ‘who ‘ 명령어를 이용하면 된다.

 프로그램은 결국 자료(data)를 처리하는 일을 주로 하게 된다. 여기에서는 파이썬의 내장 자료형의 종류 대해서 알아보자. 가장 중요하고 사용 빈도가 높은 파이썬 자료형은 다음과 같은 것들이 있다.

• 숫자 : 정수 (int), 실수 (float), 복소수 (complex)로 나뉜다.

• 문자열 (str)

• 리스트 (list)

• 튜플 (tuple)

• 딕셔너리(dictionary)

• 집합 (set)

 변수명, 함수명, 클래스명 등으로 쓸 수 있는 식별자(identifier)를 만드는 방법은 다른 언어들과 거의 동일하다. 식별자를 만들 때 보통 사용되는 문자들은 다음과 같다.

• 영문자 대소문자 (a,b … z A B … Z)

• 숫자 (0 1 … 9)

• 언더바(_)

이러한 문자들을 조합하되 숫자로 시작하면 안된다. 그리고 대소문자를 다른 문자로 구별한다. 그리고 python3에서는 유니코드 문자를 식별자로 사용할 수 있다. 즉, 한글로도 변수명을 지을 수 있지만 권장되지는 않는다.

 파이썬은 인터프리터 언어로서 암스테르담의 귀도 반 로섬(Guido V. Rossum)에 의해서 1990년에 초기 버전이 만들어졌다. (2015년 1월 현재 3.4.x 버전) 파이썬이라는 이름은 본인이 좋아하는 "Monty Python's Flying Circus" 라는 코미디 쇼에서 따왔다고 한다. 파이썬의 사전적인 뜻은 큰 비단뱀인데 대부분의 파이썬 책 표지와 아이콘이 뱀 모양으로 그려져 있는 이유가 여기에 있다.

[그림 1] 파이썬 개발자, 비단뱀 그리고 파이썬 로고

파이썬 프로그램의 가장 큰 특징은 배우기 쉽고 직관적이라는 것이다. 인터프리터 언어이기 때문에 실행 결과를 즉시 확인해 볼 수 있으며 최근에는 실행 속도도 심지어 C/C++ 프로그램과 맞먹을 정도로 성능도 향상되고 있다. 또한 공동 작업과 유지 보수가 매우 쉽고 편하기 때문에 이미 다른 언어로 작성된 많은 프로그램과 모듈들이 파이썬으로 다시 재구성되고 있기도 하다. 국내에서도 그 가치를 인정받아 사용자 층이 더욱 넓어져 가고 있고, 파이썬을 이용한 프로그램을 개발하는 기업체들이 늘어가고 있는 추세이다.

 현재 파이썬은 교육의 목적뿐만 아니라 실용적인 부분에서도 널리 사용되고 있는데 그 대표적인 예는 바로 구글(Google) 이다. 구글에서 만들어진 소프트웨어의 50%이상이 파이썬으로 만들어졌다고 한다. 이 외에도 유명한 것을 몇 가지 들어보면 Dropbox(파일 동기화 서비스), Django(파이썬 웹 프레임워크)등을 들 수 있다. 또한 빅데이터 분석이나 과학 계산 용도로도 활발히 활용되는 등 컴퓨터를 활용한 거의 모든 곳에 사용되고 있다고 해도 과언이 아닐 정도로 인기를 끌고 있다.

[그림 2] 가장 널리 사용되는 프로그래밍 언어들

파이썬의 특징을 정리하면 다음과 같다.

• 인터프리터(interpreter) 언어이다.(실행 결과를 바로 확인할 수 있다.)

• 간결하고 쉬운 문법으로 빠르게 학습할 수 있다.

• 강력한 성능을 가진다.

• 다양한 분야에 적용할 수 있는 라이브러리가 풍부하다.

• 개발 속도가 빠르다.

• 오픈 소스(open source)이며 무료이다.

최근에는 라즈베리파이(raspberry pi)나 비글본 블랙(beaglebone black) 같은 원보드 마이컴이 인기를 끌고 있는데 보통 운영체제로 리눅스를 채용한다. 이러한 시스템에서도 파이썬을 이용하여 전통적인 C/C++/JAVA로 개발하는 것보다 훨씬 더 쉽고 빠르게 응용 프로그램을 제작할 수 있다.

[그림 3] 라즈베리파이와 비글본블랙

 현재 파이썬은 버전이 2.x 대와 3.x 대로 나뉘어 두 가지 버전이 같이 사용되고 있다는 점인데 초보 사용자가 선택하는데 문제가 생긴다. 특이하게도 3.x 버전의 문법이 2.x버전과는 달라서 100% 호환되지 않으므로 같은 언어로 작성한 프로그램인데도 불구하고 2.x 버전에서 잘 작동되는 것이 3.x 버전에서는 작동하지 않거나 반대의 경우도 발생한다.

 본 강좌에서는 3.x 버전의 문법을 기본으로 해서 2.x버전 과의 차이점에 대해서 필요할 때마다 설명하도록 하겠다.

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c{pyt},n{py001}

 심파이(sympy)의 행렬 객체는  Matrix이다. 이 Matrix 객체를 생성할 때는 리스트를 넘겨주면 된다. 넘겨준 리스트의 각 요소는 행렬의 행이 된다. 기본적인 사용 예는 다음과 같다.

다른 방법으로 행의 개수와 열의 개수를 명시적으로 지정해 주는 방법이 있다.

행 요소와 열 요소의 관계를 파이썬 함수로 작성하여 이것을 사용할 수도 있다.

명시적 함수뿐만 아니라 익명 함수도 사용할 수도 있다.

특수한 행렬을 생성하는 함수도 있다. eye() 함수는 항등 행렬을 생성하며, zeros() 는 영행렬을 그리고 ones()는 일행렬을 만들어 준다.

대각행렬을 생성하는 diag() 함수도 있다. 스칼라나 행렬을 인수로 주면 그것들로 대각행렬을 생성한다.

스칼라는 1x1 행렬로 간주되며 주어진 행렬들을 대각 위치에 놓는다.

 난수 행렬을 발생시킬 수도 있으며 randMatrix() 함수를 이용한다.

이 행렬의 요소는 100이하의 양의 정수로 채워진다.

[표 1] 행렬 객체의 생성 용례들

 한 가지 주지할 사항은 Matrix 객체는 mutable 하다는 것이다. 따라서 immutability 가 필요한 곳(예를 들어 딕셔너리의 키)에는 사용할 수 없다. immutable행렬이 필요하다면 ImmutableMatrix 를 이용하면 된다.

  파이썬의 수학함수를 이용하기 위해서는 math 모듈을 import해야 한다. 기본 (표준) 모듈이므로 설치 과정 없이 다음과 같이 로드할 수 있다.

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             >>> import math

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이 모듈의 수학 함수는 표준 C언어의 그것들을 구현한 것이다. 실수 연산을 수행하며 대부분의 경우 float형을 반환한다.

 복소수 연산을 위해서는 cmath 모듈을 이용해야 한다. 이것도 역시 기본 모듈이므로 별도 설치 없이 다음과 같이 로드할 수 있다.

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             >>> import cmath

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이 모듈에는 복소수 연산을 위한 다양한 함수들이 있는데 여기에 잘 정리되어 있다.

 하지만 math 모듈은 인수가 실수 (스칼라) 에 대해서만 적용이 되고 cmath 는 복소수 (스칼라) 인 경우에만 적용이 된다는 단점이 있다. 만약 행렬 연산이 필요하다면 이 두 모듈은 사용할 수 없으며 numpy 를 사용해야 한다. 이 모듈은 파이썬의 고급 연산 분야의 기본 모듈로서 벡터 혹은 행렬에 대한 요소간 연산을 지원하므로 가장 적용 범위가 넓다. 또한 python(x,y) 나 winPython 같은 패키지를 사용하면 쉽게 인스톨 없이 바로 import 하여 사용할 수 있다.

winPyhon : 과학 계산용 파이썬 패키지

[#00107]

2. 아두이노로부터 수신 실험

 실험을 위해서 다음과 같은 간단한 프로그램을 아두이노 우노에 다운로드 하였다. 이 프로그램은 전원이 켜지면(또는 리셋 버튼을 누르면) "Hello python." 이라는 문자열을 보낸다.

그리고 파이썬에서 Serial 객체의 인스턴스를 다음과 같이 생성한다.

이렇게 하면 ard 변수에 Serial 클래스의 인스턴스가 생성된다. 이제 이 변수를 이용해서 아두이노에서 보내는 값을 읽어들일수 있다.

아두이노 쪽에서 println()함수를 썼기 때문에 끝에 \r\n 두 개의 개행 제어 문자가 붙어서 넘어왔다.

 한 가지 주의할 것은 Serial.readlin() 함수의 반환 객체가 문자열이 아니라 bytes 라는 파이썬 객체로서 각각의 문자의 아스키코드 바이트 값의 배열이라는 점이다. 이것을 파이썬 문자열(string)로 변환하려면 bytes.decode()함수를 이용하면 된다.

이제 str 변수에 아두이노로 부터 전송된 문자열이 정확히 저장되었다. 여기서 obj[:-2] 와 같이 인덱싱을 한 것은 \r\n 두 문자를 제외하기 위한 것이다.