Física Computacional - FSC-5705

só um divisor

Introdução ao Python

A linguagem de programação e a Física Computacional

No primeiro tópico deste material expus o porque de Física computacional ser uma disciplina tão importante como qualquer outra disciplina tradicional da Física. A próxima pergunta é como atingir os objetivos da disciplina? Bom, dos objetivos listados na súmula da disciplina o ingrediente fundamental é a programação. Par programar é necessário utilizar uma linguagem de programação. Existem diversas linguagens, C, C++, Fortran, Java, ..., qual dessas utilizar para atingir nosso objetivo de forma simples e direta?, a resposta direta é qualquer uma, no importa qual é a linguagem que escolhamos, nosso objetivo primário será desenvolver a lógica necessária para podermos atacar problemas com ferramentas computacionais. Isso parece diferente do que diz na súmula, mas não é, na verdade a experiencia dos 6 semestre ministrando esta mesma disciplina tem mostrado que isso é mais importante do que qualquer coisa, se você consegue formular um programa de forma computacional poderá atingir os objetivos explícitos da disciplina.

Como queremos poder explorar alguns algoritmos utilizados para analisar dados referentes a um experimento ou simulação, é necessário sim escolher uma linguagem. A primeira linguagem que escolhi para ministrar este curso foi o Fortran 90, isso porque eu gosto dele, é simples e o executável é muito veloz nos cálculos matemáticos. Aproximadamente a um ano e meio mudei para o C, a vantagem do C é que é uma linguagem muito versátil, ela te permite não só programar tendo como objetivo o trabalho científico se não que também podes abordar outros problemas não científicos, na verdade C é o padrão do mundo é a linguagem com mais baixo nível daquelas de alto nível. Este ano utilizarei Python, diferentemente do Fortran e do C o Python não é uma linguagem compilada e sim interpretada por isso é classificada por muitos como lingugem de script (o criado não pensa isso, mas ...), sua vantagem sobre as outras é que podemos criar programas complexos de forma muito simples e rápida, mas a desvantagem é que o tempo de processamento é muito pior do que os programas em C ou Fortran; contudo sua simplicidade de programação (e curva de aprendizado segundo alguns) é motivo mais do que suficiente para se aprender. De qualquer forma se seu futuro é pesquisar em alguma área relativa à física computacional deverá aprender uma linguagem como Fortran ou C, mas Pyhton lhe será de muita ajuda no pós-processamento.

Python, uma linguagem versátil

Python é uma linguagem mantida e desenvolvida por Guido van Rossum (holandês). Essa linguagem surge como uma necessidade que o Guido percebeu ao não existir algo entre C e Bash, assim Pyhton veio para preencher esse vácuo. Nasceu da experiencia do Guido no projeto ABC e o projeto AMOEBA dentro do CWI em Amsterdan.

O nome Python tem sua origem no nome da serie de comedia inglesa Monty Python's Fly Circus. O simbolo obvio que a linguagem tem associada é o de uma cobra pítão (python em inglês) mas em teoria o Guido não gostava dessa associação, esse simbolo foi atribuído à linguagem pela O'Reilly que publicou o primeiro livro sobre a linguagem intitulado "Programming Python", esta editora tem por tradição colocar figura de animais na suas capas. A data exata de lançamento de python para o mundo foi o dia 21 de fevereiro de 1991 como um programa de código aberto sob uma licencia parecida à do MIT, mas a partir da versão 1.6 (ano 2000) o Python aderiu à licencia GPL (que é a base do LINUX).

Instalando o Python no Windows

O método mais simples Python para ser utilizado no curso de Física computacional é via o pythonxy. O pythonxy instala e configura uma versão mínima das ferramentas gnu-Linux nativamente no windows chamada de mingw junto do Python, vários módulos python direcionados à computação científica e algumas IDEs para programar em Pyhton. (Existe outras alternativas ao python(x,y) como são o sage e o Enthought)

O primeiro a se fazer é baixar da internet o pythonxy (escolha algum dos link e baixe) ou diretamente do meu site, ele ocupa 477 MB e quando instalado completamente esse número aumenta para 2.1 GB de espaço, assim é necessário 2.6 GB de espaço livre em disco.

baixar o pytonxy

Antes de iniciar a instalação certifique-se de estar ligado à internet, ele pode baixar pacotes da rede. Clicando no instalador que foi baixado, você deve concordar com o tipo de licencia

lic do pytonxy

Agora bem um passo importante, marque para instalar todos os módulos do Python (simplesmente clique onde diz Python, deve mudar de cinza para branco, como mostra a figura), isso instalará módulos que não iremos utilizar, mas é mais simples do que ir a escolher quais são os necessários. Se você se acha em condições (conhecimento avançado) de selecionar os módulos necessários entre na seleção e marque vpython, matplotlib, scipy, numpy. A partir deste ponto somente damos alguns Next e pronto, está instalado (ele vai demorar um pouco até instalar tudo pois eu acho que ele puxa coisas da rede).

lic do pytonxy

Finalmente será criado um link no desktop

link do pytonxy

Clique no link e será aberto um dialogo, clique no botão com aspecto de teia de aranha:

abrindo o editor do pytonxy

Será aberto uma IDE para digitar e editar seu código conforme mostra a figura, para executar ele vá ao menu em Run e clique em Run.

executando o script1

Quando mandado a rodar ele abre um dialogo onde você poderá digitar parâmetros que o programa possa vir a precisar para rodar, em nosso caso isso não será necessário assim clicamos em run

executando o script2

O resultado será exibido no tipo de janela necessária (se necessária, é claro).

executando o script3

Macetas para o windows

O Windows pode mudar o tipo de arquivo que você baixa ou cria (eu baixe um .py -->python, e ele mudou para .mpeg --> vídeo). Para ter certeza que tudo está certo vamos obrigar ao Windows motrar a extensão dos arquivos dentro de uma determinada pasta, por exemplo, crie uma pasta chamada AulasDeFisicaComp no diretório raiz (C:/).

criando uma pasta no windows

Entramos na pasta recém criada e vamos mudar a propriedade de esconder a extensão do arquivo, para isso clicamos em organizar e seguidamente em Opções de pasta e pequisa

mudando propriedade de uma pasta no windows

Isso abre um dialogo no qual clicamos na segunda aba chamada de "Modo de Exibição" e desclicamos a opção ocultar as extensões dos tipos de arquivos conhecidos.

mudando propriedade de uma pasta no windows

Agora podemos renomear os arquivos que por desventura o windows tenha renomeado

mudando propriedade de uma pasta no windows