Variablen

Du kennst den Begriff aus der Mathematik - 1.Klasse. Da war die Variable häufig ein einzelner Buchstabe oder ein Zeichen. In der Primarschule hiess sie auch Platzhalter oder Stellvertreter oder war gekennzeichnet mit einem Symbol.

In der Informatik ändert sich nun die Bedeutung einer Variablen.

Lerne in dieser Aktivität die Verwendung von Variablen in der Informatik kennen.

Ziele

• Erkenne, dass du Variablen in den vergangenen Aktivitäten bereits oft und ohne Schwierigkeiten angewendet hast.
• Nutze das Wissen, dass Variablen veränderbar sind.
• Erkläre den Unterschied einer Variablen in der Mathematik und in der Informatik.

Zuweisung

Variablen bestehen aus einem Bezeichner (Name der Variablen) und einem Wert. Diese Informationen werden von Python in einer internen Tabelle gespeichert.

Bildlich kannst du dir das vorstellen wie eine Schublade oder Kartonkiste, die beschriftet ist und in die du etwas, also einen Wert, legen kannst.

Formal musst du dies so verstehen: Der Ausdruck rechts vom Gleichheitszeichen wird ausgewertet (z.B. eine Addition berechnet) und der Variablen links vom Gleichheitszeichen zugewiesen. Das Gleichheitszeichen wird daher auch Zuweisungsoperator genannt.

Beispiel

a = 2024

b = 3 + 5

Frage: Welchen Wert enthält die Variable b? Mit dem Befehl print(b) kannst du den Inhalt (Wert) der Variablen b ausgegeben. Führe die folgende Codezelle aus.

Du kannst von nun an mit den Variablen a und b weiterrechnen und zwar sind alle Operationen möglich, die ganze Zahlen zulassen (weil a und b Zahlen aus der Menge der natürlichen Zahlen sind).

MERKE:

Anders als in der Algebra, wo x = 5 dasselbe bedeutet wie 5 = x, muss bei einer Zuweisung in der Informatik der Name der Variablen links und der Wert rechts vom Gleichheitszeichen stehen.

Wie du gerade selber gesehen hast, sind neu1 und neu2 wiederum Variablen.

Führe die zwei folgenden Codezellen aus.

Wieso sollte x dasselbe sein wie x + 3?

Achtung: Wie gesagt, handelt es sich um eine Zuweisung vom rechts ausgewerteten Ausdruck zur Variablen links des Zuweisungsoperators (=).

Variablen sind veränderlich

Der Wert einer Variablen kann sich im Laufe eines Programms verändern. Das kann z.B. bei einem Spiel sinnvoll sein, das den Punktestand speichert.

MERKE:

Der zweite Unterschied einer Variablen im informatischen Sinne im Vergleich zum mathematischen Gebrauch ist die Veränderbarkeit. In der Algebra steht x für genau eine Zahl, in Programmen kann sich diese Zahl ändern.

Operatoren für Zahlen und Kombinatoren für Grafiken

1. Du lernst Operatoren für zahlenbasierte Programme in einem separat zugestellten Übungsblatt kennen. Letzteres löst du bei Aufforderung der Lehrperson.

2. In Variablen gespeicherte Grafiken können nicht über einfache mathematische Operatoren (+, -, /, *) verknüpft werden. Dafür braucht es sogenannte Kombinatoren (ueberlagere, ueber, neben), die in der Grafikbibliothek PyTamaro als Funktionen gespeichert sind.

Im Folgenden lernst du zwei weitere Kombinatoren kennen, die Grafiken (oder in Variablen gespeicherte Grafiken) verknüpfen.

Kombinator ueber: Beispiel Zylinder

Prima, zwei schwarze Rechtecke tönt gut. Wie arrangieren wir nun das eine oberhalb des anderen?

Und zuletzt eine variablenfreie Variante. Welche der drei kannst du am besten lesen / verstehen?

Kombinator neben: Beispiel Fliege

Passend zum schicken Zylinder generieren wir eine gelbe Fliege.

Variablennamen (Bezeichner)

• Variablen sollten einen sinnvollen Namen tragen, sodass die Leser verstehen, was in ihnen gespeichert ist.

• Variablen dürfen nur mit einem Buchstaben (üblicherweise Kleinbuchstaben) oder einem Unterstrich beginnen. Danach dürfen auch Zahlen folgen.

• Die Namen dürfen kein Python-Schlüsselwort sein.

  Schlüsselworte sind z.B. and, as, break, class, def, else, if, not, or, pass, while, False, None, True

• Theoretisch könnten Funktionen wie z.B. input oder print als Namen verwendet werden, aber davon ist abzuraten, da die Funktionen als Variablen unbrauchbar werden.

Übung zu Kombinatoren (und Variablen)

1. Erstelle ähnlich der Beispiele Zylinder und Fliege eine Grafik eines Hammers, bestehend aus einem roten Stiel und einem schwarzen Kopf.

2. Wenn du die Codezellen des Zylinders und der Fliege soeben ausgeführt hast *, kannst du die Fliege unter den Hut stellen. Wie machst du das? Implementiere (= schreibe den Code) in die nachfolgende Zelle.

   • kein Import nötig!

Was du gelernt hast

• Du weisst, dass eine Variable aus einem Bezeichner (Namen) und einem Wert, der im Arbeitsspeicher des Computers abgelegt wird, besteht.

• Eine Variable wird erzeugt, indem man mit dem Zuweisungsoperator (=) dem Variablennamen (Bezeichner) einen Wert bzw. einen Ausdruck zuweist.

  • x <- 99
  • y <- x + 1

• Du hast gesehen, wie mit den Werten, die in der Variablen stecken, weiter programmiert werden kann. Dass Variablen also als Zwischenspeicher verwendet werden.

• Dir ist klar, dass einer bereits vorhandenen Variablen im Verlauf des Programms neue Werte zugewiesen werden können: Variablen sind veränderbar!

• Im Vergleich zur Algebra stehen weiter zu verwendenden Variablennamen immer links des Zuweisungsoperators.

• Du hast gesehen, dass es hilfreich sein kann, Dingen einen Namen zu geben. Variablennamen bestehen nur aus Buchstaben, Ziffern (nicht an erster Stelle) und Unterstrichen (_).

• Du hast mehrere primitive Grafiken mit zwei weiteren Kombinatoren (Verknüpfungsfunktionen) neben und ueber kombiniert.

• Ausserdem hast du gelernt, dass es beim Programmieren gewöhnlich mehr als einen möglichen Lösungsweg gibt.