آشنایی با زبان برنامه‌نویسی پایتون

پایتون یک «زبان برنامه‌نویسی سطح بالا» (High Level Programming Language)، «همه‌منظوره» (General Purposes)، «متن‌باز» (Open Source)، «چند سکویی» (Multi Platform)، «چند پارادایمی» (Multi Paradigm) و با پشتیبانی از «انواع پویا» (Dynamic Types) است. ایده ساخت این زبان برنامه‌نویسی در اواخر سال ۱۹۸۰ میلادی به عنوان جایگزینی برای زبان برنامه‌نویسی «ای‌بی‌سی» (ABC Programming Language) شکل گرفت. زبان ای‌بی‌سی خود از «زبان برنامه‌نویسی SETL» الهام گرفته شده است.

«خیدو فان روسوم» (Guido van Rossum)، خالق زبان پایتون، کار طراحی و توسعه زبان برنامه نویسی پایتون را در تعطیلات سال نو آغاز کرد. او برای طراحی و توسعه این زبان، چند هدف اصلی بیان کرده بود که امروزه به جرات می‌توان گفت که به همه آن اهداف رسیده است. این اهداف و رسیدن به آن‌ها، خود به خوبی گواهی بر چرایی محبوبیت زبان پایتون و صدرنشینی آن در رتبه‌بندی‌های گوناگون انجام شده برای زبان‌های برنامه‌نویسی هستند.

خیدو، اهداف خود از توسعه زبان برنامه‌نویسی پایتون را در یک پروپوزال دریافت کمک مالی به نام «برنامه‌نویسی برای همه» (Computer Programming for Everybody) بیان کرد که آن را در سال ۱۹۹۹، برای ارائه به «آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی» (Defense Advanced Research Projects Agency | DARPA) تدوین کرده بود. اهداف خیدو فان روسوم از طراحی و توسعه زبان برنامه نویسی پایتون در ادامه آمده‌اند.

زبانی ساده و قابل درک که به اندازه دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی رقیب خود، قدرتمند باشد.

زبانی متن‌باز که همه بتوانند در توسعه آن مشارکت داشته باشند.

زبانی که کدهای آن به اندازه متن انگلیسی قابل درک باشند.

زبانی که برای وظایف روزانه مناسب باشد و امکان توسعه برنامه در زمانی کوتاه (به سرعت) را فراهم کند.

کاربرد پایتون چیست و کجا استفاده می‌شود؟

پایتون یک زبان عمومی (General Purpose) است و محدود به یک حوزه خاص نمی‌شود. این یعنی می‌توانید با یک تیر چند نشان زده و در بخش‌های مختلف تکنولوژی فعالیت کنید. یک برنامه نویس پایتون اگر حرفه‌ای باشد، در هر حوزه ای حرف برای گفتن خواهد داشت. بعضی از زبان‌های برنامه نویسی مخصوص به یک حوزه خاص هستند یا اگر به بخش‌های دیگر ورود کنند قدرت زیادی ندارند، اما پایتون اینگونه نیست. کافی است آن را یاد بگیرید و تبدیل به یک متخصص پایتون شوید تا ببینید در دنیای برنامه نویسی واقعا چه قدرتی به شما می‌دهد.

مهم‌ترین دلیلی که باعث شد پایتون به بخش‌های مختلف IT وارد شود، کتابخانه‌ها بودند. این کتابخانه‌ها هستند که پایتون را توسعه پذیر می‌کنند. همین‌طور باعث راحت‌تر شدن کار برنامه نویسان می‌شوند. البته بعضی از این کتابخانه‌ها هنوز جای رشد و پیشرفت دارند و در پروژه‌های بزرگ قابل استفاده نیستند. یکی دیگر از قابلیت‌های جذاب پایتون، چسبندگی این زبان است. منظور از چسبندگی یا Glue Language این است که پایتون می‌تواند به خوبی با کدهای سایر زبان‌ها ادغام شود یا اصطلاحا به آن‌ها بچسبد. به کمک این تکنیک می‌توانید یک قطعه کد به زبان C یا هر زبان دیگری را به راحتی به پروژه خود اضافه کنید. .

1 – کاربرد پایتون در دنیای وب و اینترنت

وقتی صحبت از طراحی سایت و توسعه وب می‌شود، احتمالا ذهن بعضی از افراد به سمت PHP یا ASP می‌رود. البته چیز عجیبی هم نیست، چون بسیاری از سایت‌های مطرح با این دو زبان برنامه نویسی نوشته شده‌اند. اما با گذشت زمان پایتون هم در وب توانایی‌های خود را به خوبی نشان داد و در ساخت برنامه‌های تحت وب به کار گرفته شد. مخصوصا از زمانی که فریم ورک‌های آن در زمینه طراحی وب روی کار آمدند. فریم ورک‌های مطرحی مثل Django و میکروفریمورک‌هایی مثل Flask در محبوبیت پایتون نقش مهمی ایفا کردند. خیلی از افراد، پایتون را یاد می‌گیرند تا زودتر سراغ این فریم ورک‌ها بروند. در حال حاضر Django ششمین فریم ورک محبوب دنیا برای ساخت سایت‌ است و پروژه‌های بزرگی با آن پیاده‌سازی شده‌اند. سایت‌های موفقی مثل اینستاگرام، ناسا، پینترست و غیره از Django استفاده می‌کنند.

اکثر فریم ورک‌های پایتون مثل جنگو از الگوی طراحی MVC پشتیبانی می‌کنند و این مزیت مهمی برای طراحی صفحات وب است. زیرا MVC یک استاندارد شناخته شده بین برنامه نویسان است. همینطور پایتون از شیء گرایی پشتیانی کرده و طراحی سیستم‌های بزرگ و پیچیده را راحت‌تر می‌کند. پایتون به طور پیشفرض برای کار با داده‌ها و ایجاد تغییر در آن‌ها از پایگاه داده SQLite استفاده می‌کند. ماژول sqlite3 توانست این دیتابیس را با پایتون ادغام کند و برای پروژه‌های کوچک تا متوسط انتخاب ایده آلی به حساب می‌آید. هر چند برای کار با پایگاه داده هایی مثل MySQL یا MongoDB هم راه هایی وجود دارد.

2 – ساخت اپلیکیشن موبایل

می‌دانیم زبان‌های اصلی برنامه نویسی اندروید، جاوا و کاتلین هستند و توسعه دهنده‌گان iOS از Swift استفاده می‌کنند. اما برای ساخت اپلیکیشن موبایل محدود به این زبان‌ها نیستیم. اگر پایتون را یاد بگیرید به کمک فریم ورک هایی مثل Kivy می‌توانید اپلیکیشن موبایل بسازید و در مارکت‌های مختلف به اشتراک بگذارید. Kivy در سال 2012 مبلغ 5000 دلار از بنیاد پایتون دریافت کرد تا فریم ورک خود را به پایتون 3.3 پورت کند. Kivy بعد از اپلیکیشن موبایل سراغ Raspberry Pi هم رفت تا پای پایتون به توسعه رزبری پای هم باز شود. چون توسعه اپلیکیشن‌های موبایل با Kivy به صورت Native نیست ممکن است با مشکلاتی مثل زیاد شدن حجم برنامه یا افت سرعت مواجه شوید که امری طبیعی است. مثل React که یک فریم ورک جاوااسکریپت برای برنامه نویسی موبایل است و همین مشکلات را دارد.

3 – یادگیری ماشین

یادگیری ماشین (Machine Learning) موضوعی است که در زندگی روزمره ما حضور دارد و گاهی بدون اینکه متوجه باشیم در حال استفاده از آن هستیم. برای مثال زمانی که در سایت گوگل به جستجو می‌پردازیم و گوگل لیستی از نتایج را به ما نشان می‌دهد، در حقیقت در حال استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین هستیم. همچنین، بعضی از فروشگاه‌های اینترنتی با شخصی‌سازی سایت برای کاربران، پیشنهادهایی هوشمندانه‌ای به ما ارائه می‌دهند. سیستم‌های تشخیص چهره یا دستیارهای صوتی مثل Cortana یا Siri نمونه دیگری از کاربردهای یادگیری ماشین هستند. لازم به ذکر است که پایتون در یادگیری ماشین عملکرد مناسبی دارد و بسیاری از متخصصان Machine Learning از کتابخانه‌های آن استفاده می‌کنند.

4 – کاربرد پایتون در هک و تست نفوذ

پایتون در کنار همه مزایای خود، می‌‌تواند ترسناک هم باشد. چون وقتی صحبت از هک و نفود در سیستم‌ها میشود، پایتون حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. هکرها دانش زیادی در علوم رایانه دارند و معمولا با گرایش‌های مختلف کامپیوتر آشنا هستند. آن‌ها به کمک برنامه نویسی می‌توانند ابزارهای موردنیاز خودشان را بنویسند و چه زبانی بهتر از پایتون می‌تواند درهای ممنوعه را به روی آن‌ها باز کند؟

کاربرد پایتون در هک به علت بازدهی بالایی است که این زبان اسکریپتی در ساخت برنامه‌های کوچک دارد و به همین دلیل است که هکرهای حرفه‌ای تسلط بسیار خوبی بر پایتون دارند. تا اینجای مطلب چند بار درباره کتابخانه‌های پایتون صحبت کردیم. دلیل آن اهمیت بسیار زیاد این کتابخانه‌ها است. این زبان در شبکه و تست نفوذ کتابخانه‌های مختلفی مثل NetworkX ،NAPALM و Pulsar دارد. اگر سری به گیت هاب بزنیم، تعداد زیادی ابزار تست نفوذ و هک را می‌بینیم که با این زبان نوشته شده‌اند.

5 – آموزش و تحصیلات آکادمیک

در مدارس ایران بر خلاف بسیاری از کشورهای پیشرفته، برنامه ریزی خاصی برای آموزش برنامه نویسی به کودکان و نوجوانان وجود ندارد. در سال‌های گذشته، بسیاری از کشورها در مدارس خود زبان Basic را آموزش می‌دادند اما امروزه پایتون جای آن را گرفته است. اگر یک کودک 12 ساله کدهای C++ یا Java را ببیند احتمالا برای همیشه از برنامه نویسی زده می‌شود. اما پایتون ساختار ساده و جذابی دارد و یادگیری آن آسان است. پایتون به خاطر ساختار ساده‌ای که دارد گزینه مناسبی برای تدریس برنامه نویسی مخصوصا به کودکان و نوجوانان است.

6 – کاربرد پایتون در داده کاوی و Big Data

داده کاوی علم بررسی داده‌هاست. سرویس هایی مثل اینستاگرام یا موتور جستجوی گوگل، روزانه چند هزار گیگابایت داده از کاربران خود دریافت می‌کنند و درآمد بالایی از تحلیل این داده‌ها کسب می‌کنند. به کمک Data Mining یک یا چند پایگاه داده بزرگ آنالیز شده و از دل آن‌ها اطلاعات مفید و کاربردی به دست می‌آید. مثلا شاید از 50 گیگابایت دیتابیس تنها چند مگابایت گزارش بیشتر استخراج نشود اما همین چند مگابایت هم بسیار باارزش هستند.

یک مهندس یا دانشمند داده برای قابل فهم کردن الگوریتم‌های رشته خود به کامپیوتر، نیاز به برنامه نویسی دارد. با اینکه زبان‌های مختلفی مثل C، Scala و R در داده کاوی قابل استفاده هستند، اما معمولا بهترین گزینه برای داده کاوی استفاده از زبان برنامه نویسی پایتون است چون کتابخانه‌های آن بسیار کاربردی هستند. در پایتون کتابخانه‌های متنوعی برای کار با داده‌ها وجود دارند. مثلا Scarpy برای خزیدن در وب و بررسی داده‌های موجود استفاده می‌شود یا NumPy برای ساخت آرایه‌های n بعدی و انواع فرمول‌های ریاضی مثل تبدیل فوریه یا توابع جبر خطی به کار گرفته می‌شود.

7 – ساخت رابط کاربری گرافیکی

از آن روزهایی که کامپیوترها فقط خط فرمان (Command Line) داشتند زمان زیادی می‌گذرد. هر چند هنوز هم رابط کاربری خطی مزایای زیادی مثل قابلیت اسکریپت نویسی، سرعت و کنترل بیشتر دارند اما امروزه بیشتر نرم افزارها برای زیبایی و راحتی کاربران از رابط گرافیکی استفاده می‌کنند. البته کار با خط فرمان برای بسیاری از کاربران ناخوشایند یا مشکل است.

پایتون در ساخت رابط گرافیکی عملکرد خوبی دارد و کتابخانه‌های مختلفی برای این کار معرفی کرده است. کتابخانه هایی مثل WxPython یا GTK+ به شما کمک می‌کنند بعد از نوشتن کدهای برنامه و ساخت منطق آن، یک رابط گرافیکی هم به پروژه خود اضافه کنید. کتابخانه Tkinter به نظر خیلی از توسعه دهندگان، استانداردترین کتابخانه پایتون در طراحی رابط کاربری است. همینطور PyQt کاربری آسان و جذابی دارد که با نصب آن در لینوکس یا ویندوز می‌توانید به صورت گرافیکی محیط مورد نظر خود را پیاده سازی کنید.

8 – کاربرد پایتون در ساخت بازی‌های رایانه‌ای

با رشد تکنولوژی بازی‌های رایانه ای پیشرفت کردند و امروزه در بعضی از کشورها صنعت پردرآمد و پولسازی حساب می‌شوند. در طراحی بازی‌های پیشرفته از موتورهای بازی سازی اختصاصی استفاده می‌شود اما بعضی از موتورها مثل Unity یا Unreal به طور عمومی عرضه می‌شوند. برای ساخت بازی با هزینه نسبتا پایین ترکیب زبان برنامه نویسی C# و موتور بازی سازی Unity پیشنهاد می‌شود. شاید انتظارش را نداشته باشید اما پایتون در این زمینه هم کاربرد دارد.

PyGame یک کتابخانه رایگان و Cross Platform است که از سال 2000 کار خودش را شروع کرد. این کتابخانه از عناصری مثل صدا و گرافیک کامپیوتری تشکیل شده که به خوبی با زبان برنامه نویسی پایتون هماهنگ است. بازی هایی مثل Frets On Fire با موتور PyGame ساخته شده‌اند. هر چند این کتابخانه قدمتی طولانی دارد اما هنوز اختلاف آن با Unity یا Cry Engine بسیار زیاد است. این کتابخانه بیشتر برای ساخت بازی‌های سبک و ساده استفاده می‌شود.