زبان برنامه نویسی پایتون (Python Programming Language)، یک زبان برنامه نویسی قدرتمند، سطح بالا، شی گرا و حرفه ای می باشد. که همواره در حال گسترش است و از همین رو بسیاری از برنامه نویسان مبتدی آن را به عنوان اولین زبان برنامه نویسی برای خود انتخاب می کنند. زیرا پایتون به عنوان یک زبان همه منظوره (General-Purpose Language) تولید و توسعه یافته و محدود به توسعه نوع خاصی از نرم افزارها نیست.

به بیان دیگر، میتوان آن را در هر زمینه فعالیتی، از تحلیل داده (Data Analysis) گرفته تا ساخت بازی های کامپیوتری به کار گرفت.

همچنین پایتون را برای محاسبه معادلات پیچیده و تحلیل دیتا به کار می گیرند. و از نظر سطح علمی از محبوبیت بسیاری برخوردار است.

یادگیری پایتون برای برنامه نویسان این بستر را فراهم نموده تا با صرف وقت کم و تلاش، اصول اولیه این زبان را فراگرفته و اولین برنامه کاربردی خود را با این زبان طراحی نمایند. تعداد کلمات کلیدی در پایتون اندک، ساده و کاملا قابل درک است. این موضوع درک و یادگیری این زبان را برای افراد مبتدی بسیار ساده کرده است.

زبان برنامه نویسی چیست؟

طبق نظرسنجی توسعه دهندگان Stack Overflow، در چند سال گذشته، پایتون در صدر فهرست محبوب ترین و پرطرفدارترین زبان های برنامه نویسی قرار گرفته است. پایتون توسط شرکت های معتبری مانند Intel و Facebook به کار گرفته میشود. پایتون یکی از چهار زبان اصلی در ساختار گوگل است و یوتیوب به صورت گسترده ای با پایتون طراحی شده است.

در این آموزش از  سری آموزش های دانشکده فنی مهندسی مکانیک دانشگاه تهران قصد داریم؛ شمارا با این زبان قدرتمند آشنا نموده و کاربردهای مهم آن را برای شما مورد بررسی قرار دهیم.

زبان برنامه نویسی پایتون چیست؟

به بیان فنی، پایتون (Python) یک زبان برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented) و سطح بالا (High-Level) با معناشناسی پویا برای وب و ساخت و توسعه نرم افزارهای کاربردی می باشد.

این زبان برنامه نویسی که در سال ۱۹۹۱ برای اولین بار طراحی و منتشر شد، در زمینه توسعه نرم افزارهای کاربردی از جذابیت بسیاری برخوردار است. زیرا دارای (Dynamic Types) و (Dynamic Binding) است.

پایتون یک زبان اسکریپتی می باشد که کدهای آن در پلتفرم های لینوکس، ویندوز، مکینتاش، سیستم عامل های موبایل و حتی پلی استیشن قابل اجراست. و شرکت های معتبر و بزرگی مانند گوگل، یاهو، اینستاگرام، ناسا، یوتیوب و… در سطوح بالایی از آن استفاده می کنند.

ترجمه و فهم کدهای زبان برنامه نویسی پایتون به دلیل شباهت بسیار به زبان انگلیسی، نسبت به دیگر زبان ها برای توسعه دهندگان ساده تر می باشد.

علاوه بر این، زبان برنامه نویسی پایتون از ماژول‌ ها استفاده میکند. بدین معنا که برنامه های این زبان قابل طراحی به سبک ماژولار هستند و کدهای موجود در یک پروژه در پروژه‌ های گوناگون دیگر نیز قابل استفاده مجدد می باشند.

هنگامی که یک کاربر، ماژول مورد نیاز خود را توسعه داد، خودش یا دیگر علاقمندان (در صورتی که کد در اختیار عموم قرار بگیرد) می توانند آن را برای استفاده در دیگر پروژه ها گسترش دهند. (Import) و (Export) کردن این ماژول ها نیز کار آسانی است.

یکی از مزایای قابل توجه زبان برنامه نویسی پایتون، دارا بودن کتابخانه  و مفسر، هم به صورت (binary) و هم (source) به صورت رایگان می باشد. در پایتون هیچ انحصاری وجود ندارد، زیرا همه ابزارهای لازم برای آن در تمامی پلتفرم های اصلی موجود هستند. بنابراین، پایتون برای توسعه دهندگانی که نمی خواهند دغدغه هزینه های بالای توسعه را داشته باشند گزینه ای مناسب به شمار می آید.

کاربردهای زبان برنامه نویسی پایتون

همانطور که پیش تر گفتیم، پایتون یک زبان چند منظوره است به این معنی که میتوان از آن در بخش های مختلف توسعه نرم افزار استفاده نمود. در این بخش چند مورد از کاربرد های پایتون را برای شما شرح خواهیم داد.

معرفی انواع زبان های برنامه نویسی

طراحی سایت با پایتون

بیشتر توسعه دهندگان از زبان های برنامه نویسی مانند PHP و ASP برای طراحی وبسایت ها استفاده می کنند. این در حالیست که پایتون نیز دارای قدرت بالایی در زمینه توسعه وب می باشد.

فریمورک های پایتون بسیاری برای توسعه وب وجود دارد، مانند جنگوDjango  و فلسک Flask. این فریمورک ها برای ایجاد سایت ها و اپلیکیشن هایی مانند Spotify، Reddit و Mozilla استفاده شده اند.

به دلیل وجود کتابخانه ها و ماژول های گسترده ای که با فریمورک های پایتون ارائه می شوند، عملکردهایی مانند دسترسی به دیتا بیس، مدیریت محتوا و مجوز دیتا ها همگی امکان پذیر و به آسانی قابل دسترسی هستند. تطبیق پذیری زبان پایتون، سبب شده که آن را به طور گسترده در توسعه وب به کار بگیرند.

هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ با پایتون

از زبان برنامه نویسی پایتون به دلیل ماهیت پایدار، انعطاف ‌پذیری و سادگی،‌ به‌ طور گسترده در زمینه‌ های یادگیری ماشین (ML) و هوش مصنوعی (AI) استفاده می‌ شود. الگوریتم های یادگیری ماشین از اهمیت بالایی برخوردار بوده و کاربردهای فراوانی دارند. برای نمونه گوگل برای جستجو از الگوریتم های ماشین لرنینگ استفاده می کند. پایتون در یادگیری ماشین عملکرد بسیار عالی داشته و بسیاری از افراد فعال در این حوزه از کتابخانه های پایتون استفاده می کنند.

تجزیه و تحلیل داده ها با پایتون

یکی دیگر از زمینه های در حال توسعه آنالیز دیتا ها می باشد. که زبان پایتون به دلیل سادگی و انعطاف پذیری، در این زمینه بسیار کاربرد دارد. روش ها و الگوریتم های مختلفی برای تحلیل دیتا وجود دارد، اما به جرأت میتوان گفت بهترین زبان برنامه نویسی برای تجزیه و تحلیل دیتا، پایتون می باشد. زبان برنامه نویسی پایتون دارای کتابخانه های بسیار گسترده و کاربردی در زمینه آنالیز data است.

در حال حاضر یعنی هنگامی که ما روزانه data های بسیاری تولید می کنیم، پلتفرم‌ های کارآمد مانند پایتون برای تجزیه و تحلیل، دستکاری و مدیریت و سازماندهی data تقاضای بسیاری دارند. تحلیل دیتا می تواند اطلاعات بسیار مفیدی در اختیار افراد و شرکت ها قرار دهد.

ساخت بازی رایانه ای با پایتون

زبان های برنامه نویسی و موتورهای بازی سازی بسیار پیشرفته ای برای ساخت بازی های رایانه ای وجود دارد. زبان پایتون از جمله زبان های برنامه نویسی بسیار قوی و کاربردی در این زمینه است. وجود کتابخانه های کاربردی و رایگان، پایتون را به گزینه ای مناسب در این زمینه تبدیل نموده است. کتابخانه های وب مانند جنگو و فلسک، برنامه نویسان را در انجام فعالیت های مربوط به توسعه وب، ناخواسته به سمت پایتون می کشانند. زبان پایتون به جهت توسعه نمونه های اولیه بازی ها بسیار کارآمد است.

ساخت اپلیکیشن موبایل با پایتون

یکی از جذاب ترین کاربرد های پایتون استفاده از آن جهت تولید اپلیکیشن های موبایل است. هر چند که اکثر برنامه نویسان با زبان‌ اندروید اقدام به ایجاد اپلیکیشن موبایل می کنند، اما پایتون نیز یکی از گزینه های مناسب برای انجام این کار است. برای فعالیت در این زمینه می توانید از فریم ورک Kivy و BeeWare استفاده نمایید.

زبان پایتون از تمامی سیستم عامل های محبوب پشتیبانی می کند. همان کدها میتوانند بدون کامپایل مجدد روی پلتفرم های مختلف اجرا شوند.

مزایای زبان برنامه نویسی پایتون

زبان پایتون دارای کاربردهای متنوعی در شرکت های توسعه نرم‌افزار است. این موارد متنوع سبب ایجاد جایگاه ویژه ای برای پایتون در میان زبان های برنامه نویسی می شود. در ادامه برخی از مزایای این زبان برای شما توضیح خواهیم داد.

چند منظوره بودن

پایتون یک زبان برنامه نویسی همه منظوره با طیف وسیعی از کاربردهاست. از توسعه وب سایت گرفته تا توسعه بازی و توسعه رابط کاربری گرافیکی دسکتاپ، پایتون یک زبان بسیار کاربردی و همچنین یک انتخاب مناسب برای عملیات های امنیتی می باشد. امنیت اطلاعات، امنیت وب سایت و امنیت سایبری همگی قابلیت هایی هستند که با زبان پایتون قابل پیاده سازی می باشند.

چندمنظوره بودن و وجود کتابخانه های گسترده و کدهای تمیز، بهره وری برنامه نویسان را به نسبت کار با زبان هایی مانند VB، پِرل (Perl)، جاوا، C++ ،C و C# دو تا ده برابر می کند.

کتابخانه های گسترده

بزرگترین مزیت پایتون تعداد کتابخانه هایی است که از آن پشتیبانی می کند. کتابخانه های پایتون یک قطعه کد از پیش نوشته شده هستند که می توانید آن را در پروژه خود یا مجموعه ای از ماژول ها قرار دهید.

کتابخانه استاندارد Python که به زبان C نوشته شده است، مجهز به سینتکس، توکن ها و ماژول های اصلی می باشد. از این کتابخانه ها می توان برای درج اسناد، تست خودکار، اسکریپت نویسی مرورگرهای وب، مدیریت دیتا بیس، گرافیک و CGI، سرورهای ایمیل و… استفاده نمود.

پایتون دارای کتابخانه های استاندارد بسیاری در زمینه های گوناگون مانند عملیات روی رشته ها، اینترنت، ابزارهای وب سرویس، رابط های سیستم عامل و پروتکل هاست. اغلب وظایف پرکاربرد در برنامه نویسی، با پایتون اسکریپت نویسی شده اند تا تعداد خطوط کد مورد نیاز برای نوشتن یک برنامه کاهش یابد.

جامعه در حال توسعه

جامعه توسعه دهندگان پایتون بسیار فعال است. با به کارگیری پایتون در فناوری های جدید مانند یادگیری ماشین یا هوش مصنوعی و امنیت سایبری، محبوبیت آن همچنان افزایش می یابد. تقریباً در 5 سال گذشته، تعداد برنامه نویسانی که زبان پایتون را به کار می گیرند، دو برابر شده است. در حال حاضر بیش از یک میلیون وبسایت، از پایتون برای برنامه نویسی بک اند استفاده می کنند.

پایتون دارای یک جامعه بزرگ برای پشتیبانی است. این ویژگی سبب می شود به آسانی بتوانید مشکلات پیش رو در مراحل یادگیری را برطرف کنید.

سادگی در استفاده و یادگیری

برنامه نویسی پایتون از کلمات انگلیسی برای انتقال مفاهیم استفاده می کند و دارای نحوی آسان برای یادگیری است و همچنین خطوط کدها در پایتون کاملا خوانا هستند. خوانایی کدها و طراحی کاربر پسند، از جنبه های مهم یک زبان برنامه نویسی هستند. پایتون برای درک و استفاده آسان، از طراحی منظم و تمیز پیروی می کند.

انعطاف پذیری، خوانایی و داشتن یک مفسّر ابرقدرت، پایتون را به یکی از ساده ترین زبان های شی گرا برای استفاده تبدیل کرده است.

این زبان همچنین از پارادایم های برنامه نویسی متعدد مانند تابعی و شی گرا پشتیبانی می کند که امکان پیاده سازی آسان را فراهم میکند.

مقیاس پذیری

همانطور گه پیش تر گفتیم، شما می توانید بدون هیچ نگرانی در مورد بازنویسی یا تطبیق کد برای سایر پلتفرم ها، تنها با افزایش مقیاس، نوشتن کد های برنامه را در پایتون انجام دهید.

معایب زبان برنامه نویسی پایتون

اگرچه پایتون مزایای بسیاری دارد، اما معایبی نیز وجود دارد که می تواند مانع روند توسعه شما شود. این مهم است که محدودیت ها را درک کنید و پروژه خود را بر اساس آن برنامه ریزی نمائید. در این بخش برخی از معایب پایتون را بررسی میکنیم.

سرعت پایین

اگرچه زبان پایتون بهره وری و سرعت توسعه بالایی دارد، اما در مورد زمان اجرا دارای یک نقطه ضعف است. از آنجایی که پایتون به جای استفاده از کامپایلر از مفسّر استفاده می کند، در مقایسه با سایر زبان های برنامه نویسی محبوب مانند جاوا یا C++ کند است. از سوی دیگر، پایتون برای بسیاری از کاربردهای وب سریع به شمار می آید.

استفاده بسیار از حافظه

برنامه های پایتون به دلیل فلسفه طراحی خود حافظه بسیاری اشغال می کنند. ایدئولوژی “هر چیزی که نیاز دارید از پیش ساخته شده است” به این معنی است که پایتون یک فریمورک شگفت انگیز، یکپارچه و سنگین است. و کار با پایتون با فضای حافظه محدود، انتخاب مناسبی نیست.

نامناسب جهت پردازش موبایل

زبان پایتون قابلیت کافی برای تولید یک اپلیکیشن موبایل کامل را به تنهایی ندارد. زبان های دیگر مانند JAVA یا C++ برای توسعه موبایل بسیارمؤثرتر خواهند بود. اما برنامه های رابط کاربری گرافیکی جدید مانند KIvy و BeeWare وجود دارد. که می توانند برای اپلیکیشن های موبایلی بومی و چند پلتفرمی استفاده شود. پایتون جایگاه خود را در میان سکوهای دسکتاپ و سرور تثبیت کرده، اما در پردازش موبایل ضعیف عمل نموده است. به همین دلیل است که برنامه های کاربردی موبایل را تاحدودی به کمک آن می سازند. از جمله اپلیکیشن های موبایلی که با پایتون تولید نمودند، می توان به Carbonnelle و Spotify اشاره نمود.

خطاهای زمان اجرا (Runtime Errors)

از آنجایی که زبان پایتون تایپ پویا می باشد، بنابراین دارای محدودیت های طراحی بسیاری است. این زبان نیاز به زمان تست بیشتری دارد و هنگامی که در نهایت برنامه ها در آن اجرا می شوند با خطاهایی رو به رو می شود.

بهترین فریم ورک های پایتون

فریم ورک مجموعه ای از ماژول ها یا پکیج ها است. استفاده از فریمورک های پایتون به کاهش زمان توسعه کمک شایانی می کند. هر فریم ورک مزایا و معایب خاص خود را دارد، بنابراین انتخاب چارچوب کاملاً به نیازهای پروژه و همچنین به ترجیح توسعه دهنده بستگی دارد. چند مزیت اساسی استفاده از چارچوب ها منبع باز، امن، مستند و کارآمد هستند.

زبان پایتون دارای فریم ورک های بسیاری است که میتوانید برای اهداف مختلف از آن ها استفاده کنید اما مهم ترین آنها به شرح زیر است:

• Bottle
• Flask
• Django
• Web2py
• AIOHTTP
• CherryPy
• FastApi
• Falcon
• Pyramid​

نتیجه گیری

در این مقاله به معرفی زبان برنامه نویسی پایتون، دلایل محبوبیت آن، ویژگی ها و کاربردها، مزایا و معایب و نسخه های گوناگون این زبان پرداختیم.

یکی از مهمترین دغدغه های افرادی که به تازگی قصد دارند وارد دنیای برنامه نویسی شوند، انتخاب زبان برنامه‌نویسی مناسب است.

در صورتی که شما هم به یادگیری این زبان علاقه‌مند هستید این اطلاعات می‌تواند برای شما مفید واقع شود. همچنین می توانید در دوره های آموزشی مبتدی تا پیشرفته زبان برنامه نویسی پایتون در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران شرکت نمائید.