Python (ohjelmointikieli)

Python on ohjelmointikieli, jolle on tunnusomaista hyvä luettavuus, korkea abstraktiotaso ja kehittyneet kirjastot monilla eri sovellusalueilla. Python on niin kutsuttu tulkattu kieli, mikä tarkoittaa että sen suorituskyky on alhaisempi kuin käännetyn kielen.
Tioben Tiobe Indexin mukaan Python on maailman suosituin ohjelmointikieli. Pythonilla ohjelmointi on tuottavuudeltaan korkeaa jopa Javaan verrattuna.
Pythonin nousu vakavasti otettavaksi ohjelmointikieleksi käynnistyi Zope- ja Plone-tuotteiden myötä sekä suositun Blender-3D-mallinnusohjelman skriptauskielenä. Toinen tulkattu kieli nimeltä Perl oli suosittu Linux-käyttäjien parissa. Perl avasi tietä Pythonille demonstroimalla tulkatun kielen etuja. Python oli myös skriptikieli ja toimi Perlin korvikkeena. Monet Linux-käyttäjien skriptit alkoivat perustua Pythonille ja Perlin 6-versio ei ollut kovin suosittu. Python kamppaili myös jonkin aikaa Ruby-ohjelmointikielen kanssa, mutta ohitti sen suosiossa.
Historia.
Ensimmäinen versio Python-kielestä syntyi 1980-luvun loppupuolella. Alun perin kieli tehtiin jatkoksi ABC-ohjelmointikielelle korjaamalla siinä havaittuja puutteita ja tuomalla sen piirteisiin muun muassa poikkeusten käsittelyn. Kielen luoja Guido van Rossum on pysynyt kielen kehityksessä mukana koko sen historian ajan keskeisessä roolissa.
Python on alun perin nimetty brittiläisen komediaryhmä Monty Pythonin tunnetun "Monty Pythonin lentävä sirkus" -televisiosarjan mukaan. Python-nimi koettiin lisäksi tarpeeksi lyhyeksi, yksilöiväksi sekä sopivan mysteeriseksi. Kielen dokumentaation koodiesimerkeissäkin pyritään välttämään liiallista vakavuutta satunnaisilla viittauksilla ryhmän tuotantoon..
Alkuperäisestä Python-kielestä jalostettu Python 2.0 julkaistiin 16. lokakuuta 2000. Kielen toinen täysversio sisälsi useita uusia ominaisuuksia, mukaan lukien täydellisen roskienkeruumekanismin ja Unicode-tuen. Suurin muutos tapahtui kuitenkin itse kielen kehitysprosessissa, jossa Python-yhteisölle annettiin vapaammat kädet osallistua mukaan kielen kehitykseen .
Joulukuussa 2008 ilmestynyt Pythonin versio 3.0 toi kieleen jonkin verran uudistuksia. Periaatteena sen kehityksessä oli vähentää ominaisuuksien rinnakkaisia toteutustapoja poistamalla vanhoja tapoja tehdä asiat. Tästä seuraa, ettei kielen uusin versio ole taaksepäin yhteensopiva, eivätkä 2-versioiden mukaiset ohjelmat siis välttämättä toimi sellaisenaan. Muutoksia ovat muun muassa:
Version 3 ja sen tuomien muutosten käyttöönottoa on pyritty tukemaan monella tavalla. Versiolla 2.5 voi ottaa jo käyttöön joitain uudistuksia komennolla from __future__ import * . Samoin versiolla 2.6 voidaan ottaa käyttöön kaikki version 3.0 tuomat uudistukset. Lisäksi Python 2.6:lla voidaan aktivoida varoitukset vanhanmallisen koodin käytöstä. Tämä helpottaa vanhanmallisen lähdekoodin muuttamista versiolle 3.0 sopivaksi. Lisäksi saatavilla on codice_1 työkalu, joka muuttaa valtaosan 2-sarjan koodista 3-versioon.
Ominaisuudet.
Interaktiivinen tulkki.
Pythonia voi kokeilla helposti interaktiivisen tulkin avulla:
»&gt; print("Hello, world!")
Hello, world!
»&gt; 2*42 
84
»&gt; # Määritellään funktio ja kutsutaan sitä:
»&gt; def tuntipalkka(palkka, aika):
»&gt; return palkka / aika
»&gt; tuntipalkka(210, 8)
26.25
Esimerkki syntaksista.
n = int(input('Type a number, and its factorial will be printed: '))
if n &lt; 0:
 raise ValueError('You must enter a non-negative integer')
factorial = 1
for i in range(2, n + 1):
 factorial *= i
print(factorial)
Käyttöaiheet.
Python on yksi suosituimmista ohjelmointikielistä, joten sille on kehitetty runsaasti suosittuja kirjastoja, ohjelmistokehyksiä ja rajapintoja, joiden avulla voidaan luoda paljon erilaisia sovelluksia esim. numeerisen laskennan, grafiikan ja web-kehityksen alueilla.
Numeerinen laskenta ja tieteellinen laskenta.
Pythonia voi käyttää aina yksinkertaisesta numeerisesta laskennasta datatieteeseen ja vaativaan tieteelliseen laskentaan (esim. kirjastot NumPy, SciPy, skicit-learn, pandas,). Kuvaajien tekemiseen on useita suosittuja kirjastoja (esim. matplotlib, seaborn, plotly, bokeh). Scipy on riippuvainen NumPy kirjastosta. Seaborn perustuu matplotlib kirjastoon.Pythonille on saatavana PyTorch ja TensorFlow-kirjasto, jotka liittyvät koneoppimiseen.
Kuvat ja graafiset käyttöliittymät.
Pythonissa itsessään ei ole mahdollisuutta ladata kuvia tai muuta mediaa, mutta tämä onnistuu esimerkiksi Pygame-moduulin (ks. Simple DirectMedia Layer) tai Pygletin avulla. Python sisältää Tkinter-kirjaston Tk-käyttöliittymäkirjaston käyttöön, mikä tulee Pythonin standardiasennuksessa. Pythonilla voidaan tehdä graafisia käyttöliittymiä muun muassa käyttämällä C++-kielellä kirjoitettua Qt-käyttöliittymäkirjastoa. Myös esim wxPython-, PySide- ja Kivy-kirjastolla voi tehdä GUI-ohjelmia.
Verkkosivustojen tekeminen WSGI-rajapinnalla.
Python on yleistynyt verkkosivustojen ohjelmointikielenä ja Python-kielelle on saatavilla sekä minimaalisia että kehittyneitä kehitysympäristöjä (esim. Django). Pythonia voidaan ajaa palvelimella WSGI ("Web Server Gateway Interface") -rajapinnan avulla, joka on viime aikoina kehitetty Pythonilla toteutettujen verkkosivustojen suorituskykyistä ajoa varten. Muita kehitysympäristöjä verkko-ohjelmointiin on esimerkiksi web2py ja TurboGears. 
Rajapinnat yleisille tietokantaohjelmistoille.
Pythonille on saatavilla rajapintoja tietokantojen (MySQL, PostgreSQL, SQLite) käsittelyyn. Python 3 sisältää SQLite-tietokannan standardikirjastossa (sqlite3).
C- ja C++ -laajennukset sekä CUDA.
Pythonia voi laajentaa C- ja C++-ohjelmointikielillä. Toisaalta Pythonia voi sisällyttää C- ja C++-kielisiin ohjelmiin skriptikielenä. Mainittavaa on myös kyky vuorovaikuttaa matlabin kanssa. Nvidian grafiikkapiirien CUDA-ohjelmointi on mahdollista Pythonilla; tällä tavalla laskenta voidaan antaa grafiikkapiirin rinnakkain suoritettavaksi.
Muita käyttökohteita ja kirjastoja.
Pythonissa on myöskin PDF-tiedostojen hallintaan tarkoitettu pypdf-kirjasto.
Oliopohjainen ohjelmointi Pythonissa.
Python tukee oliopohjaista ohjelmointia (OOP), joka on ohjelmointiparadigma, jossa keskitytään objektien ja luokkien käyttöön. Tämä lähestymistapa on yleinen monissa ohjelmointikielissä. Pythonin avulla ohjelmoijat voivat luoda olioita käyttäjän määrittämien luokkien perusteella. Luokat määritellään Pythonissa class-avainsanalla, ja ne toimivat suunnitelmina olioille, jotka voivat sisältää ominaisuuksia (attribuutteja) ja toimintatapoja (metodeja).
Esimerkiksi:class Ajoneuvo:
 def __init__(self, merkki, malli):
 self.merkki = merkki
 self.malli = malli
 def esittele(self):
 return f"Tämä on {self.merkki} {self.malli}."Yllä olevassa esimerkissä `Ajoneuvo`-luokka sisältää konstruktorin `__init__`, joka asettaa auton merkin ja mallin. `esittele`-metodi puolestaan tulostaa tiedot ajoneuvosta.
Oliopohjaisen ohjelmoinnin (OOP) etuna on erityisesti koodin uudelleenkäytettävyys ja modulaarisuus.
Periytyminen Pythonissa.
Periytyminen on OOP:n keskeinen ominaisuus, joka mahdollistaa uuden luokan määrittämisen olemassa olevan luokan pohjalta. Python tukee periytymistä, jossa aliluokka voi periä yliluokan ominaisuudet ja metodit. Tämä mahdollistaa olemassa olevan koodin uudelleenkäytön ja helpottaa ohjelman laajentamista ja ylläpitoa.
Esimerkki periytymisestä:class Polkupyora(Ajoneuvo):
 def __init__(self, merkki, malli, vaihteet):
 super().__init__(merkki, malli)
 self.vaihteet = vaihteet
 def esittele(self):
 return f"Tämä on {self.merkki} {self.malli} polkupyörä, jossa on {self.vaihteet} vaihdetta."Tässä esimerkissä `Polkupyora`-luokka perii `Ajoeneuvo`-luokan ominaisuudet ja metodit, mutta lisää siihen oman `vaihteet`-attribuutin ja muokkaa `esittele`-metodia kertomaan myös vaihteista.ajoneuvo1 = Ajoneuvo("Toyota", "Corolla")
print(ajoneuvo1.esittele())
pyora1 = Polkupyora("Tunturi", "XC", 7)
print(pyora1.esittele())Tässä esimerkissä luodaan `Ajoneuvo`-olio ja `Polkupyora`-olio, ja molempien `esittele`-metodit tulostavat niille ominaiset tiedot.
Rakenne.
Pythonissa kaikki rakenteet määritellään objekteina, joilla on identiteetti (id()), tyyppi (type()) ja arvo. Objektin tyyppi kertoo, millaisia operaatioita se sallii ja mitä arvoja se voi saada. Identiteettinä toimii CPython-toteutuksessa objektin osoite muistissa. 
Paketit ja moduulit.
Korkeimmalla hierarkian tasolla Python-ohjelmat muodostuvat paketeista ja moduuleista. Paketit ovat erityisiä moduuleja, jotka vastaavat tiedostojärjestelmän kansioita, siinä missä varsinaiset moduulit vastaavat tiedostoja näissä kansioissa. Moduuleihin viitataan tiedostopolun tavoin mallillaimport paketti.alipaketti.moduuli as mdl ja niillä on attribuutteja kuten __name__ ja __file__. Tavallisia paketteja voidaan määritellä lisäämällä kansiooncodice_2-niminen tiedosto, jolloin Python tulkitsee tämän kansion Python-paketiksi ja kansiossa olevat Python-tiedostot moduuleiksi. Python-skriptin ajon aloittava moduuli saa nimen__main__ (eli__name__ == "__main__" on totta). 
Luokat ja funktiot.
Python-tulkki ajaa ohjelmat blokkeina yhdessä kehyksessä kerrallaan. Blokkeja muodostavat hierarkisesti skriptit, moduulit, luokat ja funktiot. Nimet näkyvät vain kunkin blokin sisällä, ellei näkyvyyttä olla muutettuglobal- tai nonlocal-avainsanoilla, tai kyseessä ole funktio, jolloin nimet näkyvät kaikille funktion sisältämille blokeille.
Sanastollisesti kukin koodiblokki koostuu nimistä (muuttuja), avainsanoista (for), literaaleista (2.5), operaattoreista (==), erottimista (() ja näiden muodostamista fyysisistä ja loogisista riveistä. Python käyttää lauseiden ryhmittelyyn sisennystä – ei kaarisulkeita kuten monet muut kielet. Kaksoispisteitä käytetään koottuja lauseita aloitettaessa (esim.for i in range(10):), mutta muuten uusi rivi ja oikea sisennys riittää rivin ja lauseen päätteeksi.
Luokat määritellään syntaksillaclass Luokka(Yläluokka1, Yläluokka2): ja luokan sisältö sisennetään tästä, mikä luo paikalliseen ympäristöön luokka-objektin. Luokassa määriteltyjä muuttujia kutsutaan attribuuteiksi ja funktioita metodeiksi. Metodien ensimmäinen argumentti ottaa vastaan aina objektin ja argumentin nimenä käytetäänself, jolloin metodia voidaan kutsua tyylilläobjekti.metodi(). Luokille voidaan antaa erityisiä metodeja, jotka määrittelevät, mitä Pythoniin sisäänrakennetut operaattorit ja funktiot tekevät kyseisen tyypin objekteille (engl. "operator overloading"). Näitä ovat muun muassa__init__()(alustus),__str__()(tekstiesitys),__lt__()(&lt;-operaattori) ja__eq__()(==-operaattori). Uusi luokka voi siten emuloida sisäänrakennettuja tyyppejä, kun sille määritellään tarvittavat erityismetodit.
Funktiot määritellään tyylillädef func(arg=None, *args, **kwargs): ja funktion sisältö sisennetään tästä, mikä luo paikalliseen ympäristöön kyseisen nimisen funktio-objektin.=määrittelee parametrille oletusarvon,* kaappaa ylimääräiset nimeämättömät argumentit yhteen tuple-objektiin ja** kaappaa ylimääräiset nimetyt argumentit yhteen sanakirjaan. Funktion argumentiksi voidaan antaa myös lauseke; tällöin vaaditaan, että*lausekepalauttaa generaattorin ja**lausekepalauttaa kuvauksen (esim. sanakirjan). Funktioita määritellessä tyyppivihjeet ovat muotoadef func(x: Tyyppi) -&gt; Tyyppi:. Ennen funktion määritelmää voi lisäksi olla useita ns. decorator-lauseita – mallia@deco(arg)– jotka ottavat funktion argumenttina ja palauttavat sen jollakin tavalla muunnettuna.
Kootut lauseet.
Luokkien ja funktioiden lisäksi koottuja lauseita ovat 
Lauseita.
Yksinkertaisia lauseita Pythonissa ovat muun muassa
Lausekkeita.
Lausekkeita Pythonissa ovat muun muassa
Tyypit.
Sisäänrakennettuja tyyppejä ovat muun muassa
Python on dynaamisesti tyypittävä, joten Pythonissa voidaan käyttää ns. ankkatyypitystä () eli objektin attribuutteja ja metodeja käytetään varsinaisesta tyypistä huolimatta ja mahdolliset tyyppivirheet otetaan vastaan ja käsitellään ("helpompi pyytää anteeksi kuin lupaa"). Kun tyyppivirheitä ei ole, objekti on käytännössä haluttua tyyppiä, koska sillä on sama rajapinta ("liikkuu ja vaakkuu kuin ankka, eli kyseessä on ankka"). Ankkatyypityksellä voidaan toteuttaa näin olio-ohjelmoinnin polymorfinen korvaus ilman periytymistä ja eksplisiittistä riippuvuutta valittuun tyyppiobjektiin.
Ko-rutiinit.
Ko-rutiinit (esim.async def func(x):) ovat erityisiä funktioita, jotka sallivat ajon tauottamisen ja jatkamisen käyttämällä avainsanojaawait, async for ja async withlauseita.
Generaattorifunktiot.
Generaattorifunktiot palauttavat generaattorin, jolla on__next__(), send, throw() ja close()-metodit. Tyypillisestifor-silmukka käyttää sitä tuottamaan (yield) arvoja silmukkaan – näin koko iteroitavaa objektia ei tarvitse pitää muistissa kerralla. Generaattorikorutiini on tätä vastaava, mutta asynkroninen.
Käyttö.
Python-tulkkia käytetään pääasiassa komentoriviltä antamalla ensimmäisessä argumentissa Python-skriptin tiedostonimi (esim.python hei-maailma.py). Python-tulkin aloitusympäristössä on alustettuna kolme moduulia –sys, builtins ja __main__– ja kaikki sisäänrakennetut ja standardimoduulit ovat käytettävissäimport-lauseella. Interaktiivisessa tilassa tulkki käsittelee yhden lauseen kerrallaan, muuten koko lähdetiedoston.
Ympäristönhallintaohjelmat (esim. conda, venv) mahdollistavat useiden eri Python- ja kirjastoversioiden käytön samassa käyttöjärjestelmässä ilman konflikteja.
Ohjelmistot.
Versionhallintajärjestelmä GNU Bazaar sekä siitä forkattu Breezy on toteutettu Pythonilla. Avoimen lähdekoodin Odoo-yritysohjelmisto, jota käyttää 19 000 yritystä. Syväoppimiseen perustuva tekoälyohjelmisto, Stable Diffusion on kirjoitettu täysin Pythonilla. Stable Diffusion onkin yksi suosituimmista, tehokkaimmista ja monipuolisimmista tekoälyistä joka pystyy luomaan kuvia pelkän syötetyn tekstin perusteella.
Sivustot ja kuluttajasovellukset.
Pythonilla (suurimmaksi osaksi pääkielenä) on kirjoitettu myös lukuisia muita tunnettuja sovelluksia ja sivustoja kuten YouTube, Google, Spotify, Instagram, Reddit, Dropbox ja Quora.
Toteutukset.
Python-kielestä on tehty useita toteutuksia. Tunnetuimmat ovat C-ohjelmointikielellä tehty alkuperäinen (kielen määrittelevä) toteutus ja Java-ohjelmointikielellä tehty Jython. Muita toteutuksia ovat esimerkiksi IronPython .NET- ja Mono-alustoille sekä Python-kielellä itsellään uudelleentoteutettu PyPy. Mobiilialustoista Python on sovitettu myös Symbian S60 -alustalle . Lisäksi kielestä on kehitetty Maemo-alustaan optimoitu versio . Sulautettujen järjestelmien ohjelmointiin on myös MicroPython.
Python-tulkki ja -kirjastot on kehitetty avoimen lähdekoodin projektina, ja niitä levitetään Pythonin oman lisenssin (Python Software Foundation License) alaisena, joka on yhteensopiva myös GPL-lisenssin kanssa. Pythonin lisenssi sallii lisäksi kaikenlaisen kaupallisen käytön ja jopa kaupallisen uudelleenlevittämisen.
Python-koodin tulkitseminen ja ajoa edeltävä optimointi saattavat joskus olla hitaita prosesseja, ja Pythonia ajetaankin useimmiten tavukoodina hieman Javan tapaan. Tämä vie ohjelman suorituksesta pois yhden hitaammista vaiheista, tulkkaamisen tavukoodiksi; tulkkaamattoman Python-skriptin ajaminen saattaa olla moninkertaisesti tavallisen C-kielisen ohjelman ajamista hitaampaa.