Table Of Content

. N P ROGRA O M H T M I Y P N G Key Stage 3 COMPUTING STUDENT REFERENCE AND EXERCISES PART II y m U si d n a g e c Mi o d n C ecraft Pi a n d . Minecraft Pi Book Craig Richardson June 13, 2013 ThisbookislicensedundertheCreativeCommonslicenseofAttribution-NonCommercial- ShareAlike3.0Unported(CCBY-NC-SA3.0) Youarefree: toShare —tocopy,distributeandtransmitthework toRemix —toadaptthework Underthefollowingconditions: Attribution —Youmustattributetheworkinthemannerspecifiedbytheauthoror licensor(butnotinanywaythatsuggeststhattheyendorseyouoryouruseofthe work). Noncommercial —Youmaynotusethisworkforcommercialpurposes. ShareAlike —Ifyoualter,transform,orbuilduponthiswork,youmaydistributethe resultingworkonlyunderthesameorsimilarlicensetothisone. Withtheunderstandingthat: Waiver — Any of the above conditions can be waived if you get permission from the copyrightholder. PublicDomain —Wheretheworkoranyofitselementsisinthepublicdomainunder applicablelaw,thatstatusisinnowayaffectedbythelicense. 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Contents 1 Introduction 1 1.1 UsingthisBook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 StandardsUsedinthisBook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 GettingStarted 5 2.1 ProgrammingwithPython . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.1 TheMinecraftPiAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.2 WritingandRunningCode . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 PythonSyntax 11 3.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.1.1 TeleportthePlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.1.2 TeleportthePlayerPrecisely . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1.3 TeleportationTour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.1.4 StopSmashingThings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2 VariablesandDataTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.1 Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.2 Floats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2.3 Booleans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2.4 ChangingValuesofVariables . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3 WhitespaceandStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3.1 StatementsandLineBreaks . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3.2 Indentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.4 Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4.1 SingleLineComments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4.2 Multi-lineComments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4 MathsOperations 29 4.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1.1 StackingBlocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.1.2 SuperJump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 i ii CONTENTS 4.1.3 SetBlockBelowPlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.1.4 SpeedBuilding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.1.5 Proportions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.2 Operators,ExpressionsandStatements . . . . . . . . . . . . . 37 4.2.1 Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.2 Subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.3 Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.4 Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.5 Exponentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.6 Modulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.3 OperatorOrder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.4 InterchangingVariablesandValues . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5 ShorthandOperators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5 StringsandConsoleOutput 47 5.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1 HelloMinecraftWorld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2 InputtingYourMessage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.1.3 UserName . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1.4 MadLibs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.5 CreateaBlockwithInput . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.1.6 SprintRecord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.2 Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.2.1 Substrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.3 StringFunctionsandMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.3.1 len() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.3.2 .lower() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.3.3 .upper() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.3.4 str() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.4 Print . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.4.1 PrintingStringVariables . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.4.2 JoiningStrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.4.3 ConcatenatingIntegers,FloatsandBooleans . . . . . 62 5.4.4 PlaceholdersinStrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.4.5 raw_input() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.4.6 input() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.5 DateandTime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.5.1 GettingtheCurrentDateandTime . . . . . . . . . . . 66 6 ComparatorsandControlFlow 67 6.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 CONTENTS iii 6.1.1 Swimming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.1.2 Doyouwanttostopsmashingthings? . . . . . . . . . 69 6.1.3 Bringusashrubbery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.1.4 TakeaShower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.1.5 SecretPassage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 6.2 Comparators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.2.1 EqualTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.2.2 NotEqualTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 6.2.3 LessThan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.2.4 LessThanorEqualTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.2.5 GreaterThan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.2.6 GreaterThanorEqualTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.3 BooleanOperators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.3.1 and . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.3.2 or . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.3.3 not . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6.3.4 BooleanOperatorOrder . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.4 If,ElseandElif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.4.1 ifStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.4.2 else . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6.4.3 elif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 6.4.4 NestedIfstatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.4.5 CheckingForLetters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 7 Functions 99 7.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 7.1.1 AForest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 7.1.2 ArmingTNT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7.1.3 WoolColour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 7.1.4 Turtle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 7.1.5 ImportBlockModule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.2 Functionsyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.2.1 Callingafunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 7.2.2 Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.2.3 MultipleArguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 7.3 Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.3.1 Import . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.3.2 from . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.3.3 ImportAll* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.4 Built-inFunctionsandMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.4.1 max() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 iv CONTENTS 7.4.2 min() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.4.3 abs() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.4.4 type() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 8 ListsandDictionaries 119 8.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 8.1.1 GlitchingSign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 8.1.2 BlockbyNumbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 8.1.3 TeamCamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 8.1.4 DictionaryofWool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.1.5 HackingaFriend’sGame . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 8.2 Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.2.1 Definingalist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.2.2 Accessingalistitem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.2.3 Changingalistitem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3 ListCapabilitiesandFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3.1 Addinganitem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 8.3.2 ListLength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 8.3.3 ListSlicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 8.3.4 Searching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 8.3.5 InsertinganItem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 8.3.6 RemovinganItem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 8.3.7 Loopingthroughalist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 8.3.8 Sortingalist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 8.3.9 AddingTogetherItemsinaList . . . . . . . . . . . . . . 136 8.4 Dictionaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 8.4.1 DefiningaDictionary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 8.4.2 AccessingItemsinDictionaries . . . . . . . . . . . . . 138 8.4.3 Changing/AddinganItemwithaDictionary . . . . . 138 8.4.4 DeletingItemsinDictionaries . . . . . . . . . . . . . . 139 9 FunctionsandLists 141 9.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 9.1.1 PixelArt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 9.1.2 ShadowCastle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 9.2 UsingFunctionswithLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 9.2.1 ListsasArguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 9.2.2 LoopsandListsinFunctions . . . . . . . . . . . . . . . 145 9.2.3 ModifyingEachListItem . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 9.2.4 FunctionstoModifyEachIteminaList . . . . . . . . . 147 9.2.5 MoreOnrange() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 CONTENTS v 9.2.6 ConvertingaListintoaString . . . . . . . . . . . . . . 149 9.2.7 SplittingaStringintoaList . . . . . . . . . . . . . . . . 149 9.3 UsingMultipleLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 9.3.1 Multi-dimensionalLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 9.3.2 JoiningTwoLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 9.3.3 UsinganUndefinedNumberofLists . . . . . . . . . . 153 10 Loops 155 10.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 10.1.1 MidasTouch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 10.1.2 TreeFighter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 10.1.3 ChatwithaLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 10.1.4 Pyramid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 10.1.5 HotandCold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 10.1.6 AdaptExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 10.2 WhileLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10.2.1 BooleanOperatorsandWhileLoops . . . . . . . . . . . 163 10.2.2 AvoidingInfiniteLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 10.2.3 Break . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 10.2.4 while/else . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 10.3 ForLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 10.3.1 StringsasLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10.3.2 LoopingOveraDictionary . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10.3.3 UsingIndexeswithForLoops . . . . . . . . . . . . . . . 168 10.3.4 ZippingTwoLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 10.3.5 For/ElseLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 10.3.6 BreakingaFor/ElseLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 11 AdvancedTopicsinPython 173 11.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 11.2 IteratingOverDataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 11.2.1 items() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 11.2.2 Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 11.2.3 keys() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 11.2.4 values() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 11.3 ListComprehension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 11.3.1 ListComprehensionSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . 177 11.3.2 ListComprehensionWithOperators . . . . . . . . . . 178 11.4 ListSlicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 11.4.1 Stride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 11.4.2 OmittingIndexArguments . . . . . . . . . . . . . . . . 179 vi CONTENTS 11.4.3 ReversingaList . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 11.5 Lambdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 11.5.1 LambdaSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 11.5.2 filter() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 12 BinaryandBitwiseOperators 185 13 Classes 187 13.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 13.2 BasicClassConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 13.3 CreatingaClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 13.3.1 __init__() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 13.3.2 Argumentswith__init__() . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 13.4 CreatinganObject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 13.4.1 AccessingAttributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 13.4.2 ClassScope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 13.4.3 CreatingMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 13.4.4 MultipleObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 13.5 Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 13.5.1 InheritingaClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 13.5.2 OverridingMethodsandAttributes . . . . . . . . . . . 197 13.5.3 ReferencingSuperclassMethodsinaSubclass . . . . 197 14 FileInputandOutput 199 14.1 MinecraftExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 14.2 IntroductiontoFileI/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 14.2.1 OpeningaFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 14.2.2 WritingandClosingaFile . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 14.2.3 ReadingaFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 14.2.4 ReadingaLineofaFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 14.3 TheBuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 14.3.1 AutomaticallyClosingaFile . . . . . . . . . . . . . . . . 204 14.3.2 ClosedAttribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 15 ErrorHandling 207 Appendices 209 A ChecklistofTopicsCovered 211