Kapitel 1 Einleitung

Dieses Buch wird dich das Programmieren lehren. Hoffentlich auf eine spaßige Art und Weise, denn wenn es etwas Befriedigenderes gibt als ein Videospiel zu spielen, dann ist es, eines zu erstellen. Obwohl es für den Kurs “Python für soziale und experimentelle Psychologie” geschrieben wurde, ist mein Hauptziel nicht, dir Python an sich beizubringen. Python ist ein fantastisches Werkzeug (mehr dazu später), aber es ist nur eine von vielen existierenden Programmiersprachen. Mein ultimatives Ziel ist es, dir dabei zu helfen, allgemeine Programmierfähigkeiten zu entwickeln, die nicht von einer spezifischen Programmiersprache abhängen, und sicherzustellen, dass du gute Gewohnheiten entwickelst, die deinen Code klar, leicht lesbar und leicht zu warten machen. Dieser letzte Teil ist entscheidend. Programmieren geht nicht nur darum, Code zu schreiben, der funktioniert. Das muss natürlich gegeben sein, ist aber nur die Mindestanforderung. Programmieren geht darum, einen klaren und leicht lesbaren Code zu schreiben, den andere und, noch wichtiger, du selbst zwei Wochen später verstehen kannst.

1.1 Ziel des Buches

Das Ziel ist, dass du in der Lage bist, ein anspruchsvolles Experiment zu programmieren, das mehrere Blöcke und Versuche, verschiedene Bedingungen, komplizierte visuelle Darstellungen, automatische Datenaufzeichnung und Fehlerbehandlung haben kann. Wenn das ambitioniert klingt, dann ist es das auch, aber wir werden in kleinen Schritten vorgehen und im Prozess wirst du lernen.

• Kernkonzepte von Python einschließlich
  • Variablen und Konstanten
  • unveränderliche Datentypen wie Ganzzahlen, Fließkommazahlen, Zeichenketten, logische Werte und Tupel
  • veränderliche Typen wie Listen und Dictionaries
  • Funktionen
  • Steuerungsstrukturen wie if-else-Bedingungen und Schleifen
  • objektorientierte Programmierung einschließlich Konzepte des Vererbung, (optional) Duck-Typing und Mischung
  • Ausnahmen
  • Dateioperationen
• PsychoPy: Dies ist nicht Kern-Python, aber es ist eine erstklassige Bibliothek für psychophysische Experimente und du wirst die Schlüsselwerkzeuge lernen, die für die Programmierung eines Experiments erforderlich sind.
• Guter Programmierstil einschließlich
  • Klaren Code in iterativer Weise schreiben
  • Lesen (deines eigenen) Codes
  • Dokumentieren deines Codes
  • Debuggen deines Programms in VS Code

Ich habe versucht, Konzepte in dem Kontext zu präsentieren, der sie erfordert und daher am besten erklärt und ihre typischen Anwendungsszenarien darstellt. Das bedeutet, dass das Material rund um verteilt ist und auf Bedarfsbasis präsentiert wird. Zum Beispiel wird das Konzept der Listen zuerst präsentiert, aber Operationen daran werden in einem späteren Kapitel vorgestellt, sowohl weil wir dies erst später benötigen als auch um dein Gefühl, überwältigt zu sein, in einem vernünftigen Rahmen zu halten. Dies macht es schwieriger, dieses Buch als Referenz zu verwenden (es gibt ausgezeichnete Referenzen da draußen, angefangen mit der offiziellen Python-Dokumentation), aber die Hoffnung ist, dass es dir durch die Bereitstellung von mundgerechten Informationsbrocken leichter fallen wird, das Material zu verstehen und es mit dem zu integrieren, was du bereits weißt.

Die gleiche “verteilte” Logik gilt für Übungen. Anstatt am Ende jedes Kapitels aufgelistet zu sein, sind sie in den Text eingebettet und du solltest sie zu diesem Zeitpunkt erledigen. Viele von ihnen dienen dazu, Konzepte zu verdeutlichen, die zuvor anhand von anschaulichen Beispielen präsentiert wurden, daher wäre es hilfreich, sie sofort durchzuführen. Gleiches gilt für die Programmierübung, obwohl du in diesem Fall das gesamte Material lesen kannst, um eine “Vogelperspektive” auf das gesamte Programm zu bekommen und dann den Text erneut zu lesen und die Programmierübung durchzuführen.

1.2 Voraussetzungen

Dieses Material setzt keine Vorkenntnisse in Python oder Programmierung beim Leser voraus. Sein Ziel ist es, dein Wissen schrittweise aufzubauen und dir zu ermöglichen, immer komplexere Spiele zu erstellen.

1.3 Warum Spiele?

Der eigentliche Zweck dieses Kurses ist es, Psychologie- und Sozialwissenschaftsstudenten beizubringen, wie man Experimente programmiert. Das ist es, worum es in der echten Forschung geht. Allerdings gibt es zwischen den beiden praktisch wenig Unterschied. Die grundlegenden Zutaten sind die gleichen und, man könnte sagen, Experimente sind einfach nur langweilige Spiele. Und sei versichert, wenn du ein Spiel programmieren kannst, kannst du sicherlich auch ein Experiment programmieren.

1.4 Warum sollte ein Psychologe Programmieren lernen?

Warum sollte ein Psychologe, der an Menschen interessiert ist, lernen, wie man Computer programmiert? Die offensichtlichste Antwort ist, dass dies eine nützliche Fähigkeit ist. Wenn du programmieren kannst, hast du die Freiheit, ein Experiment zu erstellen, das deine Forschungsfrage beantwortet, und nicht ein Experiment, das aufgrund der Beschränkungen deiner Software implementiert werden kann.

Noch wichtiger, zumindest aus meiner Sicht, ist, dass das Erlernen des Programmierens die Art und Weise, wie du im Allgemeinen denkst, verändert. Menschen sind klug, aber Computer sind dumm¹. Wenn du dein Experiment oder deine Reisepläne jemandem erklärst, kannst du ziemlich vage sein, einen kleinen Fehler machen, sogar bestimmte Teile überspringen. Menschen sind klug, daher werden sie die fehlenden Informationen mit ihrem Wissen ergänzen, einen Fehler finden und korrigieren, dich nach mehr Informationen fragen und selbst improvisieren können, sobald sie auf etwas stoßen, das du nicht abgedeckt hast. Computer sind dumm, also musst du präzise sein, du kannst keine Grauzonen haben, du kannst nichts dem “es wird herausfinden, wenn es passiert” (es wird es nicht) überlassen. Meine persönliche Erfahrung, die von Psychologen bestätigt wurde, die das Programmieren gelernt haben, ist, dass es dir bewusst macht, wie vage und ungenau Menschen sein können, ohne es zu merken (und ohne dass du es merkst). Programmieren zwingt dich dazu, präzise und gründlich zu sein, für alle Eventualitäten zu planen, die es geben könnte. Und das ist an sich eine sehr nützliche Fähigkeit, da sie auf alle Aktivitäten angewendet werden kann, die Planung erfordern, sei es ein experimentelles Design oder Reisevorkehrungen.

1.5 Warum Python?

Es gibt viele Möglichkeiten, ein Experiment für psychologische Forschung zu erstellen. Du kannst Drag-and-Drop-Systeme verwenden, entweder kommerzielle wie Presentation, Experiment Builder oder kostenlose wie PsychoPy Builder Interface. Sie haben eine viel flachere Lernkurve, sodass du schneller mit dem Erstellen und Durchführen deiner Experimente beginnen kannst. Ihre einfache Handhabung hat jedoch einen Preis: Sie sind recht begrenzt, welche Reize du verwenden kannst und wie du die Präsentation, Bedingungen, Feedback etc. steuern kannst. In der Regel erlauben sie dir, sie zu erweitern, indem du das gewünschte Verhalten programmierst, aber du musst wissen, wie man das macht (Python-Kenntnisse bereichern deine PsychoPy-Experimente). Daher denke ich, dass diese Systeme, insbesondere PsychoPy, großartige Werkzeuge sind, um schnell ein einfaches Experiment zusammenzusetzen. Sie sind jedoch am nützlichsten, wenn du verstehst, wie sie den zugrunde liegenden Code erstellen und wie du ihn selbst programmieren würdest. Dann wirst du nicht durch die Software eingeschränkt, da du weißt, dass du etwas programmieren kannst, was der Standard-Drag-and-Drop nicht zulässt. Gleichzeitig kannst du dich immer dafür entscheiden, wenn Drag-and-Drop ausreichend, aber schneller ist, oder du kannst eine Kombination aus beiden Ansätzen verwenden. Am Ende geht es darum, Optionen und kreative Freiheit zu haben, ein Experiment zu programmieren, das deine Forschungsfrage beantwortet, und nicht nur ein Experiment, das deine Software erlaubt zu programmieren.

Wir werden das Programmieren in Python lernen, eine großartige Sprache, die eine einfache und klare Syntax mit der Kraft und Fähigkeit kombiniert, fast jedes Problem zu bewältigen. In diesem Seminar konzentrieren wir uns auf Desktop-Experimente, aber Sie können es für Online-Experimente (oTree und PsychoPy), wissenschaftliche Programmierung (NumPy und SciPy), Datenanalyse (pandas), Maschinelles Lernen (scikit-learn), Deep Learning (keras), Website-Programmierung (django), Computer Vision (OpenCV) usw. verwenden. Daher ist Python eines der vielseitigsten Programmierwerkzeuge, die Sie für alle Phasen Ihrer Forschung oder Arbeit verwenden können. Und Python ist kostenlos, so dass Sie sich keine Sorgen machen müssen, ob Sie oder Ihr zukünftiger Arbeitgeber die Lizenzgebühren bezahlen können (ein sehr reales Problem, wenn Sie Matlab verwenden).

1.6 Seminar-spezifische Informationen

Dies ist ein Material für das Seminar Python für Sozial- und Experimentelle Psychologie, wie ich es an der Universität Bamberg lehre. Jedes Kapitel behandelt ein einzelnes Spiel und führt die notwendigen Ideen ein und wird von Übungen begleitet, die Sie absolvieren und einreichen müssen. Um das Seminar zu bestehen, müssen Sie alle Aufgaben absolvieren, d.h., alle Spiele schreiben. Sie müssen nicht alle Übungen abschließen oder korrekte Lösungen für alle Übungen liefern, um den Kurs zu bestehen und Informationen darüber, wie die Punkte für Übungen in eine tatsächliche Note (falls Sie eine benötigen) oder “Bestanden” umgerechnet werden, werden während des Seminars verfügbar sein.

Das Material ist so strukturiert, dass jedes Kapitel oder Kapitelabschnitt typischerweise einer einzelnen Sitzung entspricht, außer für die abschließenden Kapitel, die auf komplexeren Spielen basieren und daher mehr Zeit in Anspruch nehmen. Wir sind jedoch alle verschieden, also arbeiten Sie in Ihrem eigenen Tempo, lesen Sie das Material und reichen Sie Aufgaben eigenständig ein. Ich werde für jede Aufgabe detailliertes Feedback geben und Ihnen die Möglichkeit bieten, Probleme anzugehen und erneut einzureichen, ohne Punkte zu verlieren. Beachten Sie, dass mein Feedback nicht nur die tatsächlichen Probleme mit dem Code abdeckt, sondern auch die Art und Weise, wie Sie die Lösung implementiert haben und wie sauber und gut dokumentiert Ihr Code ist. Denken Sie daran, unsere Aufgabe ist es nicht nur, zu lernen, wie man ein funktionierendes Spiel programmiert, sondern wie man einen schönen, klaren, leicht zu lesenden und zu wartenden Code schreibt².

Sehr wichtig: Zögern Sie nicht, Fragen zu stellen. Wenn ich das Gefühl habe, dass Sie die Informationen im Material übersehen haben, werde ich Sie auf die genaue Stelle hinweisen. Wenn Sie verwirrt sind, werde ich Sie sanft mit Fragen dazu anregen, Ihr eigenes Problem zu lösen. Wenn Sie mehr Informationen benötigen, werde ich diese liefern. Wenn Sie einfach mehr wissen wollen, fragen Sie und ich werde erklären, warum die Dinge so sind, wie sie sind, oder vorschlagen, was Sie lesen sollten. Wenn ich das Gefühl habe, dass Sie das Problem ohne meine Hilfe lösen können, werde ich Ihnen das sagen (obwohl ich wahrscheinlich trotzdem noch ein paar andeutende Fragen stellen würde).

1.7 Über das Material

Dieses Material ist kostenlos zu nutzen und steht unter der Lizenz Creative Commons Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung V4.0 International Lizenz.