معرفی زبان برنامه نویسی پایتون

پایتون چیست؟
زبان پایتون چیست؟ پایتون (python) یکی از زبان‌های چندمنظوره شی گراست که در سال ۱۹۹۱ برای اولین بار طراحی و منتشر شد. یکی از مهم‌ترین دلایل ایجاد زبان برنامه‌نویسی پایتون خوانایی بالای کدها است. پایتون به صورتی طراحی شده است که برنامه نویس می‌تواند به صورت کاملا واضح و بدون ابهام پروژه‌های برنامه‌نویسی بزرگ و کوچک ایجاد کند.
این زبان برنامه‌نویسی کاملا چند منظوره است و تقریباً در هر مکانی که از داده‌ها، محاسبات ریاضی یا خطوط کد استفاده می‌شود، کاربرد دارد. به عنوان مثال، بر خلاف جاوا، پایتون محدود به استفاده برای توسعه وب نیست. سطح بالا بودن زبان برنامه‌نویسی پایتون به این معناست که کدهای نوشته شده نسبت به زبان ماشین بیشتر به زبان انسانی و زبان انگلیسی نزدیک هستند. کد نویسی به زبان پایتون نسبت به زبان‌های دیگر مانند جاوا در زمان کمتری نوشته می‌شوند.
پایتون از ساده‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی برای خواندن و یادگیری محسوب می‌شود. در این زبان بلوک‌های کد در آکولاد نوشته نمی‌شوند و به جای آن از فاصله برای نوشتن کدها استفاده می‌شود.
عرفی پایتون به عنوان یک زبان عمومی، دنیای برنامه نویسی را متحول کرد. پایتون مانند زبان های دیگر مورد استفاده قرار نمی گرفت و فقط برای حل مسائل خاص استفاده می شد. در واقع می توان از آن در حوزه های مختلفی مانند توسعه وب، توسعه اپلیکیشن، علم داده و هوش مصنوعی استفاده کرد.
تطبیق پذیری و نحو ساده این زبان، آن را برای هر برنامه نویس تازه کاری مناسب می کند.
چرا باید از پایتون استفاده کنیم؟
1- برنامه نویسی  سطح بالای انتزاع ارائه شده توسط پایتون به نفع همه برنامه نویسان است. این زبان بسیار تعاملی است و دارای یک نحو ساده است که باعث محبوبیت آن می شود.
2- هوش مصنوعی و یادگیری ماشین  پایتون به دلیل ماهیت پایدار، انعطاف ‌پذیر و ساده‌ اش، به‌ طور گسترده در زمینه‌ های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی استفاده می‌ شود. در واقع، با توجه به وجود ابزارهای هوش مصنوعی و ML، پایتون یکی از زبان‌های مورد استفاده متخصصان داده‌ و یادگیری ماشین است.
3- تجزیه و تحلیل داده ها و علم داده  مانند هوش مصنوعی و ML، حوزه تحلیل داده و علم داده نیز شاهد استفاده گسترده از پایتون است. در حال حاضر یعنی زمانی که ما هر روز داده‌های بیشتری تولید می ‌کنیم، پلتفرم‌ های کارآمد مانند پایتون برای تجزیه و تحلیل، دستکاری و مدیریت داده‌ها تقاضای زیادی دارند.
4- توسعه وب و بازی  زمینه های توسعه وب و توسعه بازی در استفاده از پایتون خیلی عقب نیستند. پایتون برای توسعه نمونه های اولیه بازی های سریع بسیار کارآمد است. چارچوب های وب مانند Django و Flask، نه گفتن به پایتون را در انجام فعالیت های مربوط به توسعه وب بسیار دشوار می کنند.
5- سازگاری با تمام سیستم عامل های اصلی  پایتون از تمامی سیستم عامل های محبوب پشتیبانی می کند. همان کدها می توانند بدون کامپایل مجدد روی پلتفرم های مختلف اجرا شوند.
6-sysadmin ها  کسانی که با هنر اسکریپت نویسی آشنا هستند، عمیقا پایتون را درک می کنند. پایتون تضمین می کند که فرآیند خودکارسازی وظایف خسته کننده یا خیلی پیچیده نیست.
7- انجمن پایتون  پایتون جامعه کاربری بسیار بزرگی دارد . این به وضوح نشان می دهد که مهم نیست با چه مشکلی مواجه خواهید شد، در هر صورت می توانید با پشتیبانی انجمن پایتون راه حلی پیدا کنید.
فلسفه برنامه‌نویسی
پایتون یک زبان برنامه‌نویسی چند پارادایمی است به طوریکه هم شیء گرایی و برنامه‌نویسی ساخت‌یافته را کاملاً پوشش می‌دهد و هم بسیاری از خصوصیات پایتون برنامه‌نویسی جنبه گرا و تابعی (مثل پشتیبانی از فرا برنامه‌نویسی) را پوشش می‌دهد. پارادایم‌های برنامه‌نویسی دیگر نیز به وسیلهٔ افزونه‌ها پشتیبانی شده‌اند. مثل برنامه‌نویسی منطقی.
پایتون از تایپ پویا و ترکیبی از شمارش مرجع و یک حلقه کشف و بازیافت قسمت‌های هدر رفته حافظه برای مدیریت حافظه، استفاده می‌کند. یک ویژگی مهم پایتون تحلیل نام پویا است که روش‌ها و نام متغیرها را در طول اجرای برنامه به هم ملحق می‌کند.
طرح پایتون به پشتیبانی محدود برای برنامه‌نویسی تابعی به سُنَت زبان لیسپ، ارائه شد. به همین منظور پایتون دارای توابع filter, map, و reduce و عبارت‌های لیست، دیکشنری، مجموعه و جنراتور است. اگرچه، تشابه‌های عمده‌ای بین پایتون و زبان خانواده لیسپ وجود دارد. این کتابخانه دو ماژول دارد (ایترتولز و فانکتولز) که ابزارهای تابعی را با اقتباس از هسکل و استاندارد ام‌ال پیاده‌سازی می‌کند.
نام گذاری
نام پایتون از گروه کمدین بریتانیایی مانتی پایتون که سازندهٔ پایتون، خیدو فان روسوم، به آن علاقه‌مند بود، گرفته شده‌است. اشاره به مانتی پایتان در فرهنگ پایتون و کدهای آن به وفور دیده می‌شود؛ برای مثال در پایتون spam and eggs، به جای فوبار به عنوان متغیرهای فرانحوی به کار می‌رود. در مستندسازی رسمی پایتون نیز به روال‌های مانتی پایتون اشاره می‌شود.
مقبولیت
پایتون در بسیاری از سیستم عامل‌ها به عنوان جزء استاندارد وجود دارد. پایتون در سیستم عامل‌های توزیع لینوکس،آمیگااواس ۴، فری بی‌اس‌دی، نت‌بی‌اس‌دی، اوپن‌بی‌اس‌دی و مک‌اواس می‌تواند از طریق خط فرمان (ترمینال) استفاده شود. ردهت لینوکس و فدورا هر دو از نصاب پایتونی آناکوندا استفاده می‌کنند. لینوکس جنتو از پایتون در سیستم مدیریت بسته، یعنی پورتج استفاده می‌کند. پاردوس از آن برای مدیریت و در طول راه‌اندازی سیستم استفاده می‌کند.
از سال ۲۰۰۳ پایتون طبق شاخص تیوبی یکی از ده زبان محبوب برنامه‌نویسی بوده‌است و در فوریهٔ ۲۰۲۰ سومین زبان برنامه‌نویسی محبوب (بعد از c و جاوا) بوده‌است. پایتون در سال‌های ۲۰۰۷ ،۲۰۱۰ و ۲۰۱۸ به عنوان زبان برنامه‌نویسی سال انتخاب شده‌است.

سازمان‌های بزرگی مثل گوگل، یاهو، سرن، فیسبوک، ناسا از پایتون استفاده می‌کنند. ITA نیز از پایتون برای بعضی از اجزای خود استفاده می‌کند. همچنین شبکهٔ اجتماعی ردیت نیز به‌طور کامل در پایتون نوشته شده‌است.
 پایتون به عنوان یک زبان اسکریپت نویسی می‌تواند در اپلیکیشن‌های وب استفاده شود مثلاً استفاده از mod_wsgi برای وب سرور آپاچی. چارچوب‌های نرم‌افزاری تحت وب مثل جنگو، پایلونز، توربوگیرز، تورنادو، فلسک، باتل، زوپ به توسعه دهندگان در نگهداری و طراحی اپلیکیشن‌های پیچیده کمک می‌کنند. Pyjs و آیرون پایتون می‌توانند برای توسعهٔ اپلیکیشن‌های ایجکس پایهٔ  سمت کلاینت استفاده شوند. از اس‌کیوال الکم می‌توان در نگاشت داده‌ها بر پایگاه دادهٔ رابطه‌ای استفاده شود. تویستدیک فرم ورک برای برنامه‌نویسی ارتباط بین کامپیوترها است مثلاً دراپ باکس از آن استفاده می‌کند.
کتابخانه‌هایی مثل نام‌پای، سای‌پای و مت‌پلات امکان استفادهٔ اثر بخش از پایتون در محاسبهٔ علمی را فراهم می‌آورد همچنین کتابخانه‌های تخصصی بایوپایتون و آستروپای که در حوزهٔ خاصی کارایی دارند. نرم‌افزار ریاضی سیج مث که دارای یک رابط کاربری دفترچه ای به زبان پایتون است: کتابخانهٔ این نرم‌افزار بسیاری از مباحث ریاضی را پوشش می‌دهد. مثل جبر، ترکیبیات، محاسبات عددی، نظریهٔ اعداد و حسابان.
پایتون در نرم‌افزارهای بسیاری به عنوان زبان اسکریپت نویسی استفاده می‌شود نرم‌افزارهایی مثل آباکوس که از روش اجزاء محدود استفاده می‌کند، فری‌کد که اجسام سه بعدی پارامتری را مدل‌سازی می‌کند. بسته‌های انیمیشن سه بعدی مثل تری دی مکس, بلندر , سینما ۴بعدی، لایت‌ویو، هودینی، مایا، مودو , موشن بیلدر، سافت‌ایمیج، نرم‌افزار ایجاد جلوه‌های ویژه مثل نیوک, برنامهٔ دستکاری تصاویر دو بعدی مثل گیمپ اینک‌اسکیپ، اسکربس و پینت شاپ پرو، نرم‌افزارهای نت نویسی مثل اسکور رایتر و کپلا.  گنو دیباگر از پایتون برای پرینت زیبا استفاده می‌کند تا ساختارهای پیچیده مثل C++ کانتینر را نشان دهد. شرکت ازری هم‌اکنون در حال ترقی دادن پایتون به عنوان بهترین انتخاب برای نوشتن فایل آغازگر در آرک جی‌آی‌اس است.همچنین از پایتون در بازی‌های ویدئویی استفاده می‌شود. همچنین پایتون به عنوان اولین زبان از سه زبان گوگل اپ انجین پذیرفته شده‌است دو زبان دیگر زبان‌های جاوا و گو هستند.
از پایتون استفاده وسیعی در صنعت امنیت اطلاعات می‌شود. مثل توسعهٔ اکسپلویت.
پایتون در پروژه‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی استفاده می‌شود کتابخانه‌هایی که در این کار استفاده می‌شوند کتابخانه‌هایی مثل تنسورفلو، کرس، پای‌تورچ و سایکیت-لرن هستند. پایتون به عنوان زبان اسکریپت نویسی با معماری ماژولار و نحو ساده و ابزار پردازش متن قوی برای پردازش زبان‌های طبیعی استفاده می‌شود.
کاربردهای پایتون چیست؟
این ابزار در بخش‌های مختلفی کاربرد دارد و به دلیل وجود کتابخانه‌های مختلف می‌توان برای توسعه نرم افزار، توسعه وب، عملیات ریاضی و آماری از آن استفاده کرد. از جمله کاربردهای مهم Python امکان استفاده از آن برای تست امنیت است که شاید بتوان این زبان را یکی از تخصص‌های الزامی در این حوزه به شمار آورد. شما پس از آموزش مفاهیم اولیه خواهید توانست تا کتابخانه‌های آن را بیاموزید و در بخش‌های مورد نظر از آن استفاده کنید.
پایتون برای مهندسی نرم افزار
توسعه نرم افزارهای مختلف و محبوبی توسط این زبان انجام شده است و به دلیل سادگی در کدنویسی و دسترسی به کتابخانه‌های متعدد، برنامه نویسان علاقه زیادی به توسعه اپلیکیشن‌ها توسط آن دارند. بهتر است تا بدانید ابزارهایی مانند Odoo و Tryton توسط Python کدنویسی شده‌اند که دو نرم افزار معروف در حوزه مدیریت سازمانی به شمار می‌روند. کاربرد این زبان نه تنها در ابزارهای کم حجم و سبک دسکتاپ است، بلکه بسیاری از شرکت‌های نرم افزاری برای توسعه نرم افزارهای حجیم و ساختار یافته از آن استفاده می‌کنند.
بازار کار پایتون
بازار کار پایتون در حال حاضر تقاضای بالایی در مورد استخدام متخصصان این حوزه دارد. شما با آموزش مفاهیم اولیه می‌توانید به سمت یادگیری کتابخانه‌های این زبان حرکت کنید و حوزه تخصصی خود را مشخص کنید. به دلیل چند کاره بودن این زبان، شرایط شغلی و تنوع آن بسیار خوب است و متخصصان این زبان می‌توانند درآمدی بیش از میانگین درآمدها داشته باشند.
پایتون برای هوش مصنوعی
مطمئنا قدرت بالای این زبان برای حوزه هوش مصنوعی اثبات شده است و متخصصان هوش مصنوعی باید در مسیر شغلی خود به مفاهیم این زبان تسلط پیدا کنند. البته، ابزارهای دیگری هم برای هوش مصنوعی وجود دارد که شاید متلب یکی از مهم‌ترین آن‌ها به شمار رود. با این حال، پایتون دید بهتری به شما خواهد داد تا از صفر هر چیزی را طراحی کنید و الگوریتم‌های تخصصی هوش مصنوعی را در یک محیط برنامه نویسی پیاده سازی کنید.
در مورد هوش مصنوعی هم، این زبان کتابخانه‌های بسیار قدرتمندی را در اختیارتان قرار خواهد داد که از مهم‌ترین آن‌ها باید به Keras و PyTorch اشاره کرد. شما با استفاده از ابزارهای مصورسازی مانند Matplotlib و Seaborn می‌توانید داده‌ها را به صورت تصویری مشاهده کرده و تحلیل کنید. قدرت بالای این زبان در حوزه یادگیری ماشین منجر شده است تا علم رباتیک پایتون را به عنوان یک تخصص الزامی بپذیرد. در حال حاضر، بسیاری از ربات‌های فیزیکی و مجازی که مشاهده می‌کنید بر اساس زبان Python توسعه داده شده‌اند.
هوش مصنوعی نیازمند به کارگیری مفاهیمی مانند تشخیص صدا، آنالیز دقیق داده، تشخیص متن و گفتار و تحلیل تصاویر است که در مورد همه این زمینه‌ها، Python دارای راه حل‌های بی نظیری است.
پایتون برای بازی سازی
در بسیاری از شرایط می‌توان از این زبان برای طراحی بازی و کدنویسی ابزارهای سرگرمی استفاده کرد. البته، تا به این جای کار نمی‌توان این زبان را ابزاری قدرتمند برای بازی سازی به حساب آورد و تنها چند نمونه از ابزارهای سرگرمی و گیم توسط آن توسعه داده شده‌اند. با مراجعه به این آدرس اینترنتی می‌توانید نمونه‌هایی از گیم‌ها را مشاهده کنید که در سال‌های مختلف بر اساس زبان Python برنامه نویسی شده‌اند و بعضی از آن‌ها جزو جذاب‌ترین بازی‌ها هستند. جالب است تا بدانید بازی Battlefield 2 و نسخه ۴ بازی سیمز از دستورات این زبان استفاده می‌کنند و توسط کتابخانه‌های قدرتمند آن توسعه داده شده‌اند.
از بهترین کتابخانه‌هایی که می‌توان در این زبان برای بازی سازی استفاده کرد، Pygame و Kivy است و در کنار آن‌ها، کتابخانه Panda3D هم برای توسعه بازی در این زبان به کار می‌رود. در صورتی که علاقه به دنیای بازی سازی داشته باشید، شاید تجربه خوبی باشد که بازی سازی با پایتون را یاد بگیرید. با این حال، برای ورود حرفه‌ای به دنیای بازی سازی و توسعه ابزارهای سرگرمی مطمئنا زبان‌هایی مانند C++ و C# گزینه‌های بسیار بهتری به شمار می‌روند.
پایتون برای اینترنت اشیا
اینترنت اشیا مفهومی است که به یک بخش ضروری از زندگی‌های مدرن امروزی تبدیل شده است. این قابلیت به ما امکان کنترل و نظارت کامل روی ابزارهای پیرامون را خواهد داد و تنها با یک سیستم کنترلی مرکزی مانند تلفن همراه می‌توان بسیاری از امور روزمره را مدیریت کرد. درست است که زبان سی و سی پلاس پلاس از پیشگامان دنیای IoT هستند و در ابزارها به کار می‌روند، اما پایتون برای اینترنت اشیا پیشنهادهای بی نظیری دارد.
کاربرد این زبان برنامه نویسی در سیستم‌هایی مانند لینوکس اثبات شده است و در محصولاتی مانند Raspberry می‌توان از ویژگی‌‌های Python برای توسعه سیستم‌های نظارتی و کنترلی بهره برد. این زبان مزیت مهمی دارد که آسان بودن دریافت خروجی‌ها بدون نیاز به کامپایل کردن آن‌ها است و امکان تحلیل داده‌ها در سطح بسیار عالی منجر شده است تا متخصصان از آن در حوزه اینترنت اشیا استفاده کنند. با پیدایش دنیای مجازی متاورس، مطمئنا باید منتظر افزایش کاربرد این زبان و افزایش محبوبیت آن بین سایر زبان‌های برنامه نویسی باشیم.
ویژگی‌های پایتون
زبان برنامه نویسی پایتون را اغلب می‌توان با زبان «پِرل» (Perl)، «روبی» (Ruby)، «پی‌اچ‌پی» (PHP) و «جاوا» (Java) مقایسه کرد. این موضوع به دلیل قدرت فوق‌العاده پایتون به عنوان یک زبان «شی‌گرا» است. زبان برنامه نویسی پایتون همچنین دارای ویژگی‌های شایان توجهی دیگری است که آن را به زبانی جذاب برای توسعه‌دهندگان مبدل می‌کند. برخی از این ویژگی‌ها در ادامه بیان شده‌اند.
زبان برنامه نویسی پایتون از «نحو» (syntax) ظریفی استفاده می‌کند که موجب می‌شود خوانایی برنامه‌های نوشته شده به این زبان بالا باشد. این امر به آن دلیل به وقوع می‌پیوندد که زبان برنامه نویسی پایتون به جای نزدیک بودن به زبانی که کامپیوترها برای خواندن و تفسیر کد استفاده می‌کنند، یک زبان سطح بالا محسوب می‌شود که به زبان انسان نزدیک است (به گونه‌ای که انسان‌ها کلمات را در زبان انگلیسی می‌نویسند نزدیک است). برای مثال، دستور «print» آنچه را به آن داده شود - در زمان اجرا - نمایش می‌دهد.
پایتون زبانی ساده و استفاده از آن آسان است، بدین معنا که بالا آوردن برنامه‌ها و اجرای آن‌ها راحت خواهد بود. به همین دلیل است که پایتون زبانی ایده‌آل برای ساخت پیش‌نمونه (پروتوتایپ | prototype) و دیگر وظایف برنامه‌نویسی اد-هاک (اد-هوک | Ad-Hoc) محسوب می‌شود. این ویژگی برای تعمیر و نگهداری نرم‌افزار نیز بسیار مفید است.
زبان برنامه نویسی پایتون با «کتابخانه‌های استاندارد پایتون»، پشتیبانی قابل توجهی را برای انواع وظایف برنامه‌نویسی مانند «همگام‌سازی» (syncing) با مرورگرهای وب، جست‌و‌جو از طریق متن و ویرایش فایل‌ها ارائه می‌کند. در اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر، نیاز به ساخت این محتوا از پایه است.
این زبان دارای یک حالت تعاملی است که تست کردن نرم‌افزار برای تکه‌های کوتاه کد را آسان می‌سازد. حتی یک محیط توسعه یکپارچه نیز برای زبان پایتون و همراه با آن ارائه می‌شود (این ویرایشگر کد به زبان پایتون نوشته شده و همراه با بسته پایتون در سیستم‌عامل ویندوز و مک نصب می‌شود). محیط توسعه، راه‌اندازی را بسیار آسان‌تر و سریع‌تر می‌سازد.
زبان برنامه نویسی پایتون را می‌توان با افزودن ماژول‌های جدید توسعه داد، حتی اگر این ماژول‌ها در زبان های C یا C++ کامپایل شده باشند. بهتر آنکه این ماژول‌ها را می‌توان پس از ساخت به عنوان «میان‌بُرها» (shortcuts) در پروژه‌های آتی مورد استفاده قرار دارد.
پایتون در یک برنامه کاربردی قابل «توکار» (Embedding) شدن است. این امر یک رابط قابل برنامه‌نویسی برای کاربران آن نرم‌افزار کاربردی فراهم می‌کند. این ویژگی در شرایطی که کاربر برنامه‌ای برای آموزش کدنویسی می‌سازد و یا در پروژه‌هایی که نیاز به کار با پایتون در ترمینال است بسیار مفید محسوب می‌شود.
زبان برنامه نویسی پایتون با گستره وسیعی از کامپیوترها و سیستم‌های عامل مانند گنو/لینوکس، ویندوز، MacOS، بسیاری از برندهای یونیکس، OS/2 و بسیاری از دیگر گزینه‌ها سازگار است. علاوه بر این، پایتون از رابط مشابهی در کلیه این پلتفرم‌ها استفاده می‌کند و این یعنی جا‌به‌جایی بین آن‌ها برای کاربر آسان خواهد بود.
پایتون واقعا رایگان است زیرا دانلود یا استفاده از آن هیچ هزینه‌ای ندارد و هیچ هزینه پروانه‌ای (licensing fees) برای آن وجود ندارد. همچنین، این زبان به طور آزادانه‌ای قابل ویرایش و بازتوزیع است، زیرا علارغم آنکه «حق نشر» (کپی رایت | Copyright) دارد، همراه با پروانه‌های متن‌باز ارائه می‌شود.
مزایا و معایب زبان برنامه‌نویسی پایتون چه هستند؟
شرکت‌های نرم‌افزاری، پایتون را به این دلیل می‌پسندند که دارای ویژگی‌های متنوع و در عین حال نیازمند نوشتن کدهای کم‌تری است. نزدیک به ۱۴٪ برنامه‌نویسان از این زبان روی سیستم‌عامل‌هایی مانند یونیکس، لینوکس، ویندوز و Mac OS استفاده می‌کنند. برنامه‌نویس‌های شرکت‌های بزرگ از پایتون به دلیل ویژگی‌های گوناگون از جمله موارد زیر بهره می‌برند:
تعاملی (Interactive)، مفسری، ماژولار (Modular)، پویا، شی‌گرا، قابل حمل (Portable)، سطح بالا، توسعه‌پذیر در ++C و C
مزایای پایتون
زبان پایتون دارای کاربردهای متنوعی در شرکت‌های توسعه نرم‌افزار مانند بازی‌سازی، چارچوب‌های وب، برنامه‌های کاربردی، توسعه زبانی، پیش‌نمونه‌سازی، برنامه‌های طراحی گرافیکی و دیگر موارد است. این موارد موجب شده‌اند پایتون جایگاه ویژه‌ای در میان زبان‌های برنامه‌نویسی پیدا کند.
معایب پایتون
پایتون دارای مزیت‌های بسیار زیاد و متنوعی است و برنامه‌نویسان این زبان را نسبت به دیگر زبان‌ها به دلیل سادگی یادگیری و کد نویسی ترجیح می‌دهند. اگرچه این زبان هنوز جایگاه خود را در برخی حوزه‌های پردازش کامپیوتری مانند «Enterprise Development Shops» به دست نیاورده است. بنابراین، ممکن است پایتون قادر به حل برخی از راهکارهای سازمانی نبوده و با محدودیت‌هایی مواجه باشد.