2. Programmiersprache

Variablen, Datentypen, und Operationen

Im Alltag nutzen wir ständig Computerprogramme, die uns bei verschiedenen Aufgaben unterstützen.

Ein Beispiel: In sozialen Medien tauschen wir uns mit anderen aus und informieren uns. Wenn Sie sich ein Video auf YouTube anschauen, sehen Sie, wie viele Likes es bekommen hat. Mit einem Klick auf den Like-Button erhöhen Sie diese Zahl um 1. Außerdem können Sie Kommentare schreiben und so mit dem oder der Inhaltsersteller*in interagieren.

Werte wie Likes, Kommentare oder Aufrufe sind Daten, die wichtige Eigenschaften eines Videos beschreiben. Solche Werte werden in Variablen gespeichert.

Schauen Sie sich dazu das folgende Beispiel an – Sie können es selbst ausprobieren, indem Sie auf „Submit“ klicken.



Die Werte können in ihrer Art variieren. Beispielsweise können wir Text, Zahlen oder boolesche Werte (wahr oder falsch) in unseren Variablen speichern. In unserem Beispiel werden Text und Zahlen in unseren Variablen gespeichert. Die Variablen 'likes', 'kommentare', 'shares' haben alle numerische Werte, während 'thema' einen Text als Wert hat. Normalerweise sagen wir in der Syntax von Programmiersprachen, dass der Datentyp einer Variablen „string“ ist, wenn der der Variablen zugewiesene Wert Text ist. Und wir können sagen, dass der Datentyp einer Variablen entweder „int“ oder „float“ ist, wenn der in der Variablen gespeicherte Wert eine Zahl ist.


Datentypen

Die folgende Tabelle erklärt einige wichtige Datentypen in Python. Machen Sie sich mit den Datentypen vertraut, da Texte ab jetzt 'Strings (str)' und Zahlen entweder 'Ganzzahlen (int)' oder 'Fließkommazahlen' genannt werden.


Daten Typ Bezeichner Beschreibung Beispiel
int Ganzzahl Stellt ganze Zahlen dar, positiv oder negativ, ohne Dezimalstellen. x = 42
float Fließkommazahl Stellt Dezimalzahlen (Fließkommazahlen) dar. y = 3.14
str Zeichenkette Stellt Text dar, der in einfache oder doppelte Anführungszeichen eingeschlossen ist. name = 'Alice'
bool Boolesch Stellt Wahrheitswerte dar, entweder True oder False. is_valid = True




Außerdem weisen wir, wie in unserem Beispiel zu sehen ist, der Variablen die Waldcharakteristikwerte mit „=“ zu. Wir klassifizieren „=“ als Operator. Operatoren sind Symbole oder Schlüsselwörter in Programmiersprachen, die Operationen an Operanden ausführen, wie z. B. arithmetische, logische oder Vergleichsaufgaben (z. B. +, &&, ==).

Arithmetische Operatoren

Die folgende Tabelle erklärt einige arithmetische Operatoren und wie sie für verschiedene Datentypen unterschiedlich definiert sind. Int und float funktionieren meistens auf die gleiche Weise, aber bei str verhalten sie sich manchmal ganz anders.

Operator Operation int float str
+ Addition Addiert ganze Zahlen Addiert Kommazahlen Verkettet Zeichenketten
- Subtraktion Subtrahiert ganze Zahlen Subtrahiert Kommazahlen Nicht anwendbar
* Multiplikation Multipliziert ganze Zahlen Multipliziert Kommazahlen Wiederholt Zeichenketten, nur mit int anwendbar
/ Division Dividiert ganze Zahlen (Ergebnis ist float) Dividiert Kommazahlen Nicht anwendbar
// Ganzzahldivision Ganzzahldivision (Ergebnis wird abgerundet) Kommazahlen-Division, Ergebnis abgerundet Nicht anwendbar
% Modulo Rest der Division Rest der Kommazahlen-Division Nicht anwendbar
** Potenzierung Erhöht ganze Zahl zur Potenz Erhöht Kommazahl zur Potenz Nicht anwendbar


Warum ist es wichtig, den Datentyp zu kennen? Es ist sehr wichtig, den Datentyp der Variablen zu kennen, da jeder Datentyp bestimmte Vorgänge unterstützt. Sie können beispielsweise Zahlen addieren, aber wenn Sie versuchen, eine Zeichenkette zu einer Zahl hinzuzufügen, ohne sie zu konvertieren, führt dies zu Fehlern. Im Code ganz oben haben wir einen Integer zu Zeichenkette konvertiert, nämlich mit "str()". Wir werden diese Umwandlung bei unseren Aufgaben ständig nutzen. Dies war notwendig, weil ein Integer mit keiner Zeichenkette addiert werden darf, aber trotzdem kann er zu eine Zeichnkeitte konvertiert werden. 

Das Verhalten von Datentypen in Programmen lässt sich gut mit Situationen aus dem Alltag vergleichen. So wie ein Kind in einem Weinladen abgewiesen wird, weil es nicht zum „Typ“ passt, sind auch bestimmte Datentypen nicht mit bestimmten Operatoren kombinierbar. Das ist logisch – man kann zum Beispiel zwei Zahlen miteinander multiplizieren, um eine neue Zahl zu erhalten. Zwei Texte zu multiplizieren ergibt hingegen keinen Sinn. Ein weiteres Beispiel ist ein Fahrkartenschalter: Eine Person mit dem Typ „Student“ erhält möglicherweise einen Rabatt, während eine Person vom Typ „Arbeiter“ den vollen Fahrpreis zahlen muss. Auch hier entscheidet der Typ darüber, wie mit der Information umgegangen wird. Genauso ist es in der Programmierung: Manche Operatoren können mit unterschiedlichen Datentypen arbeiten, aber sie verhalten sich je nach Typ anders. Die Addition von Zahlen bedeutet, dass ihre Werte zusammengezählt werden. Werden jedoch zwei Texte addiert, entsteht ein neuer zusammengesetzter Text. So kann etwa aus den Wörtern „Apfel“ und „Saft“ durch Addition das Wort „Apfelsaft“ werden – das ist ebenfalls eine Form von Addition, nur mit anderer Bedeutung.



In den nächsten Modulen werden wir diese Eigenschaften von Dingen als "Merkmale" im maschinellen Lernen bezeichnen.


AUFGABEN

Wir möchten dich beim Lernen unterstützen, indem wir dich durch fünf verschiedene Aktivitäten begleiten. Jede dieser Aktivitäten bildet einen weiteren Schritt beim Aufbau deiner Programmierfähigkeiten – mit zunehmendem Detailgrad und wachsender Komplexität. Wenn dir etwas beim ersten Versuch nicht gelingt, kannst du es jederzeit noch einmal versuchen. Nimm dir aber bitte ausreichend Zeit und Mühe, bevor du dir die Lösung ansiehst.


Eine Journalistin hat eine Breaking-News-Geschichte in einer beliebten deutschen Online-Zeitung veröffentlicht. Jetzt ist sie daran interessiert, relevante Daten über das Engagement (Interaktion) der Nutzer mit dem Artikel zu sammeln, um sie ihrem Chef mitzuteilen. Könntest du ihr helfen, indem du die folgenden Aufgaben erledigst?


 AUFGABE 1
!    

Die erste Information, die sie interessierte, war der Verlauf des Engagements im Zeitverlauf – also ob die Interaktionen mit dem Beitrag zunehmen, abnehmen oder gleich bleiben.

Jetzt schauen Sie sich den Code genau an und beantworten Sie die dazugehörigen Fragen. Versuchen Sie, im Quiz 100 % richtig zu beantworten. Und keine Sorge: Wenn es beim ersten Mal nicht klappt, können Sie es jederzeit noch einmal versuchen.





AUFGABE 2
!    

Jetzt möchten Sie der Journalistin dabei helfen, die Daten professioneller für ihre Chefin aufzubereiten. Dafür stellen Sie eine wichtige Kennzahl vor: die Engagement-Rate.

Einfach erklärt misst die Engagement-Rate, wie stark Menschen mit einem Inhalt interagieren. Sie wird berechnet, indem man die Gesamtzahl der Interaktionen (Engagements) durch die Reichweite (also die Anzahl der Personen, die den Inhalt gesehen haben) teilt und das Ergebnis mit 100 multipliziert, um einen Prozentwert zu erhalten.

Eine hohe Engagement-Rate zeigt, dass der Inhalt als interessant oder wertvoll empfunden wird. Eine niedrige Rate kann dagegen ein Hinweis darauf sein, dass der Beitrag die Zielgruppe nicht erreicht hat. Diese Kennzahl hilft den Inhaltsersteller*innen, besser zu verstehen, was gut ankommt – und wie sie ihre Inhalte gezielter planen können.

Basierend darauf erstellen Sie jetzt einen einfachen Algorithmus: Er nimmt den Wert der Interaktionen am Tag 01 und die Anzahl der Aufrufe des Beitrags am selben Tag, berechnet daraus die Engagement-Rate – und zeigt so, wie hilfreich diese Metrik ist.

Führen Sie den Code in Blockly oder Python aus, reichen Sie ihn ein – und wenn alles stimmt, erhalten Sie eine „Glückwunsch“-Nachricht.


Im vorherigen Kapitel haben Sie gelernt, wie man die Blockly- und Python-Umgebungen verwendet. Wahrscheinlich haben Sie mittlerweile eine Vorliebe. Wählen Sie also eine der beiden Programmiersprachen und erledigen Sie die Aufgabe. Da wir empfehlen, mit beiden vertraut zu sein, wird unsere Web-App Ihren in Blockly geschriebenen Code automatisch in Python übersetzen und umgekehrt. Klicken Sie auf eine der Anweisungen und folgen Sie ihr, um das untenstehende Programm zu implementieren.

Anweisungen: Blockly (OPTION I)
  1. Replizieren Sie den obenstehenden Code in der Blockly-Oberfläche.  
  2. Klicken Sie auf 'Submit', um zu überprüfen, ob das Ergebnis tatsächlich das ist, was wir wollten.

Anweisungen: Python (OPTION II) 

                                    
engagement_tag1 = 4520.0
anzahl_ansichten_tag1 = 67000.0
engagement_rate_tag1 = (engagement_tag1 / anzahl_ansichten_tag1) * 100

ausgabe_nachricht = "Die Engagement-Rate des Artikels am Tag 1 betraegt: " + str(engagement_rate_tag1) + "%"
print(ausgabe_nachricht)
  1. Kopieren Sie den Code aus dem obenstehenden Abschnitt und fügen Sie ihn im unteren Codebereich (auf der rechten Seite) ein.
  2. Klicken Sie auf 'Submit', um zu überprüfen, ob das Ergebnis tatsächlich das ist, was wir wollten.

Nur zum Spaß: Was denken Sie, wird der Code ausgeben? Stellen Sie eine Vermutung auf und führen Sie das Programm aus, um zu sehen, ob sie korrekt war. Warum glauben Sie, dass dieses Ergebnis ausgegeben wurde?


2. Mögliche Lösung 

engagement_tag1 = 4520.0

anzahl_ansichten_tag1 = 67000.0
engagement_rate_tag1 = (engagement_tag1 / anzahl_ansichten_tag1) * 100

ausgabe_nachricht = "Die Engagement-Rate des Artikels am Tag 1 betraegt: " + str(engagement_rate_tag1) + "%"
print(ausgabe_nachricht)


 AUFGABE 3
!    





Nun möchte die Journalistin die Engagement-Rate für den zweiten Tag berechnen. Ihr Code enthält jedoch einen Fehler.

Untersuchen und beheben Sie den Fehler im gegebenen Code und reichen Sie den Code ein, um die 'Glückwunsch'-Nachricht zu erhalten. 


Der folgende Code verwendet eine falsche Definition der Engagement-Rate. Korrigieren Sie den Code und reichen Sie ihn ein, um die Congratulations-Nachricht zu erhalten! Beachten Sie, dass Sie nur eine Codezeile ändern müssen. Diese Nachricht sollte ausgegeben werden:

Die Engagement-Rate des Artikels am Tag 2 betraegt: 5.65731707317%


            


            

            

            
Tipp: Denken Sie daran, dass die Engagement-Rate normalerweise berechnet wird, indem die Gesamtzahl der Interaktionen (Engagements) durch die gesamte Reichweite (Anzahl der Personen, die den Inhalt gesehen haben) geteilt und dann mit 100 multipliziert wird, um einen Prozentsatz zu erhalten.

            

            

            

                3. Mögliche Lösung


                

                


                
                        
engagement_tag2 = 4639
anzahl_ansichten_tag2 = 82000
engagement_rate_tag2 = (engagement_tag2 / anzahl_ansichten_tag2) * 100

ausgabe_nachricht = ('Die Engagement-Rate des Artikels am Tag 2 betraegt: ' + str(engagement_rate_tag2)) + '%'

print(ausgabe_nachricht)
                        
                    


            

        


        


        
        

                
 AUFGABE 4

            


        

        

            !    
            Jetzt haben wir die Daten vom dritten Tag. Berechnen Sie das Engagement am dritten Tag und auch die Engagement-Rate.

                
                

Ändern Sie den folgenden Code, um die Aufgabe abzuschließen, und reichen Sie ihn ein, um die Glückwunsch-Nachricht zu erhalten.

            
        

      

        

            

                Anweisungen
                

                    

                    

                    

                        

                            
    
                                
      
                                    
    1. Kopiere und füge den untenstehenden Code in die Python-Oberfläche ein.
      2. 
                                    
    2. Erstelle Variablen für den dritten Tag:
        
                                            
      • Definiere Variablen für die Statistiken des dritten Tages: likes_tag3, shares_tag3, kommentare_tag3 und anzahl_ansichten_tag3.
        • 
                                            
      • Weise die folgenden Werte zu:
          
                                                    
        • likes_tag3 = 2900
          • 
                                                    
        • shares_tag3 = 380
          • 
                                                    
        • kommentare_tag3 = 80
          • 
                                                    
        • anzahl_ansichten_tag3 = 48000.0
          • 
                                                
        
                                            
        • 
                                        
      
                                    
      3. 

                                    
    3. Berechne Engagement:
        
                                            
      • Erstelle eine Variable namens engagement_tag3, die das gesamte Engagement darstellt, indem du likes_tag3, shares_tag3 und kommentare_tag3 addierst.
        • 
                                        
      
                                    
      4. 
                                    
    4. Berechne Engagement-Rate:
        
                                            
      • Erstelle eine Variable engagement_rate_tag3. Berechne die Engagement-Rate unter Verwendung der zuvor angegebenen Formel.
        • 
                                        
      
                                    
      5. 
                                    
    5. Ergebnisse ausgeben:
        
                                            
      • Gib die Werte von engagement_tag3 und engagement_rate_tag3 aus, um die Ergebnisse zu sehen.
        • 
                                        
      
                                    
      6. 
                                
    
                            

                        

                        

                        

                    

                

            



            
    
            

            

            


            

                

                

                

                    4. Mögliche Lösung
                    

                        
# Tag 1
likes_tag1 = 3960
shares_tag1 = 410
kommentare_tag1 = 150
anzahl_ansichten_tag1 = 67000.0
engagement_tag1 = likes_tag1 + shares_tag1 + kommentare_tag1
engagement_rate_tag1 = (engagement_tag1 / anzahl_ansichten_tag1) * 100

# Tag 2
likes_tag2 = 3908
shares_tag2 = 523
kommentare_tag2 = 208
anzahl_ansichten_tag2 = 82000.0
engagement_tag2 = likes_tag2 + shares_tag2 + kommentare_tag2
engagement_rate_tag2 = (engagement_tag2 / anzahl_ansichten_tag2) * 100

                        
# Tag 3
likes_tag3 = 2900
shares_tag3 = 380
kommentare_tag3 = 80 
anzahl_ansichten_tag3 = 48000.0
engagement_tag3 = likes_tag3 + shares_tag3 + kommentare_tag3
engagement_rate_tag3 = (engagement_tag3 / anzahl_ansichten_tag3) * 100

                        

print("Engagement Tag 1:" + str(engagement_tag1))
print("Engagement Tag 2:" + str(engagement_tag2))
print("Engagement Tag 3:" + str(engagement_tag3))

print("Engagement-Rate Tag 1:" + str(engagement_rate_tag1) + "%")
print("Engagement-Rate Tag 2:" + str(engagement_rate_tag2) + "%")
print("Engagement-Rate Tag 3:" + str(engagement_rate_tag3) + "%")

                    

                    

            

            

        

    


    


    
    

            
 AUFGABE 5 (OPTIONAL)


        


    

        !    
        Jetzt ist es Zeit, die durchschnittliche Engagement-Rate über die drei Tage zu berechnen.
 
Erstellen Sie das Programm, klicken Sie auf "Einreichen" und erhalten Sie die Glückwunsch-Nachricht.
        
    

    


        

            
Anweisungen: Sie kennen bereits die Engagement-Rate der letzten drei Tage. Implementieren Sie nun einen Code, der die durchschnittliche Engagement-Rate der letzten drei Tage berechnet.

            
Erwartetes Ergebnis: Die durchschnittliche Engagement-Rate beträgt: 6.46786190996%

            
Tipp: Sie können Teile des oben bereitgestellten Codes verwenden.

        

        

            

            

                5. Μögliche Lösung
                


                    
# Tag 1
likes_tag1 = 3960
shares_tag1 = 410
kommentare_tag1 = 150
anzahl_ansichten_tag1 = 67000.0
engagement_tag1 = likes_tag1 + shares_tag1 + kommentare_tag1
engagement_rate_tag1 = (engagement_tag1 / anzahl_ansichten_tag1) * 100

# Tag 2
likes_tag2 = 3908
shares_tag2 = 523
kommentare_tag2 = 208
anzahl_ansichten_tag2 = 82000.0
engagement_tag2 = likes_tag2 + shares_tag2 + kommentare_tag2
engagement_rate_tag2 = (engagement_tag2 / anzahl_ansichten_tag2) * 100

                    
# Tag 3
likes_tag3 = 2900
shares_tag3 = 380
kommentare_tag3 = 80 
anzahl_ansichten_tag3 = 48000.0
engagement_tag3 = likes_tag3 + shares_tag3 + kommentare_tag3
engagement_rate_tag3 = (engagement_tag3 / anzahl_ansichten_tag3) * 100

engagement_rate_durchschnitt = (engagement_rate_tag1 + engagement_rate_tag2 + engagement_rate_tag3) / 3
print("Die durchschnittliche Engagement-Rate betraegt: " + str(engagement_rate_durchschnitt) + "%")

                

        

        

    

    










    

        

            

                

                    

                        

                            
Operatoren sind Symbole oder Schlüsselwörter in Programmiersprachen, die Operationen auf Operanden durchführen, wie arithmetische, logische oder Vergleichsaufgaben (z.B. +, &&, ==).

                        

                    

                

            

        

    

    Variablen sind benannte Speicherorte im Speicher, die Datenwerte enthalten, die in einem Programm manipuliert und referenziert werden können.








 


!    
    

        


        
Lernbotschaft

        
Wir haben gelernt, dass Daten in Variablen gespeichert und von Operatoren manipuliert werden können. Jede Datenart hat einen Datentyp, der dazu führt, dass Operatoren unterschiedlich funktionieren.