[방통대] 파이썬 프로그래밍 기초 - 1강 컴퓨터의 이해

 

컴퓨터과학과 정재화 교수님 1학년 1학기 수업

파이썬 프로그래밍 기초 - 1강 컴퓨터의 이해

1. 데이터와 정보
2. 컴퓨터의 개념
3. 컴퓨터와 프로그램

1.1 데이터와 정보

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1. 데이터의 개념

어떤 현상이나 사실에 대한 설명 또는 설명의 집합

 

2. 데이터의 정의

- 관찰이나 실험, 조사로 얻은 사실

- 이론을 세우는데 기초가 되는 사실 또는 바탕이 되는 자료

관찰이나 측정을 통해 얻은 수치, 문자 형태의 표현할 수 있는 질적 또는 양적 값

예) 붉다, 밝다, 뜨겁다 = 질적데이터 / 3000도 = 양적데이터

 

3. 정보의 개념

문제 또는 질문을 해결하기 위해 사용할 수 있는 데이터와 데이터의 집합

 

4. 정보의 정의

- 어떤 데이터나 소식을 통하여 얻은 지식이나 상태의 총량

- 관찰이나 측정을 통하여 수집한 자료를 문제 해결에 도움이 될 수 있도록 정리한 지식

- 데이터를 일정부분 변형하거나 모아서 어떠한 질문이 생겼을때 답이 될수 있도록 도움이 되는 데이터

- 관찰과 측정을 통해 얻은 데이터를 처리(정렬, 합산, 군집화 등) 하여 실제 문제 해결에 도움이 되는 데이터 또는 결과물

 

5. 정보 처리 과정

- 데이터는 현상에 대한 관찰과 측정으로 생성

- 데이터는 기록된 사실이지만, 직접적으로 문제를 해결하는데 도움이 되지 않음

- 처리와 가공을 통해 정보로 변환

 

6. 관찰과 측정

- 관찰: 사물 또는 현상을 파악하는 행위

- 측정: 절대적인 기준에 맞춰 현상을 수치로 나타내는 과정

 

7. 처리와 가공

- 수집된 데이터의 집합을 정렬, 군집화, 계산 또는 표현방법 변경 등의 데이터를 변환하여 정보를 생산하는 과정

빛 온도 스펙트럼

1.2 컴퓨터의 개념

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1. 컴퓨터의 정의

- 정의된 방법에 따라 입력된 데이터를 자동으로 처리하여 정보를 생산하는 기계

 

2. 데이터의 기본 단위 

- 비트(bit, Binary digit) : 두 개의 상태를 갖는 가장 작은 단위, 2진수

- 바이트(Byte) : 1Byte 는 8개의 비트를 겹쳐서 표현하며, 2⁸ = 256가지를 표현할수 있다.

1Byte = 8Bit

 

3. 컴퓨터와 2진법

- 컴퓨터는 트랜지스터를 통해 2진법 숫자로 데이터를 표현하여 저장 및 처리한다.

4. 아날로그와 디지털

- 아날로그(Analog) : 사물이나 개념을 연속적인 물리량 값으로 표현, 질적 데이터 또는 양적 데이터로 표현

- 디지털(Digital) : 사물이나 개념을 이산적인 값으로 근사하여 표현, 양적 데이터로 표현

예) 시계 초침을 생각해보면 아날로그 시계는 천천히 움직이며 중간과정을 거치는 반면, 디지털 시계는 1 -> 2 와 같이 단속적인 값을 표현한다.

 

5. ASCII 코드표

 

1.3 컴퓨터와 프로그램

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1. 프로그램의 이해

- 프로그램이란 컴퓨터가 어떠한 작업을 자동으로 처리 할 수 있도록 처리 방법 및 순서를 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어 형태로 기술한 것

- 유사한 유형의 여러 문제를 추상화시킨 알고리즘(Algorithm)을 구현한 결과물

- 컴퓨터는 자의적 결정이 불가능 하므로, 정보처리 방법과 과정이 정의된 프로그램을 사용

 

2. 정렬 알고리즘

- n개의 숫자가 입력으로 주어졌을 때, 지정한 기준에 맞게 정렬하여 출력하는 알고리즘

예) 카드를 오름차순으로 정렬할때 가장 작은 것을 선택해서 제일 앞으로 보낸다.

 

3. 알고리즘의 정의

- 문제를 풀기 위한 단계별 절차를 체계적 명령의 형태로 기술한 것

- 주어진 명령어를 처리하는 컴퓨터에게 문제를 해결하도록 만드는 정형화된 절차

 

4. 프로그래밍 언어

- 사람과 컴퓨터 사이의 의사소통 도구

- 프로그래머는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어를 사용하여 프로그램을 작성

 

5. 프로그래밍 언어의 분류

6. 프로그램의 실행

- 고급 언어로 작성된 프로그램은 컴파일러 또는 인터프리터를 통해 기계어로 변환되어 컴퓨터에서 실행된다.

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연습문제 1강

 

문제 1. 다음과 같이 어떤 문제(라면끓이기)를 해결하기 위한 절차를 무엇이라고 하는가?

정답확인

1) 프로그래밍 언어 2) 레시피 3) 컴파일러 또는 인터프리터 4) 알고리즘

 

 

문제 2. '방송대 컴퓨터과학과의 파이썬 프로그래밍 기초는 전공 과목이다' 라고 할 때, '전공' 이라는 설명은 어떤 유형의 데이터에 속하는가?정답확인

 

1) 연속적 데이터 2) 범주적 데이터 3) 정보 4) 반정형 데이터

 

 

문제 3. 표현의 모호성을 제거하고 자연어와 유사한 형태의 문법을 갖는 프로그래밍 언어는? 정답확인

1) 1세대 프로그래밍 언어 2) 2세대 프로그래밍 언어 3) 3세대 프로그래밍 언어 4) 4세대 프로그래밍 언어

 

 

Quiz 1. ASCII (아스키 코드) 7bit 만 쓰는 이유는?  정답확인

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Quiz 2. 알고리즘의 정의 예시로 나와있는 순서도를 보고, 이 과정을 따라가게 되면 어떠한 결과가 나오는지 작성하시오.정답확인

알고리즘의 정의 순서도(Flowchart)

 

Quiz 3. 파이썬은 컴파일러,인터프리터 중 어떤 것을 사용할까요?정답확인

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1. 정답 :  4

📖문제확인

 

해설: 알고리즘은 문제를 해결하기 위한 절차 중 하나이다.

종류	설명
프로그래밍 언어	사람과 컴퓨터가 소통하기 위한 체계적인 규칙과 구문을 갖춘 언어로, 컴퓨터에게 명령을 전달하고 프로그램을 작성하는 데 사용, 이 언어는 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 번역되어 실행된다.
레시피	요리를 만들기 위한 단계별 지침서로, 요리에 필요한 재료와 과정을 명확하게 제시하여 요리를 완성하는 데 도움을 준다.
컴파일러	소스 코드를 한 번에 전체를 분석하여 중간 코드 또는 기계어로 번역한 후 실행 주로 C, C++, Java와 같은 정적 타입의 언어에서 사용한다.
인터프리터	소스 코드를 한 줄씩 읽어들여 바로 실행, 소스 코드를 번역하고 실행하는 과정을 반복 즉, 명령을 한 줄씩 입력하면 인터프리터가 그때그때 답을 돌려주는 방법 파이썬, Ruby와 같은 동적 타입의 언어에서 주로 사용한다.
알고리즘	문제를 해결하기 위한 명확하고 체계적인 절차의 집합 이러한 단계들은 주어진 입력에 대해 원하는 출력을 얻기 위한 절차를 정의하며, 다양한 문제 해결을 위해 사용된다.

 

2. 정답 :  2

📖문제확인

 

해설: 범주란 비슷한 것들을 한데 모아놓은 그룹을 말하며, 이'전공'이라는 설명은 범주형 데이터에 속한다. 

종류	설명
연속적 데이터	- 연속적인 수로 수량화가 가능한 자료 ex) 온도, 키, 체중 등등
범주적 데이터	- 범주형 데이터는 순위형 데이터(Ordinal Data)와 명목형 데이터(Nominal Data)로 나누어 진다. 예를 들어 만족도와 학점 같이 각 범주의 데이터들 사이에 순위가 있는 경우는 순위형 데이터(Ordinal Data),  성별, 혈액형 등과 같이 데이터 간 순위가 없는 경우는 명목형 데이터(Nominal Data)라고 한다.
정보	- 관찰과 측정을 통해 얻은 데이터를 처리(정렬, 합산, 군집화 등) 하여 실제 문제 해결에 도움이 되는 데이터 또는 결과물
반정형 데이터 (Semi-Structured)	- 관계형 데이터베이스나 다른 형태의 데이터 테이블과 연결된 정형 구조의 데이터 모델을 준수하지 않는 정형 데이터의 한 형태이다. - 고정된 필드는 아니지만 스키마를 포함하는 데이터 ex) Json, XML, HTML
정형 데이터 (Structured)	- 구조화 되어있는 고정된 필드에 저장된 데이터 ex) 오라클DB, MySql 등 의 관계형 데이터베이스
비정형 데이터 (Unstructured)	- 형태가 없으며 고정된 필드에 저장되어 있지 않은 데이터 ex) 텍스트, 이미지, 동영상

 

범주형과 연속형 자료 참고

출처: 디지털서비스 이용지원시스템

사진출처: 디지털서비스 이용지원시스템

출처: TTA정보통신용어사전

사진출처: TTA정보통신용어사전

 

3. 정답 :  3

📖문제확인

 

해설: 위 문제에 해당하는 프로그래밍 언어로는 '파이썬' 이 대표적이며, 3세대 프로그래밍 언어에 속한다.

종류	설명
1세대 프로그래밍 언어	- 기계어와 어셈블리어로 이루어져 컴퓨터가 직접 이해할 수 있는 낮은 수준의 언어로, 이진수(0과 1)로 이뤄진  명령어로 프로그램이 작성된다. (사람이 이해하기 어려워서 저급 언어라고 표현한다.)
2세대 프로그래밍 언어	- 고급 프로그래밍 언어로, 포트란(Fortran), 코볼(COBOL), C언어 등이 포함된다. 이 언어들은 기계어보다는 사람이 이해하기 쉽고 효율적으로 프로그램을 작성할 수 있도록 설계되었다.
3세대 프로그래밍 언어	- 고급 언어의 발전과 함께 등장한 것으로, 대표적으로 C++, 자바(Java), 파이썬(Python) 등이 있다. 이 언어들은 객체지향 프로그래밍, 동적 메모리 할당 등의 개념을 도입하여 프로그래밍의 편의성과 유연성을 증대시켰다.
4세대 프로그래밍 언어	데이터베이스와 관련이 깊은 언어로, 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)과의 상호작용을 강조, 사용자가 데이터베이스 구조와 연산을 더 쉽게 정의할 수 있도록 해준다. SQL과 같은 데이터베이스 쿼리 언어가 이에 해당함

 

Quiz 1. 정답 : 

ASCII를 구성하는 1Byte(8bit) 중에서 7bit 만 쓰는 이유는, 나머지 1bit 를 통신 에러 검출을 위해 사용하기 때문이다.

해당 비트를 패리티 비트 (Parity Bit) 라고 하며, 이 Parity Bit 를 확인함으로써 전송 도중 신호가 변질된 것을 수신측에서 검출해내는 것을 패리티 검사라고 한다.

 

*ASCII : 아스키 코드는 1960년대에 미국 표준협회(ANSI)에서 표준화한 정보교환용 7bit 부호체계를 만들었다.
아스키 코드는 52개의 영문 알파벳 대소문자, 10개의 숫자, 32개의 특수 문자, 33개 의 출력 불가능한 제어 문자, 그리고 하나의 공백 문자를 포함하여 총 128개로 이루어진다. 그런데, 컴퓨터의 기본 저장 단위는 1byte(8bit)다. 그래서 아스키 코드는 2의 8제곱인 256개를 사용할 수 있지만 7비트 128개(0~127)의 고유한 값만 사용한다.

 

Quiz 2. 정답 : 

input을 통해 입력값 n을 받고 sum함수로 1부터 n값까지 합한뒤에 print로 결과를 출력한다.

while True: # 문자열 입력 에러를 방지하고자 숫자를 입력받은후에 while 문에서 나올수 있게 한다.
    try:
        n = int(input("숫자를 입력하세요: "))
        break
    except ValueError: # 문자열 입력시에 다시 처음으로 되돌아간다.
        print("다시!") 
i = 0
sum = 0 # 변수에 0을 지정해 int 속성의 정수임을 선언한다.

while (i <= n): # 입력값 n을 받고 sum함수로 1부터 n값까지 합해준다.
    sum += i
    i += 1

print("숫자 1부터 "+str(n)+"의 총합계는 "+str(sum)+"입니다.") # 결과를 출력


[Result]
숫자를 입력하세요: 100
숫자 1부터 100의 총합계는 5050입니다.

 

Quiz 3. 정답 : 

컴파일러(compiler)를 사용하는 C언어나 자바와는 달리 파이썬은 인터프리터(interpreter)에 의해 실행되는 스크립트 언어이다.

인터프리터(interpreter)란?

소스 코드를 처음부터 한 라인씩 차례대로 해석하며 실행하는 프로그램
인터프리터는 실행할 때마다 코드를 한 라인씩 바로 기계어로 변환하기 때문에 실행 속도가 컴파일러 언어에 비해 다소 느리지만, 코드가 완전히 작성되지 않아도 작성된 부분까지만을 테스트할 수 있다. 또한, 대화형 기능을 통해 사용자가 곧바로 코드를 수정할 수 있다.

파이썬, Ruby와 같은 동적 타입의 언어에서 주로 사용