آموزش استاد برنامه نویسی پایتون با حل پروژه های علمی

سرفصل ها و درس ها

مقدمه ها Introductions

• پیش نیازها و نحوه راک این دوره Prerequisites and how to rock this course

• مثلث Sierpinski را کد کنید! Code a Sierpinski triangle!

• پایتون از طریق Google colab Python via Google colab

• نوت بوک های محلی Jupyter از طریق Anaconda Local Jupyter notebooks via Anaconda

• استفاده از انجمن پرسش و پاسخ Using the Q&A forum

• فهرست توابع در دوره Index of functions in the course

------------ قسمت 1: اصول ------------ ------------ Part 1: The basics ------------

• بخش 1: اصول اولیه Part 1: The basics

انواع داده ها Data types

• متغیرها Variables

• عملگرهای ریاضی Math operators

• چاپ و ورودی Printing and inputting

• لیست ها Lists

• تاپل ها Tuples

• بولین ها Booleans

• لغت نامه ها Dictionaries

نمایه سازی و برش Indexing and slicing

• نمایه سازی Indexing

• برش دادن Slicing

کارکرد Functions

• ورودی ها و خروجی ها Inputs and outputs

• کتابخانه های پایتون (numpy) Python libraries (numpy)

• کتابخانه های پایتون (پاندا) Python libraries (pandas)

• دریافت کمک در مورد توابع Getting help on functions

• ایجاد توابع Creating functions

• دامنه متغیر جهانی و محلی Global and local variable scopes

• کلاس ها و برنامه نویسی شی گرا Classes and object-oriented programming

کنترل جریان Flow control

• اگر غیر از این اظهارات If-else statements

• برای حلقه ها For loops

• ادامه هید Continue

• در حالی که حلقه ها While loops

• مقداردهی اولیه متغیرها Initializing variables

• بررسی و مدیریت خطای عملکرد Function error checking and handling

• ورودی های متعدد با زیپ Multiple inputs with zip

• حلقه های تک خطی Single-line loops

• پخش در numpy Broadcasting in numpy

تجسم متن و داده ها Text and data visualization

• fprintf و f-strings fprintf and f-strings

• ترسیم نقاط و خطوط Plotting dots and lines

• هندسه طرح فرعی Subplot geometry

• زیباتر جلوه دادن نمودارها Making the graphs look nicer

• اضافه کردن حاشیه نویسی Adding annotations

• متولد دریا Seaborn

• تصاویر Images

• نمودارها را با وضوح کم و بالا صادر کنید Export plots in low and high resolution

• شبه کد Sierpinski، بخش دوم Sierpinski pseudocode, part II

مختصری در مورد به اشتراک گذاری کد A brief aside on sharing code

• دریافت کد از github/google-drive Getting code from github/google-drive

------------ قسمت 2: پروژه ها ------------- ------------ Part 2: The projects ------------

• بخش دوم: پروژه ها Part 2: The projects

دانلود تمامی مطالب دوره Download all course materials

• مهم: مطالب دوره را دانلود کنید IMPORTANT: Download course materials

• راهبردهای حل این پروژه ها Strategies for solving these projects

پروژه 1: جستجوی متن و جایگزینی Project 1: Text search and replace

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• یک فایل متنی وارد کنید Import a text file

• متن قالب بندی را حذف کنید Remove formatting text

• کلمات 4 حرفی را جایگزین کنید و در دیسک ذخیره کنید Replace 4-letter words and save to disk

• امتیاز: خوانایی کلمات درهم Bonus: Readability of scrambled words

پروژه 2: قانون اعداد بزرگ Project 2: The Law of Large Numbers

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• جمعیتی از اعداد تصادفی ایجاد کنید Generate a population of random numbers

• نمونه گیری مونت کارلو Monte Carlo sampling

• میانگین گیری تجمعی Cumulative averaging

• امتیاز: قضیه حد مرکزی Bonus: The Central Limit Theorem

پروژه 3: آنتروپی انگلیسی نوشتاری Project 3: Entropy of written English

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• وارد کردن متن از وب Import text from the web

• توزیع طول کلمات Distribution of word lengths

• فرکانس حروف Letter frequencies

• آنتروپی حرف Letter entropy

• آنتروپی شرطی (توالی). Conditional (sequence) entropy

• امتیاز: ایجاد یک ابر کلمه Bonus: Make a word cloud

پروژه 4: مسیرهای حالت-فضا Project 4: State-space trajectories

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• داده ها را وارد و پاک کنید Import and clean the data

• یک ماتریس کوواریانس کانال ایجاد کنید Create a channel covariance matrix

• PCA را اجرا کنید و اجزا را محاسبه کنید Run PCA and compute components

• مسیرهای حالت فضایی State-space trajectories

• امتیاز: زمان را با استفاده از رنگ ها ترسیم کنید Bonus: Draw time using hues

پروژه 5: آمار Project 5: Statistics

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• داده ها را وارد و بررسی کنید Import and inspect the data

• آزمون تی برای اسیدیته بر کیفیت شراب T-test for acidity on wine quality

• رگرسیون چندگانه Multiple regression

• رگرسیون لجستیک Logistic regression

• امتیاز: تبدیل به گاوسی Bonus: Transform to Gaussian

پروژه 6: تحلیل طیفی Project 6: Spectral analysis

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• یک فرآیند AR را شبیه سازی کنید Simulate an AR process

• تبدیل فوریه را کد کنید Code the Fourier transform

• صفر کردن FFT Zero-padding the FFT

• روش ولش Welch's method

• امتیاز: طیف نگار Bonus: spectrogram

پروژه 7: رنگین کمان رنگارنگ سر و صدا Project 7: The colorful rainbow of noise

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• صدای سفید و قهوه ای White and brown noise

• صدای صورتی و آبی Pink and blue noise

• رنگین کمان طیفی رنگارنگ The colorful spectral rainbow

• پاداش: صدای آنها چگونه است؟ Bonus: How do they sound?

پروژه 8: مطالب ریاضی عالی Project 8: Awesome mathy stuff

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• مثلث پاسکال Pascal's triangle

• هویت اویلر Euler's identity

• گاوسی پارامتری شده Parameterized Gaussian

• اتساع زمان در نسبیت خاص Time dilation in special relativity

• مقادیر ویژه روی دایره مختلط Eigenvalues on the complex circle

• امتیاز: من ریاضی را دوست دارم Bonus: I heart math

پروژه 9: حذف نویز سیگنال های نویزدار Project 9: Denoising noisy signals

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• صاف کردن از طریق فیلتر متوسط Smoothing via running-mean filter

• صاف کردن از طریق پیچیدگی گاوسی Smoothing via Gaussian convolution

• لکه برداری از طریق فیلتر میانه Despeckling via median filter

• این داده های زیست پزشکی را حذف کنید! Denoise these biomedical data!

• امتیاز: مناطق طرح را برجسته کنید Bonus: Highlight plot areas

پروژه 10: فیلتر سری زمانی Project 10: Time series filtering

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• یک سیگنال با نویز تصادفی تولید کنید Generate a signal with random noise

• نویز خط را از بین ببرید Notch out line noise

• فیلتر FIR بالا گذر High-pass FIR filter

• فیلتر پایین گذر IIR (Butterworth). Low-pass IIR (Butterworth) filter

• امتیاز: منظره بیابانی Bonus: Desert landscape

پروژه 11: آمار توصیفی بدون نومپی Project 11: Descriptive stats without numpy

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• میانگین و میانه Mean and median

• جدول فرکانس ها Frequencies table

• حالت Mode

• انحراف معیار Standard deviation

• پاداش: یک فایل گزارش csv ایجاد کنید Bonus: Create a csv report file

پروژه 12: خوشه بندی: PCA، t-SNE، و k-means Project 12: Clustering: PCA, t-SNE, and k-means

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• وارد کردن و عادی سازی داده های ابری Import and normalize the cloud data

• ماتریس های کوواریانس را محاسبه و بررسی کنید Compute and inspect covariance matrices

• تعداد اجزا را با استفاده از PCA تعیین کنید Determine the number of components using PCA

• داده ها را با استفاده از t-SNE و k-means خوشه بندی کنید Cluster the data using t-SNE and k-means

• امتیاز: یک نمودار چگالی احتمال دوبعدی ایجاد کنید Bonus: Make a 2D likelihood density plot

پروژه 13: کد پایتون خود را ایندکس کنید Project 13: Index your Python code

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• چندین فایل ipynb را وارد کنید Import multiple ipynb files

• شناسایی فراخوانی تابع Identify function calls

• یک نمایه تابع حروف الفبا ایجاد کنید Create an alphabetized function index

• لیست توابع را حروف الفبا کنید Alphabetize the function list

• یک لیست فایل الفبا ایجاد کنید Create an alphabetized file list

• جایزه: کدام فایل بیشترین امتیاز را دارد؟ Bonus: Which file has the most points?

پروژه 14: حداقل محلی از طریق شیب نزول Project 14: Local minimum via gradient descent

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• تابع و مشتق آن The function and its derivative

• نزول گرادیان Gradient descent

• به صورت دو بعدی تکرار کنید Repeat in 2D

• امتیاز: تجسم به صورت سه بعدی Bonus: Visualize in 3D

پروژه 15: برازش منحنی داده Project 15: Data curve fitting

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• یک گاوسی مناسب باشد Fit a Gaussian

• تناسب فروپاشی نمایی Fit an exponential decay

• استفاده از یک تابع تعریف شده توسط کاربر (sigmoid) Use a user-defined function (sigmoid)

• برازش مدل اتصالی Conjunctive model fitting

• برازش مدل چند متغیره Multivariate model-fitting

• جایزه: چشم سائورون! Bonus: The eye of Sauron!

پروژه 16: تجزیه و تحلیل زمان-فرکانس EEG Project 16: Time-frequency analysis of EEG

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• موجک های مورلت با ارزش واقعی Real-valued Morlet wavelets

• موجک های مورلت با ارزش پیچیده Complex-valued Morlet wavelets

• یک خانواده موجک ایجاد کنید Create a wavelet family

• داده ها را وارد و تجسم کنید Import and visualize the data

• پیچیدگی موجک Wavelet convolution

• یک نقشه زمان-فرکانس ایجاد کنید Create a time-frequency map

• امتیاز: نقشه فاز با نقشه رنگی چرخه ای Bonus: Phase map with cyclic colormap

پروژه 17: درون یابی و برون یابی Project 17: Interpolation and extrapolation

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• پایین/بالا نمونه یک سری زمانی Down/upsample a time series

• درون یابی 1 بعدی 1D interpolation

• برون یابی 1 بعدی 1D extrapolation

• نمونه برداری مجدد مورد بازدید قرار گرفت Resampling revisited

• تصحیح تصویر خراب با درون یابی Fix corrupted image with interpolation

• امتیاز: یک مکعب Necker بکشید Bonus: Draw a Necker cube

پروژه 18: شبیه سازی مدار مغز Project 18: Simulate a brain circuit

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• یک سلول مغز را شبیه سازی کنید Simulate one brain cell

• مداری از 1000 نورون ایجاد کنید Create a circuit of 1000 neurons

• شبیه سازی مدار عصبی Simulate the neural circuit

• فعالیت جمعیت را تجسم کنید Visualize population activity

• چند آزمایش انجام دهید! Run some experiments!

• امتیاز: تحریک و بازداری جداگانه Bonus: Separate excitation and inhibition

پروژه 19: داده ها را متحرک کنید Project 19: Animate data

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• موجک های موجی به صورت نموداری، قسمت 1 Wavey wavelets in plotly, part 1

• موجک های موجی به صورت نموداری، قسمت 2 Wavey wavelets in plotly, part 2

• موجک های موجی در matplotlib Wavey wavelets in matplotlib

• تبدیل موبیوس در matplotlib Mobius transform in matplotlib

• امتیاز: اعداد اول سرگردان Bonus: the wandering primes

پروژه 20: سرمایه گذاری در ارزهای دیجیتال Project 20: Cryptocurrency investing

• نمای کلی پروژه و اهداف Project overview and goals

• وارد کردن و میانگین داده ها از یک سکه Import and average data from one coin

• یک دیتافریم از سکه های انتخاب شده ایجاد کنید Create a dataframe of selected coins

• ابعاد داده از طریق PCA Data dimensionality via PCA

• شبیه سازی سرمایه گذاری های DCA (دستورالعمل ها) Simulating DCA investments (instructions)

• شبیه سازی سرمایه گذاری های DCA (کد) Simulating DCA investments (code)

• پاداش: کدام سکه را باید بخرید؟ Bonus: Which coin should you have bought?

جایزه Bonus

• جایزه Bonus