LXF161:Хакерство: Raspberry Pi

Подписка на печатную версию Весь 2015 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Подписка на электронную версию Весь 2015 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Подшивки старых номеров журнала (печатные версии) Весь 2014 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Raspberry Pi Нач­ни­те зна­ком­ст­во с Linux и но­вым кар­ман­ным ком­пь­ю­те­ром

Raspberry Pi: Ру­лим Guido

Raspberry Pi был соз­дан, что­бы нау­чить де­тей про­грам­ми­ро­ва­нию. Джо­на­тан Ро­бертс пред­став­ля­ет иде­аль­ную сре­ду для на­чи­наю­щих: Guido van Robot.

Наш эксперт. Су­пер-скрыт­ный Джо­на­тан Ро­бертс ко­па­ет­ся в Linux с дет­ских лет. Ины­ми сло­ва­ми, не так уж дол­го.

В двух на­ших пер­вых ру­ко­во­дствах по Raspberry Pi мы за­да­ли вам раз­гон. Мы объ­яс­ни­ли, как на­стро­ить RPi и убе­дить­ся, что все ра­бо­та­ет нор­маль­но. Мы так­же по­зна­ко­ми­ли вас с основ­ны­ми на­вы­ка­ми ра­бо­ты в Linux, вклю­чая управ­ление па­ке­та­ми и уда­лен­ный доступ к SSH и VNC. Ес­ли у вас толь­ко по­явил­ся Raspberry Pi и вам не тер­пит­ся на­чать, вы смо­же­те най­ти эти два ру­ко­во­дства на дис­ке это­го ме­ся­ца.

На этом уро­ке мы хо­тим сде­лать нечто иное. Мы рас­смот­рим Raspberry Pi в ка­че­­ст­ве плат­фор­мы для обу­чения про­грам­ми­ро­ванию, а для это­го восполь­зу­ем­ся при­ло­жением под на­званием Guido van Robot (со­кра­щен­но – GvR).

Че­ре­паш­ки и ро­бо­ты

Ес­ли вы вы­росли в Ве­ли­ко­бри­тании и учи­лись в шко­ле в ком­пь­ю­тер­ную эпо­ху BBC, вы, воз­мож­но, помните че­ре­па­шек и LOGO, неслож­ный язык про­грам­ми­ро­вания, в ко­то­ром бы­ло все­го несколь­ко команд. У че­ре­паш­ки бы­ла руч­ка для ри­со­вания раз­ных фи­гур, и с по­мо­щью пра­виль­ных команд в LOGO вы мог­ли на­ри­со­вать лю­бую фи­гу­ру (су­ще­ст­во­ва­ли да­же фи­зи­че­­ские вер­сии, ко­то­рые раз­гу­ли­ва­ли по сто­лам и по­лам).

На­ри­со­вать квад­рат в LOGO можно бы­ло ко­ман­дами

FORWARD 100

LEFT 90

FORWARD 100

LEFT 90

FORWARD 100

LEFT 90

FORWARD 100

LEFT 90

Этот язык про­грам­ми­ро­вания учил де­тей осно­вам – как раз­би­вать ре­шение про­бле­мы на ша­ги, необ­хо­ди­мые для ее ре­шения, то есть мыс­лить в ви­де про­це­дур. Имен­но это­му мы обу­чим вас на на­шем уро­ке, толь­ко вме­сто LOGO у нас бу­дет Guido van Robot.

Пре­ж­де чем при­сту­пать к че­му бы то ни бы­ло, уста­но­ви­те GvR на ваш Raspberry Pi, что­бы вы мог­ли сле­до­вать ин­ст­рук­ци­ям на­ше­го ру­ко­во­дства. Это де­лается за­пуском LXTerminal из ме­ню при­ло­жений и вво­дом

sudo apt-get install gvrng pythongtksourceview2

Ес­ли, взгля­нув на эту ко­ман­ду, вы ре­ши­ли, что она бес­смыс­лен­на, за­гляните во вто­рое ру­ко­во­дство по Raspberry Pi на дис­ке: «Стро­им NAS».

Зна­комь­тесь: Guido

Ус­та­но­вив GvR, мо­же­те за­пускать его из ме­ню при­ло­жений в ниж­ней ле­вой час­ти эк­ра­на – оно на­хо­дит­ся пониже под­ме­ню Education. В поя­вив­шем­ся окне вы уви­ди­те ме­сто для Guido и его ми­ра в ле­вой час­ти, и ме­сто для ин­ст­рук­ций, ко­то­рые вы бу­де­те ему да­вать, и для соз­дания его ми­ра в пра­вой час­ти.

Да­вай­те начнем со зна­ком­ст­ва с ми­ром Guido. Пер­вое, что на­до сде­лать – ско­пи­ро­вать фай­лы в пап­ке GvR на дис­ке это­го ме­ся­ца в ваш Raspberry Pi. Мо­же­те ис­поль­зо­вать для это­го лю­бой удоб­ный для вас спо­соб, но са­мым про­стым бу­дет USB-бре­лок, ес­ли вы ис­поль­зуе­те для досту­па SSH или VNC, по­сколь­ку в этом слу­чае один из пор­тов USB оста­ет­ся сво­бод­ным. За­тем пе­ре­клю­чи­тесь на вклад­ку World Editor в пра­вой час­ти ок­на, вы­бе­ри­те File > Open [Файл > От­крыть] и GvR1.wld. Ле­вая часть ми­ра за­полнит­ся изо­бра­жения­ми, пред­став­ляю­щи­ми мир Guido, а сам Guido сим­во­ли­зи­ру­ет­ся тре­угольником с бу­к­вой G.

Мир Guido по­хож на наш (ну, на аме­ри­кан­ский го­род точ­но по­хож): он со­сто­ит из улиц (про­тя­нув­ших­ся с восто­ка на за­пад) и аве­ню (иду­щих с се­ве­ра на юг), и ок­ру­жен креп­кими внешними сте­нами, че­рез ко­то­рые Guido не мо­жет пе­ре­брать­ся. На пе­ре­се­чении ка­ж­дой ули­цы и аве­ню рас­по­ла­га­ет­ся угол.

В этом ми­ре есть еще па­ра ве­щей. Beeper – это та­кой ма­лень­кий маячок-пи­щал­ка, ко­то­рый мож­но по­мес­тить на уг­лу. Он издает сиг­на­лы, которые Guido мо­жет рас­слы­шать, толь­ко на­хо­дясь на том же уг­лу. Име­ют­ся так­же внут­ренние сте­ны – они, как и внешние, для Guido непро­хо­ди­мы. В ми­ре GvR1, по­ми­мо Guido, есть един­ст­вен­ный маячок, пред­став­лен­ный го­лу­бым круж­ком.

Пер­вые ша­ги

Guido – не са­мый про­дви­ну­тый ро­бот. Он умеет вы­пол­нять толь­ко пять дей­ст­вий:

• move [дви­гать­ся]

• turnleft [по­вер­нуть на­ле­во]

• pickbeeper [взять маячок]

• putbeeper [по­ста­вить маячок]

• turnoff [вы­клю­чить]

Ко­ман­да move за­став­ля­ет Guido дви­гать­ся по един­ст­вен­ной ули­це или аве­ню впе­ред, а ко­ман­да turnleft за­став­ля­ет его по­вер­нуть­ся на 90 гра­ду­сов вле­во. Ес­ли вы, на­при­мер, хо­ти­те, что­бы Guido пе­ре­дви­нул­ся впе­ред на три аве­ню, вам нуж­но по­за­бо­тить­ся, что­бы он смот­рел в нуж­ном на­прав­лении (за­дав нуж­ное чис­ло в ко­ман­дах turnleft) и за­тем за­дать три ко­ман­ды move.

В этом пер­вом ми­ре все, что нам от вас нуж­но, ог­раничи­ва­ет­ся пе­ре­ме­щением Guido к маячку, воз­мож­но­стью его взять, пе­ре­мес­тить его на один угол даль­ше и за­тем вы­клю­чить его. Это оз­на­ча­ет, что Guido остано­вит­ся на уг­лу 4-й аве­ню и 2-й ули­цы.

Что­бы сде­лать это, пе­ре­клю­чи­тесь со вклад­ки World Editor на вклад­ку Code Editor. За­тем мо­же­те вве­сти лю­бую ком­би­на­цию из вы­ше­при­ве­ден­ных команд в тек­сто­вое по­ле спра­ва, по­ста­вив ка­ж­дую из них на соб­ст­вен­ную стро­ку, что­бы Guido пе­ре­мес­тил­ся к маячку и взял его. Когда у вас бу­дет на­бор команд, ко­то­рый, по ва­ше­му мнению, дол­жен бу­дет сра­бо­тать, на­жми­те на Execute и по­смот­ри­те, что про­изой­дет.

Помните, что Guido мо­жет слы­шать маячок, толь­ко на­хо­дясь на од­ном уг­лу с ним – а ко­ман­да pickbeeper сра­батывает толь­ко тогда, когда маячок есть в наличии. Ес­ли вы по­пы­тае­тесь ис­поль­зо­вать pickbeeper при от­сут­ст­вии маячка, то по­лу­чи­те со­об­щение об ошиб­ке, и вам при­дет­ся пе­ре­за­пустить про­грам­му, что де­ла­ет­ся по­сред­ст­вом на­жа­тия Reload.

Ком­пактнее — удобнее

Как де­ла? Ес­ли все сра­бо­та­ло, зна­чит, у вас дол­жен по­лу­чить­ся при­мер­но та­кой на­бор ин­ст­рук­ций:

move

turnleft

turnleft

turnleft

move

move

pickbeeper

move

turnoff

Са­мая хит­рая часть этой про­бле­мы – по­вер­нуть на­пра­во. По­сколь­ку Guido не зна­ет, как это сде­лать, вам при­дет­ся осоз­нать, что один по­во­рот на­пра­во ра­вен трем по­во­ро­там на­ле­во.

Это до­воль­но гро­мозд­ко и за­трудняет чтение на­шей про­грам­мы: ес­ли бы у на­шей про­грам­мы бы­ла про­бле­ма – на­при­мер, Guido непра­виль­но по­вер­нул­ся и при­шел к стене, от ко­то­рой он и на­чал – бы­ло бы труд­но по­нять, что под­ра­зу­ме­ва­лось под все­ми эти­ми turnleft и что один был яв­но лишним. Это так­же оз­на­ча­ет, что нам при­дет­ся пи­сать одно и то же мно­го раз, а по­сколь­ку мы – ленивые про­грам­ми­сты, нам это со­всем не нра­вит­ся!

К сча­стью, Guido не так глуп, как ка­жет­ся на пер­вый взгляд. Хо­тя на дан­ный мо­мент он зна­ет толь­ко пять команд, он бы­ст­ро учит­ся, и он го­тов, что­бы мы нау­чи­ли его че­му-то но­во­му на осно­ве то­го, что ему уже из­вест­но. Ины­ми сло­ва­ми, мы мо­жем сде­лать под­бор­ку ин­ст­рук­ций, та­ких, как три turnlefts, дать ей на­звание, и Guido бу­дет ис­пол­нять ее ка­ж­дый раз, когда мы вве­дем это на­звание.

Схва­ты­ва­ет на ле­ту

Что­бы это про­де­мон­ст­ри­ро­вать, и что­бы сде­лать наш код бо­лее лег­ким для чтения, менее оши­боч­ным и бо­лее бы­ст­рым для вво­да, да­вай­те нау­чим Guido по­во­ра­чи­вать на­пра­во. Для это­го нам на­до бу­дет ис­поль­зо­вать но­вый вид ин­ст­рук­ции:

define turnright:

turnleft

turnleft

turnleft

Пер­вая стро­ка со­об­ща­ет Guido, что мы оп­ре­де­ли­ли но­вую ин­ст­рук­цию под на­званием turnright. Стро­ки с от­сту­пом, сле­дую­щие за двое­то­чи­ем – это уже су­ще­ст­вую­щие ко­ман­ды в том по­ряд­ке, в ко­то­ром они долж­ны вы­пол­нять­ся, когда мы хо­тим, что­бы Guido по­вер­нул на­пра­во.

От­ступ иг­ра­ет важ­ную роль. Все стро­ки с от­сту­пом счи­та­ют­ся ча­стью оп­ре­де­ления define. Как толь­ко вы вве­де­те стро­ку без от­сту­па, GvR бу­дет счи­тать, что вве­ден­ное боль­ше не яв­ля­ет­ся ча­стью оп­ре­де­ления.

Что­бы ис­поль­зо­вать это в про­грам­ме, вам нуж­но по­ста­вить оп­ре­де­ление на­верх, а все осталь­ные ко­ман­ды раз­мес­тить внизу, та­ким об­ра­зом:

define turnright:

turnleft

turnleft

turnleft

move

turnright

move

По­про­буй­те пе­ре­пи­сать на­шу пер­вую про­грам­му, но ис­поль­зуй­те ин­ст­рук­цию turnright вме­сто трех turnleft. Раз­ве не про­ще ста­ло чи­тать?

По­вто­ря­ем­ся

К это­му мо­мен­ту вы освои­ли пер­вый мир, так что да­вай­те пе­рей­дем к че­му-нибудь по­ин­те­реснее. Пе­ре­клю­чи­тесь сно­ва на вклад­ку World Editor на пра­вой сто­роне и вы­бе­ри­те File > Open, на сей раз от­крыв файл GvR2.wld. Это по­хо­жий мир, за ис­клю­чением то­го, что здесь нет сте­ны по­за­ди маячка, и все рас­стояния уве­ли­че­ны (воз­мож­но, вам при­дет­ся рас­ши­рить ок­но и пе­ре­та­щить линию, раз­де­ляю­щую панели ми­ра и ре­дак­то­ра, что­бы уви­деть маячок).

Цель та же: Guido дол­жен пе­ре­мес­тить­ся к маячку, взять его, пе­ре­мес­тить на один угол даль­ше и вы­клю­чить. Мы мо­жет сде­лать это точ­но так же, как рань­ше, от­дель­но ука­зы­вая ка­ж­дое дви­жение и ка­ж­дый по­во­рот, но, по­сколь­ку сей­час все на­хо­дит­ся на боль­шем рас­стоянии, это бу­дет вы­гля­деть так же пу­та­но, как рань­ше все эти мно­го­чис­лен­ные turnleft.

К сча­стью, Guido зна­ет еще несколь­ко команд, ко­то­рые несколь­ко об­лег­чат на­шу за­да­чу. Пер­вая из тех, ко­то­рые мы со­би­ра­ем­ся рас­смот­реть – ко­ман­да do. Вы­гля­дит она так:

do <number>:

<instructions>

Как ви­ди­те, по фор­ма­ту она по­доб­на ко­ман­де define. Сна­ча­ла мы со­об­щим Guido, что это ко­ман­да do, соз­дан­ная для по­вто­рения лю­бых <instructions> [ин­ст­рук­ций] ука­зан­ное <number> [ко­ли­че­­ст­во] раз. В GvR2 мы мо­жем ис­поль­зо­вать ее, что­бы на­чать на­шу про­грам­му так:

do 4:

move

Это на­мно­го бы­ст­рее, чем вво­дить че­ты­ре от­дель­ных ко­ман­ды move. Бо­лее то­го, ес­ли нам нуж­но вы­полнить 100 пе­ре­ме­щений, на это по­тре­бу­ет­ся ров­но та­кое же ко­ли­че­­ст­во ин­ст­рук­ций. По­про­буй­те на­пи­сать остав­шую­ся часть про­грам­мы для GvR2 с по­мо­щью от­дель­ных команд move, а по­том с по­мо­щью команд do, и об­ра­ти­те внимание, на­сколь­ко по­след­няя ко­ро­че.

Вре­мя при­ня­тия ре­шений

Еще од­на спо­соб­ность Guido – принимать ре­шения. На­при­мер, Guido мо­жет спро­сить: «На этом уг­лу есть маячок?» и ре­шить ис­пол­нять pickbeepers толь­ко при его на­ли­чии. Или он мо­жет спро­сить, есть ли пе­ред ним сте­на, и дви­нуть­ся впе­ред, толь­ко ес­ли путь сво­бо­ден. Фор­мат для это­го ти­па ко­ман­ды та­ков:

if <condition>:

<instructions>

Здесь вам все зна­ко­мо, за ис­клю­чением усло­вия. Это – во­прос, ко­то­рый за­да­ет Guido, и есть под­бор­ка во­про­сов, ко­то­рые он уме­ет за­да­вать. Их 18, и все они пе­ре­чис­ле­ны во вклад­ке Language Reference ин­тер­фей­са GvR.

Вы уви­ди­те, что все они яв­ля­ют­ся во­про­са­ми ти­па Да/Нет, с от­ве­та­ми true [ис­тин­но] или false [лож­но] – это един­ст­вен­ный тип во­про­сов, с ко­то­ры­ми Guido (и боль­шин­ст­во ком­пь­ю­те­ров) мо­гут ра­бо­тать.

Вот при­мер то­го, как мож­но на­пи­сать код, ко­то­рый обес­пе­чит дви­жение впе­ред толь­ко при от­сут­ст­вии сте­ны пе­ред Guido.

if front_is_clear:

move

Иногда вы, воз­мож­но, ре­ши­те про­ве­рить, яв­ля­ет­ся ли усло­вие ис­тин­ным, и вы­полнить дей­ст­вие, ес­ли оно та­ко­во, или дру­гое дей­ст­вие, ес­ли усло­вие лож­но. Это мож­но сде­лать с по­мо­щью ко­ман­ды if ... else ..., ко­то­рая ис­поль­зу­ет­ся так:

if front_is_clear:

move

else:

turnoff

Мож­но да­же про­ве­рять мно­же­ст­вен­ные ус­ло­вия, с по­мо­щью ко­ман­ды if ... elif ...

else:

if front_is_clear:

move

elif right_is_clear:

turnright

move

elif left_is_clear:

turnleft

move

else:

turnoff

Конеч­ное else яв­ля­ет­ся оп­цио­наль­ным. Оно обес­пе­чи­ва­ет от­вет на си­туа­цию по умол­чанию: ес­ли все осталь­ное лож­но, де­лай­те это – так что обыч­но его сто­ит ис­поль­зо­вать.

По­ми­мо про­сто­го пре­достав­ления Guido воз­мож­но­сти принимать са­мо­стоя­тель­ные ре­шения, вы мо­же­те уви­деть, на­сколь­ко это мо­жет быть удоб­но. Где-то в на­ча­ле это­го ру­ко­во­дства вы уви­де­ли, что, ес­ли вы по­пы­тае­тесь вы­полнить ко­ман­ду pickbeeper при от­сут­ст­вии маячка на уг­лу, где на­хо­дит­ся Guido, вы по­лу­чи­те ошиб­ку, и про­грам­ма оста­но­вит­ся. Ес­ли бы вы сде­ла­ли ошиб­ки в дру­гих час­тях про­грам­мы, вы, воз­мож­но, уви­де­ли бы то же са­мое, по­пы­тав­шись про­вес­ти Guido че­рез сте­ну. Ус­лов­ные ин­ст­рук­ции по­зво­ля­ют нам до­бав­лять безо­пас­ную про­вер­ку на­ше­го ко­да, что­бы про­грам­ма не за­вер­ша­ла свою ра­бо­ту из-за та­кой ошиб­ки.

Еще раз по­вто­рим­ся

Мож­но так­же ис­поль­зо­вать услов­ные ин­ст­рук­ции с по­мо­щью дру­гой ко­ман­ды по­вто­рения: while. Эта ин­ст­рук­ция про­ве­ря­ет, ис­тин­но ли усло­вие, ис­пол­ня­ет ко­ман­ду – или последовательность команд – в сво­ем те­ле (час­ти с от­сту­пом), а за­тем еще раз про­ве­ря­ет ис­тин­ность усло­вия. Ес­ли да, она сно­ва ис­полнит «те­ло», и бу­дет по­вто­рять это до тех пор, по­ка усло­вие не ока­жет­ся лож­ным. Мы го­во­рим, что она бу­дет за­цик­ле­на на те­ле ко­ман­ды.

С ко­ман­дой while сто­ит быть поосто­рожнее. Ес­ли вы ука­же­те усло­вие, ко­то­рое никогда не станет лож­ным, есть риск за­стрять в бес­конеч­ном цик­ле. Как и боль­шин­ст­ва дру­гих бес­конеч­ных ве­щей, бес­конеч­ных цик­лов луч­ше из­бе­гать

С по­мо­щью цик­ла while мы мо­жем далее усо­вер­шен­ст­во­вать на­шу про­грам­му GvR2, сде­лав ее безо­паснее и дав боль­ше управ­ления Guido. По­сле пер­вой пар­тии команд move для пе­ре­ме­щения Guido на нуж­ную ули­цу и раз­во­ро­та его на восток, мы мо­жем ис­поль­зо­вать ко­ман­ду while, что­бы пе­ре­ме­щать его впе­ред, по­ка он не ока­жет­ся на том же уг­лу, что и маячок:

while not_next_to_a_beeper:

move

pickbeepers

move

Со­брав во­еди­но все, че­му мы нау­чи­лись, мы мо­жем за­вер­шить про­грам­му GvR2 все­го за 10 строк. Ис­поль­зуй мы толь­ко основ­ные ко­ман­ды, у нас это за­ня­ло бы 20 строк. На­ша про­грам­ма ста­ла не толь­ко ко­ро­че – она ста­ла бо­лее яс­ной, и ее мож­но с лег­ко­стью рас­ши­рить для бо­лее круп­ных и слож­ных ми­ров.

Мы рас­ска­за­ли вам все, что нуж­но знать о Guido. То, че­му вы нау­чи­лись на на­шем уро­ке, по­мо­жет вам за­ста­вить его де­лать бо­лее ум­ные ве­щи, на­при­мер, на­хо­дить вы­ход из ла­би­рин­та, что­бы най­ти в кон­це маячок в ка­че­­ст­ве при­за.

Дру­гие про­ек­ты

Для ре­шения про­бле­мы лабиринта у вас дол­жен быть файл maze.wld, поставляемый с уста­нов­кой GvR по умол­чанию. Как и в пре­ды­ду­щих про­бле­мах, вариантов ее ре­шения мно­же­ст­во: на­при­мер, ука­зать ка­ж­дый шаг по от­дель­но­сти, или по­сту­пить бо­лее ра­зум­но и дать Guido шанс са­мо­стоя­тель­но принимать со­от­вет­ст­вую­щие ре­шения. Совету­ем по­про­бо­вать оба спо­со­ба.

Если ла­би­ринт по­ка­жет­ся вам нуд­ным, и вы за­хо­ти­те соз­дать собственные ми­ры, за­гляните в наш раз­дел «Соз­дание Ми­ров [World building]» – там есть ин­ст­рук­ции для это­го. |