pythonkurs2020_1_get_started

Zertifikatsklausur 30.01.2021

• Klausurtyp: Open-Book-Exam
• Bearbeitungszeit: 45 Minuten (+ 15 Minuten für Download & Upload)
• Erreichbare Punkte: 45
• Bestehensgrenze: mit 25 Punkten auf jeden Fall bestanden.

Abgabe bis spätestens 11:00 Uhr per E-Mail an kurse@stads.de.

Der Code muss in Python 3.8.5 mit numpy 1.19.2, pandas 1.1.3, matplotlib 3.3.2, seaborn 0.11.0 bzw. plotly 4.12.0 lauffähig sein. Falls weitere Pakete oder andere Versionen verwendet werden, muss die jeweilige Version angegeben werden.

Wir schreiben in dieser Klausur mit x^y die y-ste Potenz von x. Zum Beispiel schreiben wir 3^4 für 3 hoch 4 also für 3*3*3*3=81.

Aufgabe 1: Grundlagen (18 Punkte)

• Erstellen Sie eine Python-Datei mit dem Namen <Nachname>_<Vorname>_exam.py (z.B. kern_moritz_exam.py) und bearbeiten in dieser Datei die Aufgabe.

Aufgabe 1a: Get Started (2 Punkte)

• Wir betrachten ein rechtwinkliges Dreieck mit den Seitenlängen a, b und c. Definieren Sie die die Variablen b und c als 4 bzw. 5. (1 Punkt)
• Geben Sie die fehlende Kathete des Dreieckes, d.h. (c^2-b^2)^(1/2), an. (Tipp: **, print) (1 Punkt)

Aufgabe 1b: Einfache Funktion (6 Punkte)

• Definieren Sie eine Funktion pythagoras, die zwei Variablen b und c als Input hat. (1 Punkt)
• Die Funktion soll prüfen, ob c^2 kleiner b^2 ist;
  • falls dies der Fall ist: Printe c^2 muss groesser gleich b^2 sein. und gebe 0 zurück. (2 Punkte)
  • andernfalls, gebe das Ergebnis von (c^2-b^2)^(1/2) zurück. (2 Punkte)
• Werten Sie die Funktion für die Inputkombination (b=12, c=13) und (b=24, c=7) aus. (1 Punkt)

Aufgabe 1c: Datentypen (6 Punkte)

• Erstellen Sie eine Variable z mit dem Wert 1. Konvertieren Sie z explizit zu einem Boolean (True/False) und speichern Sie das Ergebnis als a (1 Punkt)
• Definieren Sie die Variable z_is_is_bool als TRUE, falls z vom Typ bool ist und andernfalls als FALSE. Tipp: Verwenden Sie dazu die Funktion isinstance. (1 Punkt)
• Erstellen Sie ein dictionary mit dem Namen coronaverbreitung mit folgendem Mapping auf jeweils einen String. (3 Punkte)
  • ”–” -> “Beide sind geimpft.”
  • ”-+” -> “Nur der Infizierende ist geimpft.”
  • ”+-“ -> “Nur der Infizierte ist geimpft.”
  • ”++” -> “Keiner der Beiden ist geimpft.”
• Lassen Sie sich das Element mit dem Key +- ausgeben. (1 Punkt)

Aufgabe 1d: Schleifen (4 Punkte)

• Erstellen Sie mit einer for-Schleife die folgende Ausgabe (… ausgeschrieben). (4 Punkte)

    1
    22
    4444
    88888888
    16161616161616161616161616161616
    32323232...32
    64646464646464...64
  

Aufgabe 2: Wichtige Pakete (27 Punkte)

• Erstellen Sie ein IPython-Notebook mit dem Namen <Nachname>_<Vorname>_exam.ipynb (z.B. kern_moritz_exam.ipynb) und bearbeiten in dieser Datei die Aufgabe.

Aufgabe 2a: Numpy (6 Punkte)

• Erstellen Sie geschickt einen Vektor v, der aus 8 äquidistanten Stützstellen auf dem abgeschlossenen Intervall [0,1] besteht, d.h. folgendermaßen aussieht. (1 Punkt)

    [0, 0.1428, 0.2857, 0.4285, 0.5714, 0.7142, 0.8571, 1]
  

• Initialisieren Sie einen Zufallszahlengenerator. (1 Punkt)
• Verwenden Sie den Zufallszahlengenerator, um zwei Vektoren U und V mit jeweils 1000 unabhängig auf dem Intervall [0, 1] gleichverteilten Zufallszahlen zu simulieren. (1 Punkt)
• Berechnen Sie aus den beiden Vektoren elementweise den Vektor Z als (-2 log(U))^(-1/2) * cos(2 * pi * V). (Tipp: np.log, np.cos, np.pi, np.sqrt) (2 Punkt)
• Geben Sie den Mittelwert und die Varianz von Z an. (1 Punkte)

Aufgabe 2b: Pandas Basics (9 Punkte)

Für diese Aufgabe benötigen Sie den Datensatz election.csv.

• Importieren Sie den Datensatz election.csv und speichern Sie diesen als `df. (2 Punkte)
• Lassen Sie sich die ersten 10 Zeilen ausgeben. (1 Punkt)
• Aus wie vielen Zeilen und Spalten besteht der Datensatz? (1 Punkt)
• Erstellen Sie eine neue Spalte relative_votes, die sich als Quotient der Spalten candidatevotes und totalvotes ergibt. (1 Punkt)
• Geben Sie an, wie viele Stimmen Donald Trump und Joe Biden jeweils bei der Wahl 2020 in Texas erhalten haben. (2 Punkte)
• Geben Sie an, welcher Kandidat die meisten relative_votes bei einer Wahl in einem Bundesstaat erhalten hat. Geben Sie zusätzlich den Bundesstaat und das Jahr an. (2 Punkte)

Aufgabe 2c: Grafiken (6 Punkte)

• Filtern Sie den Datensatz df auf die Wahlergebnissen der Demokraten in Delaware. (1 Punkte)
• Erstellen Sie einen Scatterplot mit dem Wahljahr auf der x-Achse und den relative_votes auf der y-Achse. Sie erhalten dann eine Darstellung der prozentualen Wahlergebnisse der Demokraten in Delaware über die Jahre hinweg. Sie dürfen dabei ein Paket Ihrer Wahl verwenden (z.B. Pandas, Matplotlib, Seaborn, Plotly). (5 Punkte)

Aufgabe 2d: Pandas Advanced (7 Punkte)

• Gruppieren Sie den Datensatz nach der Spalte year. Geben Sie an, in welchem Jahr die meisten Stimmen insgesamt abgegeben wurden. (2 Punkte)
• Gruppieren Sie den Datensatz nach der Spalte year und party simplified und aggregieren Sie die Spalten, indem Sie die Zeilen aufsummieren. Speichern Sie das Ergebnis als df_agg. (2 Punkte)
• Erstellen Sie eine neue Spalte relative_votes_agg, die sich als Quotient der aufsummierten Spalten candidatevotes und totalvotes in df_agg ergibt. (1 Punkt)
• Geben Sie die Partei an, die in den vorhandenen Jahren die meisten prozentualen Stimmen erhalten hat. Geben Sie zusätzlich das zugehörige Wahljahr und den prozentualen Stimmenanteil an. (2 Punkte)

  Abgabe

Senden Sie die beiden von Ihnen erstellten Dateien bis Abgabeschluss (11 Uhr) per E-Mail an kurse@stads.de.