pythonkurs_2021

Zertifikatsklausur 23.11.

• 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 18:30 Uhr per E-Mail an kurse@stads.de.

Der Code muss lauffähig sein unter: 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. 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 (19 Punkte)

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

Aufgabe 1a: Get Started (2 Punkte)

• Definieren Sie die beiden Variablen x und y als 11 bzw. 4 (1 Punkt)
• Geben Sie das Quadrat des Mittelwertes, dh. ((x+y)/2)^2 an. (Tipp: **, print) (1 Punkt)

Aufgabe 1b: Einfache Funktion (6 Punkte)

• Definieren Sie eine Funktion mittel_quadriert, die die zwei Variablen x und y als Input hat. (1 Punkt)
• Die Funktion soll prüfen, ob die Differenz von x und y gleich 0 ist,
  • falls dies der Fall ist: Printe x und y sind gleich. und gebe 1 zurück. (2 Punkte)
  • andernfalls, gebe das Ergebnis von ((x+y)/2)^2 zurück. (2 Punkte)
• Werten Sie die Funktion für die Inputkombination (x=-4, y=4) und (x=-1, y=7) aus. (1 Punkt)

Aufgabe 1c: Datentypen (7 Punkte)

• Erstellen Sie eine Variable infiziert mit dem Wert 1. Konvertieren Sie infiziert explizit zu einem Boolean (True/False) und speichern Sie das Ergebnis als case (1 Punkt)
• Lassen Sie sich die Klasse des Objektes case ausgeben. (1 Punkt)
• Erstellen Sie eine Liste mit dem Namen elemente und den folgenden Einträgen: Luft, Wasser, Feuer (1 Punkt)

• Fügen Sie zu der Liste elemente den Eintrag Erde hinzu und speichern Sie das Ergebnis als elemente_neu (1 Punkt)

• Erstellen Sie ein dictionary mit dem Namen weihnachtsgeschenke und dem folgendem Mapping. (2 Punkte)
  • “Buecher” -> 2
  • “O-Saft” -> 1.5
  • “PS5” -> False
  • “Kekse” -> [“Anzahl”, 5]
• Lassen Sie sich das Element mit dem Key Kekse ausgeben. (1 Punkt)

Aufgabe 1d: Schleifen (4 Punkte)

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

    2
    24
    248
    24816
    2481632
    248163264
    248163264128
  

  Tipp:

  > print("".join(["1","2"]))
  12
  

Aufgabe 2: Wichtige Pakete (26 Punkte)

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

Aufgabe 2a: Numpy (7 Punkte)

(importieren Sie numpy und pandas)

• Erstellen Sie geschickt einen Vektor v, der wie folgt aussieht. (1 Punkt)

[2021, 2017, 2013, 2009, 2005, … , 1905, 1901]

• Erstellen Sie eine Matrix ma_diag der Dimension (12,11), die auf ihrer ersten oberen Diagonale überall eine 1 hat und sonst nur Nullen besitzt. (1 Punkt)
  Hier als Beispiel für eine 4x3 Matrix:
  [[0. 1. 0.]
  [0. 0. 1.]
  [0. 0. 0.]
  [0. 0. 0.]]

• Initialisieren Sie einen Zufallszahlengenerator. (1 Punkt)
• Verwenden Sie den Zufallszahlengenerator, um einen Vektor z mit 12 unabhängigen Standardnormalverteilten Zufallsvariablen zu simulieren. (1 Punkt)
• Ersetzen Sie in der Matrix ma_diag die erste Spalte durch den erzeugten Vektor z. (1 Punkt)
• Wenden Sie die Exponentialfunktion elementeweise auf ma_diag an und transformieren Sie das Ergebnis zu einem array ma_flat der Dimension (1,132). (1 Punkt)
• Printen Sie die Varianz von ma_flat. (1 Punkt)

Aufgabe 2b: Pandas Basics (9 Punkte)

Für diese Aufgabe benötigen Sie den Datensatz diamonds.csv.

• Importieren Sie den Datensatz diamonds.csv und speichern Sie diesen unter der Variablen df ab (2 Punkte)
• Lassen Sie sich die ersten 10 Zeilen des Datensatzes ausgeben. (1 Punkt)

• Aus wie vielen Zeilen und Spalten besteht der Datensatz? (1 Punkt)

• Überschreiben Sie jeweils df:
  • Überprüfen Sie ob der Datensatz fehlende Werte enthält und löschen Sie Duplikate (d.h. Zeilen mit exakt gleichen Inhalten in jeder Spalte) (1 Punkt)
  • Löschen Sie alle Zeilen in denen mindestens eine der Variablen x, y, z den Wert 0 annimmt. (2 Punkte)
  • Fügen Sie zu dem Datensatz eine Spalte volume hinzu, welche das Produkt von x, y, z ist. (1 Punkt)
• Wie viele Diamanten mit einem cut der Qualität Premium sind nach den Modifikationen im Datensatz enthalten? (1 Punkt)

Aufgabe 2c: Grafiken (5 Punkte)

• Filtern Sie den Datensatz df, sodass dieser nur Diamanten der höchsten Klarheitsstufe IF enthält und speichern Sie das Ergebnis als best. (1 Punkte)
• Erstellen Sie einen Scatterplot der Diamanten im Datensatz best. Dabei soll das Volumen volume auf der x-Achse und der Preis price auf der y-Achse abgebildet werden. Sie dürfen dabei ein Paket Ihrer Wahl verwenden (z.B. Pandas, Matplotlib, Seaborn, Plotly). (2 Punkte) (falls Sie die Spalte volume in 2b nicht erstellen konnten, verwenden Sie hier stattdessen x)
• Erstellen Sie eine Grafik, welche die Verteilung der verschiedenen Qualitätsstufen (cut) im Datensatz df visualisiert. (z.B. Histogramm, Balkendiagramm, …) (2 Punkte)

Aufgabe 2d: Pandas Advanced 5 Punkte)

• Gruppieren Sie den Datensatz df nach der Spalte color und geben Sie pro Farbe den durchschnittlichen Preis an. Welche Farbe ist im Mittel am teuersten? (2 Punkte)
• Gruppieren Sie den Datensatz df nach der Spalte cut, color und clarity und aggregieren Sie die Spalte volume indem Sie über diese summieren. Speichern Sie das Ergebnis als df_agg. (2 Punkte)
• Was ist das aggregierte Volumen von Diamanten im Datensatz df mit den folgenden Eigenschaften cut: Fair, color: D, clarity: SI1? (1 Punkt)

Abgabe

Senden Sie die beiden von Ihnen erstellten Dateien bis Abgabeschluss (18:30 Uhr) per E-Mail an kurse@stads.de.