{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Массивы без списков\n",
    "\n",
    "Нули, единицы, одно и то же число, ряды с шагом и равные промежутки — массив нужного размера одной функцией.\n",
    "\n",
    "Курс NumPy · урок `np-creating` · [урок на сайте](https://ds-edu-trainer.vercel.app/courses/numpy/creating).\n",
    "\n",
    "Выполняйте ячейки по порядку (Shift+Enter), начиная с первой — она готовит урок. После каждого упражнения идёт\n",
    "ячейка проверки: она печатает ✓ / ✗ и итог."
   ],
   "id": "intro"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {
    "cellView": "form",
    "jupyter": {
     "source_hidden": true
    }
   },
   "source": [
    "# @title Подготовка урока — выполните эту ячейку первой\n",
    "# Проверяет версии пакетов, записывает файлы данных в папку data/ и определяет _check — проверку упражнений.\n",
    "import base64, os, zlib\n",
    "\n",
    "for _name, _min in {\"numpy\":\"2.0\"}.items():\n",
    "    try:\n",
    "        _have = __import__(_name).__version__\n",
    "    except ImportError:\n",
    "        print(f\"Нет пакета {_name}: выполните %pip install {_name} и перезапустите ядро\")\n",
    "        continue\n",
    "    if tuple(int(x) for x in _have.split(\".\")[:2]) < tuple(int(x) for x in _min.split(\".\")):\n",
    "        print(f\"Урок написан для {_name} {_min} и новее, у вас {_have}: выполните %pip install -U {_name} и перезапустите ядро\")\n",
    "\n",
    "# ─── Проверка упражнений: тот же раннер, что у задач на сайте ───\n",
    "# ─── Запуск тестов ───────────────────────────────────────────────────────────\n",
    "\n",
    "_TIMEOUT = 2.0  # секунд на тест; отдельный тест может задать свой: test_x.timeout = 10\n",
    "\n",
    "\n",
    "def _call_with_timeout(target, seconds: float) -> bool:\n",
    "    \"\"\"Запускает target() в отдельном потоке. Возвращает False, если за seconds он не завершился.\"\"\"\n",
    "    import sys\n",
    "    import threading\n",
    "\n",
    "    if sys.platform == \"emscripten\":  # Python в браузере: потоков нет, таймаут обеспечивает страница\n",
    "        target()\n",
    "        return True\n",
    "    # Большой стек нужен, чтобы глубокая рекурсия давала RecursionError, а не аварийное завершение Python.\n",
    "    for megabytes in (256, 64, 0):\n",
    "        try:\n",
    "            threading.stack_size(megabytes * 1024 * 1024)\n",
    "            worker = threading.Thread(target=target, daemon=True)\n",
    "            worker.start()\n",
    "        except (ValueError, RuntimeError, MemoryError):\n",
    "            continue\n",
    "        worker.join(seconds)\n",
    "        return not worker.is_alive()\n",
    "    target()  # потоки недоступны — запускаем без таймаута\n",
    "    return True\n",
    "\n",
    "\n",
    "def _test_info(fn) -> dict:\n",
    "    \"\"\"Описание теста, его лимит времени и сообщение на случай зависания.\"\"\"\n",
    "    limit = getattr(fn, \"timeout\", _TIMEOUT)\n",
    "    hint = getattr(fn, \"timeout_hint\", \"\")\n",
    "    message = (\n",
    "        f\"тест не завершился за {limit:g} с — возможно, бесконечный цикл или рекурсия: \"\n",
    "        \"проверьте, что границы/аргументы изменяются на каждом шаге\" + (f\". {hint}\" if hint else \"\")\n",
    "    )\n",
    "    return {\"title\": (fn.__doc__ or fn.__name__).strip(), \"timeout\": limit, \"timeout_message\": message}\n",
    "\n",
    "\n",
    "def _error_result(title: str, error: BaseException, user_file: str | None) -> dict:\n",
    "    \"\"\"Результат упавшего теста: статус, сообщение, тип исключения и строка в коде решения.\"\"\"\n",
    "    line = None\n",
    "    if user_file:  # самый глубокий кадр в коде решения; ошибка внутри самих тестов — без номера строки\n",
    "        tb = error.__traceback__\n",
    "        while tb is not None:\n",
    "            if tb.tb_frame.f_code.co_filename == user_file:\n",
    "                line = tb.tb_lineno\n",
    "            tb = tb.tb_next\n",
    "    status, message = \"error\", f\"{type(error).__name__}: {error}\"\n",
    "    if isinstance(error, NotImplementedError):\n",
    "        status, message, line = \"not_written\", \"функция ещё не написана\", None\n",
    "    elif isinstance(error, AssertionError):\n",
    "        status, message = \"failed\", str(error) or \"проверка не прошла\"\n",
    "    elif isinstance(error, RecursionError):\n",
    "        message = \"RecursionError: слишком глубокая рекурсия — проверьте базовый случай и то, что задача уменьшается\"\n",
    "    elif isinstance(error, MemoryError) or (isinstance(error, OverflowError) and \"index-sized\" in str(error)):\n",
    "        message = f\"{type(error).__name__}: не хватило памяти — возможно, создаётся слишком большая структура данных\"\n",
    "    return {\"title\": title, \"status\": status, \"message\": message, \"error_type\": type(error).__name__, \"line\": line}\n",
    "\n",
    "\n",
    "def _run_tests(verbose: bool = True, on_start=None, on_result=None, user_file: str | None = None) -> list[dict]:\n",
    "    \"\"\"Запускает тесты задачи (_TESTS — функции из tests.py) по порядку, каждый — с таймаутом.\n",
    "\n",
    "    Возвращает список результатов: {\"title\", \"status\", \"message\", \"error_type\", \"line\"}, где status —\n",
    "    passed · failed · error · not_written · timeout · not_run. Если тест завис, при verbose=True печатает\n",
    "    итог и завершает процесс: зависший поток остановить нельзя. on_start(i) и on_result(i, результат)\n",
    "    вызываются по мере выполнения; user_file — имя файла с кодом решения для номеров строк в ошибках.\n",
    "    \"\"\"\n",
    "    import os\n",
    "    import sys\n",
    "\n",
    "    if verbose:\n",
    "        try:  # ✓ и кириллица в консоли Windows со старой кодировкой\n",
    "            sys.stdout.reconfigure(encoding=\"utf-8\")\n",
    "        except Exception:  # noqa: BLE001 — reconfigure может не быть (перенаправленный вывод, браузер)\n",
    "            pass\n",
    "\n",
    "    tests = list(_TESTS)\n",
    "    results: list[dict] = []\n",
    "    not_written = hung = False\n",
    "    for index, fn in enumerate(tests):\n",
    "        info = _test_info(fn)\n",
    "        outcome: dict = {}\n",
    "\n",
    "        def target(fn=fn, outcome=outcome):\n",
    "            try:\n",
    "                fn()\n",
    "            except BaseException as e:\n",
    "                outcome[\"error\"] = e\n",
    "\n",
    "        if on_start:\n",
    "            on_start(index)\n",
    "        if not _call_with_timeout(target, info[\"timeout\"]):\n",
    "            results.append({\"title\": info[\"title\"], \"status\": \"timeout\", \"message\": info[\"timeout_message\"], \"error_type\": None, \"line\": None})\n",
    "            for other in tests[index + 1:]:\n",
    "                results.append({\"title\": _test_info(other)[\"title\"], \"status\": \"not_run\", \"message\": \"не запускался: предыдущий тест завис\", \"error_type\": None, \"line\": None})\n",
    "            hung = True\n",
    "            break\n",
    "        error = outcome.get(\"error\")\n",
    "        if error is None:\n",
    "            result = {\"title\": info[\"title\"], \"status\": \"passed\", \"message\": \"\", \"error_type\": None, \"line\": None}\n",
    "        else:\n",
    "            result = _error_result(info[\"title\"], error, user_file)\n",
    "            not_written = not_written or result[\"status\"] == \"not_written\"\n",
    "        results.append(result)\n",
    "        if on_result:\n",
    "            on_result(index, result)\n",
    "\n",
    "    if not_written:  # пока функция не написана, «даром» пройденные тесты не засчитываются\n",
    "        for r in results:\n",
    "            if r[\"status\"] == \"passed\":\n",
    "                r.update(status=\"not_written\", message=\"не засчитан, пока функция не написана\")\n",
    "    for r in results:\n",
    "        if len(r[\"message\"]) > 300:\n",
    "            r[\"message\"] = r[\"message\"][:300] + \"…\"\n",
    "\n",
    "    if verbose:\n",
    "        if not_written:\n",
    "            print(\"Функция ещё не написана — замените raise NotImplementedError своим кодом.\\n\")\n",
    "        for r in results:\n",
    "            mark = {\"passed\": \"✓\", \"not_run\": \"–\"}.get(r[\"status\"], \"✗\")\n",
    "            print(f\"{mark} {r['title']}\")\n",
    "            if r[\"message\"]:\n",
    "                print(f\"    {r['message']}\")\n",
    "        passed = sum(r[\"status\"] == \"passed\" for r in results)\n",
    "        print(\"─\" * 40)\n",
    "        print(f\"Прошло {passed} из {len(results)}\" + (\" — всё верно!\" if passed == len(results) else \"\"))\n",
    "        if hung:\n",
    "            print(\"Выполнение остановлено: один из тестов завис.\")\n",
    "            sys.stdout.flush()\n",
    "            os._exit(1)\n",
    "    return results\n",
    "\n",
    "\n",
    "def _check(*tests, names=()):\n",
    "    \"\"\"Запускает проверки упражнения и печатает ✓ / ✗ и итог — как на сайте.\"\"\"\n",
    "    for name in names:\n",
    "        if \".\" in name:  # «Класс.метод» из заготовки: класс должен быть объявлен\n",
    "            if not isinstance(globals().get(name.split(\".\")[0]), type):\n",
    "                print(f\"✗ класс {name.split('.')[0]} не объявлен — выполните ячейку упражнения\")\n",
    "                return\n",
    "            continue\n",
    "        if name not in globals():\n",
    "            print(f\"✗ переменная {name} не создана — выполните ячейку упражнения\")\n",
    "            return\n",
    "        if globals()[name] is Ellipsis:\n",
    "            print(f\"✗ {name} пока равна ... — замените многоточие своим кодом\")\n",
    "            return\n",
    "    globals()[\"_TESTS\"] = list(tests)\n",
    "    _run_tests()"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "setup"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "До сих пор массив получался из списка, который мы набирали вручную. Для десяти значений это терпимо, для\n",
    "тысячи — нет. У NumPy есть функции, которые сразу создают массив нужного размера.\n",
    "\n",
    "## Нули, единицы и одно число\n",
    "\n",
    "`np.zeros(n)` — массив из `n` нулей, `np.ones(n)` — из единиц, `np.full(n, значение)` — из одного и того же\n",
    "числа. Такие массивы — заготовки: например, счётчики, которые потом будут увеличиваться, или план с одинаковой\n",
    "суммой каждый месяц."
   ],
   "id": "text-9"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Заготовки\n",
    "import numpy as np\n",
    "\n",
    "print(np.zeros(5))\n",
    "print(np.ones(3))\n",
    "print(np.full(4, 7))"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "zeros-ones"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Нули и единицы получились дробными (`0.`, `1.`) — так NumPy делает по умолчанию. `np.full` берёт тип у\n",
    "значения: из целого 7 — целые семёрки."
   ],
   "id": "text-20"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Упражнение 1. План накоплений\n",
    "\n",
    "Вы решили откладывать по 5000 ₽ каждый месяц в течение года. Создайте массив `plan` из 12 одинаковых взносов\n",
    "по 5000, а в `year_total` сохраните, сколько накопится за год.\n",
    "\n",
    "<details><summary>Подсказка 1</summary>\n",
    "\n",
    "Одно и то же число нужное количество раз — `np.full(сколько, что)`.\n",
    "\n",
    "</details>\n",
    "<details><summary>Подсказка 2</summary>\n",
    "\n",
    "Сумма массива — метод `sum`.\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "savings-task"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "plan = ...\n",
    "year_total = ..."
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "savings"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Проверка упражнения 1 — выполните после своего решения\n",
    "def test_plan():\n",
    "    \"plan — 12 взносов по 5000\"\n",
    "    assert isinstance(plan, np.ndarray), f\"plan — это {type(plan).__name__}, а нужен массив\"\n",
    "    assert len(plan) == 12, f\"в plan {len(plan)} взносов, а месяцев в году 12\"\n",
    "    assert np.asarray(plan).tolist() == [5000] * 12, f\"в plan {np.asarray(plan).tolist()}, а каждый взнос — 5000\"\n",
    "\n",
    "\n",
    "def test_total():\n",
    "    \"year_total — сумма за год\"\n",
    "    assert year_total == 60000, f\"year_total = {year_total} — это не сумма взносов за год\"\n",
    "\n",
    "_check(test_plan, test_total, names=[\"plan\",\"year_total\"])"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "savings-check"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<details><summary>Решение</summary>\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "plan = np.full(12, 5000)\n",
    "year_total = plan.sum()\n",
    "```\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "savings-solution"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Ряды с шагом: arange\n",
    "\n",
    "`np.arange(начало, конец, шаг)` работает как `range` в Python, но возвращает массив. С одним аргументом —\n",
    "от 0 до него:"
   ],
   "id": "text-31"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# np.arange\n",
    "print(np.arange(5))\n",
    "print(np.arange(1, 10))\n",
    "print(np.arange(0, 50, 10))"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "arange"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "> **Типичная ошибка: конец не входит.**\n",
    ">\n",
    "> Как и у `range`, **конец в `arange` не входит**: `np.arange(1, 10)` заканчивается на 9. Чтобы получить числа до\n",
    "> 10 включительно, пишут `np.arange(1, 11)`."
   ],
   "id": "component-39"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Упражнение 2. Часы суток\n",
    "\n",
    "Создайте массив `hours` — номера часов суток от 0 до 23.\n",
    "\n",
    "<details><summary>Подсказка 1</summary>\n",
    "\n",
    "Числа от 0 до 23 — это `arange` до 24: конец не входит.\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "hours-task"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "hours = ..."
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "hours"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Проверка упражнения 2 — выполните после своего решения\n",
    "def test_hours():\n",
    "    \"hours — числа от 0 до 23\"\n",
    "    assert isinstance(hours, np.ndarray), f\"hours — это {type(hours).__name__}, а нужен массив\"\n",
    "    got = np.asarray(hours).tolist()\n",
    "    assert got != list(range(23)), \"не хватает часа 23: конец в arange не входит\"\n",
    "    assert got != list(range(1, 25)), \"часы суток начинаются с 0 и заканчиваются на 23\"\n",
    "    assert got == list(range(24)), f\"в hours {got}\"\n",
    "\n",
    "_check(test_hours, names=[\"hours\"])"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "hours-check"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<details><summary>Решение</summary>\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "hours = np.arange(24)\n",
    "```\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "hours-solution"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Упражнение 3. Чётные номера\n",
    "\n",
    "Создайте массив `even` — чётные числа от 2 до 20 включительно: 2, 4, …, 20.\n",
    "\n",
    "<details><summary>Подсказка 1</summary>\n",
    "\n",
    "Шаг — третий аргумент `arange`.\n",
    "\n",
    "</details>\n",
    "<details><summary>Подсказка 2</summary>\n",
    "\n",
    "Число 20 должно попасть в массив, значит, конец нужно взять чуть больше 20.\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "even-task"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "even = ..."
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "even"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Проверка упражнения 3 — выполните после своего решения\n",
    "def test_even():\n",
    "    \"even — чётные числа от 2 до 20 включительно\"\n",
    "    assert isinstance(even, np.ndarray), f\"even — это {type(even).__name__}, а нужен массив с шагом 2\"\n",
    "    got = np.asarray(even).tolist()\n",
    "    assert got != [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18], \"не хватает 20: конец в arange не входит\"\n",
    "    assert got == [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20], f\"в even {got}\"\n",
    "\n",
    "_check(test_even, names=[\"even\"])"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "even-check"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<details><summary>Решение</summary>\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "even = np.arange(2, 21, 2)\n",
    "```\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "even-solution"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Вопрос.** Что получится: `np.arange(1, 10, 3)`?\n",
    "\n",
    "- `array([1, 4, 7, 10])`\n",
    "- `array([1, 4, 7])`\n",
    "- `array([3, 6, 9])`\n",
    "\n",
    "<details><summary>Ответ</summary>\n",
    "\n",
    "`array([1, 4, 7])`\n",
    "\n",
    "Ряд начинается с 1 и идёт с шагом 3: 1, 4, 7. Следующее число, 10, уже не меньше конца, поэтому в массив не попадает.\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "quiz-57"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Равные промежутки: linspace\n",
    "\n",
    "`np.linspace(начало, конец, сколько)` делит отрезок на равные части и возвращает заданное **количество**\n",
    "точек, причём конец входит. Числа всегда дробные — даже если концы целые. Удобно, когда известно, сколько значений нужно, а шаг — нет:"
   ],
   "id": "text-66"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# np.linspace\n",
    "print(np.linspace(0, 1, 5))\n",
    "print(np.linspace(10, 20, 3))"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "linspace"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Разница простая: у `arange` задают шаг, у `linspace` — количество точек."
   ],
   "id": "text-73"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Упражнение 4. Ценовые ступени\n",
    "\n",
    "Магазин хочет пять ценовых ступеней, равномерно от 100 до 300 ₽ включительно. Сохраните их в `levels`.\n",
    "\n",
    "<details><summary>Подсказка 1</summary>\n",
    "\n",
    "Известно число значений (5) и оба конца — это `linspace`.\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "price-steps-task"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "levels = ..."
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "price-steps"
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Проверка упражнения 4 — выполните после своего решения\n",
    "def test_levels():\n",
    "    \"levels — пять ступеней от 100 до 300\"\n",
    "    assert isinstance(levels, np.ndarray), f\"levels — это {type(levels).__name__}, а нужен массив\"\n",
    "    got = np.asarray(levels, dtype=float)\n",
    "    assert len(got) == 5, f\"в levels {len(got)} значений, а нужно 5: вспомните, какой аргумент linspace задаёт число значений\"\n",
    "    assert np.allclose(got, [100, 150, 200, 250, 300]), f\"в levels {got.tolist()}: ступени должны идти от 100 до 300 через равные промежутки\"\n",
    "\n",
    "_check(test_levels, names=[\"levels\"])"
   ],
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "id": "price-steps-check"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<details><summary>Решение</summary>\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "levels = np.linspace(100, 300, 5)\n",
    "```\n",
    "\n",
    "</details>"
   ],
   "id": "price-steps-solution"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Итоги\n",
    "\n",
    "- `np.zeros(n)`, `np.ones(n)` — нули и единицы (дробные), `np.full(n, x)` — n одинаковых значений.\n",
    "- `np.arange(начало, конец, шаг)` — ряд с шагом, конец не входит.\n",
    "- `np.linspace(начало, конец, n)` — n точек через равные промежутки, конец входит."
   ],
   "id": "text-81"
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Подробнее в справочнике:** [numpy/creation](https://ds-edu-trainer.vercel.app/reference/numpy/creation)"
   ],
   "id": "more"
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "name": "python"
  },
  "colab": {
   "provenance": []
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 5
}