1.認識 Python 語言

自 1991 年由吉多.范羅蘇姆(Guido van Rossum)研發並釋出後,陸續有許多程式設計者為 Python 提供了很多自行開發的模組,用來解決各式各樣的問題,因此學習Python 不僅可以支援大部分的應用,也能從廣大的 Python 社群中獲得豐富的資源,其中常見的應用有資料分析、科學運算、網站開發、人工智慧、機器人控制等。

Python 語言最大的優勢就是擁有極其豐富的外部函式庫支援，使的Python可以開發各式各樣有意思的專案。

Python 下載與安裝

1. 進入Python官方網站(https://www.python.org/)
2. 點擊[Download]
3. 先勾選下方[Add Python 3.x to PATH]，點擊[Install Now]安裝

撰寫第一個程式

使用IDLE撰寫程式

• 設定字體「Option/Configure IDLE」
• 設「新細明體/14點」

1. 點選 [ 開始/ Python 3.9/ IDLE]
2. 點選功能表 [ File/ New File]
3. 在編輯器中輸入程式碼後，按[Ctrl連結文字+S]鍵儲存
4. 在編輯器中，點選功能表 [ File/ Run]執行

## 展示POPCAT
import pyautogui
while True:
    pyautogui.press('shiftleft')  

2.Python程式設計_計算篇

題目1: 哈囉程式Hello

請設計一個程式，讓使用者輸入名字後，電腦會將名字呈現在畫面上與使用者打招呼。

name = input("請問您的名字是?")
print("哈囉!",name,"您好!")

input及print應用

• input()函數:讓使用者由鍵盤輸入資料,通常會用變數儲存該資料:輸入資料為字串
• input(參數):參數部分為提示文字。
• print()函數:輸出資料,可以一次輸出多個項目,項目之間以「+」串接。
• print(項目1,項目2,..., sep=分隔字元, end=結束字元):輸出提示文字。

# Demo
print("Hello","how","are","you", sep="@")

print("Hello","how","are","you", end="@")
print("Hello","how","are","you", end="@")

# x=20
x=input("x=? ")
print(x+x)

範例: 三數之和

本程式用到 int() 函數

• int() : 強制轉換成整數 請設計一個程式，讓使用者輸入名字後，電腦會將名字呈現在畫面上與使用者打招呼。

# 三數之和
x = int(input("請輸入數字x: "))
y = int(input("請輸入數字y: "))
z = int(input("請輸入數字z: "))
print(x+y+z)

# 課堂練習 求(X+Y)*Z
x = int(input("請輸入數字x: "))
y = int(input("請輸入數字y: "))
z = int(input("請輸入數字z: "))
print((x+y)*z)

資料型態介紹

• 整數(int): 用在儲存整數，例如:1臺任天堂Switch主機、2支 Joy-Con 控制器等。
• 浮點數(float):用在儲存小數，例如:身高 163.8 cm、體重 40.2 kg 等。
• 布林值(bool):是一種邏輯判斷的表示，只有真(True)和假(False)兩種，如果輸入 2>4，則執行後的結果為 False，表示 2>4 為假 (需注意的是第一個英文 T 和 F 必須為大寫字母)。
• 字串(str):通常用在儲存單字，例如:John、小明等。

2>4

資料型態的轉換

自動轉換及強制轉換

• int():整數
• float():浮點數
• bool():布林值
• str():字串

#自動轉換
num = 8+ 2.3
num
# 強制轉換

算術運算符號

有6種

• +-*/: 加減乘除
• %: 除法取餘數
• //: 除法取商數

數字與字串的運算

加號可以用於字串組合

print(8%5)
print(8//5)
"文字"+"34"

範例: 二數平均

請設計一個程式，讓使用者輸入兩個數字後，再呈現兩個數字的平均值。

x = int(input("請輸入數字x: "))
y = int(input("請輸入數字y: "))
average = (x+y)/2
print('平均是'+str(average))

範例: 計算學期成績程式

請設計一個程式，讓使用者輸入各項成績後，再將各項成績轉換為學期成績，並判斷學期成績是否及格？（其中，作業成績占 40％，測驗成績占 40％，平時成績占20％，學期成績 60 分為及格分數。）

score1 = int(input('請輸入作業成績:'))
score2 = int(input('請輸入測驗成績:'))
score3 = int(input('請輸入平時成績:'))
grade = score1*0.4 + score2*0.4 + score3*0.2
print('學期成績是'+str(grade))
if grade < 60:
    print('不及格')
else:
    print('及格')

關係運算符號

有6種分別為==、!=、>、<、>=、<=

選擇結構

有單向、雙向及多向

# 單向
x=30
if x<60:
  print('要補考')

# 雙向
x=30
if x<60:
  print('要補考')
else:
  print("及格")

#多向
x=85
if x>=90:
  print("優等")
elif x>=80:
  print('甲等')
elif x>=70:
  print('乙等')
else:
  print('要補考')

範例: 累加計算程式

請設計一個程式，讓使用者輸入數字 n 後，再計算 1 ＋ 2 ＋ 3 ＋⋯＋ n 的值。

n = int(input('請輸入數字 n:'))
sum =0
for i in range(1,n+1):
    sum =sum + i
print('1+2+...+'+str(sum)+'='+str(sum))

串列的資料結構

程式的資料用變數來儲存，但大量的資料可以用串列來簡化

串列的語法

串列名稱 = [元素1, 元素2,....]

串列的索引值由0開始,若是索引為負數-1則是倒數

list1 =[1,2,3,4]
list2 = ['Peter','Mary', 'John']
list3 = ['Hello',23 ,True]
list1
list3[0]

range函數

語法為

# rane([起始值], 終止值, [,累加值])

list1 = range(5)
list1

for迴圈

語法

for 迴圈變數 in 串列:
  程式區域

## 
for i in [1,2,3,4,5]:
  print(i)
for i in range(1,6):
  print(i)

範例: 密碼檢查程式

請設計一個電腦系統的密碼驗證機制，條件如下： 1 若第一次輸入密碼錯誤後，可再重複嘗試輸入兩次。 2 若三次密碼都錯誤，跳出使用者帳號被鎖定的訊息。

# 密碼檢查程式
password = '137'
times = 1
password2 = input('請輸入密碼:')
while password != password2 and times < 3:
    print('密碼錯誤!')
    times = times + 1
    password2 = input('請輸入密碼:')
if password == password2:
    print('歡迎使用本系統')
else:
    print('輸入密碼錯誤 3 次，帳號已被鎖定')

邏輯運算符號

有3種邏輯運算符號

• not: 反向
• and: 且
• or: 或

not(2>3)

while迴圈

不知要執行的次數, 只知繼續重複的條件

語法:

while 條件式:
  程式區域

範例: 任意數的所有因數程式

請設計一個程式，讓使用者輸入一個數字後，再找出該數字的所有因數。

#
n = int(input('請輸入數字 n:'))
factors = []
for i in range(1, n+1):
    if n % i == 0:
        factors.append(i)
print(factors)

串列進階用法

list1 = [1,2,3,4,5,6]
list2 = list1[1:3]  #由索引值1取到不包含索引值3
list3 = list1[2:] #由索引值2取到最後
list4 = list1[:3] #由索引值0取到不包含索引值3
print(list2)
print(list3)
print(list4)
list1.append(7) #新增元素7
print(list1)
list1.remove(6) #移除元素6
print(list1)
list1.insert(0,9) #插入元素9到第0項
print(list1)
list1.insert(1,8) #插入元素8到第1項
print(list1)

範例:抽獎程式

有三十人參加摸獎活動，分別有編號 1 ∼ 30 的摸獎券，透過電腦進行抽獎，從中抽出三位幸運兒頒發獎品。

from random import randint # 只用亂數取整數
n = 30 # n=5(說明用)
box = []  #空串列
#以下是如洗牌
for i in range(1, n+1):
    #print(i)
    position = randint(0, i-1)  #取大於等於0且小於等於i-1的整數
    #print(position)
    box.insert(position, i)
    #print(box)

print(box)
# 抽獎是假的, 只是輸出前3個號碼
print('第一特獎：' + str(box[0]))
print('第二特獎：' + str(box[1]))
print('第三特獎：' + str(box[2]))

#
import random 
list1 = list(range(1,31))
print(list1)
random.shuffle(list1)
print(list1)
# 抽獎是假的, 只是輸出前3個號碼
print('第一特獎：', str(list1[0]))
print('第二特獎：', str(list1[1]))
print('第三特獎：', str(list1[2])) 

# 練習題: 由1到100隨機取出二個不重複的數字

3.Python程式設計專題: 1A2B 猜數字遊戲

請設計一個程式,先隨機產生 4 個 0 ∼ 9 之間,且不重複的數字當正確答案

• 接著使用者在畫面上輸入 4 個不重複的數字後,程式會將輸入的數字與答案進行比對,再用「幾A 幾 B」的形式告訴使用者正確與否。
  • A 代表數字正確,且位置正確;
  • B 代表數字正確,但位置錯誤。
• 如果在 8 次機會中,使用者輸入的數字完全正確,則出現「您答對了,正確答案是⋯」;沒猜到正確數字,則出現「作答已達 8 次,遊戲結束,正確數字是⋯」。

問題分析

我們可以將這個程式拆解為幾個部分如下:

1. 如何讓程式隨機產生 4 個 0 ∼ 9 之間,且不重複的數字?
2. 如何將答案串列變為字串?
3. 使用者輸入數字後,如何判斷結果?
4. 如何讓程式重複執行,直到使用者輸入的數字正確,或輸入錯誤的次數已達 8 次?
5. 如何決定要輸出何種結果?

# 課本解答
from random import randint
# 初始化變數
answer = ''
count_a = 0
count_b = 0
times = 1
# 產生正確答案
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
random_answer = []
# 由串列中隨機取1數字, 並移除它
for i in range(4):
  j = randint(0, 9-i)
  random_answer.append(numbers[j])
  numbers.remove(numbers[j])
  i = i + 1
for i in range(4):  #把正確答案轉成字串
  answer = answer + str(random_answer[i])
print(answer) #顯示正確答案

# 取得使用者猜測的數字
input_number = input('請輸入您猜測的 4 個數:')
# 對照猜測數字與答案，給予回應
while times < 8 and input_number != answer:
  for i in range(4):
    for j in range(4):
      if i==j and input_number[i]==answer[j]:
        count_a = count_a + 1
      elif input_number[i]==answer[j]:
        count_b = count_b + 1
  print(str(count_a)+'A'+str(count_b)+'B')
  count_a=0
  count_b=0
  times = times + 1
  input_number = input('請輸入您猜測的 4 個數:')

# 顯示最後答案  
if input_number == answer :
  print('您答對了，正確答案是'+answer)
else:
  print('作答已達 8 次，遊戲結束，正確答案是 '+answer)

# 另一解法
# 輸入答案時要空一格空白
import random
ans = random.sample(range(1,10),4)  #取4個不重複的數字
#print(ans)
count = 0   #次數
while True:
    guess = list(map(int,input("輸入4位數").split())) #輸入文字分割成串列
    #print(guess)
    count += 1
    a=0
    b=0  
    for i in range(0,4):
        if ans[i] == guess[i]:
            a += 1
        elif guess[i] in ans:
            b += 1
    
    if a == 4:
        print(f"共猜{count}次,正確答案",ans)
        break
    else:
        print(f'{a}A{b}B')

附錄: 海龜繪圖

4.延伸練習

練習實作題目

題目: 分組問題

教室裡，老師欲將同學們分組，1,2,3 號分在第 1 組，4,5,6 號分在第 2 組，依此類推。

• 我們要仔細觀察如何將號碼轉換成組別。換句話說，依"此"類推的 "此" 應該是什麼?

算術運算子共 7 個: 加減乘除餘商指數

解法思考

1. 首先最直覺的想法就是除以3。 只是差了一點點，1, 2, 3 除以3 之後，分別變成 0.333, 0.666, 1。但我們的目標是 1。只有一個 3號算出來可以在 第 1 組。

2. 第二. 0.333, 0.666 怎麼調整到變成 1? 我們可以想到一個簡單的做法，無條件進位。

3. 第三. 如何用算術運算子達到目的?

   • 問題是我們只學了 7 個算術運算子。沒有無條件進位。
   • 不過，我們有學到一個 // 除法取商，其實也就是無條件捨去。
   • 因此我們可以嘗試用 // 來達成無條件進位的效果。 假設 n 號，他的組別就是 (n + 2)//3 組

n = int(input())
print((n+2)//3)

題目: 雞兔同籠

一個籠子裡面關了雞和兔子(雞有 2 隻腳,兔子有 4 隻腳,沒有例外)。已經知道了籠子裡面腳的總數,問籠子裡面至少有多少隻動物,至多有多少隻動物?

• 由腳數來推算兔與雞的數量。
• 最多動物數: 一定全部都是雞。因此總數很容易可以想到( 腳 // 2 )就可以得出。
• 最少動物數: 盡量都給兔子，剩下的再給雞。

# Python可以用中文當變數
腳 = int(input("腳數= "))
兔 = 腳 // 4
雞 = 腳%4 //2
print("最少",兔+雞,"最多",腳//2)

題目: 上學放學

某學校規定學生應在 7:30 上學，17:00 放學。給你一個時間(時:分)請問現在應該是上學還是放學?

• 考量到直接由時與分去計算會牽涉到進位借位的問題，可以換一個角度來想這個問題
• 我們可以把問題轉成計算 0:00 到這個時間的"總分鐘數"來計算就簡單得多。

hh = int(input("時="))   
mm = int(input("分="))
count = hh*60 + mm  #總分鐘數
if (count >= 7*60+30) and (count <17*60):
    print("上學")
else:
    print("放學")

題目: 韓信點兵

相傳韓信才智過人，從不直接清點自己軍隊的人數，只要讓士兵先後以三人一排、五人一排、七人一排地變換隊形，而他每次只看一下隊伍的排尾就知道總人數了。(已知總人數不小於10，不超過100。)

• 輸入3個非負整數a,b,c,表示每種隊形排尾剩下的人數（a<3,b<5,c<7）,輸出總人數的最小值（或報告無解）。
• 由於總人數相當小，對於一個程式來說，就從頭到尾算一次就可以知道了。也就是把每一個可能的總人數都拿來算一算是否符合剩下的人數即可。

# 測資2,3,4
a = int(input("三人一排剩幾人? "))
b = int(input("五人一排剩幾人? "))
c = int(input("七人一排剩幾人? "))
for i in range(10,101):
    if i%3==a and i%5==b and i%7==c:
        print(i)
        break
else:
    print("無解")

題目: 新冠病毒

新冠病毒複製快速，病毒每隔一小時數量就會變成原來的 3 倍。一旦達到 x 個病毒量就會被檢驗出陽性。

如果一開始接觸到了 n 個病毒。經過多少個小時會變陽性呢?

• 因為不知道經過多少輪才會達到目標值，因此使用 while 迴圈，並設定好結束條件，即可完成。

n = int(input("一開始接觸多少個病毒? "))
x = int(input("總病毒量多少會陽性? "))
ans = 0
while n<x:
    ans+=1
    n*=3
#print(ans+"小時") #若寫成本行會執行錯誤, 為什麼?
print(ans,"小時")

5.延伸專題: 用Python傳送Line訊息

請詳見此處 (江其勳老師提供)