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带孔
5 years ago
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1 Python 介紹

2 課程目的本章節的目的在於對 Python 語言進行基本的簡介, 讓同學對於 Python 語法有基礎的認知, 以方便後續實驗的進行本章節的適用對象為不熟悉 Python 語法, 但曾學習過其他程式語言, 如 C, C++, Java, C# 等

3 Outline Python 簡介安裝 Python 資料型態變數與運算子語法與函式模組

5 認識 Python Python 誕生於 1991 年, 算是一門古老的語言 ; 而且是一種功能強大的直譯式的程式語言但功能強大的直譯式程式語言不是只有 Python, 讓我們來看看 Python 有什麼特點

6 Python 的幾項特點少了編譯連結的步驟 : 這點與 C 語言等傳統程式語言進行比較, 少了 compile 與 link 的步驟, 可以改善專案開發流程與時效省略變數類型宣告動作 : 這點通常是描述式語言採用的規則, 這使得 Python 程式容易顯得簡短, 並具備彈性自動化的記憶體管理 : 所謂 garbage collection, 與 JAVA 相同, 使得程式設計人員不必花太多心思在記憶體管理上嚴格的排版 : 在 Python 中, 縮排的使用要相當注意, 否則會造成執行上的錯誤支援多種程式設計架構 : 支援 Imperative programming Object Oriented Programming Functional Programming 等設計風格其中較為人知的是具備物件導式語言的特性, 諸如類別多型繼承等設計, 原本熟悉物件導式語言的程式人員, 應可沿用原有的物件概念到 Python 上

7 Python 的特殊規則註解 : # : 單行註解 : 多行註解 ( 三個雙引號 ) 用縮排取代大括號 {}, 程式區塊是利用縮排分隔常見的縮排為四個空白鍵, 也可以使用 Tab 鍵, 直譯器會自動轉換, 但要注意的是,Tab 鍵與 Space 鍵不應該混用, 以免造成錯誤語法結束時直接換行, 不以分號 (;) 當成語法的結束

8 Python 2 與 Python 3 的關係在 2008 年 12 月, 推出的 Python 3.0 中, 新增了許多功能, 諸如對 Unicode 的支援, 解決了處理字元編碼的問題但是, 由於其他語法與程式庫方面的變更, 也破壞了向後相容性, 導致許多基於 Python 2.x 的程式無法再 Python 3.0 的環境運行因此,Python 2.x 的開發環境仍然有一些族群持續使用中, 但現在大多數 Python 2.x 所提供的函式庫, 在 3.x 中已有相對應的版本, 所以新手可以選擇 Python 3.x 作為進入的版本

9 Python2.x 與 Python3.x 的選擇經由上述的介紹, 由於 Python 不再向後相容, 我們已經知道了 Python 2.x 與 Python 3.x 版本間有語法跟程式庫上的差異本教材的編寫大部分都是用 Python3.x, 所以之後的介紹皆以 Python 3 為主

11 安裝 Python3.x 版本首先, 進入 Python 官方網站選擇安裝 Python3.x 版本

12 Python 安裝選項我們只需要選擇 Install Now 即可在安裝時, 記得要將 Add Python 3.x to PATH 選項打勾

13 關於 Add Python 3.x to PATH 這個選項可以讓系統在環境變數自動新增 Python3.x 的相關路徑, 相較於 Python 2.x 還需要使用者自行設定環境變數, Python3.x 的安裝比較方便, 幫使用者省去了這個步驟若忘記勾選這個選項, 也可以在安裝之後, 透過編輯系統環境變數程式來達成

14 安裝完成

15 Tutorial Python 官方網站提供了許多文件資源, 對於初學者可以至下列網站查看

16 Python Documentation

17 第三方程式庫除了官方內建的程式庫 (Library) 之外,Python 還有大量的第三方 Package 來支援 PyPI 是 Python Package Index 的縮寫, 是 Python 的第三方套件軟體的集中地截至 2017 年 8 月為止, 共蒐集了個的第三方套件, 幾乎所有能想像到的功能, 都可以在這找到合適的套件, 因此在進行程式撰寫之前, 為了避免重覆設計上的時間浪費, 可以到該網站找尋合適的套件

18 第三方套件管理 pip 是 Python 的套件管理工具, 它集合下載安裝升級管理移除套件等功能, 若你是直接從官方下載安裝 python 開發環境, 則 pip 已經被安裝, 若沒有的話, 可以使用下列方式安裝在 Windows 作業系統中, 可以至網站下載 get-pip.py 檔案, 然後執行下列命令即可 python get-pip.py 在 Debian 作業系統家族中, 可使用下列指令安裝 pip 工具 sudo apt-get install python-pip (apt 工具 ) 結合第三方套件, 能將 Python 的功能發揮到最大

19 給初學者的建議假如讀者們沒有物件導向的相關概念, 在學習 Python 的過程中可能會非常不適應, 建議先經由 C++ 或者 JAVA 等高階物件導向程式語言, 去了解什麼是物件, 如此一來會比較好入門

21 內建型態內建型態所指的是內建在 Python 直譯器中, 可以直接撰寫以建立實例的型態 Python 的內建型態有三種, 分別是 : 數值型態 (Numeric type) 字串型態 (String type) 容器型態 (Container type)

22 數值型態在 Python 中, 數值型態諸如整數浮點數等等, 所有的資料都是物件, 可以使用實字 (Literal) 方式來撰寫數值下列為我們要介紹的數值型態, 分別是 : 整數型態 (integer) 浮點數型態 (float) 布林型態 (bool) 複數 (complex)

23 數值型態 - 整數型態從 Python 3 之後, 不再區分整數 (int) 與長整數 (long int), 整數的長度也不受限如果想知道某個資料的型態, 可以使用 type() 函式, 如下圖所示

24 數值型態 - 整數型態若想從字串浮點數布林等型態建立整數, 可以使用 int( ) ; 浮點數的小數會被截去, 布林值 True 會傳回 1 如下圖所示 :

25 數值型態 - 浮點數型態浮點數是 float 型態, 如果想將字串剖析為浮點數, 可以使用 float( ) 函數

26 數值型態 - 布林型態布林 (bool) 型態只有 True 和 False 兩個, bool( ) 這個函式可以將 0 轉為 False, 非 0 值轉為 True

27 數值型態 - 複數型態相較於其他語言,Python 對於科學運算的支援強大 Python 支援複數 (complex number) 的實部與虛部表示, 撰寫時用 a+bj 表示, 或是 complex(real [,imag ]), 複數為 complex 類別的實例, 可以直接對複數進行運算

28 字串型態想要在 Python 環境裡表示字串, 需要用或者包住文字, 兩者在 Python 有著相同的效用, 字串型態在 Python 3 之後的版本都是 str 實例 (Instance)

29 字串型態 - 基本字串表示在上一頁可以看到, 單引號或雙引號的字串, 在 Python 可以交替應用, 大部分的 Python 開發人員習慣使用單引號需要注意的地方則是跳脫字元 : 符號 \\ 反斜線說明 \ 當使用來表示字串, 又要表示單引號時使用 \ 當使用來表示字串, 又要表示雙引號時使用 \0 空字元, 空字串為 \0 相當於 \x00 \n 換行 \r 歸位 \t Tab

30 字串型態 - 基本字串表示使用或表示字串時, 不可以換行如果字串內容需要跨越行數的話, 就要使用到三重引號, 在三重引號之間輸入任何內容, 在最後的字串都會全部收入, 像是包括換行縮排等

31 字串型態 - 格式化字串在 Python 中輸出結果, 通常會用到 print( ) ; 而當需要在一行中顯示多個字串時, 可以在呼叫 print( ) 函式時, 以逗號, 來區隔多個字串然而 print( ) 的顯示在預設上是會換行的,print( ) 中有一個 end 參數, 在指定的字串顯示之後, end 參數指定的字串就會輸出如果不想換行, 將 end 指定為空字串

32 字串型態 - 格式化字串當指定多個字串給 print( ) 的話, 預設的分隔符號是一個空白字元, 想要用其他字元的話, 可以指定 sep 參數

33 字串型態 - 格式化字串除了 end 與 sep 的參數指定, 開發人員或許還有其他的顯示格式需求 ; 例如在 C 語言中, 會有個 printf( ) 之類的函式來完成顯示的格式化需求在 Python 中字串型態的 format 方法有著類似的功能

34 字串型態 - 格式化字串我們直接來看以下的範例 :

35 字串型態 - 格式化字串佔位符號的部分要使用 { } 1. 如果 { } 沒有數字或名稱, format( ) 會依序指定對應的數值 2. 如果 { } 有數字, 如 {0}, 則會使用 format( ) 中的第一個引數 3. 如果 { } 指定了名稱, 則會使用 format{ } 中的具名參數

36 容器型態撰寫程式的過程中, 因應不同的需資料, 會需要不同的資料結構來收集例如 : 有序的清單不重複的集合鍵值對應的字典在 Python 中, 語法上有直接的支援, 以下是我們會使用到的容器介紹, 分別是 : 清單 (list) 集合 (set) 字典 (dict) Tuple(tuple)

37 容器型態 - 清單清單型態為 list, 特性為有序有索引值, 內容與長度可以變動, 要建立串列, 可以使用 [ ] 建立, 串列中的每個元素都用逗號, 區隔如下圖所示 :

38 容器型態 - 清單可以對 list 使用 append( ) pop( ) remove( ) reverse( ) sort( ) 等方法, 有興趣可以去 Python 官網看清單中的元素通常都是相同的型態, 也就是同質的, 不過清單也可以建立異質元素例如下圖 :

39 容器型態 - 集合集合內容無序但元素不重複, 想要建立集合可以使用 { } 包括元素, 元素間以, 區隔, 這將會建立 set 實例, 若有重複元素會自動剔除如下圖所示 :

40 容器型態 - 集合假如要建立空集合, 不能使用 { }, 因為這會建立空的 dict, 而不是 set ; 這時候就要用到 set( ) 函式, 想新增元素可以用 add( ) 如下圖所示 :

41 容器型態 - 字典字典是用來儲存兩兩對應的 Key-Value, 是為 dict 型態, 可以用 { } 加上相對的 key-value pair 建立字典物件, 以下將示範如何建立字典物件 :

42 容器型態 - 字典說明 : 建立字典時, 每個 Key 會用來取得對應的 Value dict 的 Key 不重複, 想指定 Key 取得 Value 時用 [ ] 可以隨時再加入一對 Key, 如果想要刪除某對 Key- Value, 可以使用 del( ) 這個函式

43 容器型態 -Tuple Tuple 在許多方面都與 list 很像 : 為有序的結構可以使用 [ ] 指定索引值取得元素與 list 不同的地方 : 一旦建立 Tuple, 就不能更動其內容, 為 immutable 物件如要建立 Tuple : 只要在某個值的後面加上, 即可, 或使用 () 來建立 Tuple 物件

44 容器型態 -Tuple 雖然只要加上, 即可 ; 但開發人員通常會加上 ( ) 讓人一眼就看得出是 Tuple :

45 Tuple 的主要用途在之前有提到, 一旦建立, 就不可更動其內容, 以下情況就是它的好處 : 臨時想要回傳一組資料, 又不想自定義型態時不希望函式修改傳入的資料

47 Python 中的變數每個變數 (Variable) 都有其形態, 程式語言可被區分為兩種 : 靜態型別 (static typing) 動態型別 (dynamic typing) Python 屬於動態型別語言, 變數本身並沒有型態資訊, 也就是說, 我們可以不用宣告型態, 只需要命名變數名稱並且用指定運算 = 指定一個值給它, 如果是熟悉 C 語言的人通常會很難接受 ; 讓我們來看以下的例子

48 Python 中的變數

49 Python 中的變數以變數 x 為例, 我們可以觀察到以下幾點 : 1. 變數本身沒有型態 2. 同一個變數可以前後指定不同的資料型態 3. 變數在只是一個參考到實際物件的名稱我們可以使用 is 或 is not 運算原來確認兩變數是否參考同一物件 :

50 加減乘除運算在 Python 中, 原生的加減乘除運算可以分別用於兩種型態, 分別為 : 1. 數值型態 2. 字串型態

51 加減乘除運算 - 數值型態基本上, 數值型態的加減乘除運算不會跟其他語言差太多, 這裡只討論幾個比較特殊的用法 :

52 加減乘除運算 - 數值型態稍微觀察過就看得出來, 在乘法上, 除了 * 可以進行相乘外, 還可以只用 ** 來進行指數的運算在除法方面, 有 / 與 //, / 會保留小數點, // 則會直接取整數部分

53 加減乘除運算 - 字串型態運用 + 這個運算子可以串接字串, 而 * 可以重複字串

54 加減乘除運算 - 字串型態看起來不難, 但需要注意的是, 我們需要了解 Python 的運作原理字串是是不可變動 (immutable) 的物件, 在進行 + 來串接字串這個動作時, 實際上是產生了一個新的字串, 然後將原來的兩個字串參考, 複製到這個新的字串上

55 比較運算 Python 提供了 > >= < <= ==!=( 或 < >) 等比較運算子在 Python 中, 比較運算子有個特點, 那就是可以串接在一起, 如果你想一直串, 也可以串到天荒地老

56 比較運算需要注意的是, ==!= 與 is is not 的差異 ==!= 是用來比較物件實際的值, 狀態等是否相等 is is not 用來比較兩物件的參考是否相同

57 指定運算下表為指定運算子與相關說明 : 指定運算子 EX 結果 += a += b a = a + b -= a -= b a = a b *= a *= b a = a * b /= a /= b a = a / b %= a %= b a = a % b &= a &= b a = a & b = a = b a = a b ^= a ^= b a = a ^ b <<= a <<= b a = a << b >>= a >>= b a = a >> b

58 索引切片運算在 Python 的內建型態中, 像是字串 list tuple 等, 只要具有索引特性, 就可以進行切片運算 :

59 索引切片運算切片運算是 [start:end] 的形式, 其中, start 的值為包括起始位置的索引值,end 的值為不包括結尾的索引值如果 start 值不指定, 表示從 0( 包括 ) 這個索引值切至結尾索引 ( 不包括 ) 之間的索引 ( 如 name [:4] 所示 ) 如果兩個都不指定的話, 就等於複製字串 (name[:])

61 關於語法 Python 的語法在功能與邏輯上與其他程式語言大同小異, 不過用法上就有比較獨樹一幟, 以下是我們需要介紹的語法 : if 判斷式 while 迴圈 for in. 迭代

62 語法 -if 判斷式在說明 if 判斷式之前, 要再次重聲一點, 在 Python 中, 程式區塊是使用冒號 : 開頭, 之後同一區塊的縮排要相同, 不可以混用空白鍵與 Tab 鍵讓我們看下列的範例

63 語法 -if 判斷式若輸入為偶數, 那麼 number % 2 就會是 0,if 判斷式會認定 False 因此只會執行 else 的區塊在 Python 中的 if 判斷式還有個特點, 讓我們在看下一個範例 :

64 語法 -if 判斷式在 C like 的語言中, else 將會與最近的那個 if 配對, 也就是 condition_b 那個判斷式如此一來, 根據每個人的使用習慣, 可能會造成該段程式碼意義不明確或者不好讀但在 Python 中, 由於嚴格的縮排規則, else 就必定會與 condition_a 配對, 這樣的規則可以避免上述情況發生

65 while 迴圈在 Python 中,while 的使用方式也跟其他 C-like 的語言不同, 語法流程如下所示 :

66 while 迴圈 while 搭配 else 是相當少見的特色之一, 而至於 else, 開發人員是可以選擇不要使用的回到上述的例子, 在條件式成立時, 將會執行 while 迴圈, 條件式不成立時就會執行 else 區塊, 這是相當直觀的然而, 當 while 迴圈正常結束時, 也會執行 else 區塊的程式碼如果你不想讓 else 區塊被執行的話, 有兩種做法 : 1. 在 while 迴圈只用 break 中斷迴圈 2. 不使用 else

67 for in 迭代功能類似於 while 迴圈, 不過通常都會用在, 當開發人員想要迭代某個序列時, 才會比較方便, 下圖是以字串當作例子 :

68 for in 迭代想要被迭代的序列要放在 in 之後, 對於具有索引特性的序列, for in 會依索引順序逐一取出元素, 並且指定給 in 前面的變數上圖的 range(len(name)) 會分別將 0~4 取出, 並且指定給 i 這個變數既然與 while 迴圈相似, 那麼同樣的,for in 也可以搭配 else 使用 ( 不過不建議 )

69 關於函式學會了流程語法後, 我們可以將重複的程式碼寫成函式 ; 如此一來, 不僅可以更輕易地維護程式碼, 也可以避免程式碼越來越龐大以下是我們會介紹到的函式基本觀念 : def 定義函式一級函式的應用 lambda 運算式

70 def 定義函式當我們需要一個比較大小的函式時, 我們可以如下圖這樣寫, 其中 max 為函式的名稱, 而 number 1 與 number 2 傳入的參數 :

71 def 定義函式不過在 Python 中還有個特點, 就是在函式之中, 開發人員還可以再定義一個函式, 這類函式會被稱為區域函式

72 def 定義函式區域函式的好處是, 可以使用外部函式的參數, 以及之前宣告的區域變數, 這樣可以減少呼叫函式的引數傳遞不過壞處很明顯, 腦袋要相當清楚, 不然可能會搞混, 當程式碼相當龐大時不建議使用

73 一級函式 (First-Class Function) 的應用在 Python 裡, 函式屬於一級 (First-Class) 公民, 定義一個函式會產生一個函式物件, 此物件為 function 的實例, 既然函式為物件, 就可以指定給其他變數使用程式內容執行結果

74 一級函式的應用函數與其他的資料型態一樣, 可以在變數函式呼叫時指定這樣的特性可以使得函式的重複流程可以被封裝, 甚至是把函式當作引數來傳遞, 其他 C-like 語言雖然也可以做到, 不過在原生的 Python 中就可以直接做到這點不用額外在定義

75 lambda 運算式當開發人員使用的函式本體都只有簡單的一行運算就 return 時, 我們可以考慮使用 lambda 運算式在 lambda 關鍵字之後定義的為函式參數, 而冒號 : 之後定義的是函式本體, 其運算結果將會是回傳值, 如下圖所示

76 lambda 運算式然而, 在 Python 中, 並沒有 switch 陳述句, 我們可以結合 dict 與 lambda 來實作 switch 這個功能

77 lambda 運算式在上述的例子,dict 的值為 lambda 所建立的物件, 而 get( ) 函式取得 Key 對應的物件若 Key 不存在, 就回傳 get ( ) 第二個引數指定的 lambda 函式, 等同於 switch 中的 default 的區塊最後的 ( ) 表示立即執行

79 模組 (Module) 隨著程式需求越來越龐大, 你可能需要將程式拆成幾個檔案, 以方便維護甚至你的程式中有許多共用的功能, 而你不想把這些功能在每個檔案中都重寫一次為了程式維護方便, 與功能重複利用,Python 支援模組, 模組中所定義的程式可以輕鬆的導入到其他模組或主程式中在 Python 檔案中, 若要引用其他檔案的程式, 可利用 import 這個關鍵字, 將所需的程式載入

80 模組倘若有一檔案名稱為 max.py, 內容如下, 則其模組名稱即為 max 程式內容當我們撰寫另一個檔案, 想要引入 max 這個方法, 則可以直些使用 import max 即可

81 模組執行成果 Python 有很多內建模組, 使用者可以透過下頁投影片進行查詢

82 Python Index of Modules

83 結語 Python 是具有彈性而且功能強大的語言, 熟悉語法語程式邏輯則能讓程式設計更佳的靈活有彈性經過上述的介紹, 我們已經學到 Python 語言的基礎知識, 接下來就可以利用學到的基礎進行各項實驗

84 參考資料 Python 官方網站語言技術 Python Gossip

Python a p p l e b e a r c Fruit Animal a p p l e b e a r c 2-2

Python a p p l e b e a r c Fruit Animal a p p l e b e a r c 2-2 Chapter 02 變數與運算式 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 type 2.2.4 2.3 2.3.1 print 2.3.2 input 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 + 2.4.6 Python Python 2.1 2.1.1 a p p l e b e a r c 65438790