Python 程式設計

2019/05/13 謝碧景(c)編製更新

學習目標

- 依據『十二年國民基本教育科技領域課程綱要』與『臺北市科技領域高中資訊科技教學綱要』之『程式設計(P)』及『演算法(A)』等主題編製。
- 瞭解與學會『程式設計(P)』及『演算法(A)』的概念與實作應用。
- 瞭解Python 之發展與特色。
- 學會建置Anaconda整合開發環境，下載與安裝，及Spyder 編輯器介面功能。

一、Python發展簡介

(一)發展歷史

- - 1989年12月吉多范羅蘇姆於荷蘭國家數學及計算機科學研究所開發出Python程式語言。1991年推出第一個Python編輯器，Python 2.0 於2000年10月16日發布，Python 3.0 於2008年12月3日發布。【參閱：wiki】

(二)特色

- - 簡單易學、免費且開源。【參閱：官網 Python documentation、模組的索引、語法參考。】
  - 高階程式語言：是不需編譯成二進位代碼的『直譯式』程式語言。
  - 可移植性、可嵌入性：Python可在多種平台開發執行，如：Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、OS/2…等，提供許多內建的標準且多元模組，及嵌入到 C 或 C++ 程式。
  - 豐富且多元的模組：有許多內建的標準模組，及第三方開發的高品質模組，如：資料庫、網頁瀏覽器、CGI、FTP、XML、HTML、密碼系統、GUI(圖形用戶界面)…等。【參閱：Python 標準函式庫 (Standard Library)】

(三)程式設計流程

二、建置Anaconda整合開發環境(IDE)

(一)安裝 Anaconda

下載檔案：使用者請依需求至官網下載檔案後，進行安裝。
整合型開發環境 ( integrated development environment)，簡稱 IDE。
https://www.anaconda.com/distribution/ → 教學影片

◆註：安裝過程中，核選All Users後→按Next鈕→V核選 Add Anaconda to the system PATH enviroment variable 加入環境變數→按 Install 安裝。

(二)功能項目

- Anaconda 開發環境包含超過300種常用科學資料分析模組，內建Spyder ( IDLE編輯器加強版) 編輯器及Jupyter Notebook編輯器。
- 安裝後，在程式集→Anaconda3 資料夾中會看到常用的功能項目，如右圖。

- Anaconda Navigator：以圖形化使用者介面程式，讓使用者以文字型命令列程式，管理安裝模組、建置虛擬環境和切換頻道。

Anaconda Prompt：會顯示命令視窗，輸入命令後按下Enter鍵即可執行，該項必須以系統管理員身分執行。您可使用conda list 或 pip list 命令進行模組查詢、安裝、更新及移除等動作，建議安裝命令的順序為 conda、pip。
- Python2.x 與 Python3.x 程式並不相容，Anaconda 虛擬環境可產生新的 Python環境。查看目前所有虛擬環境名稱 conda info -e
- 如右圖：conda list 命令視窗會按字母順序顯示已安裝模組的名稱及版本。

(三)conda 常用命令

◆ conda list：顯示安裝的模組及其版本

◆安裝模組：conda install 模組名稱

◆ 更新模組：conda update 模組名稱

◆移除模組：conda uninstall 模組名稱

(四)pip 常用命令

◆ pip list：顯示安裝的模組及其版本

◆ 安裝模組：pip install 模組名稱

◆更新模組：pip install -U 模組名稱

◆移除模組：pip uninstall 模組名稱

例1：更新 Spyder 版本→ 可輸入 pip install -U Spyder 即可。
例2：安裝 pygame 模組：請在Anaconda Prompt 命令視窗，輸入命令 pip install pygame

◆資料分析：可安裝大量的資料分析套件

＊摘自：中華開放教育平台→Python程式設計入門

(五) Spyder 編輯器

Anaconda 內建 Spyder 為開發 Python 程式的編輯器。

(六)Python 軟體套件索引『PyPI』

Python Package Index，簡稱PyPI，是Python程式語言當中的軟體倉庫，請連結 https://pypi.org/ 即可搜尋。

三、Spyder 編輯器

◆編輯器介面功能

- 啟動編輯器：請在程式集→Anaconda3→Spyder 即如下圖。
- Spyder 中可撰寫及執行 Python 程式，提供簡單智慧輸入及程式除錯功能，也內建 IPython 命令視窗。

＊參閱：整合發展環境使用。中華開放教育平台

四、程式的編譯與直譯

- 電腦硬體僅認識『機器語言』(Machine Language)即機器碼(machine code)，而機器碼是由許多的『0』與『1』數字所組成（即二進位），因此科學家開發『組合語言』(Assembly Language)使用簡單英文指令取代0與1。之後開發更接近人類語言的『高階語言』(High Level Language)，讓程式開發速度大幅提升。如下圖：利用三種語言表示加法指令。

(一)編譯程式

人類撰寫 C++、BASIC等程式語言需藉由編譯器（Compiler）將程式語言翻譯成機器碼，後即可在電腦上執行。若要將程式語言使用在不同平台上，只要使用該平台上的編譯器重新編譯，程式碼即可在不同平台的電腦中執行，非常方便。如下圖示，編譯程式流程圖。

(二)直譯程式

直譯語言不需編譯即可執行高階語言，它透過直譯器(Interpreter)將程式碼一行一行即時轉換成機器語言執行，雖在修改程式碼後不需編譯，但每次一行一行直譯為機器語言執行，導致執行效率比事先編譯過的程式差。如：Python 為直譯語言(官網 https://www.python.org/)，預設附檔名為『.py』。

五、結構化程式設計（Structured Programming）

結構化程式不允許無條件任意跳躍指令。
常見的程式結構：循序結構、選擇結構、重複結構。

循序(Sequence)結構：電腦依循程式碼的順序，由上而下一行一行往下執行。
選擇(Selection)結構：電腦會依據「條件」，決定要執行哪一區塊程式碼。
重複(Iteration)結構：電腦重複執行同一程式區塊程式碼，直到滿足停止的條件為止。

六、學習資源

中華開放教育平台 https://www.openedu.tw/。Python程式設計入門 https://tinyl.io/4YjD
ewant 育網開放教育平台 https://www.ewant.org/
Python 快速入門教學 https://tinyl.io/4o6s
Python Tkinter 製作 GUI 應用程式入門教學 https://tinyl.io/4r63
Python 專案開發入門的十堂課 https://youtu.be/qjuCnLX1ntM
Teach Python 3 and web design with 200+ exercises - Learn Python 3 - Snakify https://snakify.org/
pygame 製作遊戲 https://tinyl.io/4rCN
python 初學者教學 : https://youtu.be/zdMUJJKFdsU
Python 程式語言與互動式遊戲設計 https://pygamecoures.weebly.com/

>>更多… https://tinyl.io/4o6u