Lesson 1 - 認識 Python、環境搭建、變數、變數類型

Lesson 1

認識 Python、環境搭建、變數、變數類型

tags: python CM-540 Lesson1

Slide

課件：https://docs.google.com/presentation/d/1bC_9xQKf5-kp1vGLoykULN6BiBCk-7rxoxaaLOjbubg/edit?usp=sharing

作業/考試 繳交

請按照課堂教案，在您的電腦/課室電腦設置 Python 環境。 編寫 HelloWorld.py，更改輸出內容。 完成後，把輸出截圖提交。

繳交網址 : https://hamster.cpttm.org.mo/spaces/CEPga7bhtbQMUawAtr5aNg/upload

截止時間：2025年5月18日 23:59

Python 是甚麼 ?

Python 是一種程式語言，作用是透過該語言，使得人和電腦得以進行溝通。

就像我們人類世界的中文、英文......等。

Python 是一種直譯式的程式語言，也是一種膠合語言。屬於直譯式的原因是，它的程式在執行時是一行接著一行的，也就是說，系統會先翻譯一行執行它，如果順利執行之後，再翻譯下一行，再執行。

英國發音：/ˈpaɪθən/ 美國發音：/ˈpaɪθɑːn/

Python亦稱為膠水語言，主要源於以下幾個原因：

  • Python 是一種解釋型語言：這表示開發過程中沒有了編譯這個環節。類似於PHP和Perl語言。

  • Python 是互動式語言：這意味著，您可以在一個Python 提示符號>>>後直接執行程式碼。

  • Python 是初學者的語言： Python 對初級程式設計師而言，是一種很棒的語言，它支援廣泛的應用程式開發，從簡單的文字處理到WWW 瀏覽器再到遊戲。

  • Python可以在多環境下執行：Windows、Linux、iOS......等平台均可以執行。

程式運行原理

一般來說，程序有分二大類，1. 編譯式語言、2. 直譯式語言

  • 編譯式語言(Compiled language)

其實電腦只看得懂1跟0，也就是機器語言。不過要我們人去寫機器語言，也太強人所難了；不只不好思考，我們處理滿篇的0與1也不可能比電腦快，這樣效率太低了。

於是乎，人類發明了：編譯器(compiler)

我們可以透過用接近人類語言的程式語言，將程式碼寫好之後，再交給編譯器去幫我們「翻譯」成電腦看得懂的機器語言(也就是翻譯成滿篇的0與1)，再請電腦執行翻譯過後的程式。

這類型的語言多半都是強型別的語言(strongly-typed)，有非常嚴格的檢查機制。不過它們的執行速度非常快，畢竟已經翻譯成電腦看得懂的語言了。著名的編譯語言有：C、C++、Java、C#、Rust、Swift等等。

  • 直譯式語言(Interpreted language)

既然電腦只看得懂0與1的機器語言，直譯式語言一樣會把程式語言翻譯成機器語言，差別在於它是一行一行翻譯，而不是一口氣將整篇翻好。直譯式語言會從上到下，由左至右，翻譯完一行之後，執行一行。有點像專業的口譯翻譯員，聽完一段翻譯一段，而編譯式則比較像筆譯翻譯員，將整篇文章讀完，再將整篇翻譯。

直譯式的語言多半為弱類型的語言(weakly-typed)，語法非常簡單易懂，甚至快跟平常說的英文一樣了，非常易學。著名的語言有：Python、JavaScript、Ruby、PHP、

不過直譯式語言這麼做的代價當然就是，速度很慢。畢竟你想想，整篇翻完執行，跟一行一行翻譯然後一邊執行，哪邊比較快呢？當然是整篇翻完得比較快。需要追求速度的程式，基本上都是用C++去寫的。但直譯式語言雖然執行速度慢，但開發速度就很快了，除錯也比編譯式快，畢竟你一寫完可以馬上執行馬上看結果，不用等編譯過程。

直譯式語言也有其優點，像是寫自動化測試等等。這種可以寫一點然後馬上測試看結果的，非常適合直譯式語言。

Hello World 寫法比較

Java

// 使用 Java 令電腦輸出Hello World
package helloworld;

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

C++

// 使用 C++ 令電腦輸出Hello World
#include <iostream.h>
Main() {
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

Python

# 使用 Python 令電腦輸出Hello World
print("Hello World")

如何運行Python?

  • 本課程基於 Python 3.11.7 版本 (若有語法更新，請自行查詢手冊)

由於Python是直譯式的程式語言，因此執行Python有著很多很多的方法，本課程將會教大家 2 種方法執行，大家可以按照個人喜好選擇。

1. 安裝整合執行環境(Anaconda) - 推薦

Python 環境分區

由於每個Python版本都相互獨立，在開發中，難免有時會遇到客戶指定的套件/功能在持定的版本才有，因此，若使用方法1在本機安裝，那麼在開發和調試中會遇到很多不方便的情況。

此時我們可以整合執行環境 - Anaconda解決問題，他的原理是，透過Conda工具，開設一個虛擬的環境(Virtual Environment)，在此環境中開發者可以指定不同的Python版本，不同的套件，以方便管理。

到Anaconda官方網站下載安裝檔案 :

https://www.anaconda.com/

1. 執行安裝程式

2. 注意勾選 Add Anaconda3 to my_PATH environment variable

3. 完成後可看到 Anacaonda3 程式界面

**Anaconda 會為我們默認配置一個虛擬的可執行Python的環境(Env)，打開Anacaonda Prompt **

即可看到 (base) 字樣

  1. 透過命令我們可以看到此虛擬環境的版本為 3.11.7

python --version

創建指定版本的 env

Ex : 創建一個Python版本為3.11.7的env

1. 透過命令提示輸入 conda create -n 環境名 python=版本號

conda create -n py311 python=3.11.7

2. 成功後會看到

3. 進入環境

透過命令提示輸入 conda activate 環境名稱

conda activate py311

Conda 命令

  • 查看已創建環境

conda info --env

  • 創建環境

conda create -n py311 python=3.11.7

  • 刪除環境

conda remove -n py311 -all

  • 進入環境

conda activate py311

  • 退出環境

conda deactivate

開始你的第一個 Python 程式

剛才我們已成功在電腦安裝好整合式的 Python 環境，我們現在就來撰寫第一個 Python 程式吧。

1. 生成 Python 程式碼檔案

  1. 我們首先打開記事本 notepad.exe

  2. 把檔案儲存到我們未來主力存放程式碼的資料夾中 (例如: \Desktop\Code\Lesson1 )，把存檔類型 指定為 所有檔案*.*

  3. 命名我們的檔案 HelloWorld.py ，所有 Python程序碼檔案均以.py結尾。

Img
Img

2. 編寫程式嗎

在記事本中輸入

# 該程式用於在屏幕中輸出 HelloWorld 文字

print("Hello World, my name is Leo Tam!")

3. 運行程式

  1. 打開 Anaconda prompt

  2. 進入py311環境

conda activate py311

  1. 進入程式碼檔案對應的路徑 (這個路徑每個人都不一樣，請注意)

cd C:\Users\leotam\Desktop\Code\Lesson1

  1. 執行語法 : python 檔案名稱

python HelloWorld.py
Img

安裝 IDE - Visual Studio Code

一般來說，大部份開發者都會更傾向於使用IDE作為開發工具，因為其很高的整合性，以及自動補全、除錯能力等都會更有利開發者使用。在此我們使用目前市面上較高知名度的Visual Studio Code成為本課程的IDE工具。

VS Code 下載:

https://code.visualstudio.com/download

1. 重新打開 HelloWorld.py

2. 選取不同版本的 Conda Env

可以按下鍵盤的ctrl+shift+p 並輸入 Select Interpreter

VS Code會自動檢查系統中包含的所有環境，在這里可以選擇Conda創建的py311 env。

3. 執行，按下鍵盤的 F5

環境搭建2 - Jupyter

一、Jupyter Notebook

由於Python為直譯式語言，因此有開發者推出可以一行一行執行的執行環境 - Jupyter Notebook，Jupyter Notebook是以網頁的形式打開，可以在網頁頁面中直接編寫程式碼和執行程式碼，程式碼的運行結果也會直接在程式碼區塊下顯示的程式。如在程式設計過程中需要編寫說明文檔，可在同一個頁面中直接編寫，以便於作及時的說明和解釋。

由於透過Jupyter執行可以一行一行地顯示當前程式碼的執行結果，因此特別方便用於資料分析的使用者。

Jupyter可以透過本機佈署、可以使用Plugin型式安裝在Visual Studio Code中、也可以直接透過網頁版執行。

本課程推薦使用 Google Colab 服務直接取用 Jupyter Notebook，以節省配置時間。

二、Google Colab

  1. 登入您的 Google 帳號

  2. 進入 Google Colab 服務：https://colab.research.google.com/

  3. 新增一個"記事本"，所有有關Google Colab的文件將會存放在你的個人Google Drive中

  1. 為該檔案更改名稱，HelloWord.ipynb，使用Jupyter的檔案以.ipynb結尾

  1. 同樣地，可以嘗試輸入剛才HelloWord.py中的內容

print("Hello World 1")
 
print("Hello World 2")
 
print("Hello World 3")

  1. 按下執行即可顯示結果

AI工具

在本課程中，我們十分推薦大家使用 AI 協助學習，以下為本人推薦大家可以使用的 AI 平台：

  1. POE，一個整合多個不同AI模型的網站，推薦大家使用GPT-4o-mini或GPT-4.1-mini 模型https://poe.com/

  2. Gork，由Tesla公司釋出的模型，可免費使用。https://grok.com/

  3. Deepseakhttps://chat.deepseek.com/

註解

在 Python 中，我們都可以在程式碼任意位置加上註解，以 # 號作記號，在註解後方的所有內容，均不會執行。

# 我是註解

程式語言中的變量/變數是什麼?

print("Hello World!")

觀察到程式碼的 Hello World 用了一對引號" "包起來，引號包起來的東西我們叫字串 String，是Python中的一種數據類型，目前這個字串是固定狀態的，俗稱hard-coding(寫死的)，即若我們如果需要輸出另外的文字，我們需要直接改變程式中的引號的內容，這顯然是不合理的，因此在這章我們引入變數的概念，令這個固定的內容可以隨著不同的需求，而動態作更改。

定義／宣告 變數

變數就是存放資料值的容器，我們可以使用英文字母 + 數字，去表示去定義變數。

a = 1

這里的意思是：

  1. 把數字 1 放進 物件容器當中

  2. 指定該容器的名稱為 a (等於符號的作用)

  • 這里的等於符號並不是指相等的意思，在大部份程式語言中，這個等於符號的意思是給予/賦予的意思

變數命名

按照Python官方的限制，變數的命名有以下限制：

  • 英文字母：a-z、A-Z (變數區分大小寫)

  • 數字：0-9

  • 符號：只能使用底線/下劃線 _

  • 變數名稱不得以數字開頭

# 合法變數命名
a = 1
cpttm = 2
Cpttm = 3
LeOtam = 4
Leo_tam = 5
_LEotam = 6

# 不合法變數
1Leo = 7 # 以數字開頭
CM-540 = 8 # 包含非法符號破折號 - 
%m53$ = 9 # 包含非法符號

改寫 HelloWorld.py

a = "Hello World"
print(a)
# Hello World

b = "CM-540"
print(b)
# CM-540

# 如果 a + b 呢?
print( a + b )

變數命名規則

事實上對於電腦來說，變數名稱的好壞並不重要。 真正重要的好壞，是變數命名習慣將影響整個程式的可讀性及可維護性。

因為變數是給人看的。

命名習慣的好壞可由以下2點判斷:

  • 可讀性

  • 一致性

可讀性

我們剛才的例子中，都是使用a、b、c....等作為變數名稱，實際上，隔了一段時間後再看回程式碼的話，我們很大概率會忘記這些變數的意思，若是面對更複雜的 function 或是整個大結構的程式，我們會很難讀懂程式的運作。

實務上，對於大型程式的變數，我們一般會把該變數的作用以英文方式作命名。

一致性

一致性是指必須要用相同的規則命名整個程式的變數，可以是合作的工程師口頭約定也可以是一份 Code Style 文字文件。

如果採用了駝峰式就必須一直使用駝峰式，如果將使用者名稱命名成userName 就不要在中途改成 accountName 或只剩下 user，維持整個工程代碼的命名一致性。

主流命名方式

Camel Case (駝峰式命名法)

第一個字母為小寫，之後每一個單字的開頭為大寫，不包含空格。例如:

  • userName

  • fileName

Snake Case 命名法

單字皆為小寫，單字以底線_分離。例如:

  • user_name

  • file_name

Screaming Case 命名法

跟Snake Case類似，單字皆為全大寫，一般用於常量(後續會介紹)。例如:

  • USER_NAME

  • FILE_NAME

Python 基本組成

  • 基本資料型態: int、float、str、bool

  • 儲存容器: list、tuple、set、dict

  • 輸出與輸入: print()、input()

  • 運算子、運算式：加減乘除、大小等於

  • 流程控制(選擇性敘述): if、elif、else

  • 重複執行的迴圈: for、while、switch

  • 例外狀況處理: try except

變數類型、資料型態

Python 的內建型態主要分為以下幾種：

  1. 整數(int)：1、100、-50

  2. 浮點數(float)：3.14、2.0、-6.7

  3. 字串(string)：用來表示文字，必須用單引號或雙引號括住，"Hello World"、 'Hello World'

  4. 布林型態(bool) ：用來表示真或假，只有兩個值True 和 False

資料型態在程式中很重要，它們決定了資料的處理方式和運算規則，因此在撰寫程式時需要確保資料型態的一致性和適當使用。

整數(integer)

一般來說，所有沒有小數點的數字，我們都歸類為整數。在 Python2 裡，分整數 int跟長整數 long，而在 Python3 裡，不管多大的數字，都只會顯示整數 int，已經沒有長整數 long的概念了，但其他語言仍然還是有長整數 long的概念，所以我們還是需要了解一下。

長整數: 即大於等於2^64，一般要在定義變數時加上L作標記

正常情況下，整數是有取值範圍的：

  • 在32位元的機器上，整數的位數為32位，取值的範圍為 -2^31 ~ 2^31-1 即 -2147483648 ~ 2147483648

  • 在64位元的機器上，整數的位數為64位，取值的範圍為 -2^63 ~ 2^63-1 即 -9223372036854775808L ~ 9223372036854775807L

但由於Python3後統一使用長整數類型，不會存在溢出問題，即可以存放任意大小的數值不會出錯。

如果是其他語言的話，存超過限制的話，會發生錯誤的，而在Python裡，則會自動幫你做轉換。

# 定義一個整數

# 隠式定義
a = 1

# 顯式定義
b = int(1)

c = 2**101

浮點數(float)

廣義上浮點數就是有小數點的數字，其實不完全正確，還有部份不常用的情況涉及計算機概論知識，礙於篇幅，我們這裡不展開討論，本課程中僅會出現含小數點的情況。

浮點數有兩種表示方式

  1. 直接包含小數：314.159、 314159.0(含有.0也算是浮點數)

  2. 小數 + E次冪(E標記是表示 10的冪數)：52.3E4即523000.0

# 宣告一個浮點數

# 隠式宣告
a = 314.159
b = 314159.0
c = 52.3E4

# 顯式宣告
d = float(314.159)

數字計算 (加減乘除)

整數(int)和浮點數(float)之間可以進行運算

a = 10
b = 3

add = a + b       # 加法
minus = a - b     # 減法
multiply = a * b  # 乘法
divide = a / b    # 除法

print("加法結果：" + str(add))       # 輸出 13
print("減法結果：" + str(minus))     # 輸出 7
print("乘法結果：" + str(multiply))  # 輸出 30
print("除法結果：" + str(divide))    # 輸出 3.333...
# 除法結果必為浮點數 float
PreviousCM540 課程資料NextLesson 2 - 變數、資料型態、輸入輸出、邏輯判斷

Last updated