Lesson 2 - 變數、資料型態、輸入輸出、邏輯判斷

Lesson 2

變數、資料型態、輸入輸出、邏輯判斷

tags: python CM-540 Lesson2

Slide

課件：https://docs.google.com/presentation/d/1V65yCaEIEPAe7G4l96b3gdxwrjxu6e9AdiGx25um2YY/edit?usp=sharing

作業

截止時間：2025年5月20日 23:59

題目 1：計算BMI指數

https://hamster.cpttm.org.mo/spaces/THu_NiO5huaQbk42zhIjrw/upload

請寫一個程式，提示使用者輸入他們的身高（ cm ）和體重（kg）然後計算並輸出他們的BMI指數。

提示：在計算BMI指數時，需要將身高從 cm 轉換為 m

根據計算結果使用以下標準判斷BMI指數的範圍：

題目 2：學生成績評級

https://hamster.cpttm.org.mo/spaces/zJSnedsakiRQAL6E3Iq1YA/upload

請寫一個程式，提示使用者輸入 3 個科目的成績，然後根據以下標準進行評級和總評：

(1)科目分數判斷：

每個科目的成績範圍為 0 到 100 分。
如果任一科目的成績低於 60 分，則該科目評級為「不及格」。

(2)總評：

如果三個科目的平均成績低於 60 分，則總評為「不及格」。
如果三個科目的平均成績在 60 分（含）以上且小於 70 分，則總評為「及格」。
如果三個科目的平均成績在 70 分（含）以上且小於 80 分，則總評為「中等」。
如果三個科目的平均成績在 80 分（含）以上且小於 90 分，則總評為「優良」。
如果三個科目的平均成績在 90 分（含）以上，則總評為「優秀」。

變量／變數

你可以把變數想像成一個容器，用來存放資料，這些資料可以是數字、文字、或是其他類型的資訊。變數就像是一個標籤，幫助我們記住和操作這些資料。

my_name = "Leo"

等號右側稱作值(Value)、值可以是任何東西，例如：數字、文字、甚至是另一個變數、運算式......等。
等號左側稱作變數名稱，即標籤/標記，讓值(Value)在程式中變得有意義。
等號(=)，意思是賦予。

而這個過程，我們稱作宣告變數，所有變數在使用前必須要先宣告才可以使用。

保留字

部份保留字用作程式自帶的function或是其他用途，皆不可以當作變數名稱。

Python 3 中共33個保留字:

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

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：

整數(int)：1、100、-50
浮點數(float)：3.14、2.0、-6.7
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'
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。

檢查變數資料型態

可以使用 type() 函數去檢查該變量屬於甚麼型態

var_a = 100
var_b = 12.345
var_c = "Hello, World"
var_d = True

print(type(var_a))    # <class 'int'>
print(type(var_b))    # <class 'float'>
print(type(var_c))    # <class 'str'>
print(type(var_d))    # <class 'bool'>

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
b = 2**101 # 2的101次方

# 顯式定義
c = int(1)

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

直接包含小數：314.159、 314159.0(含有.0也算是浮點數)
小數 + E次冪(E標記是表示 10的冪數)：5.3E4即53000.0

# 宣告一個浮點數

# 隠式宣告
a = 314.159
b = 314159.0
c = 5.3E4

# 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

float 精度問題

觀察以下程式碼，會有特別的結果

a = 0.1
b = 0.2
print(a+b)

# 結果為
# 0.30000000000000004

為什麼在這麼簡單的問題上，會出現錯誤?

我們知道，電腦其實是不認識十進制數，只認識二進制數，也就是說，當我們以十進制數進行運算的時候，計算機需要將各個十進制數轉換成二進制數，然後進行二進制間的計算。

因此真正原因是由於浮點數在十進制和二進制的轉換上出現精度差。

以 0.1 為例，轉換成二進制結果為:

可以看到，結果是無限循環的，也就是說，0.1 轉換成二進制數後，無法精確到等於十進制數的 0.1﹐最終造成計算錯誤。

這種問題不僅在 Python 中存在，在所有支持浮點數運算的編程語言中都會遇到，它不光是 Python 的 Bug。

簡單解決

由於精度問題，一般影響會在2^50次方後的位置出現，因此入門使用者可透過 round() 函數以四捨五入的方式解決

# 使用方法
round(需轉換的數字, 保留多少位小數)

a = 0.1
b = 0.2

c = round(a+b, 1)

print(c) # 0.3

Boolean 布林

布林（英語：Boolean）是電腦科學中的邏輯資料類型，它是只有兩種值的原始類型，Boolean型類一般是運算後的一個結果，一般用於後續條件判斷。

真 True
假 False

a = 1
b = 10

result = (a > b)
print(result) # False

result = (b > a)
print(result) # True

字元

像是字母、數字、符號、空格或是換行都是字元，一個 a 是一個字元，一個空格也是一個字元，它是文書系統裡頭最小的單位。

字串(String)

字串由一串有順序的字元所組成，屬於Python 序列(Sequence)的一種，由多個字元組成，稱為字元序列。

字串成對的引號來呈現，單引號、雙引號 、三個單引號、三個雙引號都可以拿來表示字串。

如果想表達文字，卻忘了使用引號，Python 會將你輸入的文字視為變數、數字或是保留字。

# 正常字串宣告
str_1 = 'this'
str_2 = "is"
str_3 = '''a'''
str_4 = """string"""

# 如果想表達文字，卻忘了使用引號，Python 會將你輸入的文字視為變數、數字或是保留字。
temp_str = str_1
# temp_str = 'this'

字串有長度

既然Python的字串是字元序，那麼，在這個序列中各個字元的位置、以及整個字串的長度，我們應如何計算呢?

在Python中，任何序列開端編號(Index)一定為 0
每一字元皆佔 1 個長度

以"Hello World!"作例子，這個字串的長度為：12

取得字元

可以透過中括號[ ]取得任意字串中的字元

str_1 = "Hello World!"

print(str_1[4]) # o

print(str_1[6]) # W

另外，在Python中，也可以反向取得字元

str_1 = "Hello World!"

print(str_1[-2]) # d

print(str_1[-6]) # W

改變字串

Python 字串是不可變的（inmmutable），你無法使用方法（Method）對字串進行修改，但可以透過指派一個新的值給變數，來達到修改的效果。也就是說，字串屬於不可變的資料型態。

name = "Leo"

# 嘗試把 name[0] 改變為 N
# 系統顯示報錯
name[0] = "N"

因此若我們想改變字串中的內容，目前我們只能重新賦值

name = "Leo"

# 把 L 改變為 N
# 重新賦值
name = "Neo"
print(name) # Neo

字串相加

如果要將兩個字串連接起來，在Python中使用 +

字串只可以和字串相加，不可以和數字相加，如有遇到非同類型相加只可以強制轉型

first_name = "Leo"
last_name ="Tam"
my_phone_num = "28781313"

## 寫法1 ##
print("Hi, My name is " + first_name + " " + last_name + ", my phone number is " + my_phone_num
# Hi, My name is Leo Tam, my phone numer is 28781313

## 寫法2 ##
mix_str = first_name + last_name + my_phone_num)
print(mix_str)
# Hi, My name is Leo Tam, my phone numer is 28781313

字串分割

如果要將字串分割，在Python中使用 [ start_index : end_index+1 ] 作分割

注意一般來說 [ ] 中的 index 都是取頭不取尾

name = "LeoTam"   
my_phone_num = 28781313

# 如果我想要取得前 3 碼
result = name[0:3] 
print(result) # Leo

# 想取得數字類型的前 3 碼
result2 = my_phone_num[0:3]
print(result2) # Error

強制轉型

補充資料：函數/方法(Function)，Python自定了很多不同的已經寫好的Function，我們先在這邊開一個頭，在後續的章節中我們會再詳講。所謂函數就是『敘述的集合』，並且以一個函數名稱來代表此敘述集合。通常一個函數可以完成某項功能，所以可以把函數想像成是一種對資料的操作方法。一般來說，函數以這樣的返式表示函數名()，例如我們接觸到的print() type()便是Python內建的函數。

在 Python 中，強制轉型（Type Casting）指的是**「明確地將一種資料型態轉換成另一種」**。

這對於初學者來說，是處理資料型態不一致時非常重要的技巧。常用的強制轉型:

int() : 把 float 和 string 轉為 int
float() : 把 int 和 string 轉為 float
str(): 把任意值轉換為string

print(int(3.9))       # 3
print(int("123"))     # 123
print(int("12.3"))    # ❌ 錯誤！因為字串內有小數點，不能直接轉成整數

print(float(5))       # 5.0
print(float("3.14"))  # 3.14

print(str(100))       # "100"
print(str(3.14))      # "3.14"
print(str(True))      # "True"

int("abc")            # ❌ ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

字串相加轉型

剛才我們提及 字串只可以和字串相加，不可以和數字相加，如有遇到非同類型相加只可以強制轉型

a = "今年是"
b = 2025
c = "年"

print(a + b + c) # Error

正確做法

a = "今年是"
b = 2025
c = "年"

print(a + str(b) + c)

課堂練習

建立變數：name、sex、born_in(int)、age(int)，由屏幕輸出

Hello 我是 Leo Tam，我是一個出生於 19xx 年出生的男性，今年 N 歲。

name = "Leo Tam"
sex = "男性"
born_in = 1996
age = (2025 - born_in)

print("Hello 我是" + name + "，我是一個出生於" + str(born_in) + "年的" + sex + "性，今年" + str(age) + "歲")

輸入及輸出

到目前為止我們都只有在程式中輸出特定的變數，那麼若今天我們需要由使用者輸入變數，那麼就需要使用Python的輸入input()功能。input() 是 Python 的內置函數，用於從控制台讀取用戶輸入的內容。input() 函數總是以字符串的形式來處理用戶輸入的內容，所以用戶輸入的內容可以包含任何字符。

a = input("請輸入內容") # 輸入 123

print(a) # 123
print(type(a)) # <class 'str'>

若我們需要對變數進行運算，則需要對其進行強制轉型

a = input("請輸入數字1： ") # 輸入 123
b = input("請輸入數字2： ") # 輸入 456

# 強制轉型並重新賦值
a = int(a)
b = int(b)

# 兩個變數相加
rs = a + b

print(rs) # 579

print(type(a))  # <class 'int'>
print(type(b))  # <class 'int'>
print(type(rs)) # <class 'int'>

簡寫

在Python中，函數可以嵌套，執行順序以括號優先。套用以上例子，我們可以把input()的程式碼簡化為：

# 在輸入後，強制轉型並賦值
a = int(input("請輸入數字1： ")) # 輸入 123
b = int(input("請輸入數字2： ")) # 輸入 456

print(type(a))  # <class 'int'>
print(type(b))  # <class 'int'>

課堂練習

修改剛才例子，把所有固定的變數，都變成由你輸入建立變數：name、sex、born_in(int)、age(計出來) 可由用戶輸入：name、sex、bron_in

name = input("請問你的名字是： ")
sex = input("請問你的性別是： ")
born_in = input("請問你的出生年份是： ")
age = (2025 - int(born_in))

print("Hello 我是" + name + "，我是一個出生於" + str(born_in) + "年的" + sex + "，今年" + str(age) + "歲")

格式化輸出

在Python3中，提供了簡潔的字串格式化語法，使用方式就是在字串的前方加上f 或 F 前綴字，接著在 {} 符號中，傳入變數或運算式，Python會將 {} 中的變數資料或運算結果帶出來。

first_name = "Leo"
last_name ="Tam"
my_phone_num = 28781313

print("Hi, My name is " + first_name + " " + last_name + ", my phone number is " + str(my_phone_num))
# Hi, My name is Leo Tam, my phone numer is 28781313

# f-string
print(f"Hi, My name is {first_name} {last_name}, my phone number is {my_phone_num}")
# Hi, My name is Leo Tam, my phone numer is 28781313

格式化輸出(f-string)變數的用法

num_A = 12.345 
num_B = 456.789
print(f'{num_A}')
print(f'{num_B}')

對齊

< 靠左對齊
> 靠右對齊 (默認)
^ 置中對齊

# 觀察
# 12.345  => 6個位元
# 456.789 => 7個位元
num_A = 12.345 
num_B = 456.789
print(f'{num_A:15}') # 輸出字串共15個位元，不足自動填空格
print(f'{num_B:15}')
print(f'{num_B:<15})

靠左對齊

num_A = 12.345 
num_B = 456.789
print(f'{num_A:<15}')
print(f'{num_B:15}')

補0

num_A = 12.345 
num_B = 456.789
print(f'{num_A:07}')
print(f'{num_B:07}')

精度(取小數點後 n 位) 注意，格式輸出僅改變輸出到屏幕的狀態，並非改變變數的值。在對應的位置加上 :.nf

num_A = 12.345 
num_B = 456.789
print(f'{num_A:.2f}')
print(f'{num_B:.1f}')

課堂練習

再修改剛才例子，把輸出的 print() 改以格式化輸出顯示

name = input("請問你的名字是： ")
sex = input("請問你的性別是(男/女)： ")
born_in = input("請問你的出生年份是： ")
age = (2025 - int(born_in))

print("Hello 我是" + name + "，我是一個出生於" + str(born_in) + "年的" + sex + "，今年" + str(age) + "歲")

print(f"Hello 我是{name}，我是一個出生於{born_in}年的{sex}性 ，今年{age}歲。")

a = 15
b = 1

if(a < b): 
    print("a 小於 b")
elif(a > b): 
    print("a 大於 b")
else: 
    print("a 等於 b")

邏輯判斷

迄今為止，我們寫的Python代碼都是一條一條語句順序執行，這種代碼結構通常稱之為順序結構。

言而我們的實際流程中，必定有著非常多情況，需要按照不同的情況，輸出不同的結果。

數字比較

1 > 2      # False

100 > 99   # True

100 <= 99  # False

100 == 99  # False

100 == 100 # True

100 > 100  # False

100 >= 100 # True

文字比較

字串比較是根據字元的順序進行的。通常情況下，字串的比較是以字典順序進行的，也就是根據字元的Unicode碼值進行比較。另外，字串比較是區分大小寫的。這意味著大寫字母在比較時會被認為是小於相同字元的小寫字母。例如，字串"apple"會被認為是大於字串"Apple"。

a = "Leo"
b = "Leo"
c = "leo"

a == b # True

a == c # False

c > b  # True

流程控制

流程控制是學習python的重點之一，所謂流程控制是代表當有多行的程式碼時，我們可以有效的控制程式應該執行的順序和方向，先前章節的程式是由上而下一行一行執行，當學會流程控制後，程式執行將更有變化性。

流程控制就像做決定，根據不同的條件選擇不同的行動。例如：

例子

如果今天下雨，就帶傘；否則，就不帶傘。
如果成績大於 60 分，就及格；否則，就不及格。

在程式中，我們用 if 和 else 來實現這種決策邏輯。

單向選擇 (if)

使用方法

if(條件): 
    若成立則執行語句

if( weather == "raining" ):
    print("記得帶雨傘")

Python 特性

實際操作上，條件最終只要不為 0(int) 或 False，語句都會被執行。由於文字不是 0 ，因此直接把文字放進條件判斷，結果是 True。

if("I am a good boy"): # True
    print("Leo Tam")

單向選的獨立性

單向選擇的每次判斷(每一次if)均獨立

 a = 100

if(a > 0): 
    print("a 大於 0") # true 輸出
if(a > 10): 
    print("a 大於 10") # true 輸出
if(a > 99):  
    print("a 大於 99") # true 輸出
if(a > 100):   
    print("a 大於 100") # False 不輸出

# 以上全部滿足條件的 if 都會有輸出

雙向選擇 (if、else)

else 用來處理 if 條件不成立（False）的情況(只會有一個結果)：

使用方法

if(條件): 
    若成立則執行語句
else:
    若條件不成立則執行語句

# 如果今天下雨，就帶傘；否則，就不帶傘。
 
if(weather == "raining"): 
    print("記得帶雨傘")

else: 
    print("不用帶雨傘")

多重選擇 (if、elif、else)

如果有多個條件需要檢查，可以用 elif (else if 的縮寫)：

使用方法：

if(條件1): 
    若成立則執行語句
elif(條件2):
    若成立則執行語句
elif(條件3):
    若成立則執行語句
.
.
.
else:
    全部條件都不成立時執行

# 如果今天下雨，就帶傘；
# 如果今天出太陽，就都帶傘；

# 使用 if、elif、else 來判斷該帶什麼
if (weather == "raining"):
    print("今天下雨，帶傘。")

elif (weather == "sunny"):
    print("今天出太陽，帶傘。")

else:
    print("今天天氣普通，不用帶傘。")

練習1

請用戶輸入一個整數數字，判斷屬於正數、負數、還是0 ?

# 讓用戶輸入一個整數
num = int(input("請輸入一個整數: "))

# 判斷數字是正數、負數還是零
if (num > 0):
    print("這是正數")
elif (num < 0):
    print("這是負數")
else:
    print("這是零")

嵌套分支

當然根據實際開發的需要，分支結構是可以嵌套作多重。

if(條件1): 
    if(條件2):
    若成立則執行語句
    else:
    若條件2不成立則執行語句

else:
    全部條件都不成立時執行

age = 20
has_license = True

if(age >= 18):
    if(has_license == True):
        print("你可以開車！")
    else:
        print("你還不能開車，因為沒有駕照！")
else:
    print("你還不能開車！")

如果 age 大於或等於 18 且 has_license 為 True，輸出：你可以開車！。
如果 age 大於或等於 18 但 has_license 為 False，輸出：你還不能開車，因為沒有駕照！。
如果 age 小於 18，輸出：你還不能開車！。

and(與)、or(或)、xor(非)

當出現多個條件需要同時判斷時，我們可以使用and、or、xor

and : 所有結果需要同時為True，才是True
or：只需有 1 個結果為True，就是True
xor：當兩個參數相同時為False、兩個參數不同時為True (不常用)

練習1

用戶驗證：請用戶輸入Username、Password，判斷是否管理員帳戶登入若成功輸出"成功登入"，若不是則輸出"登錄失敗"

管理員：
- Username : admin
- Password : 123456

練習2

計算狗狗的年齡相對人類年齡是多少歲公式：

如果狗狗 1 歲，相當於人類的 14 歲
如果狗狗 2 歲，相當於人類的 22 歲
狗狗 2 歲以後，相當於人類歲數則為 (狗狗歲數 - 2) * 5 + 22

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Lesson 2

Slide

作業

題目 1： 計算BMI指數

題目 2： 學生成績評級

(1)科目分數判斷：

(2)總評：

變量／變數

保留字

註解

Python 基本組成

變數類型、資料型態

檢查變數資料型態

整數(integer)

浮點數(float)

數字計算 (加減乘除)

float 精度問題

簡單解決

Boolean 布林

字元

字串(String)

字串有長度

取得字元

改變字串

字串相加

字串分割

強制轉型

字串相加轉型

課堂練習

輸入及輸出

課堂練習

格式化輸出

格式化輸出(f-string)變數的用法

課堂練習

邏輯判斷

數字比較

文字比較

流程控制

例子

單向選擇 (if)

Python 特性

單向選的獨立性

雙向選擇 (if、else)

多重選擇 (if、elif、else)

練習1

嵌套分支

and(與)、or(或)、xor(非)

練習1

練習2

題目 1：計算BMI指數

題目 2：學生成績評級