Python 程式設計入門

📚 課程概覽

學習廣受歡迎的程式語言 Python，涵蓋從網頁與軟體開發到資料科學及品質保證等各領域的核心概念。學員將掌握撰寫 Python 3 程式碼的能力，並學會簡化程式邏輯。

核心目標摘要：精通 Python 基礎知識、流程控制、資料結構（清單、字串、字典）、函數、模組與檔案處理，最終導入物件導向程式設計的概念。

🎯 學習目標

1. 撰寫並執行基本的 Python 3 腳本，應用基礎語法與內建資料型態（int、float、str）。
2. 使用流程控制結構（if/else、for/while 迴圈）實現複雜的程式邏輯，以管理執行路徑。
3. 設計並使用函數與模組，使程式更具可重用性與易維護性。
4. 有效運用 Python 的核心資料結構，包括清單、字串與字典來管理資料。
5. 透過檔案輸入/輸出操作（文字檔、CSV、JSON），與外部資料來源互動。

🔹 第一課：你好世界與基礎語法

概述： 本課為基礎課程，介紹 Python 程式語言的核心元素，從傳統的「你好世界」程式開始，使用 print() 函數。我們將建立關鍵語法規則，包含縮排的重要性、大小寫敏感性，以及如何有效利用註解進行程式文件記錄。重點將放在變數上，涵蓋宣告、賦值，以及整數、浮點數和字串等基本資料型態，這些是儲存價格與商品名稱所必需的。最後，我們將立即應用這些概念，為一家家具店打造簡單的銷售系統框架。此應用將涉及定義特定商品變數（如 'sofa_price'、'quantity'），並執行基本算術運算以計算總金額，深化對 Python 運作流程的理解。
學習成果：

• 使用 Python print() 函數執行標準的「你好世界」程式。
• 描述並應用 Python 的基本語法規則，包含正確縮排與有效使用註解。
• 使用適當的基本資料型態（int、float、str）定義、宣告並賦值變數。
• 使用基本算術運算子在程式中執行簡單計算。
• 建構銷售系統的初步架構，定義商品價格並計算交易總額。

🔹 第二課：流程控制與邏輯

概述： 本課介紹「流程控制」這一基本概念，它決定了程式碼執行的順序。我們將從布林邏輯開始，理解 bool 資料型態（True/False）以及用於建立條件表達式的關係運算子（例如 ==、>、<）。核心結構 if 陳述式將被深入探討，展示如何僅在條件成立時執行程式碼區塊。接著，我們將擴展至使用 else 與 elif 陳述式處理互斥路徑，讓程式碼能建立複雜的判斷樹。最後，學生將掌握邏輯運算子（and、or、not），以高效地結合多個條件檢查。實務範例將聚焦於檢查使用者輸入限制，並根據特定條件導向程式執行路徑。
學習成果：

• 定義布林變數，並使用關係運算子（例如 ==、>、<）評估條件表達式。
• 使用 if 陳述式建構基本的條件邏輯結構。
• 使用 else 與 elif 陳述式實作多路徑決策邏輯。
• 解釋縮排在定義 Python 流程控制區塊中的關鍵角色。
• 應用邏輯運算子（and、or、not）建立複合條件測試。

🔹 第三課：操作清單

概述： 本課介紹 Python 中的清單，這是儲存有序、可變集合的基本序列資料型態。我們將從使用方括號 [] 建立清單開始，示範其可儲存異質資料型態的能力。清單的核心機制——索引與切片——將被詳細說明，展示學生如何使用正索引（0起始）與負索引存取特定元素或子區段。一個重要的理論觀點是「可變性」，解釋清單在建立後可直接修改內容。實務範例將聚焦於清單管理的基本方法，包括新增元素（append()、insert()）、移除元素（remove()、pop()、del 關鍵字），以及取得長度（len()）。學生將學會有效儲存與操作動態資料群組，這是在任何 Python 應用中都極其重要的技能。
學習成果：

• 使用適當語法定義並初始化清單，理解其作為有序、可變序列的角色。
• 使用正索引、負索引與切片存取、修改與提取清單中的元素或子區段。
• 應用基本清單方法，如 append()、insert()、pop() 與 remove()，以動態管理清單內容。
• 解釋可變性的概念，並區分清單內容管理與不可變資料型態的不同。

🔹 第四課：迭代與迴圈

概述： 本課介紹「迭代」這一基本程式工具，讓開發者能重複執行程式碼區塊，進而簡化並大幅提升程式的效率。我們將剖析 Python 兩種主要的迴圈結構：for 迴圈，適合遍歷已知序列（如清單中的元素或 range() 函數產生的數字）；while 迴圈，則在指定布林條件為真時持續執行。我們將示範如何建構穩固的迴圈，確保 while 迴圈有明確的終止條件，避免無限執行。此外，我們還將介紹專用的迴圈控制機制，包括使用 break 陳述式立即退出迴圈，以及使用 continue 陳述式跳過當前迭代剩餘部分並進入下一輪，以支援複雜的流程控制，解決迭代問題。
學習成果：

• 区分 for 與 while 迴圈的結構功能，並針對不同程式任務選擇合適的迴圈類型。
• 建構並使用 for 迴圈有效遍歷序列（如清單），並使用 range() 函數進行數值迭代。
• 實作安全且受控的 while 迴圈，確保有明確的終止條件以防止無限執行。
• 應用 break 與 continue 陳述式，根據特定條件需求修改迴圈執行的標準流程。

🔹 第五課：使用函數重用程式碼

概述： 本課介紹透過 Python 函數實現程式碼重用的重要概念。學生將首先學習使用 def 關鍵字定義函數的基本語法，理解正確縮排與可選的文件字串（docstring）的重要性。我們將說明如何設計函數以接收輸入參數（引數），並使用 return 陳述式傳回輸出。函數的核心優勢——簡化程式碼、提升可讀性，並避免重複（遵循 DRY 原則）——將被強調。實務應用將著重於解決現實世界的數學問題。學生將定義並呼叫函數，計算著名的物理公式，如動能或重力作用力，展現函數如何封裝特定邏輯，以便在任何 Python 程式中輕鬆且重複使用。
學習成果：

• 定義函數在 Python 程式設計中的目的，並闡述程式碼重用與模組化的優點。
• 使用 def 關鍵字建構並定義簡單的 Python 函數，包含適當的參數與標準命名慣例。
• 成功呼叫已定義的函數，傳遞必要引數以執行封裝的邏輯。
• 使用 return 陳述式輸出函數結果，供指派或進一步運算。
• 應用函數式程式設計概念，實作並計算著名物理公式，如距離或速度的計算。

🔹 第六課：字串操作

概述： 本課深入探討強大的 Python 字串物件，它是處理文字資料的基礎。我們將從字串的建立方式開始，包括單引號與雙引號的使用，並討論其不可變性。核心焦點將放在使用索引與切片存取與重新排列文字，以高效提取特定字元或子字串。接著，我們將介紹文字處理的關鍵方法，包括使用 .strip() 清理文字，使用 .lower() 與 .upper() 改變大小寫，以及使用 .startswith() 等方法檢查內容。最後，學生將掌握使用強大的 .split() 方法將大段文字拆解成單詞或行的列表，並使用靈活的 .join() 方法重新組合，實現自動化文字處理應用。
學習成果：

• 定義 Python 字串物件，並應用索引與切片存取特定字元或子字串。
• 使用常見字串方法如 .upper()、.lower() 與 .strip() 進行文字資料的清理與格式化。
• 使用 f-strings 與 .format() 方法實作字串內插技術，創造動態文字。
• 示範使用 .split() 將文字拆解成列表，並使用 .join() 方法將序列重新組合成字串。

🔹 第七課：Python 模組

概述： 本課介紹 Python 模組這一重要概念，它允許透過可重用的檔案組織程式碼並大幅擴展功能。我們將定義模組（標準的 .py 檔案）是什麼，並解釋使用模組如何促進程式碼重用與清晰性。核心焦點將放在掌握 import 陳述式，涵蓋標準語法（import module_name）、別名（import module as alias）與精確匯入（from module import item），以有效管理程式的命名空間。我們將探索來自 Python 標準程式庫的實用範例，例如 math 模組（提供 sqrt 等函數或 pi 等常數）與 random 模組。最後，我們將示範如何建立並實作一個簡單的自訂模組，以跨不同 Python 檔案結構化與重用自己的函數。
學習成果：

• 定義 Python 模組是什麼，並說明其在擴展功能與組織大型程式中的角色。
• 正確使用標準 import 陳述式及其變體（別名與精確匯入）。
• 展示呼叫並使用常見內建模組（如 math 與 random）中的函數。
• 解釋不同匯入方式如何影響目前程式的命名空間。
• 建立包含可重用函數的簡單自訂 Python 模組。

🔹 第八課：使用字典

概述： 本課深入探討 Python 字典，這是一種基本且強大的資料結構，用於將唯一鍵映射到特定值。我們將從使用大括號與冒號分隔的鍵值對定義字典結構開始，強調字典是可變的，且針對鍵進行快速查找優化。課程將涵蓋基本操作，包括如何使用方括號語法高效存取值，以及如何動態新增鍵值對或修改現有值。我們將探討鍵的限制，指出鍵必須是不可變類型（如字串或元組）。最後，學生將學習關鍵方法如 .keys()、.values() 與 .items()，以檢視字典內容，並了解如何使用迴圈遍歷這些元素，從而牢固掌握儲存與檢索複雜、非結構化資料的能力。
學習成果：

• 定義 Python 字典結構，並闡述其主要功能為鍵值對的容器。
• 使用字面語法建立並初始化字典，並根據對應鍵正確存取與設定值。
• 使用方括號語法與 del 關鍵字執行字典元素的 CRUD 操作（建立、讀取、更新、刪除）。
• 使用內建字典方法，如 .keys()、.values() 與 .items()，高效提取儲存資料的不同視角。
• 在實際程式範例中應用字典，例如模擬使用者個人檔案或管理設定參數。

🔹 第九課：檔案輸入與輸出（I/O）

概述： 本課介紹 Python 中的檔案輸入與輸出（I/O），實現自動化與資料持久化。我們將從掌握核心檔案處理操作開始：使用內建的 open() 函數開啟檔案，指定各種存取模式（讀取 'r'、寫入 'w'、附加 'a'），並理解 with open() as f: 上下文管理器在確保檔案自動關閉、防止資源洩漏中的關鍵作用。隨後，我們將探討使用一般文字檔（.txt）進行讀取與寫入非結構化資料。第二部分聚焦於結構化資料：使用 Python 專用的 csv 模組高效讀取與寫入逗號分隔值，並使用 json 模組（特別是 json.load() 與 json.dump()）處理複雜的巢狀 JSON 資料結構，這對於與 API 互動及現代設定檔非常關鍵。掌握這些概念是建立能與外部資料來源互動的實用 Python 應用的關鍵。
學習成果：

• 解釋 Python 檔案處理的基本流程，包括使用 open() 函數與指定讀取/寫入/附加模式。
• 實作 with 語句（上下文管理器）以安全可靠地管理檔案資源，確保檔案永遠被關閉。
• 寫出讀取與寫入標準文字檔（.txt）序列資料的 Python 程式碼。
• 使用內建的 csv 模組，程式化讀取、解析與產生 CSV 格式資料。
• 使用 json 模組將 Python 物件序列化為 JSON 格式，並將 JSON 資料反序列化為可用的 Python 結構。

🔹 第十課：類別與物件導向程式設計簡介

概述： 本課提供對 Python 物件導向程式設計（OOP）的基礎介紹。我們將首先釐清 Python 內建資料型態（如 int、str、list）與強大、使用者定義的結構——類別之間的差異。學習者將理解類別是藍圖，而物件是由此藍圖衍生的具體實例。我們將涵蓋使用 class 關鍵字定義類別的必要語法，重點放在如何使用特殊方法 __init__（建構函數）初始化物件狀態，以及如何定義操作方法。最後，我們將探討這些概念如何實現封裝——將資料與操作該資料的方法打包在一起，並簡要討論介面在定義物件明確行為契約中的角色，為複雜軟體架構奠定基礎。
學習成果：

• 辨別內建 Python 資料型態與自訂、使用者定義的類別型態之間的差異。
• 定義並闡述類別與物件（實例）之間的根本差異。
• 建構基本的 Python 類別，包含實例化與實例屬性的定義。
• 使用 __init__ 方法（建構函數）在物件建立時正確初始化其狀態。
• 解釋封裝如何組織程式碼，並促進程式碼的重用性與可維護性。