2025年6月11日 星期三

詳細說明 Python 的基本語法，包括變數、數據類型（列表、元組、字典、集合）、控制流（if/else, for, while）以及函數。

Python 基本語法： 入門篇

Python 以其簡潔、易讀的語法而聞名，非常適合初學者入門。

1. 變數 (Variables)

在 Python 中，你不需要預先宣告變數的類型，可以直接賦值。Python 會根據你賦予的值自動判斷變數的類型。

  • 賦值： 使用 = 運算符。
  • 命名規則：
    • 可以包含字母、數字和底線 _。
    • 必須以字母或底線開頭。
    • 不能以數字開頭。
    • 大小寫敏感 (name 和 Name 是不同的變數)。
    • 不能使用 Python 的關鍵字 (如 if, for, class 等)。
    • 推薦使用小寫字母和底線來命名變數 (e.g., my_variable)。
Python
# 變數賦值範例
name = "Alice"     # 字串 (string)
age = 30           # 整數 (integer)
height = 1.75      # 浮點數 (float)
is_student = True  # 布林值 (boolean)

# 打印變數值
print(name)        # 輸出: Alice
print(age)         # 輸出: 30
print(height)      # 輸出: 1.75
print(is_student)  # 輸出: True

# 可以隨時改變變數的值和類型 (動態類型語言特性)
age = "thirty"
print(age)         # 輸出: thirty

2. 數據類型 (Data Types)

Python 擁有多種內建數據類型，可以儲存不同種類的數據。

a. 整數 (int) 和 浮點數 (float)

  • int： 用於儲存整數。
  • float： 用於儲存帶小數點的數值。
Python
num_int = 10
num_float = 3.14159

print(type(num_int))   # 輸出: <class 'int'>
print(type(num_float)) # 輸出: <class 'float'>

# 算術運算
print(5 + 2)  # 加法: 7
print(5 - 2)  # 減法: 3
print(5 * 2)  # 乘法: 10
print(5 / 2)  # 除法 (結果為浮點數): 2.5
print(5 // 2) # 整數除法 (結果為整數，向下取整): 2
print(5 % 2)  # 取餘數: 1
print(5 ** 2) # 冪運算: 25

b. 字串 (str)

用於儲存文字資料。可以使用單引號 ' ' 或雙引號 " " 定義。

Python
greeting = "Hello, Python!"
name = 'Bob'

print(greeting) # 輸出: Hello, Python!
print(name)     # 輸出: Bob

# 字串連接
full_message = greeting + " My name is " + name
print(full_message) # 輸出: Hello, Python! My name is Bob

# 字串格式化 (f-strings, Python 3.6+ 推薦)
age = 25
formatted_message = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(formatted_message) # 輸出: My name is Bob and I am 25 years old.

# 字串長度
print(len(greeting)) # 輸出: 14

# 字串索引 (從 0 開始) 和切片
print(greeting[0])   # 輸出: H
print(greeting[7:13]) # 輸出: Python

c. 布林值 (bool)

只有兩個值：True 和 False (首字母大寫)。常用於條件判斷。

Python
is_active = True
is_empty = False

print(is_active) # 輸出: True
print(is_empty)  # 輸出: False

# 比較運算符返回布林值
print(10 > 5)   # 輸出: True
print(10 == 5)  # 輸出: False
print(10 != 5)  # 輸出: True

d. 列表 (list)

有序、可變 (mutable) 的集合，可以儲存任何類型的數據。用方括號 [] 定義。

Python
my_list = [1, "apple", 3.14, True]
print(my_list)      # 輸出: [1, 'apple', 3.14, True]

# 訪問元素 (索引從 0 開始)
print(my_list[1])   # 輸出: apple

# 修改元素
my_list[0] = 100
print(my_list)      # 輸出: [100, 'apple', 3.14, True]

# 添加元素
my_list.append("banana") # 在末尾添加
print(my_list)           # 輸出: [100, 'apple', 3.14, True, 'banana']

# 插入元素
my_list.insert(1, "orange") # 在指定位置插入
print(my_list)              # 輸出: [100, 'orange', 'apple', 3.14, True, 'banana']

# 刪除元素
my_list.remove("apple") # 移除第一個匹配的值
print(my_list)          # 輸出: [100, 'orange', 3.14, True, 'banana']

# 列表長度
print(len(my_list)) # 輸出: 5

# 列表切片
print(my_list[1:4]) # 輸出: ['orange', 3.14, True]

e. 元組 (tuple)

有序、不可變 (immutable) 的集合，可以儲存任何類型的數據。用圓括號 () 定義。

Python
my_tuple = (1, "apple", 3.14)
print(my_tuple)      # 輸出: (1, 'apple', 3.14)

# 訪問元素 (與列表相同)
print(my_tuple[1])   # 輸出: apple

# 注意：元組一旦創建就不能修改、添加或刪除元素
# my_tuple[0] = 100 # 這會導致錯誤: TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

# 元組長度
print(len(my_tuple)) # 輸出: 3

f. 字典 (dict)

無序、可變的鍵值對 (key-value pairs) 集合。用花括號 {} 定義。鍵必須是唯一的且不可變（如字串、數字、元組）。

Python
my_dict = {
    "name": "Charlie",
    "age": 28,
    "city": "New York"
}
print(my_dict) # 輸出: {'name': 'Charlie', 'age': 28, 'city': 'New York'}

# 訪問值 (透過鍵)
print(my_dict["name"]) # 輸出: Charlie

# 添加/修改鍵值對
my_dict["email"] = "charlie@example.com"
my_dict["age"] = 29
print(my_dict) # 輸出: {'name': 'Charlie', 'age': 29, 'city': 'New York', 'email': 'charlie@example.com'}

# 刪除鍵值對
del my_dict["city"]
print(my_dict) # 輸出: {'name': 'Charlie', 'age': 29, 'email': 'charlie@example.com'}

# 字典的鍵、值、項目
print(my_dict.keys())   # 輸出: dict_keys(['name', 'age', 'email'])
print(my_dict.values()) # 輸出: dict_values(['Charlie', 29, 'charlie@example.com'])
print(my_dict.items())  # 輸出: dict_items([('name', 'Charlie'), ('age', 29), ('email', 'charlie@example.com')])

g. 集合 (set)

無序、可變的元素集合，不允許重複元素。用花括號 {} 定義，或使用 set() 函數。

Python
my_set = {1, 2, 3, 2, 1} # 重複元素會被自動移除
print(my_set)            # 輸出: {1, 2, 3} (順序可能不同)

# 從列表創建集合
another_set = set([4, 5, 5, 6])
print(another_set)       # 輸出: {4, 5, 6}

# 添加元素
my_set.add(4)
print(my_set)            # 輸出: {1, 2, 3, 4}

# 移除元素
my_set.remove(2)
print(my_set)            # 輸出: {1, 3, 4}

# 集合運算 (聯集、交集、差集)
set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}

print(set_a.union(set_b))        # 聯集: {1, 2, 3, 4, 5}
print(set_a.intersection(set_b)) # 交集: {3}
print(set_a.difference(set_b))   # 差集 (在 A 但不在 B): {1, 2}

3. 控制流 (Control Flow)

控制流語句允許你根據條件執行不同的程式碼塊，或重複執行某個程式碼塊。

a. if/elif/else 語句 (條件判斷)

用於根據條件執行不同的程式碼。Python 使用縮排 (Indentation) 來定義程式碼塊，而不是大括號 {}。

Python
score = 85

if score >= 90:
    print("優秀")
elif score >= 70:
    print("良好")
else:
    print("及格")

# 輸出: 良好

# 注意：Python 沒有 switch 語句，通常用 if/elif/else 替代或使用字典映射。

b. for 迴圈 (遍歷)

用於遍歷序列 (如列表、元組、字串) 或其他可迭代對象。

Python
# 遍歷列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# 輸出:
# apple
# banana
# cherry

# 遍歷字串
for char in "Python":
    print(char)
# 輸出: P y t h o n (每個字元一行)

# 遍歷數字範圍 (使用 range() 函數)
# range(n) 生成從 0 到 n-1 的序列
# range(start, end) 生成從 start 到 end-1 的序列
# range(start, end, step) 生成從 start 到 end-1，步長為 step 的序列
for i in range(5): # 0, 1, 2, 3, 4
    print(i)
# 輸出: 0 1 2 3 4

for i in range(1, 4): # 1, 2, 3
    print(i)

# 遍歷字典
my_dict = {"name": "David", "age": 40}
for key in my_dict: # 預設遍歷鍵
    print(f"Key: {key}, Value: {my_dict[key]}")

for value in my_dict.values(): # 遍歷值
    print(f"Value: {value}")

for key, value in my_dict.items(): # 同時遍歷鍵和值
    print(f"Key: {key}, Value: {value}")

# break 和 continue
for i in range(10):
    if i == 3:
        continue # 跳過當前迭代，繼續下一個
    if i == 7:
        break    # 終止整個迴圈
    print(i)
# 輸出: 0 1 2 4 5 6

c. while 迴圈 (條件重複)

只要指定條件為真，就會一直重複執行程式碼塊。

Python
count = 0
while count < 5:
    print(f"Count is: {count}")
    count += 1 # 等同於 count = count + 1
# 輸出:
# Count is: 0
# Count is: 1
# Count is: 2
# Count is: 3
# Count is: 4

# 無限迴圈 (需要搭配 break)
# while True:
#     user_input = input("Enter 'quit' to exit: ")
#     if user_input == 'quit':
#         break
#     print(f"You entered: {user_input}")

4. 函數 (Functions)

函數是可重複使用的程式碼塊，用於執行特定任務。它有助於組織程式碼、提高可讀性和減少重複。

  • 定義函數： 使用 def 關鍵字。
  • 參數： 函數可以接受輸入參數。
  • 返回值： 使用 return 語句返回結果。
Python
# 定義一個簡單的函數
def greet():
    print("Hello, welcome to Python!")

# 呼叫函數
greet() # 輸出: Hello, welcome to Python!

# 帶參數的函數
def greet_person(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet_person("Eve") # 輸出: Hello, Eve!
greet_person("Frank")

# 帶多個參數的函數
def add(a, b):
    return a + b # 返回兩個數的和

result = add(10, 5)
print(result) # 輸出: 15

# 帶有預設參數的函數
def calculate_area(length, width=10): # width 有預設值
    return length * width

print(calculate_area(5))     # 輸出: 50 (使用預設 width=10)
print(calculate_area(5, 20)) # 輸出: 100 (覆蓋預設 width=20)

# 變數參數 (可變數量參數)
def sum_all(*numbers): # *numbers 會將所有傳入的額外參數打包成一個元組
    total = 0
    for num in numbers:
        total += num
    return total

print(sum_all(1, 2, 3))       # 輸出: 6
print(sum_all(10, 20, 30, 40)) # 輸出: 100

# 關鍵字參數 (可變數量關鍵字參數)
def print_info(**kwargs): # **kwargs 會將所有傳入的額外關鍵字參數打包成一個字典
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

print_info(name="Grace", age=35, city="London")
# 輸出:
# name: Grace
# age: 35
# city: London

這涵蓋了 Python 最基礎且核心的語法概念。掌握這些知識是學習 Python 更進階主題（如物件導向程式設計、模組、文件操作、錯誤處理等）以及數據科學和 AI 庫的基礎。多練習、多寫程式碼是最好的學習方式！

於

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