# Lesson 1 | 環境安裝及Python基本介紹
## Python特性
* Python被用來建設大型軟體系統、架設網頁服務、分析資料、開發機器學習與人工智慧演算法。
1. 是適合快速開發的直譯式語言。
2. 是物件導向式語言架構。
3. 第三方開源套件眾多。
- Python在資訊軟體、影像處理等其他領域亦常被使用。
- 與其他程式語言相比，Python適合多人協作或用來快速開發大型系統。
- Python擁有功能豐富的機器學習套件[scikit-learn](https://scikit-learn.org/stable/)，亦常被用來開發人工智慧模型，支援[PyTorch](https://pytorch.org/)與[TensorFlow](https://www.tensorflow.org/?hl=zh-tw)等深度學習框架。
- Python可用於影像處理，例如使用[OpenCV](https://docs.opencv.org/4.x/d6/d00/tutorial_py_root.html)套件；用於開發網頁，例如基於[Django](https://www.djangoproject.com/)框架；建立web API，如[Flask](https://flask.palletsprojects.com/en/2.2.x/)。
截止至2022年12月，Python在[TIOBE Index](https://www.tiobe.com/tiobe-index/)排名第1位。
## 開始的第一步：安裝Python(1)
* 首先至[Python官方網站](https://www.python.org/)下載。
* 以下為安裝於Windows環境的範例。
* 搜尋Python 3.8.10版 Windows installer。
## 開始的第一步：安裝Python(2)
* 接下來安裝整合式開發環境(Integrated Development Environment, IDE)，IDE讓我們能更有效地撰寫程式。
* 常見的IDE如[Visual Studio Code (VScode)](https://code.visualstudio.com/)、[Jupyter](https://jupyter.org/)、[PyCharm](https://www.jetbrains.com/pycharm/)、[Spyder](https://www.spyder-ide.org/)等。
* 以下範例為安裝Jupyter於Windows環境(需先安裝Python)。
* 首先點擊Install。
* 往下滑即可看到安裝指令。
* 於Windows介面左下的"開始"執行cmd(命令提示字元)，並輸入指令。
## 開始的第一步：安裝Python (3)
* 安裝完畢後，請從檔案總管進入D槽或C槽，建立新資料夾。
* 滑鼠點選右鍵後點選cmd(或是加上左shift)點選Windows PowerShell，並輸入下行。
```terminal
jupyter notebook
```
* Jupyter Notebook會在預設瀏覽器中自動打開。再點選New，於出現的下拉式選單中選取Python 3 (ipykernel)。
* 進入你所建立的第一個Jupyter Notebook檔案(.ipynb)。可於上方更改檔名。
## 第一節：開始撰寫Python程式碼(1)
* 我們可以將Python視為與電腦交談的工具，Python將依序(**由左至右、從上到下的**)解析我們的輸入，並讓電腦執行。
* 我們先把Python當作計算機使用，並試著輸入下列程式碼。
* Python會直接執行你所輸入的東西。
```python=
# 四則運算 加+減-乘*除/
2 + 2
```
```python=
# 括弧優先規則
5 * (3 + 2)
```
```python=
# 指數運算
12 ** 4
```
* 接下來先搶先體驗一下程式語言中重要的東西，"函式"(function)，函式後面會帶有小括號，小括號內可輸入東西，這個東西稱為"參數"(parameter或argument)。
* 每個函式都有不同的功能，而我們第一個要嘗試的函式是print()：
* print()這個函數會將你所輸入的參數顯示出來。
```python=
print("Hello World!")
```
## 第一節：開始撰寫Python程式碼(2)
* 如果我們想將這些數字儲存起來呢？在Python我們可以將它指派成"變數"(variable)，我們可以使用等於符號 ("=") 用來為變數賦值。
* 變數的型態有很多種，我們將在後續的課程中詳細介紹。
```python=
x = 10
print(x)
```
```python=
width = 20
print(width * 5)
```
```python=
width = 20
height = 5 * 9
print(width * height)
```
* 你可以直接輸入變數來回傳該變數。注意，在Jupyter Notebook中若不使用print()，則只會回傳cell中的最後一個東西。
```python=
width
```
## 練習1：熟悉變數的運用
* 當我們理解變數與基本操作後，我們來進一步練習。
* 問題1：請試著利用變數，在一個cell中撰寫程式碼，使其回傳2, 4, 6, 8, 10的3次方，並使用另一個cell，回傳2, 4, 6, 8, 10的平方根。
<details>
<summary>解答</summary>
```python=
x = 3
print(2 ** x)
print(4 ** x)
print(6 ** x)
print(8 ** x)
print(10 ** x)
```
```python=
x = 0.5
print(2 ** x)
print(4 ** x)
print(6 ** x)
print(8 ** x)
print(10 ** x)
```
</details>
* 問題2：請試著告訴我「//」這個運算子的意義。
<details>
<summary>解答</summary>
- 拿到整數的結果（即去除所有小數點的部份）。
```python=
x = 2
print(3 // x)
print(5 // x)
print(7 // x)
print(9 // x)
print(11 // x)
```
</details>
## 第二節：組合元素
* 若我們要將很多個數字儲存成一個變數時，我們常用"[]"來做這件事情，這樣的變數的"資料型態"(data type)在Python中為list。
* list可以儲存數字。
```python=
squares = [1, 4, 9, 16, 25]
print(squares)
```
* list也可以儲存文字，一個list甚至可以儲存不同型態的元素。
```python=
python_string = ["p", "y", "t", "h", "o", "n"]
print(python_string)
```
* 我們可以"索引"(index)出list當中的特定"元素"(item)。
* 注意，在Python中索引從0開始。
```python=
print(python_string[0])
print(python_string[1])
print(python_string[2])
```
* 也可以用代表倒序的負數取元素。
```python=
print(python_string[-1])
print(python_string[-2])
print(python_string[-3])
```
* 若我們要一次取多個元素呢？可以透過"切片"(slice)來做到這樣的事情。
* 同學們可以藉由這個圖來思考indexing與slicing。
```python
+---+---+---+---+---+---+
| P | y | t | h | o | n |
+---+---+---+---+---+---+
0 1 2 3 4 5 6
-6 -5 -4 -3 -2 -1
```
* 注意，一樣也是從0開始。
```python=
print(python_string[0:2])
print(python_string[2:6])
```
* 我們亦可以透過索引來更改list當中的元素。
* 利用等於符號來指派特定位置的數值。
```python=
y = [1, 3, 4, 12, 16, 192, 208]
print(y)
y[0] = 0
print(y)
```
* 也可以這樣操作。
```python=
y = [1, 3, 4, 12, 16, 192, 208]
print(y)
y[2] = y[0] + y[1]
print(y)
y[5] = y[3] + y[4]
print(y)
```
## 練習2：索引與指派
* 當我們熟悉索引與指派後，請完成下列練習。
* 問題1：請先儲存1, 2, 0, 0, 0, 0, 0於一個list中，你可以任意更改前兩個數字，並依序讓第三個數字（奇數）為前兩個相加，第四個數字（偶數）為前兩個數字相乘，第五個數字（奇數）為前兩個相加，依此類推。
<details>
<summary>解答</summary>
- 我們可以利用索引與指派依序填入數值。
```python=
x = [1, 2, 0, 0, 0, 0, 0]
x[2] = x[0] + x[1]
x[3] = x[1] * x[2]
x[4] = x[2] + x[3]
x[5] = x[3] * x[4]
x[6] = x[4] + x[5]
print(x)
```
- 依照規律我們可以提出idx，理解這樣的邏輯將有助於使用"迴圈"撰寫程式。
```python=
x = [1, 2, 0, 0, 0, 0, 0]
idx = 1
x[idx+1] = x[idx-1] + x[idx]
idx = 2
x[idx+1] = x[idx-1] * x[idx]
idx = 3
x[idx+1] = x[idx-1] + x[idx]
idx = 4
x[idx+1] = x[idx-1] * x[idx]
idx = 5
x[idx+1] = x[idx-1] + x[idx]
print(x)
```
</details>
## 總結
* 這堂課主要讓學生們初步理解Python程式語言。
* 我們已經學到基本的程式運作規律、儲存變數，並已有能力索引與更改元素。
* 同學們請務必回去練習，並在自己的電腦安裝Python，也可以嘗試看看其他IDE。
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