APCS Python 101

"Either run for food, or run from being food."
-- Jen-Hsun "Jensen" Huang (1963-),
the co-founder of NVIDIA

``Programming is not about typing,
it's about thinking.''
-- Rich Hickey

"You don't have to be great to start,
but you have to start to be great."
-- Zig Ziglar

課程訊息

講者訊息

• 盧政良 (Zheng-Liang Lu, Arthur)
• 電子信箱：[e-mail]

工作環境

• 免安裝軟體的方案：Google Colab
  • 若沒有 Google 帳號，請先自行申請一個 Gmail；填寫資料時，務必輸入一個出生年使目前年齡可以超過 18 歲。
• 需要安裝軟體的方案
  • Python 3.10
  • 編輯環境：Visual Studio Code, Spyder, or PyCharm

預備知識

• 四則運算、代數運算
• 中學數學
  • 有多項式 (polynomial) 與對數 (logarithm) 經驗者佳。
  • 對於需要考 APCS 檢定的學員，請務必提前了解資訊科學的高中數學。
  • 由於 APCS 考試中觀念題以 C 語言出題，故在應考前務必了解 APCS 考試指定程式語言對照表 與 APCS C++ 大學程式能力檢定考前衝刺。

學習目標

• 掌握 Python 基本語法。
• 學習以流程 (演算法) 為基礎的程式設計概念。
• 了解電腦運作原理與利用電腦解決問題。
• 培養對科技的興趣並建立自我學習的能力。
• 建立基礎後可進一步學習其他程式語言，如：APCS 大學程式設計 C++ 基礎班、Java 基礎程式設計班、C# 程式設計基礎班。
• 亦可銜接資訊領域內的進階課程，如：演算法實戰班、資料科學入門、Python 財務計算、財務計算專題：期貨與選擇權等應用課程。

電子郵件通訊禮節

• 電子郵件的標題 (Title) 需要註明班別與中文姓名，並加上信件主旨，如：Python 413 金城武 作業繳交。
• 利用電子郵件提問時，務必提供完整的訊息，諸如：問題敘述、曾經嘗試但是失敗的方案、可能的猜想等等。任何有助於了解問題的材料皆可附上，如程式碼、錯誤訊息的截圖。

評分標準 & 結業證書領取

• 本課程有若干次的評量與一次的週末程式作業，於特定的章節內公布並在繳交期限當日進行檢討；完成課程及格條件的學員可獲頒證書。若有調整，以調整後的政策為主。
• 領取證書的細節詳見訓練班公告網頁。

課程錄影

• 本課程除非經授課老師同意，學生不得擅自進行課程錄音錄影。
• 若因無法出席而缺課或需要課後複習的學員，可自行前往 NTU COOL 進行補課。該網站的帳號密碼為學員在訓練班報名時登錄的帳號密碼。
• 課程影片將會在課程結束後一週下架，需要複習的學員務必注意時程。

課程架構

第零回：導論 notebook

• 課程要求
• 背景知識
  • 電腦如何運作？ link
  • 資料如何保存？ link
  • 什麼是演算法？ link
• Python 基本操作說明
  • 輸出輸入
  • 變數的使用
  • 字串的使用
  • 引用模組
  • 除錯

第一回：變數、資料型態、運算子 notebook

• 二進位系統
• 變數的使用與記憶體位址的概念
• 資料型態：整數、浮點數、字串、布爾值
• 指定運算子與記憶體模型
• 算術運算子、關係運算子

第二回：資料結構 notebook

• 清單 (list)
• Tuple
• 集合 (set)
• 字典 (dictionary)
• 進階概念：記憶體配置
  • 為什麼 list 與多數資料結構的第一個元素從 0 開始?
  • 淺拷貝 (shallow copy) 與深拷貝 (deep copy)
  • 破壞性操作與非破壞性操作

第三回：流程控制 notebook

• 有條件的敘述
• 重複的敘述
  • for 迴圈與 while 迴圈
  • 多層迴圈
• Comprehension

第四回：函式 notebook

• 定義新的函式
• 匿名函式：lambda
• 函式設計風格：map & filter
• 函式與記憶體堆疊 (stack)
  • 區域變數 (local variable) 與全域變數 (global variable)
    • 視覺化 http://www.pythontutor.com/visualize.html
• 遞迴 (recursion)

第五回：演算法 notebook

• 排序演算法
• 演算法分析
  • 對數時間演算法 pdf
  • 更多資訊請參考 Analysis of Algorithms
• 搜尋演算法
• 洗牌演算法
• 蒙地卡羅法
• 動態規劃
• LeetCode: 邁向軟體工程師之路
• APCS 歷屆考題

第六回：例外處理與檔案處理 notebook

• 例外處理：try-except-else-finally
  • 自定義例外
• 檔案處理

第 X 回：專題討論

• Python 視覺化工具 notebook
• Animation notebook
• Python Pandas: 資料科學的第一步 notebook
• Python 爬蟲範例：以 Ptt Web 為例 notebook
• Take home message: https://www.csie.ntu.edu.tw/~d00922011/cpp/takehome_msg.pdf

第七回：物件導向設計 notebook

• 類別與物件
• 封裝、繼承、多型
• 模組與套件

第八回：進階議題 notebook

• 私有成員
• Magic Methods
• 靜態成員
• 修飾子
• 產生器與迭代器
• 平行程式 new

第九回：資料視覺化 notebook

• 資料處理的救星：Pandas
• 繪圖套件：Matplotlib, Turtle

最終回：Game of Life notebook

參考文獻

使用文件

• Python: https://docs.python.org/3/tutorial/index.html
  • https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/
• Pandas: https://pandas.pydata.org/
• Matplotlib: https://matplotlib.org/
  • Seaborn: https://seaborn.pydata.org/
  • Plotly: https://plotly.com/api/
• NumPy: https://numpy.org/
• SciPy: https://www.scipy.org/
• PEP8: https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/

大學課程

• CMU 15-112: Fundamentals of Programming and Computer Science, Carnegie Mellon University IN PROGRESS
• CS41 happy code the python programming language, Stanford University IN PROGRESS
• Python Practice, University of California, Berkeley IN PROGRESS
• CS 61A: Structure and Interpretation of Computer Programs, University of California, Berkeley IN PROGRESS
• Scientific Programming in Python

相關影片

• CS50, Large Language Models and The End of Programming - Tech Talk with Dr. Matt Welsh, Harvard University, 2023.10.30 ENLIGHTENING
• Domain of Science, Map of Computer Science, 2017.9.6
• 让水烧开, 編程語言到底是如何演化至今的，你知道嗎？【編程語言發展史】, 2024.1.2

免費教學平台/題庫

• 科技領域加深加廣選修課程之進階程式設計 link
• APCS 大學程式設計先修檢測：https://apcs.csie.ntnu.edu.tw/
  • 考試環境說明：https://apcs.csie.ntnu.edu.tw/index.php/info/environment
  • 吳邦一 (Bangye Wu), FB社團：APCS實作題檢測
• 高中生程式解題系統：https://zerojudge.tw/
• LeetCode: https://leetcode.com/
• CodeWars: https://www.codewars.com/
• Kaggle: https://www.kaggle.com/learn/python

可以參考的書籍

• Irv Kalb, Learn to Program with Python 3, 2018 你可以透過在教室裡的電腦進行下載。
  
  
• Eric Matthes, Python Crash Course, 3/e, 2022
  
  

跟課堂有關的電影/影集

• Imitation Game (2014)
  
  
• DeepMind: AlphaGo (2017)
  
  
• New Mind, Computing Technology, 2023
  
  

與程式設計相關的遊戲

• Human Resource Machine
  
  
• 7 Billion Humans
  
  
• Turing Complete
  
  
• while True: learn()
  
  
• A=B
  
  
• Virtual Circuit Board
  
  

不分類

• A brief history of Python

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