高中部多元選修：程式設計

課程基本資訊

課程名稱：(多元選修)程式設計
課程時長：每週 1 小時
總週數：21 週

課程進度安排

週次	課程內容	重要事件
第1週	程式設計概論
第2週	基本語法介紹
第3週	控制結構
第4週	函數與模組
第5週	資料結構簡介
第6週	實作練習
第7週	第一次報告	報告主題：前六週內容
第8週	物件導向程式設計
第9週	例外處理與調試
第10週	資料庫基礎
第11週	網頁程式設計基礎
第12週	實作練習
第13週	專題討論
第14週	第二次報告	報告主題：第8-13週內容
第15週	資料分析簡介
第16週	前端與後端技術
第17週	專題實作
第18週	課程回顧
第19週	期末考試準備
第20週	期末考試
第21週	期末報告	報告主題：整體課程總結

重要報告

第一次報告：第 7 週
第二次報告：第 14 週
期末報告：第 21 週

第1週：程式設計概論

課程目標

了解程式設計的基本概念
探索程式設計的歷史與應用
確立學習程式設計的動機與目標

課程大綱

1. 程式設計的定義

程式設計：使用特定語言撰寫指令，讓電腦執行特定任務。
- 一種將人類邏輯轉換為電腦可理解指令的過程。
重要性：提升解決問題的能力，優化工作流程。
- 解決問題：透過程式設計，可以有效地解決各種問題。
- 優化流程：自動化重複性工作，提升工作效率。

2. 程式設計的歷史

早期的程式設計語言（如 Fortran, COBOL）
- Fortran：1950年代初期，主要用於科學計算。
- COBOL：同樣在1950年代，主要用於商業應用。
現代程式設計語言（如 Python, Java, C++）
- Python：易學易用，適合初學者和數據分析。
- Java：廣泛應用於企業級應用和Android開發。
- C++：常用於系統程式設計和高效能應用。
程式設計的演進與技術發展

3. 程式設計的應用領域

網頁開發：HTML, CSS, JavaScript
軟體開發：桌面應用程式與行動應用程式
數據分析：數據處理與可視化
遊戲開發：互動娛樂使用 Unity、Unreal Engine 等平台開發互動娛樂。

4. 課程架構與學習目標

課程內容概覽（後續週次安排）
- 每週主題簡介，涵蓋基礎語法、控制結構、數據結構等。
學習成果（能力評估標準）
- 能夠獨立撰寫簡單的程式，解決實際問題。
期望學生參與度與作業要求

5. 第一堂課活動

自我介紹與學習動機分享
小組討論：為什麼學習程式設計？

6. 課後作業

撰寫一篇短文，描述你對程式設計的看法及期望學習的內容。

第2週上課內容：基本語法介紹

課程目標

理解程式語言的基本語法
學習如何撰寫簡單的程式碼
培養編寫可讀性高的程式碼的能力

課程大綱

1. 程式語言概述

程式語言的定義：
程式語言是用來撰寫指令以控制電腦行為的工具。
常見程式語言：
- Python：適合初學者，功能強大。
- Java：跨平台，廣泛應用於企業和Android開發。
- JavaScript：主要用於網頁開發，增加互動性。

2. 基本語法概念

在不同的程式語言中，變數的表示方式和定義語法可能會有所不同。以下是一些常見程式語言中變數的表示方式：

程式語言	變數定義方式示例	說明
Python	x = 10	直接使用 = 進行賦值，支持多種類型。
Java	int x = 10;	需要指定變數類型，結尾有分號。
JavaScript	let x = 10;	使用 let、const 或 var 來定義變數。
C++	int x = 10;	需要指定變數類型，結尾有分號。
C#	int x = 10;	類似於 Java 和 C++，需要指定類型。
Ruby	x = 10	類似於 Python，無需指定類型。
PHP	$x = 10;	變數以 $ 開頭，無需指定類型。
Swift	var x = 10	使用 var 定義可變變數，無需指定類型。

變數類型示例

python

name = "Alice"  # 字串
age = 30        # 整數
height = 5.7    # 浮點數

Java

String name = "Alice"; // 字串
int age = 30;          // 整數
double height = 5.7;   // 浮點數

JavaScript

let name = "Alice";  // 字串
let age = 30;        // 整數
let height = 5.7;    // 浮點數

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    string name = "Alice"; // 字串
    int age = 30;          // 整數
    double height = 5.7;   // 浮點數
    return 0;
}

string name = "Alice"; // 字串
int age = 30;          // 整數
double height = 5.7;   // 浮點數

Ruby

name = "Alice"  # 字串
age = 30        # 整數
height = 5.7    # 浮點數

$name = "Alice";  // 字串
$age = 30;        // 整數
$height = 5.7;    // 浮點數

Swift

var name = "Alice"  // 字串
var age = 30        // 整數
var height = 5.7    // 浮點數

變數：存儲資料的命名位置
- 宣告變數的方式
- Python範例：
```
x = 10  # 整數
name = "John"  # 字串
```
- 變數命名規則：只能包含字母、數字和下劃線，不能以數字開頭。
資料型別：數據的類型（整數、浮點數、字串、布林值）
- 整數：例如 10
- 浮點數：例如 3.14
- 字串：例如 "Hello"
- 布林值：例如 True 或 False
運算符：數學運算符、比較運算符、邏輯運算符
- 數學運算符：+、-、*、/
- 比較運算符：==、!=、>、<
- 邏輯運算符：and、or、not

3.不同語法對運算式的表示方式

不同程式語言在運算式表示方面存在一些差異，主要體現在運算符的符號、優先級和結合性等方面。以下是一些常見程式語言中運算式的表示方式示例：

基本運算符

運算符	描述	Python	Java	JavaScript	C++	C#	Ruby	PHP	Swift
+	加法	+	+	+	+	+	+	+	+
-	減法	-	-	-	-	-	-	-	-
*	乘法	*	*	*	*	*	*	*	*
/	除法	/	/	/	/	/	/	/	/
%	取餘數（模運算）	%	%	%	%	%	%	%	%
**	指數運算	**	**	**	**	**	**	**	**

邏輯運算符

運算符	描述	Python	Java	JavaScript	C++	C#	Ruby	PHP	Swift
==	等於	==	==	==	==	==	==	==	==
!=	不等於	!=	!=	!=	!=	!=	!=	!=	!=
>	大於	>	>	>	>	>	>	>	>
<	小於	<	<	<	<	<	<	<	<
>=	大於等於	>=	>=	>=	>=	>=	>=	>=	>=
<=	小於等於	<=	<=	<=	<=	<=	<=	<=	<=
and	邏輯與	and	&&	&&	&&	&&	&&	&&	&&
or	邏輯或	or
not	邏輯非	not	!	!	!	!	!	!	!

賦值運算符

運算符	描述	Python	Java	JavaScript	C++	C#	Ruby	PHP	Swift
=	賦值	=	=	=	=	=	=	=	=
+=	加法賦值	+=	+=	+=	+=	+=	+=	+=	+=
-=	減法賦值	-=	-=	-=	-=	-=	-=	-=	-=
*=	乘法賦值	*=	*=	*=	*=	*=	*=	*=	*=
/=	除法賦值	/=	/=	/=	/=	/=	/=	/=	/=
%=	取餘數賦值	%=	%=	%=	%=	%=	%=	%=	%=
**=	指數賦值	**=	**=	**=	**=	**=	**=	**=	**=

其他運算符

運算符	描述	Python	Java	JavaScript	C++	C#	Ruby	PHP	Swift
.	成員訪問	.	.	.	.	.	.	->	.
[]	索引訪問	[]	[]	[]	[]	[]	[]	[]	[]
()	函數調用	()	()	()	()	()	()	()	()

優先級和結合性

不同語言的運算符優先級和結合性可能略有不同，建議查閱相關語言的文檔以獲取詳細信息。

示例

# python
result = (10 + 5) * 2  # 計算結果為 30

# java
int result = (10 + 5) * 2;  // 計算結果為 30

# JavaScript
let result = (10 + 5) * 2;  // 計算結果為 30

# C++
int result = (10 + 5) * 2;  // 計算結果為 30

# C#
int result = (10 + 5) * 2;  // 計算結果為 30

# Ruby
result = (10 + 5) * 2  # 計算結果為 30

# PHP
$result = (10 + 5) * 2;  // 計算結果為 30

# Swift
let result = (10 + 5) * 2  // 計算結果為 30

小結

不同程式語言的運算式表示方式各有特點，了解這些差異可以幫助你更有效地理解和編寫程式碼。建議在學習程式設計時，仔細閱讀相關語言的文檔，以掌握其運算符的用法和優先級。

第3週上課內容：控制結構

1. 不同語法對控制結構 if、else、elif 的表示方式

在不同的程式語言中，控制結構 if、else 和 elif 的表示方式可能略有不同，但其基本邏輯和功能是相同的。以下是一些常見程式語言中控制結構的表示方式示例：

if 語句

程式語言	if 語句示例	說明
Python	if condition:	使用 : 結尾，縮進表示程式區塊。
Java	if (condition) { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
JavaScript	if (condition) { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
C++	if (condition) { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
C#	if (condition) { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
Ruby	if condition then … end	使用 then 和 end 標記程式區塊。
PHP	if (condition) { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
Swift	if condition { … }	使用 {} 包裹程式區塊。

else 語句

程式語言	else 語句示例	說明
Python	else:	使用 : 結尾，縮進表示程式區塊。
Java	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
JavaScript	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
C++	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
C#	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
Ruby	else … end	使用 else 和 end 標記程式區塊。
PHP	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。
Swift	else { … }	使用 {} 包裹程式區塊。

elif 語句

程式語言	elif 語句示例	說明
Python	elif condition:	使用 : 結尾，縮進表示程式區塊。
Java	else if (condition) { … }	使用 else if 進行多重條件判斷。
JavaScript	else if (condition) { … }	使用 else if 進行多重條件判斷。
C++	else if (condition) { … }	使用 else if 進行多重條件判斷。
C#	else if (condition) { … }	使用 else if 進行多重條件判斷。
Ruby	elsif condition then … end	使用 elsif 和 end 標記程式區塊。
PHP	elseif (condition) { … }	使用 elseif 進行多重條件判斷。
Swift	else if condition { … }	使用 else if 進行多重條件判斷。

第一次段考作業

radius = float(input("請輸入圓形的半徑: "))
area = 3.14159 * radius * radius
print("圓形的面積是:", area)

輸入半徑：5
程式輸出：圓形的面積是: 78.53975

score1 = int(input("請輸入第一個分數: "))
score2 = int(input("請輸入第二個分數: "))
score3 = int(input("請輸入第三個分數: "))
average_score = (score1 + score2 + score3) / 3
print("平均分數是:", average_score)

輸入分數：80, 90, 75
程式輸出：平均分數是: 81.66666666666667

original_price = float(input("請輸入商品原價: "))
discount_rate = float(input("請輸入折扣率 (例如 0.2 代表 20%): "))
discount_price = original_price * (1 - discount_rate)
print("折扣價是:", discount_price)

輸入原價：100
輸入折扣率：0.15
程式輸出：折扣價是: 85.0

示例

Python

age = 25

if age < 18:
    print("未成年")
elif age >= 18 and age < 65:
    print("成年")
else:
    print("老年")

Java

int age = 25;

if (age < 18) {
    System.out.println("未成年");
} else if (age >= 18 && age < 65) {
    System.out.println("成年");
} else {
    System.out.println("老年");
}

JavaScript

let age = 25;

if (age < 18) {
    console.log("未成年");
} else if (age >= 18 && age < 65) {
    console.log("成年");
} else {
    console.log("老年");
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int age = 25;

    if (age < 18) {
        cout << "未成年" << endl;
    } else if (age >= 18 && age < 65) {
        cout << "成年" << endl;
    } else {
        cout << "老年" << endl;
    }
    return 0;
}

using System;

class Program {
    static void Main(string[] args) {
        int age = 25;

        if (age < 18) {
            Console.WriteLine("未成年");
        } else if (age >= 18 && age < 65) {
            Console.WriteLine("成年");
        } else {
            Console.WriteLine("老年");
        }
    }
}

Ruby

age = 25

if age < 18
  puts "未成年"
elsif age >= 18 and age < 65
  puts "成年"
else
  puts "老年"
end

<?php
$age = 25;

if ($age < 18) {
    echo "未成年";
} elseif ($age >= 18 && $age < 65) {
    echo "成年";
} else {
    echo "老年";
}
?>

Swift

let age = 25

if age < 18 {
    print("未成年")
} else if age >= 18 && age < 65 {
    print("成年")
} else {
    print("老年")
}

小結

不同程式語言的控制結構語法略有差異，但其邏輯和功能是一致的。了解這些差異可以幫助你更有效地理解和編寫程式碼。在學習程式設計時，建議仔細閱讀相關語言的文檔，以掌握其控制結構的用法和語法規則。

第二次段考作業

https://blockly.games/?lang=zh-hant

https://hourofcode.com/mchoc

電競訓練營：人工智能聯盟
https://hourofcode.com/codecombatesports

2. 不同語法對控制結構 For While 的表示方式

以下是不同語法對控制結構 For 和 While 的表示方式：

C 語言

For 迴圈

for (initialization; condition; increment) {
// code to be executed
}
# 初始化;狀態;增量

While 迴圈

  while (condition) {
// code to be executed
}

Python 語言

For 迴圈

for item in iterable:
  # code to be executed

While 迴圈

while condition:
  # code to be executed

JavaScript 語言

For 迴圈

for (initialization; condition; increment) {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while (condition) {
  // code to be executed
}

Java 語言

For 迴圈

for (initialization; condition; increment) {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while (condition) {
  // code to be executed
}

PHP 語言

For 迴圈

for (initialization; condition; increment) {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while (condition) {
  // code to be executed
}

Go 語言

For 迴圈

for initialization; condition; increment {
  // code to be executed
}

While 迴圈

for condition {
  // code to be executed
}

Swift 語言

For 迴圈

for item in iterable {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while condition {
  // code to be executed
}

Kotlin 語言

For 迴圈

for (item in iterable) {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while (condition) {
  // code to be executed
}

Ruby 語言

For 迴圈

for item in iterable do
  # code to be executed
end

While 迴圈

while condition do
  # code to be executed
end

C# 語言

For 迴圈

for (initialization; condition; increment) {
  // code to be executed
}

While 迴圈

while (condition) {
  // code to be executed
}

小結

不同的程式語言對於 For 和 While 迴圈的語法細節可能略有不同，但它們的基本概念是相同的：

For 迴圈及While迴圈皆是允許重複執行一段程式碼，直到滿足特定條件為止。

以下是一些 For 和 While 迴圈的範例，以說明它們在不同程式語言中的用法：

1. C 語言

For 迴圈：印出 1 到 10 的數字

#include <stdio.h>

int main() {
  for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    printf("%d\n", i);
  }
  return 0;
}

While 迴圈：計算 1 到 10 的總和

#include <stdio.h>

int main() {
  int i = 1;
  int sum = 0;
  while (i <= 10) {
    sum += i;
    i++;
  }
  printf("總和為：%d\n", sum);
  return 0;
}

2. Python 語言

For 迴圈：印出清單中的每個項目

my_list = ["蘋果", "香蕉", "橘子"]
for fruit in my_list:
  print(fruit)

While 迴圈：輸入數字直到輸入 0

number = 1
while number != 0:
  number = int(input("請輸入一個數字 (輸入 0 結束): "))
  print("您輸入的數字是:", number)

3. JavaScript 語言

For 迴圈：印出 1 到 5 的平方

for (let i = 1; i <= 5; i++) {
  console.log(i * i);
}

While 迴圈：輸入字串直到輸入 "結束"

let input = "";
while (input !== "結束") {
  input = prompt("請輸入一個字串 (輸入 \"結束\" 結束): ");
  console.log("您輸入的字串是:", input);
}

4. Java 語言

For 迴圈：計算 1 到 5 的總和

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
      sum += i;
    }
    System.out.println("總和為：" + sum);
  }
}

While 迴圈：輸入數字直到輸入負數

import java.util.Scanner;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    int number = 1;
    while (number >= 0) {
      System.out.print("請輸入一個數字 (輸入負數結束): ");
      number = scanner.nextInt();
      System.out.println("您輸入的數字是：" + number);
    }
  }
}

5. PHP 語言

For 迴圈：印出陣列中的每個元素

$fruits = array("蘋果", "香蕉", "橘子");
for ($i = 0; $i < count($fruits); $i++) {
  echo $fruits[$i] . "<br>";
}

While 迴圈：輸入文字直到輸入 "結束"

$input = "";
while ($input !== "結束") {
  $input = readline("請輸入一個文字 (輸入 \"結束\" 結束): ");
  echo "您輸入的文字是：" . $input . "<br>";
}

6. Go 語言

For 迴圈：印出 1 到 5 的偶數

package main

import "fmt"

func main() {
  for i := 1; i <= 5; i++ {
    if i%2 == 0 {
      fmt.Println(i)
    }
  }
}

While 迴圈：輸入數字直到輸入 0

package main

import "fmt"

func main() {
  number := 1
  for number != 0 {
    fmt.Print("請輸入一個數字 (輸入 0 結束): ")
    fmt.Scanln(&number)
    fmt.Println("您輸入的數字是:", number)
  }
}

7. Swift 語言

For 迴圈：印出 1 到 10 的數字

for i in 1...10 {
  print(i)
}

While 迴圈：輸入文字直到輸入 "結束"

var input = ""
while input != "結束" {
  input = readLine()!
  print("您輸入的文字是:", input)
}

8. Kotlin 語言

For 迴圈：印出 1 到 5 的平方

for (i in 1..5) {
  println(i * i)
}

While 迴圈：輸入數字直到輸入負數

import java.util.*

fun main() {
  val scanner = Scanner(System.`in`)
  var number = 1
  while (number >= 0) {
    print("請輸入一個數字 (輸入負數結束): ")
    number = scanner.nextInt()
    println("您輸入的數字是：" + number)
  }
}

9. Ruby 語言

For 迴圈：印出陣列中的每個元素

fruits = ["蘋果", "香蕉", "橘子"]
fruits.each do |fruit|
  puts fruit
end

While 迴圈：輸入文字直到輸入 "結束"

input = ""
while input != "結束"
  input = gets.chomp
  puts "您輸入的文字是：" + input
end

10. C# 語言

For 迴圈：計算 1 到 5 的總和

using System;

public class Program {
  public static void Main(string[] args) {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
      sum += i;
    }
    Console.WriteLine("總和為：" + sum);
  }
}

While 迴圈：輸入數字直到輸入負數

using System;

public class Program {
  public static void Main(string[] args) {
    int number = 1;
    while (number >= 0) {
      Console.Write("請輸入一個數字 (輸入負數結束): ");
      number = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
      Console.WriteLine("您輸入的數字是：" + number);
    }
  }
}

第4週上課內容：函數與模組

不同語法對函數與模組的表示方式：

以下是一些常見程式語言中函數和模組的表示方式：

1. C 語言

函數：

#include <stdio.h>

// 函數定義
int sum(int a, int b) {
  return a + b;
}

int main() {
  int result = sum(3, 5);
  printf("3 + 5 = %d\n", result);
  return 0;
}

模組：

C 語言本身沒有明確的模組概念，但可以使用頭文件（.h）和源文件（.c）來模擬模組化。

2. Python 語言

函數：

def sum(a, b):
  return a + b

result = sum(3, 5)
print("3 + 5 =", result)

模組：

Python 使用檔案來表示模組。例如，一個名為 my_module.py 的檔案可以包含以下程式碼：

def sum(a, b):
  return a + b

def greet(name):
  print("Hello,", name)

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

import my_module

result = my_module.sum(3, 5)
print("3 + 5 =", result)
my_module.greet("Alice")

3. JavaScript 語言

函數：

function sum(a, b) {
  return a + b;
}

let result = sum(3, 5);
console.log("3 + 5 =", result);

模組：

JavaScript 使用 export 和 import 來定義和導入模組。例如，一個名為 my_module.js 的檔案可以包含以下程式碼：

export function sum(a, b) {
  return a + b;
}

export function greet(name) {
  console.log("Hello,", name);
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

import { sum, greet } from './my_module.js';

let result = sum(3, 5);
console.log("3 + 5 =", result);
greet("Alice");

4. Java 語言

函數：

public class Main {
  public static int sum(int a, int b) {
    return a + b;
  }

  public static void main(String[] args) {
    int result = sum(3, 5);
    System.out.println("3 + 5 = " + result);
  }
}

模組：

Java 使用類別來表示模組。例如，一個名為 MyModule.java 的檔案可以包含以下程式碼：

public class MyModule {
  public static int sum(int a, int b) {
    return a + b;
  }

  public static void greet(String name) {
    System.out.println("Hello, " + name);
  }
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

import MyModule;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    int result = MyModule.sum(3, 5);
    System.out.println("3 + 5 = " + result);
    MyModule.greet("Alice");
  }
}

5. Go 語言

函數：

package main

import "fmt"

func sum(a, b int) int {
  return a + b
}

func main() {
  result := sum(3, 5)
    # := 表示聲明一個新變數，並將 sum(3, 5) 的結果賦予它。
    # := 運算子只能在 函數內部 使用，不能在函數外部使用。
  fmt.Println("3 + 5 =", result)
}

模組：

Go 使用包（package）來表示模組。例如，一個名為 my_module 的包可以包含以下程式碼：

package my_module

func sum(a, b int) int {
  return a + b
}

func greet(name string) {
  fmt.Println("Hello,", name)
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

package main

import "fmt"
import "my_module"

func main() {
  result := my_module.sum(3, 5)
  fmt.Println("3 + 5 =", result)
  my_module.greet("Alice")
}

6. Swift 語言

函數：

func sum(a: Int, b: Int) -> Int {
  return a + b
}

let result = sum(a: 3, b: 5)
print("3 + 5 =", result)

模組：

Swift 使用檔案來表示模組。例如，一個名為 MyModule.swift 的檔案可以包含以下程式碼：

func sum(a: Int, b: Int) -> Int {
  return a + b
}

func greet(name: String) {
  print("Hello,", name)
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

import MyModule

let result = MyModule.sum(a: 3, b: 5)
print("3 + 5 =", result)
MyModule.greet(name: "Alice")

7. Kotlin 語言

函數：

fun sum(a: Int, b: Int): Int {
  return a + b
}

fun main() {
  val result = sum(3, 5)
  println("3 + 5 = $result")
}

模組：

Kotlin 使用檔案來表示模組。例如，一個名為 MyModule.kt 的檔案可以包含以下程式碼：

package my_module

fun sum(a: Int, b: Int): Int {
  return a + b
}

fun greet(name: String) {
  println("Hello, $name")
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 import 語句導入模組：

import my_module.*

fun main() {
  val result = sum(3, 5)
  println("3 + 5 = $result")
  greet("Alice")
}

8. PHP 語言

函數：

function sum($a, $b) {
  return $a + $b;
}

$result = sum(3, 5);
echo "3 + 5 = " . $result . "<br>";

模組：

PHP 使用檔案來表示模組。例如，一個名為 my_module.php 的檔案可以包含以下程式碼：

function sum($a, $b) {
  return $a + $b;
}

function greet($name) {
  echo "Hello, " . $name . "<br>";
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 require 或 include 語句導入模組：

require "my_module.php";

$result = sum(3, 5);
echo "3 + 5 = " . $result . "<br>";
greet("Alice");

9. C# 語言

函數：

using System;

public class Program {
  public static int sum(int a, int b) {
    return a + b;
  }

  public static void Main(string[] args) {
    int result = sum(3, 5);
    Console.WriteLine("3 + 5 = " + result);
  }
}

模組：

C# 使用命名空間來表示模組。例如，一個名為 MyModule 的命名空間可以包含以下程式碼：

namespace MyModule {
  public static class MathUtils {
    public static int sum(int a, int b) {
      return a + b;
    }
  }

  public static class Greetings {
    public static void greet(string name) {
      Console.WriteLine("Hello, " + name);
    }
  }
}

然後，在另一個檔案中，可以使用 using 語句導入模組：

using System;
using MyModule;

public class Program {
  public static void Main(string[] args) {
    int result = MathUtils.sum(3, 5);
    Console.WriteLine("3 + 5 = " + result);
    Greetings.greet("Alice");
  }
}

10. Ruby 語言

函數：

def sum(a, b)
  return a + b
end

result = sum(3, 5)
puts "3 + 5 = #{result}"

模組：

Ruby 使用檔案來表示模組。例如，一個名為 my_module.rb 的檔案可以包含以下程式碼：

module MyModule
  def self.sum(a, b)
    return a + b
  end

  def self.greet(name)
    puts "Hello, #{name}"
  end
end

然後，在另一個檔案中，可以使用 require 語句導入模組：

require "my_module"

result = MyModule.sum(3, 5)
puts "3 + 5 = #{result}"
MyModule.greet("Alice")

以上範例可以幫助各位同學更好地理解，在不同程式語言中"函數和模組"的表示方式！

第5週上課內容：資料結構簡介

資料結構的定義、特點及應用

以下是七種資料結構的詳細說明：

1. 陣列 (Array)

定義： 陣列是一種線性資料結構，用於儲存相同資料類型的元素的集合。陣列中的元素以連續的記憶體位置儲存，並使用索引 (index) 來存取它們。索引從 0 開始，到陣列大小減 1 結束。
特點：
- 元素類型相同： 陣列只能儲存同一種資料類型的元素，例如整數、浮點數、字元等等。
- 元素以連續記憶體位置儲存： 陣列中的元素在記憶體中是連續儲存的，這使得存取元素非常快。
- 使用索引存取元素： 您可以使用索引來快速存取陣列中的任何元素。
- 大小固定： 一旦宣告陣列的大小，就無法再改變。
應用：
- 儲存固定大小的資料集合： 例如儲存學生成績、一個月的溫度資料、一個遊戲中的角色屬性等等。
- 作為其他資料結構的基礎： 例如，串列、堆疊、佇列等資料結構可以使用陣列來實現。
- 在演算法中使用： 例如排序演算法、搜尋演算法等等。

2. 串列 (List)

定義： 串列是一種線性資料結構，用於儲存資料元素的順序集合。串列中的元素可以是任何資料類型，並且可以動態新增或刪除。
特點：
- 元素可以是任何資料類型： 串列可以儲存不同資料類型的元素，例如整數、浮點數、字元、物件等等。
- 元素以鏈結方式儲存： 串列中的元素以鏈結方式儲存，每個元素都指向下一個元素。
- 可以動態新增或刪除元素： 您可以隨時新增或刪除串列中的元素，而不需要事先知道串列的大小。
- 大小可變： 串列的大小可以根據需要動態調整。
應用：
- 儲存需要動態調整大小的資料集合： 例如購物車中的商品清單、音樂播放清單、網頁瀏覽歷史記錄等等。
- 實現其他資料結構： 例如堆疊、佇列、樹等等。
- 在演算法中使用： 例如排序演算法、搜尋演算法等等。

3. 堆疊 (Stack)

定義： 堆疊是一種後進先出 (LIFO) 的資料結構。它就像一個堆疊的盤子，最後放上去的盤子會最先被拿走。
特點：
- 只能從頂端新增或刪除元素： 堆疊只能從頂端新增元素（稱為 push）或刪除元素（稱為 pop）。
- 後進先出： 最近新增的元素會最先被刪除。
應用：
- 函數呼叫堆疊： 程式語言使用堆疊來管理函數呼叫。
- 撤銷/重做功能： 例如文字編輯器中的撤銷/重做功能可以使用堆疊來實現。
- 表達式求值： 例如計算器可以使用堆疊來計算表達式。

4. 佇列 (Queue)

定義： 佇列是一種先進先出 (FIFO) 的資料結構。它就像排隊等候的人群，最先排隊的人會最先被服務。
特點：
- 只能從隊尾新增元素： 佇列只能從隊尾新增元素（稱為 enqueue）。
- 只能從隊頭刪除元素： 佇列只能從隊頭刪除元素（稱為 dequeue）。
- 先進先出： 最早新增的元素會最先被刪除。
應用：
- 處理任務佇列： 例如作業系統可以使用佇列來管理任務。
- 訊息佇列： 例如網路應用程式可以使用佇列來傳送訊息。
- 打印機佇列： 例如打印機可以使用佇列來管理打印任務。

5. 樹 (Tree)

定義： 樹是一種非線性資料結構，由節點 (node) 組成，節點之間以父子關係連接。樹的根節點沒有父節點，而葉節點沒有子節點。
特點：
- 具有層級結構： 樹的節點按照層級排列，根節點位於最高層級。
- 根節點是樹的起始點： 樹的根節點是樹的唯一入口點。
- 每個節點最多只有一個父節點： 除了根節點之外，每個節點都有一個父節點。
- 每個節點可以有多個子節點： 節點可以有任意數量的子節點。
應用：
- 文件系統： 文件系統可以使用樹來表示檔案和目錄的組織結構。
- 資料庫索引： 資料庫可以使用樹來建立索引，以便快速搜尋資料。
- 決策樹： 決策樹可以用於機器學習，以建立預測模型。

6. 圖 (Graph)

定義： 圖是一種非線性資料結構，由節點 (node) 和邊 (edge) 組成。節點表示物件，邊表示節點之間的關係。
特點：
- 節點和邊： 圖由節點和邊組成，節點表示物件，邊表示節點之間的關係。
- 無方向圖和有方向圖： 圖可以是有方向的或無方向的。在有方向圖中，邊具有方向，而在無方向圖中，邊沒有方向。
- 加權圖和無加權圖： 圖可以是加權的或無加權的。在加權圖中，邊具有權重，而在無加權圖中，邊沒有權重。
應用：
- 社交網路： 社交網路可以使用圖來表示使用者和他們之間的關係。
- 交通網路： 交通網路可以使用圖來表示城市、道路和交通路線。
- 電路設計： 電路設計可以使用圖來表示電路元件和它們之間的連接。

7. 集合 (Set)

定義： 集合是一種資料結構，用於儲存不重複的元素。集合中的元素沒有順序，並且可以是任何資料類型。
特點：
- 不重複元素： 集合中的元素不能重複。
- 無序： 集合中的元素沒有順序。
- 可以是任何資料類型： 集合中的元素可以是任何資料類型。
應用：
- 儲存不重複的資料： 例如儲存一個人的興趣愛好、一個班級的學生名單等等。
- 檢查元素是否存在： 您可以使用集合來快速檢查元素是否存在於集合中。
- 在演算法中使用： 例如排序演算法、搜尋演算法等等。

不同語法對資料結構的表示方式：

以下是不同程式語言中資料結構的表示方式，涵蓋常見的資料結構與範例：

1. 陣列 (Array)

C/C++: int arr[5]; // 宣告一個大小為 5 的整數陣列
Java: int[] arr = new int[5]; // 宣告一個大小為 5 的整數陣列
Python: arr = [1, 2, 3, 4, 5] // 宣告一個包含 5 個元素的整數列表
JavaScript: let arr = [1, 2, 3, 4, 5]; // 宣告一個包含 5 個元素的整數陣列
Go: arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5} // 宣告一個大小為 5 的整數陣列

2. 串列 (List)

C++: 使用 STL 中的 std::list 模板類別
Java: 使用 java.util.List 接口，例如 java.util.ArrayList
Python: list = [1, 2, 3, 4, 5] // 使用列表表示串列
JavaScript: let list = [1, 2, 3, 4, 5]; // 使用陣列表示串列
Go: 使用 []int 切片表示串列

3. 堆疊 (Stack)

C++: 使用 STL 中的 std::stack 模板類別
Java: 使用 java.util.Stack 類別
Python: 使用列表，並使用 append() 和 pop() 方法模擬堆疊
JavaScript: 使用陣列，並使用 push() 和 pop() 方法模擬堆疊
Go: 使用 []int 切片，並使用 append() 和 pop() 方法模擬堆疊

4. 佇列 (Queue)

C++: 使用 STL 中的 std::queue 模板類別
Java: 使用 java.util.Queue 接口，例如 java.util.LinkedList
Python: 使用列表，並使用 append() 和 pop(0) 方法模擬佇列
JavaScript: 使用陣列，並使用 push() 和 shift() 方法模擬佇列
Go: 使用 []int 切片，並使用 append() 和 pop(0) 方法模擬佇列

5. 樹 (Tree)

C++: 使用自訂資料結構或 STL 中的 std::map 或 std::set 模擬樹
Java: 使用自訂資料結構或 java.util.TreeMap 或 java.util.TreeSet 模擬樹
Python: 使用自訂資料結構或字典 (dictionary) 模擬樹
JavaScript: 使用自訂資料結構或 Map 或 Set 模擬樹
Go: 使用自訂資料結構或 map 模擬樹

6. 圖 (Graph)

C++: 使用自訂資料結構或 STL 中的 std::map 或 std::set 模擬圖
Java: 使用自訂資料結構或 java.util.HashMap 或 java.util.HashSet 模擬圖
Python: 使用自訂資料結構或字典 (dictionary) 模擬圖
JavaScript: 使用自訂資料結構或 Map 或 Set 模擬圖
Go: 使用自訂資料結構或 map 模擬圖

7. 集合 (Set)

C++: 使用 STL 中的 std::set 或 std::unordered_set 模板類別
Java: 使用 java.util.Set 接口，例如 java.util.HashSet 或 java.util.TreeSet
Python: 使用 set 資料類型
JavaScript: 使用 Set 資料類型
Go: 使用 map 模擬集合，或者使用 set 包

範例：

Python:

# 陣列
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 串列
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 堆疊
stack = []
stack.append(1)
stack.append(2)
stack.pop()

# 佇列
queue = []
queue.append(1)
queue.append(2)
queue.pop(0)

# 樹
tree = {
    'root': {
        'left': {
            'value': 1
        },
        'right': {
            'value': 2
        }
    }
}

# 圖
graph = {
    'A': ['B', 'C'],
    'B': ['A', 'D'],
    'C': ['A', 'E'],
    'D': ['B'],
    'E': ['C']
}

# 集合
my_set = {1, 2, 3, 4, 5}