Python基本語法

作者：王一哲
第1版：2018年3月6日
第2版：2022年7月4日
第3版：2024年9月19日，加上附錄

資料型態

在C或C++中常見的資料型態有以下幾種

char 字元
short 短整數
unsigned short 沒有正負號的短整數
int 整數
unsigned int 沒有正負號的整數
long 長整數
unsigned long 沒有正負號的長整數
float 浮點數
double 倍精數
bool 布林值，只有0或1

而在 Python 當中，基本上只有分為

str 字串
int 整數
float 浮點數
bool 布林值

直譯器會自動依照資料判斷型態，例如

A 會被判斷為 str
1 會被判斷為 int
1.1 會被判斷為 float
True 或 False 會被判斷為 bool

變數

我們可以將變數當作儲存資料的容器，為變數命名時有以下幾點注意事項：

可以使用英文字母、數字及符號，字母有區分大、小寫，例如 a、A、b1、B2、c_3 都是符合規則的變數名稱。
不能以數字開頭，例如 0d 就不符合規則。
不能使用系統保留字，這些字有特殊的用途，不需要全部背下來，在程式碼編輯器中會自動將這些字上色。保留字有以下這些：and、as、assert、async、await、break、class、continue、def、del、elif、else、eval、except、finally、for、format、from、global、if、import、in、input、int、is、lambda、len、max、nonlocal、not、or、pass、print、raise、range、return、str、try、while、with、yield、False、None、True
使用有意義的變數名稱，最好能讓人一眼看出這個變數的用途，例如將儲存物體長度的變數命名為 length。
理論上在 Python 當中可以使用統一碼 Unicode 的字元作為變數名稱，但為了避免程式碼在其它的作業系統開啟時變成亂碼，建議還是使用英文字母、數字、符號就好。

在C、C++中建立變數時，我們需要同時指定變數對應的資料型態，例如

int a;
float b;
char c;

在Python中則不需要指定變數對應的資料型態，直譯器會自動根據儲存到變數中的資料自動判斷型態，最好養成在建立變數時同時指定初始值的習慣，例如

a = 0
b = 1.1
c = 'c'
d = 'AaBbCc'
e = True
f = False

在 Python、C、C++ 及大部分的程式語言當中，等號 = 用來指定數值給變數，例如 a = 2 是將 2 這個數值指定給變數 a；若要比較兩個變數是否相等，要使用 ==，這與數學式子的寫法不相同，需要適應一下。

如果在 Python Shell 當中想要知道某個變數對應的資料型態，可以使用

type(變數名稱)

以剛才建立的變數為例，a、b、c、d、e、f的回傳值分別為

<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'str'>
<class 'str'>
<class 'bool'>
<class 'bool'>

判斷條件：if

最簡單的語法為

if 條件:
    條件成立時執行的程式碼

當條件成立時執行冒號下的程式碼，程式碼必須從 if 的位置開始縮排，假設使用的縮排為 4 個空格，則在條件成立時要執行的程式碼每行都要縮排 4 個空格，若某一行沒有縮排，從此行開始會被視為 if 的部分已經結束。如果條件成立時執行的程式碼只有一行，可以直接放在冒號之後不需換行。

如果要加上條件不成立時執行的程式碼，語法為

if 條件:
    條件成立時執行的程式碼
else:
    條件不成立時執行的程式碼

if … else … 流程圖

如果條件不只有一個，可以使用多層的 if，語法為

if 條件1:
    條件1成立時執行的程式碼
elif 條件2:
    條件1不成立、條件2成立時執行的程式碼
else:
    條件1、2皆不成立時執行的程式碼

if … elif … else … 流程圖

程式 2-1：if 的使用方法














a = eval(input("a = "))
b = eval(input("b = "))

if a > b:
    print("a > b")
else:
    print("a <= b")

if a > b:
    print("a > b")
elif a == b:
    print("a = b")
else:
    print("a < b")

執行時先由使用者用鍵盤輸入 a、b 的值，由於輸入的資料會被視為字串，加上 eval 將字串轉換為整數或浮點數。第一個 if 是：當 a > b 時印出文字 a > b，若條件不成立則印出文字 a <= b。第二個 if 是：當 a > b 時印出文字 a > b，當 a == b 時印出文字 a = b，若條件不成立則印出文字 a < b。

重複執行：while 迴圈

在程式語言當中經常會重複執行某一段程式碼，這樣的語法稱為迴圈 (loop)，其中一種迴圈稱為 while，語法為

while 條件:
    條件成立時執行的程式碼

當條件成立時執行冒號下的程式碼，一直重複執行到條件不成立時為止。條件成立時執行的程式碼一樣要注意程式碼縮排的空格數。while 迴圈的流程圖如下

while 迴圈流程圖

程式 2-2：使用 while 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10










result = 0
i = 1
n = 10

while i <= n:
    print("i =", i)
    result += i
    i += 1

print("result =", result)

先定義變數 i、n、result 指定數值。當 i <= n 時執行 while 迴圈中的程式碼，印出 i 的數值、將 result 的數值 +i 並重新指定給 result，將 i 數值 +1 並重新指定給 i。當 while 迴圈執行完之後印出文字 result = 以及 result 的數值。這個程式是用來計算 1 + 2 + 3 + … + 10 = ?

問題：如果想計算的是 1 + 3 + 5 + 7 + 9 = ? 要怎麼寫呢？（提示：只要改一個地方即可。）

程式 2-3：使用 while 迴圈及輾轉相除法計算最大公因數














a = 276
b = 437
i = 0

print("i\ta\tb")
while b:
    r = a%b
    a = b
    b = r
    i += 1
    print("{:d}\t{:d}\t{:d}".format(i, a, b))

gcd = a
print("gcd =", gcd)

加上第3、5、11行程式碼，可以看到 while 迴圈每次運作時變數 a、b 的數值，執行程式時輸出為

2025年2月27日更新，行數比較少的寫法








a, b, i = 276, 437, 0

print("i\ta\tb")
while b:
    a, b = b, a%b
    i += 1
    print(f"{i:d}\t{a:d}\t{b:d}")
print(f"gcd = {a:d}")

重複執行：for 迴圈

Python 的 for 迴圈和其它的程式語言很不一樣，比較像是用來從一串資料中依序讀取當中的元素來運算，經常搭配 range 或串列(list)資料一起使用。以搭配 range 為例

for i in range(5):
    print(i)

range是用來產生數列的函式，格式為

range(起始值, 結束值, 增量)

起始值預設為0，增量預設為1，但產生的數列不包含結束值。因此上面的程式碼執行時，會將 ragne(5) 產生的數列 (0, 1, 2, 3, 4) 依序讀取出來並指定給變數 i，最後將印出 i 的數值，因此執行結果為

for 迴圈流程圖

程式 2-4：使用 for 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10







result = 0

for i in range(1, 11):
    print("i =", i)
    result += i

print("result =", result)

這個程式和程式 2-2 一樣是用來計算 1 + 2 + 3 + … + 10 = ?

問題：如果想計算的是 1 + 3 + 5 + 7 + 9 = ? 要怎麼寫呢？（提示：只要改一個地方即可。）

雙層迴圈

我們可以在迴圈之中再加上另一個迴圈，變成雙層迴圈的結構，這通常會用在有兩個變數需要重複執行的狀況。例如以下的程式碼



for i in range(3):
    for j in range(3):
        print(f"i = {i:d}\tj = {j:d}")

執行的結果為

i = 0	j = 0
i = 0	j = 1
i = 0	j = 2
i = 1	j = 0
i = 1	j = 1
i = 1	j = 2
i = 2	j = 0
i = 2	j = 1
i = 2	j = 2

由結果可以看出，外層的迴圈第一次運作時 i = 0，接下來進到內層的迴圈，內層迴圈運作時 j 的值依序為 0、1、2；再回到外層的迴圈，此時 i = 1，再執行內層的迴圈3次；再回到外層的迴圈，此時 i = 2，再執行內層的迴圈3次.如果想要用 while 迴圈印出同樣的值，可以採用以下的寫法







i = 0
while i < 3:
    j = 0
    while j < 3:
        print(f"i = {i:d}\tj = {j:d}")
        j += 1
    i += 1

我們可以使用雙層迴圈印出九九乘法表，由於我們可以事先確定迴圈運作的次數，使用 for 迴圈的寫法看起來會比較簡潔。






for i in range(2, 10):
    for j in range(2, 10):
        if j < 9:
            print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}", end="\t")
        else:
            print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}")

其中第3 ~ 6行可以改寫成這樣

print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}", end="\t" if j < 9 else "\n")

當然也可以用 while 迴圈做到一樣的效果。










i = 2
while i <= 9:
    j = 2
    while j <= 9:
        if j < 9:
            print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}", end="\t")
        else:
            print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}")
        j += 1
    i += 1

其中第5 ~ 8行可以改寫成這樣

print(f"{i:d} * {j:d} = {i*j:d}", end="\t" if j < 9 else "\n")

以下是輸出的結果。

2 * 2 = 4	2 * 3 = 6	2 * 4 = 8	2 * 5 = 10	2 * 6 = 12	2 * 7 = 14	2 * 8 = 16	2 * 9 = 18
3 * 2 = 6	3 * 3 = 9	3 * 4 = 12	3 * 5 = 15	3 * 6 = 18	3 * 7 = 21	3 * 8 = 24	3 * 9 = 27
4 * 2 = 8	4 * 3 = 12	4 * 4 = 16	4 * 5 = 20	4 * 6 = 24	4 * 7 = 28	4 * 8 = 32	4 * 9 = 36
5 * 2 = 10	5 * 3 = 15	5 * 4 = 20	5 * 5 = 25	5 * 6 = 30	5 * 7 = 35	5 * 8 = 40	5 * 9 = 45
6 * 2 = 12	6 * 3 = 18	6 * 4 = 24	6 * 5 = 30	6 * 6 = 36	6 * 7 = 42	6 * 8 = 48	6 * 9 = 54
7 * 2 = 14	7 * 3 = 21	7 * 4 = 28	7 * 5 = 35	7 * 6 = 42	7 * 7 = 49	7 * 8 = 56	7 * 9 = 63
8 * 2 = 16	8 * 3 = 24	8 * 4 = 32	8 * 5 = 40	8 * 6 = 48	8 * 7 = 56	8 * 8 = 64	8 * 9 = 72
9 * 2 = 18	9 * 3 = 27	9 * 4 = 36	9 * 5 = 45	9 * 6 = 54	9 * 7 = 63	9 * 8 = 72	9 * 9 = 81

結語

Python 的功能非常多，但是我們的目標是利用 VPython 做物理模擬動畫，我們只需要 if、while、for 再加上一些儲存資料的容器就夠用了，在之後的動畫教學中會慢慢介紹更多不同的格式。

附錄，以上這些程式改用 C++ 的寫法

程式 2-1：if 的使用方法















#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    if (a > b) cout << "a > b\n";
    else cout << "a <= b\n";
    
    if (a > b) cout << "a > b\n";
    else if (a == b) cout << "a = b\n";
    else cout << "a < b\n";
    
    return 0;
}

程式 2-2：使用 while 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10













#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int result = 0, i = 1, n = 10;
    while(i <= n) {
        cout << "i = " << i << "\n";
        result += i;
        i++;
    }
    cout << "result = " << result << "\n";
    return 0;
}

程式 2-3：使用 while 迴圈及輾轉相除法計算最大公因數


















#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 276, b = 437, i = 0;
    cout << "i\ta\tb\n";
    
    while (b) {
        int r = a%b;
        a = b;
        b = r;
        i++;
        cout << i << "\t" << a << "\t" << b << "\n";
    }

    cout << "gcd = " << a << "\n";
    return 0;
}

程式 2-4：使用 for 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10












#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int result = 0;
    for(int i=1; i<=10; i++) {
        cout << "i = " << i << "\n";
        result += i;
    }
    cout << "result = " << result << "\n";
    return 0;
}

九九乘法表，for 迴圈版本










#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for(int i=2; i<=9; i++)
        for(int j=2; j<=9; j++)
            cout << i << " * " << j << " = " << i*j << "\t\n"[j == 9];
    
    return 0;
}

九九乘法表，while 迴圈版本
















#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int i = 2;
    while(i <= 9) {
        int j = 2;
        while(j <= 9) {
            cout << i << " * " << j << " = " << i*j << "\t\n"[j == 9];
            j++;
        }
        i++;
    }
    
    return 0;
}

Python基本語法

資料型態

變數

判斷條件：if

程式 2-1：if 的使用方法

重複執行：while 迴圈

程式 2-2：使用 while 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10

程式 2-3：使用 while 迴圈及輾轉相除法計算最大公因數

2025年2月27日更新，行數比較少的寫法

重複執行：for 迴圈

程式 2-4：使用 for 迴圈計算 1 + 2 + 3 + … + 10

雙層迴圈

結語

附錄，以上這些程式改用 C++ 的寫法

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九九乘法表，for 迴圈版本

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