AI革命家 REVOLUTIONARY

Python 程式設計

第一章：程式語言介紹

大綱

1. 電腦硬體

2. 程式語言

電腦硬體

電腦硬體指的是構成計算機的各種物理設備，例如鍵盤、螢幕、處理器等。具體來說，硬體可以依功能分為五大單元，每個單元負責特定的工作：

• 算術邏輯單元和控制單元（統稱為中央處理單元，即 CPU）負責資料處理和控制。

• 主記憶體是資料暫存與程式執行的核心。

• 輸入與輸出單元負責資料的輸入和結果的輸出。

• 周邊設備則通過 CPU 的控制正常運作。

電腦軟體

電腦軟體分為資料與程式兩大類，所有軟體均以 0 和 1 的二進制儲存於硬體設備中。程式則可進一步細分為以下兩類：

1. 系統程式：

   • 如作業系統 (Operating System)、編譯程式 (Compiler)、組譯程式 (Assembler) 和連結程式 (Linker)。這些程式接近硬體底層，提供基礎功能支援。

2. 應用程式：

   • 架構於系統程式之上，針對特定需求開發，例如 Office 套件、帳務系統和電腦遊戲。

程式語言簡介

程式語言的角色：

• 程式語言是電腦使用者與計算機溝通的工具，相當於人與人溝通所使用的自然語言（如中文或英文）。

• 電腦僅能理解 0 和 1 的二進制指令，因此需要將人類指令轉換為電腦可理解的語言。

分類： 程式語言按其與自然語言的相似程度，可分為以下三種：

1. 機器語言：直接用二進制表示，難以閱讀和編寫。

2. 低階語言：與硬體較貼近，但稍易於理解。

3. 高階語言：更接近自然語言，易於學習和使用。

高階語言的運作： 高階語言需透過編譯器（compiler）或直譯器（interpreter）轉換為機器語言，供電腦執行。

程式語言的運作方式

1. 編譯式語言：

   • 將程式翻譯成機器語言後再執行。

   • 例如 C、C++、Pascal。

2. 直譯式語言：

   • 程式指令逐條翻譯並執行，適合即時測試和修改。

   • 例如 BASIC、HTML。

程式語言的應用

1. 一般用途語言：

   • 適用於多領域，如 Python、Java、C++。

2. 特殊用途語言：

   • 針對特定領域設計，例如：

     • 商業：COBOL

     • 工程：FORTRAN

     • 人工智慧：LISP

     • 資料庫：SQL

語言與平台的關係

跨平台挑戰與解決方案：

• 不同平台的作業系統（如 Windows、Linux、MacOS）對程式語言的解釋存在差異。

• 解決方法包括跨平台程式庫（如 OpenGL）、虛擬機器（如 Java 的 JVM）和兼容層（如 WINE）。

各類程式語言的特色

根據用途劃分：

• 科學計算：強調計算效能（如 FORTRAN）。

• 商業應用：注重資料處理和報表製作（如 COBOL）。

• 人工智慧：處理邏輯推理與符號運算（如 Prolog）。

根據特性劃分：

• 系統語言：如 C 語言，與作業系統緊密結合。

• 高階語言：如 Python，易於學習，適合多種應用。

結語

程式語言的多樣性反映了不同領域和用途的需求，選擇適合的語言有助於有效解決問題並提升開發效率。

第二章 Python 簡介與開發環境

什麼是 Python

Python 是一種用途廣泛且功能強大的程式設計語言。它被廣泛應用於網頁開發、軟體開發、資料科學和機器學習等領域。由於其語法簡潔、容易學習，以及能夠在多平台運行的特性，Python 深受開發者青睞。最重要的是，Python 是開源的，可免費下載和使用，並提供高效的開發工具。

為何選擇 Python

Python 擁有多項獨特的優勢：

1. 語法簡單：Python 的語法接近自然語言，降低了學習門檻，並使程式更易於閱讀與維護。

2. 高效開發：與其他語言相比，Python 使用較少的程式碼即可實現相同功能，大幅提升開發效率。

3. 強大的標準程式庫：Python 標準程式庫提供豐富的模組與功能，幾乎涵蓋所有常見的程式設計需求。

4. 良好的互操作性：Python 可與 Java、C、C++ 等其他語言無縫整合。

5. 強大的社群支援：Python 社群活躍，開發者可以迅速獲得技術支援和教學資源。

6. 跨平台兼容性：Python 支援多種作業系統，如 Windows、macOS 和 Linux。

Python 的特點

1. 物件導向：支援物件導向程式設計，提高程式的模組化與重用性。

2. 直譯執行：程式碼逐行執行，便於即時測試與除錯。

3. 動態型別：不需要明確宣告變數型別，語言在執行時自行推斷。

4. 記憶體管理：自動處理記憶體分配與回收，降低程式錯誤風險。

5. 跨平台：程式碼可在不同平台上無需修改直接執行。

6. 易於擴展：透過大量第三方模組實現多樣化應用。

Python 的應用領域

Python 在許多領域都有著廣泛應用，包括但不限於：

• 資料科學與大數據分析：Python 的 Pandas、NumPy、Matplotlib 等工具是資料分析的利器。

• 人工智慧與機器學習：如 TensorFlow、Keras 提供先進的深度學習支援。

• 網頁開發：框架如 Django、Flask 能快速構建高效能網頁應用。

• 自動化腳本：Python 是高效能腳本語言，用於自動化日常任務。

Python 的發展歷程

Python 由荷蘭程式設計師 Guido van Rossum 創建，首次發布於 1991 年。語言的名稱源於他喜愛的電視節目《蒙提·派森的飛行馬戲團》。自發布以來，Python 不斷演進，具有以下幾個重要版本：

• Python 1.0（1994）：提供基本資料型別及錯誤處理。

• Python 2.0（2000）：引入 Unicode 支援和清單推導式。

• Python 3.0（2008）：全面改進語法，提升程式可讀性和效能。

常用 Python 程式庫與框架

1. Matplotlib：生成高品質的 2D/3D 圖表，適合科學計算。

2. Pandas：提供強大的資料操作與分析工具。

3. NumPy：支援多維陣列與矩陣運算。

4. Requests：簡化 HTTP 請求操作。

5. OpenCV-Python：用於影像處理與電腦視覺應用。

6. Keras：支援深度學習模型構建與訓練。

建立 Python 開發環境

1. 安裝 Python：建議使用 Python 3，透過 Anaconda 或官方安裝包安裝。

2. 驗證安裝：使用命令提示字元 (CMD) 輸入 python 檢查是否正確安裝。

3. 安裝 Visual Studio Code (VS Code)：配合 Code Runner 插件，提升開發效率。

4. 編輯與運行程式：撰寫 Python 檔案後，可直接執行檔案或利用 VS Code 的 Terminal 測試程式。

練習：撰寫第一個 Python 程式

1. 問候使用者：顯示 "請問貴姓大名？"，並輸出使用者輸入的內容。

2. 輸入年齡與體重：要求輸入年齡與體重並顯示於螢幕。

3. 使用 input() 和 print()：結合格式化輸出來顯示資訊。

撰寫程式碼風格指引

• 使用清晰的註解：方便未來維護與團隊協作。

• 遵守縮排規範：每級縮排使用 4 個空白。

• 善用空白與命名規範：提升程式可讀性。

透過不斷練習與應用，您將逐步掌握 Python 的核心特性與實際操作技能，為進階學習奠定扎實基礎。

 

 

3.

資料概念與 Python 資料型別

資料的基本概念回顧

在電腦中，所有資料均以二進制形式儲存，包括整數、小數、文字等。以下為資料表示的常見方式：

• 整數表示：以二進制表示，例如 100 的二進制為 0000 0000 0110 0100。

• 浮點數表示：遵循 IEEE 754 標準，例如 15.3 以 32 位元表示。

• 文字表示：使用 ASCII 或 UTF-8 編碼，例如 "Visual C# 程式" 可用 UTF-8 萬國碼表示。

Python 資料型別與特性

1. 數值型別：int（整數）、float（浮點數）、complex（複數）。

2. 序列型別：list（列表）、tuple（元組）、range（範圍）。

3. 映射型別：dict（字典）。

4. 集合型別：set、frozenset（不可變集合）。

5. 布林型別：bool（布林值）。

6. 二進制型別：bytes、bytearray、memoryview。

使用 type() 函數可檢視物件的資料型別。

Python 與 C 語法比較

• 區塊表示：C 語言使用 {}，Python 使用縮排。

• 敘述結尾：C 語言以 ; 結尾，Python 無需使用。

• 變數宣告：C 語言需先宣告變數型別，Python 則可動態建立變數。

Python 常見資料型別

• 整數（int）與浮點數（float）

  • 無限制數值範圍，例如 googol = 10**100。

  • 布林值為 True 或 False。

• 字串（str）

  • Python 字串不可變，需使用方法修改。

  • 支援單引號（'）、雙引號（"）、多行引號（"""）包裹。

變數與命名規範

1. 命名規則：

   • 變數名稱必須唯一。

   • 第一個字元為字母或底線 _。

   • 不可使用空格或保留字。

2. 命名建議：使用有意義的名稱，例如 score 表示分數。

3. 動態變數：Python 中，變數為物件的標籤，例如 x = 2 將 2 的物件指向變數 x。

運算子分類與使用

• 算術運算子：加（+）、減（-）、乘（*）、除（/）、次方（**）。

• 比較運算子：大於（>）、小於（<）、等於（==）。

• 邏輯運算子：and、or、not。

• 位元運算子：&、|、^、~。

• 運算優先順序：依括號、指數、乘除加減的順序運算。

字串操作

• 基本操作：

  • 串接：'abc' + 'def'。

  • 重複：'abc' * 2。

  • 取值：s[0] 取第一個字元，s[-1] 取最後一個字元。

  • 切片：s[1:4] 取索引 1 至 3 的子字串。

• 字串方法：

  • 大寫：s.upper()。

  • 小寫：s.lower()。

  • 去空格：s.strip()。

  • 判斷開頭或結尾：s.startswith('a')、s.endswith('z')。

範例程式設計

計算三數總和與平均

# 三數總和與平均
x, y, z = 10, 20, 30
sum_val = x + y + z
avg_val = sum_val / 3
print(f"總和: {sum_val}, 平均: {avg_val}")

攝氏轉華氏

# 攝氏轉華氏
celsius = float(input("請輸入攝氏溫度: "))
fahrenheit = celsius * 9 / 5 + 32
print(f"華氏溫度為: {fahrenheit}")

判斷迴文

# 判斷迴文
s = input("請輸入字串: ")
print(f"迴文判斷結果: {s == s[::-1]}")

透過以上基礎與範例，Python 的資料型別與操作方法應該能清晰掌握，助力進一步學習。

 

4.

 

dictionary = {'apple': '蘋果', 'banana': '香蕉', 'cherry': '櫻桃'}
print("可查詢的英文單字：", list(dictionary.keys()))
word = input("請輸入英文單字：")
print("翻譯結果：", dictionary.get(word, "該單字不在字典中"))

唐詩字集合

poem = "春眠不覺曉，處處聞啼鳥。夜來風雨聲，花落知多少。"
chars = set(poem)
chars.discard("，")
chars.discard("。")
print(chars)

數學與英文及格範例

students = {"John", "Mary", "Tina", "Fiona", "Claire", "Eva", "Ben", "Bill", "Bert"}
math_pass = {"Mary", "Fiona", "Claire", "Eva", "Ben"}
english_pass = {"John", "Mary", "Fiona", "Claire", "Ben", "Bill"}

both_pass = math_pass & english_pass
math_fail = students - math_pass
english_pass_math_fail = english_pass - math_pass

print("數學與英文都及格：", both_pass)
print("數學不及格：", math_fail)
print("英文及格且數學不及格：", english_pass_math_fail)

此改寫內容力求清晰易懂，並配以實用的程式範例，適合初學者學習與實踐。

 

5.

Python 程式結構簡介

程式的主要結構包括：

• 循序結構：程式從第一行開始逐行執行，直到結束。

• 選擇結構：根據條件的結果，選擇執行某部分程式。

• 重複結構：讓程式多次執行某段程式碼。

1. 循序結構

特性

• 從第一行開始逐行執行，直至結束。

範例

print("歡迎使用程式！")
print("這是一個循序結構的範例。")

2. 選擇結構

選擇結構的類型：

1. 單向選擇結構

2. 雙向選擇結構

3. 多向選擇結構

4. 巢狀選擇結構

2.1 單向選擇結構

描述

• 條件為真時執行特定動作。

範例

score = int(input("請輸入成績："))
if score >= 60:
    print("很好，請繼續保持下去！")

2.2 雙向選擇結構

描述

• 條件為真時執行一組動作，否則執行另一組動作。

範例

score = int(input("請輸入成績："))
if score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

2.3 多向選擇結構

描述

• 根據多個條件執行不同動作。

範例

score = int(input("請輸入成績："))
if score >= 80:
    print("非常好")
elif score >= 60:
    print("不錯喔")
else:
    print("要加油")

2.4 巢狀選擇結構

描述

• 選擇結構中包含其他選擇結構。

範例

score = int(input("請輸入成績："))
if score >= 60:
    if score >= 80:
        print("非常好")
    else:
        print("及格但有進步空間")
else:
    print("不及格，請努力")

3. 重複結構

描述

• 重複執行某段程式碼。

範例 計算 1+2+3+...+100 的總和：

total = 0
for i in range(1, 101):
    total += i
print("總和為：", total)

流程圖圖示

• 開始/結束：橢圓形

• 處理：矩形

• 判斷/選擇：菱形

選擇結構應用範例

範例 1：判斷奇數或偶數

num = int(input("請輸入一個整數："))
if num % 2 == 0:
    print(f"{num} 是偶數")
else:
    print(f"{num} 是奇數")

範例 2：判斷三角形

a = int(input("請輸入三角形邊長 a："))
b = int(input("請輸入三角形邊長 b："))
c = int(input("請輸入三角形邊長 c："))
if a + b > c and a + c > b and b + c > a:
    print("可以構成三角形")
else:
    print("無法構成三角形")

範例 3：BMI 計算

weight = float(input("請輸入體重 (公斤)："))
height = float(input("請輸入身高 (公尺)："))
BMI = weight / (height ** 2)
print(f"您的 BMI 值為：{BMI:.2f}")
if BMI < 18:
    print("體重過輕")
elif BMI < 24:
    print("體重正常")
elif BMI < 27:
    print("體重過重")
else:
    print("體重肥胖")

Python 撰寫注意事項

1. 縮排必須統一，建議使用 4 個空白鍵，不要混用 Tab 與空白鍵。

2. 條件判斷後應加冒號 :。

3. 提高可讀性時，應儘量使用邏輯運算。

結論

透過熟練運用循序結構、選擇結構和重複結構，可以有效解決各種問題，並提高程式的可讀性與執行效率。

 

 

6.

 程式結構與運用

程式結構介紹

1. 選擇結構

   • 單向選擇結構

   • 雙向選擇結構

   • 多向選擇結構

   • 巢狀選擇結構

2. 迴圈結構

   • 設計迴圈變數的初始條件、終止條件與增減值來控制執行次數。

   • 應用於解決加總、排序、找最大值等問題。

Python 迴圈與生成式

1. for 與 while 迴圈

   • for 適用於已知次數的重複動作。

   • while 適用於次數不固定的迴圈，如猜數字遊戲。

2. 巢狀迴圈

   • 內層迴圈包含於外層迴圈中，例如印出九九乘法表。

3. 跳出與跳過

   • break: 提早結束迴圈。

   • continue: 跳過本次迴圈，進入下一次迴圈。

   • else: 當迴圈正常結束時執行。

動手寫程式

1. 印出 ASCII 字元表

   s = int(input("請輸入 ASCII 的啟始值："))
   e = int(input("請輸入 ASCII 的終止值："))
   for i in range(s, e):
       print(f"{i}: {chr(i)}")

2. 計算加總

   s = int(input("請輸入加總開始值："))
   e = int(input("請輸入加總終止值："))
   inc = int(input("請輸入遞增值："))
   total = 0
   for i in range(s, e, inc):
       total += i
       print(f"目前數字：{i}, 累加和：{total}")
   print(f"總和為：{total}")

3. 猜數字遊戲

   import random
   target = random.randint(1, 99)
   guess = 0
   while guess != target:
       guess = int(input("請輸入 1 到 99 的數字："))
       if guess < target:
           print("猜大一點")
       elif guess > target:
           print("猜小一點")
       else:
           print("猜中了！")

4. 計算階乘

   M = int(input("請輸入 M："))
   fac, i = 1, 1
   while fac < M:
       i += 1
       fac *= i
   print(f"N 的最小值為：{i}")

5. 判斷質數

   num = int(input("請輸入一個整數："))
   prime = True
   for j in range(2, int(num ** 0.5) + 1):
       if num % j == 0:
           prime = False
           break
   if prime:
       print(f"{num} 是質數")
   else:
       print(f"{num} 不是質數")

6. 九九乘法表

   for i in range(1, 10):
       for j in range(1, 10):
           print(f"{i}*{j}={i*j}", end="\t")
       print()

7. 星號圖形

   for i in range(1, 6):
       print("*" * i)

8. 模擬登入系統

   while True:
       acc = input("請輸入帳號：")
       pwd = input("請輸入密碼：")
       if acc == "abc" and pwd == "123":
           print("帳號與密碼正確")
           break
       else:
           print("登入失敗")

高效編程技巧

1. 生成式的使用

   • 串列生成式：[x for x in range(1, 6)]

   • 字典生成式：{letter: word.count(letter) for letter in set(word)}

   • 集合生成式：{x for x in word}

2. 費氏數列

   n = int(input("輸入求第幾項費氏數列："))
   a, b = 1, 1
   print(a, b, end=" ")
   for _ in range(2, n):
       a, b = b, a + b
       print(b, end=" ")

3. 完全數檢測

   for num in range(2, 10001):
       factors = [i for i in range(1, num) if num % i == 0]
       if sum(factors) == num:
           print(f"{num} 是完全數")

透過以上範例，程式設計不僅能簡化計算與操作，更能增強我們的邏輯與問題解決能力，歡迎大家多加練習與應用！

 

7.

程序中常要使用函式來進行結構化設計，使程序比較簡樸、易讀、易於除錯，並提供豐富的程序庫支援。

函式概念

1. 函式作用：

   • 將相同功能的程序獨立出來，經由函式呼叫，傳入資料並回傳處理結果。

   • 程序設計師可以使用已寫好的函式，對相同操作不斷利用，如需修改功能，只需更改該函式即可。

2. 函式作用範圍：

   • 其他程序設計師只需知道函式功能、輸入與輸出功能，並不需理解函式實作經過。

3. 函式便於同居程序師協作：

   • 在開發前定計好函式名稱與功能，各自完成函式之後進行整合，達成系統需求功能。

函式寫法

1. 定義函式：

   • 以 def 開頭，作為函式命名的開始。

   • 對應傳入的參數及傳出的資料進行設定，已寫好的函式範圍由所有空格所分。

   • 若需回傳值，使用 return，沒有回傳值的函式可以省略。

2. 呼叫函式：

   • 在程序中參考到函式名稱，通過設定好的參數調用。

   • 該調用可傳入資料，取得處理結果。

範例

基本函式例子

def hi():
    print("Hi")

hi()

def min(a, b):
    return a if a < b else b

print(min(2, 4))

計算長方形面積

def area(x, y):
    return x * y

a = int(input("請輸入長度？"))
b = int(input("請輸入寬度？"))
ans = area(a, b)
print(f"長方形面積為 {ans}")

區域與全域變數

1. 區域變數與全域變數作用範圍：

   • 函式內變數為區域變數，其作用範圍限於函式內。

   • 使用 global 可將區域變數指向全域變數。

範例

g = 5

def f2():
    g = 10
    print(g)

f2()
print(g)

BMI 計算

範例

def BMI(w, h):
    return w / (h * h)

w = float(input("請輸入體重(KG)？"))
h = float(input("請輸入身高(M)？"))
bmi = BMI(w, h)
print(f"BMI：{bmi:.2f}")
if bmi < 18:
    print("體重過輕")
elif bmi < 24:
    print("體重正常")
elif bmi < 27:
    print("體重過重")
else:
    print("體重肥胖")

計算質數

範例

def prime(num):
    if num < 2:
        return False
    for i in range(2, int(num ** 0.5) + 1):
        if num % i == 0:
            return False
    return True

for i in range(1, 101):
    if prime(i):
        print(f"{i} 是質數")

遞迴

範例：階乘

def fac(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * fac(n - 1)

n = int(input("n = "))
print(f"{n}! = {fac(n)}")

範例：最大公因數

def gcd(m, n):
    if m == 0:
        return n
    return gcd(n % m, m)

m = int(input("m = "))
n = int(input("n = "))
print(f"最大公因數：{gcd(m, n)}")

製作定義函式統數列

範例：費布那西數列

def fib(n):
    if n == 1 or n == 2:
        return 1
    return fib(n - 1) + fib(n - 2)

n = int(input("請輸入統數列項數？"))
print(f"統數列第 {n} 項：{fib(n)}")

加速準確設計：裝飾器

範例

Python 模組與腳本程式完整介紹與範例

模組的基本概念

• Python 模組：是以 .py 結尾的檔案，內含 Python 的物件定義與程式碼。

• 模組功能：將相關程式碼組織成單一檔案，促進程式的結構化和重用性。

• 模組匯入：模組可以被其他 Python 程式匯入並使用，提供標準模組庫或自訂模組供呼叫。

模組的結構與使用

1. 模組與函式

   • 模組是更高層次的程式組織單元，可以包含函式、類別和變數。

   • 使用 import 指令匯入模組。

2. 模組的類型

   • 標準模組庫：Python 內建模組，如 math、random，涵蓋數學運算、字串處理、系統操作等常見功能。

   • 自訂模組：由使用者建立的模組，包含自定義的函式與變數。

3. 模組匯入方法

   • 匯入整個模組：import 模組名稱

   • 匯入模組中特定函式：from 模組名稱 import 函式名稱

   • 為模組設置別名：import 模組名稱 as 別名

範例：建立與使用模組

1. 建立簡單模組 support.py

# support.py
status = ["剪刀", "石頭", "布"]

def figure_guess():
    import random
    return random.choice(status)

2. 匯入與使用模組

• 匯入整個模組

import support
print(support.figure_guess())

• 匯入特定函式

from support import figure_guess
print(figure_guess())

• 使用別名

import support as sp
print(sp.figure_guess())

實作：剪刀石頭布遊戲

1. 模組 guess.py

# guess.py
status = ["剪刀", "石頭", "布"]

def figure_guess():
    import random
    return random.choice(status)

2. 主程式 game.py

# game.py
from guess import figure_guess

def run():
    computer = figure_guess()
    my = input("請輸入「剪刀」、「石頭」或「布」：")
    print(f"電腦出：{computer}")
    if my == "剪刀":
        if computer == "剪刀":
            print("平手")
        elif computer == "石頭":
            print("電腦獲勝")
        else:
            print("玩家獲勝")
    elif my == "石頭":
        if computer == "剪刀":
            print("玩家獲勝")
        elif computer == "石頭":
            print("平手")
        else:
            print("電腦獲勝")
    elif my == "布":
        if computer == "剪刀":
            print("電腦獲勝")
        elif computer == "石頭":
            print("玩家獲勝")
        else:
            print("平手")

if __name__ == "__main__":
    for _ in range(10):
        run()

實作：樂透號碼選擇器

1. 說明

• 玩家輸入 5 個 0~99 的樂透號碼。

• 電腦隨機選取不重複號碼。

• 根據猜中號碼數量給予獎金。

2. 程式碼實作

# lotto.py
import random

def lotto_game():
    print("請輸入 5 個 0~99 間的樂透號碼（以空格隔開）：")
    user_numbers = list(map(int, input().split()))
    if len(user_numbers) != 5 or not all(0 <= n <= 99 for n in user_numbers):
        print("輸入不符合規定！請重新執行程式！")
        return

    computer_numbers = random.sample(range(100), 5)
    print(f"電腦選出的號碼：{computer_numbers}")

    matched_numbers = set(user_numbers) & set(computer_numbers)
    matched_count = len(matched_numbers)

    prize = {
        1: 2000,
        2: 5000,
        3: 10000,
        4: 100000,
        5: 1000000
    }.get(matched_count, 0)

    print(f"您猜中的號碼為：{matched_numbers}")
    print(f"您共猜中 {matched_count} 個號碼，獲得獎金：{prize} 元！")

if __name__ == "__main__":
    lotto_game()

 

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def sound(self):
        pass

# 實例化物件
animal = Animal("動物")
print(animal.name)  # 動物

2. 繼承

• 使用基底類別 (Base Class) 擴展功能。

• 使用 super() 呼叫基底類別的方法。

範例程式碼：

class Dog(Animal):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(f"小狗{name}")

    def sound(self):
        return "汪汪叫"

# 實例化子類別物件
dog = Dog("小白")
print(dog.name)  # 小狗小白
print(dog.sound())  # 汪汪叫

3. 覆寫 (Method Overriding)

• 子類別中可以重新定義基底類別的方法。

範例程式碼：

class Bird(Animal):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(f"小鳥{name}")

    def sound(self):
        return "啾啾叫"

bird = Bird("小黃")
print(bird.name)  # 小鳥小黃
print(bird.sound())  # 啾啾叫

Python中的特殊方法 (Special Methods)

特殊方法是一組以雙下劃線開頭和結尾的方法，例如 __init__、__str__、__eq__ 等，用於實現類別的特定功能。

常見特殊方法

1. __init__ (建構子)

   • 初始化物件屬性。

2. __str__ (字串表示)

   • 自訂物件的字串輸出格式。

範例程式碼：

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages

    def __str__(self):
        return f"書名: {self.title}, 作者: {self.author}, 頁數: {self.pages}"

book = Book("Moby Dick", "Herman Melville", 378)
print(book)  # 書名: Moby Dick, 作者: Herman Melville, 頁數: 378

3. __eq__ (相等性判斷)

   • 定義物件相等的條件。

範例程式碼：

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages

    def __eq__(self, other):
        return self.title == other.title and self.author == other.author

book1 = Book("Moby Dick", "Herman Melville", 378)
book2 = Book("Moby Dick", "Herman Melville", 410)
print(book1 == book2)  # True

4. __len__ (物件長度)

   • 定義使用 len() 時的回傳值。

範例程式碼：

class Book:
    def __init__(self, title, pages):
        self.title = title
        self.pages = pages

    def __len__(self):
        return self.pages

book = Book("Moby Dick", 378)
print(len(book))  # 378

Python中的例外處理與自訂例外

1. 基礎例外處理

• 使用 try 和 except 區塊來捕捉例外。

範例程式碼：

try:
    num = int(input("請輸入整數: "))
except ValueError as e:
    print("輸入的不是整數！", e)
else:
    print("輸入的整數是:", num)
finally:
    print("結束程式")

2. 自訂例外類別

• 繼承 Exception 類別並定義自訂例外。

範例程式碼：

class PwdException(Exception):
    def __init__(self, pwd, length):
        super().__init__("密碼長度不足")
        self.pwd = pwd
        self.length = length

try:
    pwd = input("請輸入密碼，長度至少8個字元: ")
    if len(pwd) < 8:
        raise PwdException(pwd, len(pwd))
except PwdException as e:
    print(f"錯誤: {e} (長度: {e.length})")
else:
    print("密碼輸入正確！")

物件導向設計原則總結

1. 利用類別組織程式結構，增加程式的可讀性與重用性。

2. 使用封裝來保護資料，避免不當存取。

3. 透過繼承實現功能擴展與重用。

4. 透過多型提供靈活性，簡化程式碼。

物件導向程式設計提供了強大的工具，幫助我們應對現代軟體開發中的複雜性，讓程式更具彈性與可維護性。