《從零開始的Python筆記》Day#1:初見Python

更新 發佈閱讀 12 分鐘
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這篇筆記會從最基本最基礎最簡單的語法開始介紹,請大家務必熟悉每一個語法和功能。

🖥️ Python 簡介與環境設置

在開始寫程式之前,我們還需要建立一個可以寫程式的環境。大家在網路上搜尋相關資料的話會有一堆教你如何快速安裝Anaconda或是0基礎上手VSCode的教學,但我認為這兩個其實真的不是很適合初學者。即使是號稱初學者最友善的Anaconda,其安裝過程中會牽扯到本身電腦環境相關的問題存在,導致有些人一裝就能用,有些人則是搞了半天還是不能用,這情況在指導學員時很常遇到。

💡因此,我會想推薦初學者使用Google Colab做為學習工具,節省很多搞環境的時間。

Google Colab 介紹

Google Colab 是一個由 Google 提供的基於雲端的 Python 互動式開發環境。它非常適合用於學習 Python、機器學習、數據分析以及運行小型到中型的深度學習模型。

什麼是 Google Colab?

  • Google Colab,全名為 Google Collaboratory,是一個基於 Jupyter Notebook 的雲端 IDE(Integrated Development Environment)。
  • 它允許用戶直接在瀏覽器中編寫和執行 Python 程式碼。
  • 提供 免費 GPU(圖形處理器)和 TPU(張量處理器),適合用於機器學習和深度學習相關的開發。

Google Colab 的主要特點

  1. 免費使用
    1. 無需安裝任何軟體,僅需 Google 帳號即可使用。
    2. 範圍內的免費資源,包括 GPU 和 TPU,可用於模型訓練。
  2. 基於雲端的存儲
    1. 任何項目存儲於 Google Drive 中,實現即時保存與分享。
  3. Jupyter Notebook 專業支持
    1. 支援 Python 腳本的 Markdown 語法、可視化結果呈現等。
  4. 豐富的資料夾與圖表集成
    1. 與 Google Drive 集成,方便讀寫檔案。

使用 Google Colab

1️⃣ 開啟 Google Colab

  1. 登錄 Google 帳戶。
  2. 訪問 Google Colab 官方網站,或直接從 Google Drive 中創建新筆記本:
  • 操作路徑:在 Google Drive 中點擊 + 新增 > 更多 > Google Colaboratory

2️⃣ Google Colab 界面介紹

進入 Colab 會看到的基本界面包含以下幾個主要部分:

  • 代碼單元格:
    - 每個單元格可以輸入和執行 Python 代碼。- 點擊單元左側的「▶」按鈕可以執行該單元。
  • Markdown 單元格:
    - 支持撰寫 Markdown 格式的文字,用於編寫說明、註解或報告。- 在單元格類型中選擇 Markdown,即可切換輸入模式。

3️⃣ 新建和執行代碼單元

  1. 點擊上方的 +代碼 按鈕新增代碼單元格。
  2. 輸入你的 Python 程式碼後,點擊左側的  执行。

💡在這種Notebook中有許多方便的快捷鍵可以使用!

4️⃣ 儲存與分享

  • 自動保存:
    - Google Colab 文件會自動保存至 Google Drive 中,無需手動保存。
  • 分享文檔:
    - 點擊右上角的 分享 按鈕,設定權限後就可以分享給其他用戶。

如何將 Google Colab 與 Google Drive 連接?

Google Colab 支持與 Google Drive 整合,這對於存取文件或保存數據非常有效。

1️⃣ 授權 Google Drive

在 Google Colab 中運行以下命令即可掛載 Google Drive:

from google.colab import drive

drive.mount('/content/drive')

💡執行命令後,系統會提示需要授權。在授權頁面選擇你的 Google 帳戶並完成授權。

2️⃣ 掛載完成的文件位置

掛載完成後,你的 Google Drive 文件將出現在 /content/drive/My Drive/ 目錄下,可以直接通過路徑操作 Drive 中的文件。

例如,讀取 Drive 中的文件:

  • 目前預設的文件路徑為 /content/drive/My Drive/filename。
  • 實際的路徑可以在Google Drive中查看

3️⃣ 文件操作案例

掛載成功後可以執行對 Google Drive 文件的操作,如讀取或寫入 CSV 文件。

# 讀取 CSV 文件:

import pandas as pd

file_path = '/content/drive/My Drive/data.csv'
data = pd.read_csv(file_path)# 保存到 Google Drive

file_path = '/content/drive/My Drive/output.csv'
data.to_csv(file_path, index=False)

如何啟用 GPU/TPU?

Google Colab 提供了免費的硬件加速器,如 GPU 和 TPU。

  • 點擊工具欄中的 編輯 > 筆記本設置。
  • 在「硬件加速器」選項中選擇 GPU 或 TPU。

💡啟用後,模型訓練的執行效率大幅提升,特別適合進行人工智慧和深度學習任務。


🔗 Python 的基本執行方式

互動式模式(REPL)

  • 在終端(Terminal)或命令提示字元輸入 python 開啟互動式界面。適合即時測試簡單的程式碼片段。

範例:

>>> print("Hello, Python!")
Hello, Python!

腳本模式

  • 編寫 .py 檔案後終端(Terminal)或命令提示字元執行:
python hello.py

Notebook

  • 在notebook中撰寫程式可以即時輸出結果由
  • 於可以建立多個Cell並且分別做不同任務(如:資料處理、視覺化、模型訓練等),因此很適合資料科學家使用
  • Google Colab、Kaggle Notebook、Jupyter Notebook皆屬於這種形式

🧱 基本語法與規範

輸出函數 print()

用來在終端顯示結果。

print("Hello, World!")
name = "Alice"
print(f"Hi, {name}!") # 格式化字串輸出

輸入函數 input()

接收使用者輸入,回傳資料類型為字串。

name = input("請輸入你的名字: ")
print(f"你好, {name}!")

註解

註解過的程式碼是不會被執行的,可用於說明程式功能。

  • 單行註解使用 #。多行註解使用三對引號 ''' 或 """。
# 這是一個單行註解"""這是一個多行註解"""

PEP 8 編碼規範

為了方便團隊合作與提升可讀性,寫程式時會依照編碼規範來統一撰寫風格,其中PEP8為Python 官方提供的語法風格指導原則。

  • 縮排使用 4 個空格,不要使用 TAB
  • 每行最多 79 字符,若程式碼過長,可使用反斜線 () 或括號將其分成多行
  • 使用清晰的變數/函數名稱
    • 變數和函數名稱:使用小寫字母組成,單詞間以 底線 _ 分隔(稱為 snake_case)
    • 類名稱:使用首字母大寫的駝峰命名法(PascalCase)
    • 常數名稱:使用全大寫字母,單詞間以 底線 _ 分隔
# 正確命名方式
variable_name = "example" # 變數(snake_case)

def my_function(): # 函數(snake_case)
pass

class MyClass: # 類(PascalCase)
pass

MAX_CONNECTIONS = 100 # 常數(全大寫 + 底線)
  • 其餘規範可自行查詢

🔢 變數

Python內建的資料型態如下所示,其中的字串與容器型態會在後續的筆記中介紹。

  • 數值型態:int, float, bool
  • 字串型態:str, chr
  • 容器型態:list, dict, tuple

變數型態轉換

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變數的宣告與指派

和其他程式語言(如:C/C++)不同,Python中的變數不需明確宣告型別,直接賦值即可。

💡變數的型態對於資料科學中的運算非常重要!

基本賦值

x = 10        # 整數
pi = 3.14 # 浮點數
name = "Alice" # 字串
is_happy = True # 布林值

變數的意義

程式碼”x = 10"的解讀是: 將”10"這個值設定給”x”這個變數,等號在此是”設定”的意思,而不是傳統數學上的等於。

因此,如果有使用原本變數做任何運算,都要在賦值回指定的變數,變數的值才會改變。

x = 10 # 將10設定給x
print(x)

x + 10 # 將x的值(10)取出並加上10,沒有賦值動作
print(x)

x = x + 10 # 將x的值取出(10)並加上10,再賦值給x
print(x)

# 輸出
10
10
20

查看變數型別type()

print(type(x))        # <class 'int'>
print(type(pi)) # <class 'float'>
print(type(name)) # <class 'str'>
print(type(is_happy)) # <class 'bool'>



🧮 簡單運算與邏輯

算術運算符

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a = 10
b = 3

print(a + b) # 13
print(a / b) # 3.3333333333333335
print(a // b) # 3 (整數除法)
print(a % b) # 1 (取餘數)
print(a ** b) # 1000 (10 的 3 次方)

比較運算符

比較運算符的功能是用來比較兩個值,運算結果會回傳布林值 (True 或 False)。

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x = 10
y = 20

# 大於與小於
print(x > y) # False
print(x < y) # True

# 等於與不等於
print(x == 10) # True
print(x != y) # True

# 大於等於與小於等於
print(x >= 10) # True
print(x <= y) # True

基本邏輯運算符

邏輯運算符是用於處理布林值邏輯判斷並組合多個條件,運算結果會返回布林值(True 或 False)。

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x = True
y = False

print(x and y) # False,因為 x 為 True,但 y 為 False,所以結果是 False
print(x and True) # True,因為 x 和條件中的 True 都為 True
print(not x) # False, 不是True, 就是False
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Ethan的AI學習筆記
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我是一個不務正業的資料科學家,從零開始學習的路途上跌跌撞撞,跌過許多坑,也撞過許多牆... 當有人迷失方向時,希望這些筆記可以成為你的指南針。
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