Python 入門教學

Python 是什麼，用來做什麼

Python 是一種高階、動態型別的語言，由 Guido van Rossum 於 1991 年首次發布。程式碼由直譯器執行（參考實作為 CPython），因此不需要獨立的編譯步驟。它常用於資料分析與機器學習（NumPy、pandas、PyTorch）、網站後端（Django、Flask、FastAPI）、自動化腳本、科學運算與程式教學。Python 2 已於 2020 年終止支援，所以請直接學 Python 3。

安裝 Python 並執行 Hello, world

Windows 與 macOS 可從 python.org 下載安裝程式，Linux 則使用套件管理工具安裝。用 python3 --version 確認安裝成功（Windows 上指令通常是 py 或 python）。將下列內容存成 hello.py：

print("Hello, world")

python3 hello.py
# Hello, world

只執行 python3 而不指定檔案，會進入互動式提示字元（REPL），很適合一次試一行程式。

變數與基本型別

對變數賦值即建立變數。你不需要宣告型別，型別由值本身決定，用 type(x) 就能查看。

name = "Ada"
age = 36
height = 1.65
print(f"{name} is {age} years old")  # Ada is 36 years old
print(7 / 2, 7 // 2, 7 % 2)          # 3.5 3 1
print(int("12") + 1)                 # 13

流程控制：if、for 與 while

區塊以冒號開頭，並由縮排界定（慣例為 4 個空格）。for 迴圈可走訪任何序列；range(n) 會產生 0 到 n−1 的數字。

score = 72
if score >= 90:
    grade = "A"
elif score >= 70:
    grade = "B"
else:
    grade = "C"
print(grade)  # B
for i in range(3):
    print(i)  # 0, then 1, then 2
n = 10
while n > 1:
    n = n // 2
print(n)  # 1

函式

以 def 定義函式。參數可以有預設值，呼叫時也可以用名稱傳入引數。沒有 return 的函式會回傳 None。

def greet(name, greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"
print(greet("Lin"))                 # Hello, Lin!
print(greet("Lin", greeting="Hi"))  # Hi, Lin!
square = lambda x: x * x
print(square(5))                    # 25

型別提示（type hint），例如 def area(w: float, h: float) -> float:，可以說明程式意圖，也讓 mypy 等工具檢查程式碼，但直譯器本身不會強制執行。

List、tuple、dict 與 set

nums = [3, 1, 2]
nums.append(5)
nums.sort()
print(nums, nums[0], nums[-1], nums[1:3])  # [1, 2, 3, 5] 1 5 [2, 3]
ages = {"ann": 31, "bob": 25}
ages["cy"] = 40
for person, age in ages.items():
    print(person, age)
print(ages.get("zed", 0))  # 0
squares = [x * x for x in range(5) if x % 2 == 0]
print(squares)  # [0, 4, 16]

最後一行是 list comprehension（串列生成式），這是 Python 的招牌特色之一：用一個運算式就能由迴圈與可選的篩選條件建立 list。dict 與 set 也有相同寫法的 comprehension。

招牌特色：解包、with 與產生器

a, b = 1, 2
a, b = b, a            # swap without a temporary
first, *rest = [1, 2, 3, 4]
print(first, rest)     # 1 [2, 3, 4]
with open("notes.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("line one\n")   # file is closed automatically
def countdown(n):
    while n > 0:
        yield n
        n -= 1
print(list(countdown(3)))  # [3, 2, 1]

with 陳述式會替你執行設定與清理的程式碼（這裡是即使發生錯誤也會自動關閉檔案）。使用 yield 的函式稱為產生器（generator）：它會惰性地一次產生一個值，處理大量資料時可節省記憶體。

以 try 與 except 處理錯誤

錯誤會以例外的形式被拋出。請捕捉你預期的特定例外型別，並用 finally 放置一定要執行的程式碼。

def parse_age(text):
    try:
        age = int(text)
    except ValueError:
        print(f"not a number: {text!r}")
        return None
    if age < 0:
        raise ValueError("age cannot be negative")
    return age
print(parse_age("41"))   # 41
print(parse_age("abc"))  # not a number: 'abc', then None

完整的小程式：單字計數器

這個腳本會讀取命令列指定的文字檔，並印出出現次數最多的五個單字，只使用標準函式庫。

import sys
from collections import Counter
def top_words(path, n=5):
    with open(path, encoding="utf-8") as f:
        words = f.read().lower().split()
    cleaned = [w.strip(".,;:!?\"'()") for w in words]
    return Counter(w for w in cleaned if w).most_common(n)
if __name__ == "__main__":
    if len(sys.argv) != 2:
        sys.exit("usage: python3 count.py FILE")
    try:
        for word, count in top_words(sys.argv[1]):
            print(f"{count:5}  {word}")
    except FileNotFoundError:
        sys.exit(f"file not found: {sys.argv[1]}")

以 python3 count.py notes.txt 執行。if __name__ == "__main__": 這個判斷讓檔案被當成模組匯入時，不會執行腳本的主要部分。

初學者常見錯誤

• 混用 Tab 與空格，或縮排不一致，會導致 IndentationError。請將編輯器設定為插入 4 個空格。
• = 是賦值，== 是比較。只有在與 None 比較時才使用 is（if x is None）。
• input() 一律回傳字串；做數學運算前請先用 int() 或 float() 轉換。
• 用 b = a 並不會複製 list；兩個名稱指向同一個 list。請使用 b = a.copy() 或 b = list(a)。
• 請在虛擬環境（python3 -m venv .venv）中安裝套件，不要裝進系統的 Python。

接下來學什麼

先把官方的 Python Tutorial 走過一遍，再瀏覽 Library Reference，認識 pathlib、json、datetime、itertools 等模組。學會用 pip 與虛擬環境管理第三方套件，並用 unittest 或 pytest 撰寫測試。之後可以選擇方向：網站（Django 或 FastAPI）、資料分析（pandas）或自動化。