一起玩Python程式：新手寫程式也可以這麼簡單！

Week 03: 資料型態與變數 - 掌握變數的藝術！

張傑帆

National Taiwan University

目錄

• 認識Python基本資料型態
• 變數的命名規則與使用方法
• 數學運算符號實戰
• 字串的基本操作與格式化
• 實作溫度轉換計算器
• 綜合實作：Tkinter圖形介面

學習目標

今天我們要掌握Python變數的藝術！

技能解鎖清單：

• 資料型態識別 - 數字、文字、布林值
• 變數操作技巧 - 讓程式記住重要資訊
• 數學運算精通 - 計算機功能升級
• 字串格式化 - 讓文字變得更美觀
• 溫度轉換器 - 實用工具創作
• 圖形介面設計 - Tkinter入門體驗

準備好成為變數大師了嗎？

Let's code!

什麼是資料型態？

生活中的例子

想像你的大腦就像一個超級整理箱：

• 手機號碼 → 數字 (int)
• 零用錢 → 小數 (float)
• 姓名 → 文字 (str)
• 今天有太陽嗎？ → 是/否 (bool)

Python的四大基本型態

age = 18           # 整數 (int)
height = 165.5     # 浮點數 (float)
name = "小明"      # 字串 (str)
is_student = True  # 布林值 (bool)

Python會自動判斷資料型態，超聰明！

整數 (int) - 數字世界的基礎

基本使用

score = 85
age = 16
year = 2024

print("我的分數是:", score)
print("我今年", age, "歲")
print("現在是", year, "年")

浮點數 (float) - 精確的小數世界

基本使用

height = 165.7
weight = 55.2
price = 99.9

print(f"身高: {height} 公分")
print(f"體重: {weight} 公斤")  
print(f"價格: ${price}")

溫度範例

celsius = 25.5
print(f"今天溫度是 {celsius}°C")

# 小數運算
total = 10.5 + 20.3
print(f"總和: {total}")

小提醒

浮點數運算可能有微小誤差，這是二進位的特性！

二進位的誤差

# 二進位浮點數的精度問題示範
print("二進位浮點數的精度問題示範")
print("=" * 60)
print(f"{'原始值':<10} {'實際儲存值':<25} {'四捨五入':<15}")
print("-" * 60)

for i in range(1, 10):
    original = i / 10  # 0.1, 0.2, 0.3, ..., 0.9
    actual = f"{original:.50f}"  # 顯示到小數點後16位
    rounded_diff = round(original) 
    print(f"{original:<10} {actual:<25} {rounded_diff:.16f}")
print()
for i in range(5, 50, 10):
    original = i / 10  # 0.1, 0.2, 0.3, ..., 0.9
    actual = f"{original:.50f}"  # 顯示到小數點後16位
    rounded_diff = round(original)     
    print(f"{original:<10} {actual:<25} {rounded_diff:.16f}")

print("\n 觀察重點：")
print("- 0.1、0.2、0.3 等看似簡單的小數")
print("- 在二進位系統中無法精確表示")
print("- 會產生微小的誤差")
print("- 這就是為什麼 0.1 + 0.2 ≠ 0.3 的原因！")

# 經典範例
print(f"\n經典例子：")
print(f"0.1 + 0.2 = {0.1 + 0.2}")
print(f"0.1 + 0.2 == 0.3 ? {0.1 + 0.2 == 0.3}")
print(f"正確比較方式：abs(0.1 + 0.2 - 0.3) < 1e-10 ? {abs(0.1 + 0.2 - 0.3) < 1e-10}")

為什麼會這樣？

• 十進位 → 二進位 轉換時，某些小數無法精確表示
• 就像 1/3 在十進位中是 0.333... 無限循環
• 0.1 在二進位中也是無限循環：0.0001100110011...

字串 (str) - 文字的魔法世界

建立字串的方法

name1 = "張三"          # 雙引號
name2 = '李四'          # 單引號  
message = """這是
多行字串"""             # 三引號

print(name1)
print(name2)
print(message)

字串基本操作

first_name = "小"
last_name = "明"
full_name = first_name + last_name  # 字串相加
print(full_name)  # 輸出: 小明

greeting = "哈囉" * 3  # 字串重複
print(greeting)  # 輸出: 哈囉哈囉哈囉

字串格式化 - 讓輸出更美觀

三種格式化方法

方法1: f-string (推薦!)

name = "小美"
age = 17
print(f"我是{name}，今年{age}歲")

方法2: .format()

print("我是{}，今年{}歲".format(name, age))

方法3: % 格式化

print("我是%s，今年%d歲" % (name, age))

布林值 (bool) - 是非題的世界

基本概念

is_sunny = True      # 今天有太陽
is_raining = False   # 今天沒下雨
has_homework = True  # 有作業要寫

print("今天天氣好嗎？", is_sunny)
print("需要帶雨傘嗎？", is_raining)

比較運算產生布林值

age = 18
print("是成年人嗎？", age >= 18)  # True
print("還是學生嗎？", age < 25)   # True

score = 85
print("及格了嗎？", score >= 60)  # True

變數命名規則

程式設計師的藝術

變數命名的黃金法則

必須遵守的規則 (法律):

• 只能包含字母、數字、底線 _
• 不能以數字開頭
• 不能使用Python關鍵字 (if, for, class 等)
• 大小寫敏感 (Name ≠ name)

建議遵循的慣例 (禮貌):

• 使用有意義的名稱
• 變數用小寫 + 底線: student_name
• 常數用全大寫: MAX_SCORE = 100
• 布林值用 is_ 或 has_ 開頭: is_pass
• 避免使用 l, O, I (容易混淆)

好的命名方式

student_name = "小明"      # 使用底線分隔(snake_case)
total_score = 95           # 駝峰式命名(camelCase)
PI = 3.14159               # 常數用大寫
is_pass = True             # 布林值用is_開頭

避免的命名方式

1abc = "錯誤"            # 不能數字開頭
class = "錯誤"           # 不能使用關鍵字
a = "不明確"             # 名稱要有意義

命名小技巧

• 見名知意：temperature 比 t 好
• 一致性：都用英文或都用中文拼音
• 有意義：student_count 比 num 清楚

數學運算符號實戰

基本運算

a = 10
b = 3

print("加法:", a + b)      # 13
print("減法:", a - b)      # 7  
print("乘法:", a * b)      # 30
print("除法:", a / b)      # 3.333...
print("整除:", a // b)     # 3
print("餘數:", a % b)      # 1
print("次方:", a ** b)     # 1000

範例

# 計算圓形面積
radius = 5
pi = 3.14159
area = pi * radius ** 2
print(f"半徑{radius}的圓形面積: {area}")

溫度轉換計算器

攝氏轉華氏

def celsius_to_fahrenheit(celsius):
    fahrenheit = celsius * 9/5 + 32
    return fahrenheit

# 使用範例
temp_c = 25
temp_f = celsius_to_fahrenheit(temp_c)
print(f"{temp_c}°C = {temp_f}°F")

華氏轉攝氏

def fahrenheit_to_celsius(fahrenheit):
    celsius = (fahrenheit - 32) * 5/9
    return celsius

# 使用範例  
temp_f = 77
temp_c = fahrenheit_to_celsius(temp_f)
print(f"{temp_f}°F = {temp_c:.1f}°C")

互動式溫度轉換器

功能選擇

print("=== 溫度轉換計算器 ===")
print("1. 攝氏轉華氏")
print("2. 華氏轉攝氏")

choice = input("請選擇功能 (1/2): ")

if choice == "1":
    celsius = float(input("請輸入攝氏溫度: "))
    fahrenheit = celsius * 9/5 + 32
    print(f"{celsius}°C = {fahrenheit:.1f}°F")
    
elif choice == "2":
    fahrenheit = float(input("請輸入華氏溫度: "))
    celsius = (fahrenheit - 32) * 5/9
    print(f"{fahrenheit}°F = {celsius:.1f}°C")

小練習時間

練習1: 個人資料卡

建立一個程式，輸入並顯示個人資料：

# 收集資料
name = input("請輸入姓名: ")
age = int(input("請輸入年齡: "))
height = float(input("請輸入身高(cm): "))
is_student = input("是學生嗎？(yes/no): ") == "yes"

# 美化輸出
print("=" * 30)
print(f"姓名: {name}")
print(f"年齡: {age} 歲")
print(f"身高: {height} 公分")
print(f"學生身份: {'是' if is_student else '否'}")
print("=" * 30)

BMI判斷標準表

練習2: BMI計算器

print("=== BMI 健康計算器 ===")

# 輸入資料
weight = float(input("請輸入體重(kg): "))
height_cm = float(input("請輸入身高(cm): "))

# 計算BMI
height_m = height_cm / 100  # 轉換為公尺
bmi = weight / (height_m ** 2)

# 判斷健康狀態
if bmi < 18.5:
    status = "體重過輕"
elif bmi < 24:
    status = "正常範圍"  
# ...請試著完成

print(f"\n您的BMI值: {bmi:.1f}")
print(f"健康狀態: {status}")

進階：使用者友善的溫度轉換器 加入錯誤處理與迴圈

while True:
    try:
        print("\n=== 智慧溫度轉換器 ===")
        print("1. 攝氏 → 華氏")
        print("2. 華氏 → 攝氏") 
        print("3. 離開程式")
        
        choice = input("\n請選擇功能 (1-3): ")
        
        if choice == "3":
            print("謝謝使用！再見")
            break
            
        elif choice in ["1", "2"]:
            temp = float(input("請輸入溫度: "))
            
            if choice == "1":
                result = temp * 9/5 + 32
                print(f" {temp}°C = {result:.1f}°F")
            else:
                result = (temp - 32) * 5/9
                print(f" {temp}°F = {result:.1f}°C")
                
    except ValueError:
        print(" 請輸入有效的數字！")

Tkinter圖形介面入門 簡單的GUI溫度轉換器

import tkinter as tk
from tkinter import ttk

class TemperatureConverter:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("溫度轉換器")
        self.root.geometry("300x200")
        
        # 輸入框
        ttk.Label(root, text="溫度:").pack(pady=5)
        self.temp_entry = ttk.Entry(root)
        self.temp_entry.pack(pady=5)
        
        # 按鈕
        ttk.Button(root, text="攝氏→華氏", 
                  command=self.c_to_f).pack(pady=5)
        ttk.Button(root, text="華氏→攝氏", 
                  command=self.f_to_c).pack(pady=5)
        
        # 結果顯示
        self.result_label = ttk.Label(root, text="結果將顯示在這裡")
        self.result_label.pack(pady=10)

Tkinter轉換器完整版

    def c_to_f(self):
        try:
            celsius = float(self.temp_entry.get())
            fahrenheit = celsius * 9/5 + 32
            self.result_label.config(
                text=f"{celsius}°C = {fahrenheit:.1f}°F"
            )
        except ValueError:
            self.result_label.config(text="請輸入有效數字！")
    
    def f_to_c(self):
        try:
            fahrenheit = float(self.temp_entry.get())
            celsius = (fahrenheit - 32) * 5/9
            self.result_label.config(
                text=f"{fahrenheit}°F = {celsius:.1f}°C"
            )
        except ValueError:
            self.result_label.config(text="請輸入有效數字！")

# 執行程式
if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = TemperatureConverter(root)
    root.mainloop()

本週總結

今天我們學會了：

• 四大資料型態: int, float, str, bool
• 變數命名藝術: 清楚、有意義、遵循規則
• 數學運算精通: 七種運算符號的使用
• 字串格式化: f-string讓輸出更美觀
• 溫度轉換器: 從基礎到GUI的完整實作
• 運算思維: 抽象化、模式識別、演算法設計

下週預告

下週我們將學習條件判斷與迴圈，讓程式變得更聰明，能做決定和重複工作！

準備好迎接更多挑戰了嗎？

作業：個人化資料處理器

作業要求：

三選一作業

• 任選其一完成即可，選哪個不影響分數

選項一：基礎練習 (適合初學者)

個人資料整理器

• 使用 input() 輸入與顯示個人資料：
  • 姓名、年齡、身高、體重
• 計算並顯示BMI值
• 使用f-string美化輸出格式

選項二：進階應用 (有點挑戰性)

智慧生活助手

• 整合多種功能：
  • 溫度轉換
  • BMI計算
  • 年齡計算 (輸入出生年份)
• 加入選單系統讓使用者選擇功能 (if)
• 包含錯誤處理機制 (try-except)
• 能重複使用直到用戶選擇退出 (while)

選項三：創意發揮 (自由度高)

個人化專案

• 主題：運用本週學到的資料型態和變數概念
• 可能方向：學習進度追踪器、個人理財計算機、運動數據分析器
• 必須包含：四種資料型態、數學運算、字串格式化
• 鼓勵加入GUI介面或創新功能