作業回顧與解題：最佳實作與除錯技巧

Week 16: 作業檢視、回顧與統整

張傑帆

National Taiwan University

目錄

• 作業常見錯誤大解析
• 優良作業範例分享
  • HW5 優良範例
  • HW6 優良範例
• 程式碼重構與優化技巧
• 除錯與測試方法

• 本週總結

學習目標

本週我們將化身「程式偵探」，一起檢視過去的作業，從錯誤中學習、向優秀作品取經！
你將學會：

• 辨識常見錯誤與最佳實作模式
• 練習程式碼重構與優化
• 掌握除錯與測試的實用技巧

一、作業常見錯誤大解析 1/2

常見繳交問題：

• 未填寫姓名：作業檔案或表單未標註學生姓名，導致無法辨識作者。
• 未標註學校名稱：缺少學校資訊，影響成績統計與歸檔。
• 檔案未成功上傳：檔案遺漏、格式錯誤或雲端連結失效，導致老師無法開啟。
• 檔名格式錯誤：未依規定命名（如缺少班級、姓名、作業編號），容易混淆。
• 內容不完整：僅上傳部分檔案或缺少必要說明文件。
• 未依規定格式繳交：如應繳 .py 檔卻上傳 .txt 或圖片檔。

建議：繳交前請再次確認檔案內容、命名與上傳狀態，避免影響成績。

一、作業常見錯誤大解析 2/2

常見問題：

二、優良作業範例分享

本週我們分別從HW5與HW6挑選優良範例，說明其設計亮點與可改進處。

【HW5】優良範例

範例一：台東女中蔡同學的學習追蹤系統

# 主程式 main.py 節錄
import tkinter as tk
from study_logger import StudyLogger
from stats_plotter import StatsPlotter
# ...existing code...
def record_study():
    subject = subject_entry.get().strip()
    time_val = time_entry.get().strip()
    # ...existing code...
    msg = logger.log_study(subject, minutes)
    # ...existing code...
    update_chart()
# ...existing code...
def update_chart():
    # ...existing code...
    for subject, mins in subjects.items():
        filtered[subject] = filtered.get(subject, 0) + mins
    # ...existing code...

優點：

• 介面美觀，功能完整（記錄、查詢、匯出、圖表）。
• 程式結構清楚，資料儲存與繪圖分離，易於維護。
• 有例外處理，使用者體驗佳。

可改進處：

• 主程式與GUI邏輯仍有部分耦合，可再進一步模組化。
• 資料檔案路徑可考慮集中管理，便於部署。

範例二：高雄中山工商趙同學的函式工具模組

def add(a, b):
    return a + b

def square(n):
    return n ** 2

def divide(a, b):
    if b == 0:
        return "錯誤：除數不能為 0"
    return a / b

def average(numbers):
    if not numbers:
        return 0
    return sum(numbers) / len(numbers)
# ...existing code...

優點：

• 每個功能獨立成函式，易於重複使用與測試。
• 有處理除以零、空清單等例外情境。
• 測試區塊明確，方便驗證功能。

可改進處：

• 若能加入型別註解與更詳細的說明，會更易於維護。
• 可以將錯誤訊息改為丟出例外，讓呼叫端決定如何處理。

範例三：台南二中張同學的繪圖模組

def create_chart(
    data: Dict[str, Union[int, float]],
    chart_type: str = 'bar',
    # ...existing code...
):
    # ...existing code...
    if chart_type == 'bar':
        bars = ax.bar(categories, values, color=colors, edgecolor='white', linewidth=1.2, alpha=0.9)
        # ...existing code...
    elif chart_type == 'line':
        ax.plot(categories, values, marker='o', linewidth=3, markersize=8,
                color=colors[0],
                markerfacecolor='white', markeredgewidth=2)
        # ...existing code...
    # ...existing code...

優點：

• 支援多種圖表型態（bar/line），參數彈性高。
• 有型別註解與詳細註解，易於理解與擴充。
• 預設顏色主題與自訂標註，視覺效果佳。

可改進處：

• 若能將資料驗證與錯誤處理再加強，會更好。
• 測試資料與主程式可分離，利於模組重用。

【HW6】優良範例

範例一：台東女中蔡同學的學生成績分析系統

class StudentSystem:
    def load_csv(self):
        path = filedialog.askopenfilename(filetypes=[("CSV Files", "*.csv")])
        # ...existing code...
        self.df = pd.read_csv(path)
        # ...existing code...
        self.refresh_table()
        messagebox.showinfo("成功", "CSV 載入完成！")

    def calculate(self):
        if self.df is None:
            messagebox.showwarning("錯誤", "請先匯入 CSV！")
            return
        subjects = ["國文", "英文", "數學", "自然", "社會"]
        self.df[subjects] = self.df[subjects].apply(pd.to_numeric, errors="coerce").fillna(0)
        self.df["總分"] = self.df[subjects].sum(axis=1)
        self.df["平均"] = self.df["總分"] / len(subjects)
        self.df["排名"] = self.df["總分"].rank(ascending=False, method="min").astype(int)
        # ...existing code...

優點：

• 介面美觀，功能齊全（匯入、計算、圖表、儲存）。
• 有資料驗證與例外處理，使用者體驗佳。
• 成績計算、排名、等第分類等功能模組化，易於維護。

可改進處：

• 若能將資料處理與UI進一步分離，會更利於擴充。
• 可考慮增加單元測試，確保每個功能正確。

範例二：台南南科實中唐同學的進步分析與圖表

# 進步幅度與圖表分析
df['期中考_總分'] = df[[f'{s}_期中考' for s in SUBJECTS]].sum(axis=1)
df['期末考_總分'] = df[[f'{s}_期末考' for s in SUBJECTS]].sum(axis=1)
df['總分進步幅度'] = df['期末考_總分'] - df['期中考_總分']
df['期中考_排名'] = df['期中考_總分'].rank(method='min', ascending=False).astype(int)
df['期末考_排名'] = df['期末考_總分'].rank(method='min', ascending=False).astype(int)
# ...existing code...
plt.figure(figsize=(14, 7))
rects1 = plt.bar(x - width/2, df['期中考_總分'], width, label='期中考總分', color='lightgray')
rects2 = plt.bar(x + width/2, df['期末考_總分'], width, label='期末考總分', color=progress_color)
plt.axhline(pass_line, color='green', linestyle='--', linewidth=1, label=f'總分及格線 ({pass_line} 分)')
# ...existing code...

優點：

• 進步幅度、排名、各科進步等指標計算完整。
• 圖表豐富，能清楚呈現進步/退步、及格線、各科趨勢。
• 程式有詳細註解，易於閱讀與學習。

可改進處：

• 若能將資料分析與繪圖封裝成函式，主程式會更精簡。
• 可考慮將檔案路徑、參數集中管理，提升彈性。

三、程式碼重構與優化技巧

• 抽出重複邏輯：將重複的程式片段包裝成函式，主程式更簡潔。
• 語意明確命名：變數、函式名稱要能一眼看懂用途。
• 善用內建工具：如 sum, max, min, enumerate, zip 等，讓程式更精煉。
• 逐步測試：每完成一小段就測試，錯誤容易定位。

四、除錯與測試方法

運算思維總整理

• 模式識別：觀察並歸納常見錯誤與優良寫法，建立解題經驗。
• 演算法設計：思考如何用更簡潔、有效率的方式解決問題。
• 問題拆解：將大問題分割成小步驟，逐一處理，降低複雜度。
• 抽象化：找出問題的本質，設計通用的解決方案或函式。
• 測試與修正：透過測試驗證結果，持續修正與優化程式。

本週總結

• 學會從錯誤中成長，欣賞同儕的優秀解法
• 練習除錯、重構與優化技巧
• 為期末專案打下堅實基礎！

※先想一下期末專案要做什麼吧！