一天學會 Python--從零開始徹底精通Python 程式語言，親手乒乓球遊戲實作，親手人機界面影像處理實作

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1.下載及安裝Python軟體

1-1.在Mac下載及安裝Python軟體

使用pip install 套件名稱

• 安裝套件

• pip install 套件名稱

• 解除安裝套件

• pip uninstall 套件名稱

• 檢視目前系統已經安裝的套件

• pip list

安裝Anaconda,Numpy,Matplotilib

在Mac選取Launchpad打開Anaconda Navigator

在Mac可以選取Spider或jupyter notebook來執行

1-2.在Window 10下載及安裝Python軟體

在Window 10下載及安裝Python軟體

• 在Window 10下載及安裝Python軟體

這是安裝程式軟體的路徑,預設是安裝在C:\Programs目錄下

在Window 10打開Python開發環境

這是Python的Shell直譯器

按下win鍵,選取命令提示字元

在命令提示字元下輸入python

進入python直譯器

離開python直譯器輸入exit()

• 在Windows 10安裝Anaconda

安裝Anaconda,Numpy,Matplotilib

選取Python 3.6版本

使用conda安裝模組

選取Spider

選取Jupyter Notebook

1-3下載及安裝PyCharm

在Mac下載及安裝PyCharm

安裝完Python後,設定直譯器路徑

Pycharm可以使用Python和Jupyter notebook的檔案

在Pycharm新增函式庫

在Windows 10下安裝Pycharm

下載Community版

2.Python直譯器與計算機

• Mac電腦/usr/local/bin

• Windows電腦C:\python36

• set path=%path%;C:\python36

• 這是設定utf-8-*-編碼

• #-*- coding: utf-8 -*-　

• #是註解符號

• 輸入python執行

• $ python

變數資料型態

• • 整數

  • 浮點數

  • 字串

• 運算式是由運算子與運算元組成

• +加-減*乘/除是運算子,先乘除後加減的結合優先順序

• 運算元是變數,數字,字串和資料結構

• =是分配符號,將右邊的值分配給左邊變數

2-1資料型態

Python支援的資料型態:

浮點數(floating point)

字元(char)

整數(integer)

物件(object)

布林常數(Boolean)

空值(null)

字串(string)

2-1-1整數

• 十進位

• >>> 88888

• 88888

• >>> 99999

• 99999

• >>> 1000

• 1000

• >>> 10

• 10

• >>> 15

• 15

整數位元運算子

資料型態轉換成整數使用int()函數

整數int的數值大小,可以無窮大無窮小

2-1-2布林資料型態

• 有True和False兩種布林資料型態

2-1-3浮點數型態

• Python提供三種浮點數值,float,complex和標準函式庫的decimal.Decimal三種型態

• 3.14159

• 1.0e9=1000000000

• 1.0e-3=0.001

• 將其它資料類型轉成浮點數使用float()

Complex複數

• 複數資料型態包含一對float浮點數,表現實數和虛數j.

• >>> z=58-3.14159j

• >>> z.real

• 58.0

• >>> z.imag

• -3.14159

Decimal數字

• Decimal數字,它的精確度是由我們來指定.

• Decimal的引數可以是整數,或是字串.但不可以是浮點數,因為浮點數IEEE754的表達方式可能會有誤差.

2-1-4字串

• 可以使用雙引號”或單引號’包起來的字串

• >>> "林小寶"

• ‘林小寶'

• >>> '林曉雯'

• ‘林曉雯'

多行文字包三重引號在裡面

將其他資料型態轉成字串使用str()函數

• \n為換行

• \tab 為空tab鍵

• \’代表單引號

• \”代表雙引號

• \\代表反斜線

用[]符號來擷取字元

2-1-5物件類別

• 類別是抽象的，而物件就是類別的實體。

• 物件也是Python的資料型態。

• 類別class的實體就是物件型態

• >>> a='justin'

• >>> type(a)

• <class 'str'>

• >>> x=5

• >>> type(x)

• <class 'int'>

• >>> y=8.9

• >>> type(y)

• <class ‘float’>

2-2識別名稱

每一個變數都有識別名稱。

我們變數宣告時，就是給該變數一個識別名稱。

所有的識別名稱是由字元、數字、下底線(_)所組成。

Python是有大小寫的區隔，a和A是不一樣的變數。

2-3運算式與運算子

邏輯運算子

關係運算子

算術運算子

2-3-1邏輯運算子

• 邏輯運算子and,or,not

Python提供了三個邏輯運算子and,or,not.可以使用短路邏輯short-circuit邏輯

運算式出現在布林中,求值結果就是布林值

• 身份運算子is

• 成員運算子in

對於群集資料數組,串列和陣列,我們可以使用in運算子來測試隸屬關係

2-3-2關係運算子

比較運算子和邏輯運算子所得到的結果就是一個布林值(True或False)

2-3-3算術運算子

2-4運算子結合優先順序

運算子優先順序,先乘除後加減

2-5數字，字串與變數

變數名稱只能使用小寫字母(a到z),大寫字母(A到Z),數字(0到9),底線(_)

名稱的第一個字元不能用數字,Python會將底線開頭的名稱視為特殊用途(例如__main__)

3.資料結構

• 變數

• 運算式與運算子

• 串列

• 堆疊

• 佇列

數組tuple,集合set和字典

• 可以用數組tuple來儲存固定的元素,使用小括號()來建立一數組tuple

• 集合的元素放置沒有按照順序,可以使用{}大括號來建立一集合Set

• 集合加上索引就是字典{索引:值}

4.控制結構

• 布林運算式,布林值為True或False

• 在if敘述中，條件後的敘述只執行一次，而在while敘述中，則可執行一次以上。

• While敘述的程序圖形中.選取結構和循序結構，都只執行程式敘述一次，如果我們要讓同一行程式重複執行好幾遍則要用迴圈敘述。

• 迴圈敘述可以重複執行某一段程式好幾遍，直到條件的不成立才跳出這個迴圈。

• 選取結構if

• 語法if:

• if 條件運算式:

•     程式敘述1

• else:     

•     程式敘述2

• 迴圈結構while,for

• 語法:

• for  計數變數  in range(起始值,終始值):

• 程式敘述

邏輯運算子

• 邏輯運算子可以結合條件，以一個表達式判斷許多條件，而這些條件的結果不是真True就是假False。

• and稱為”與邏輯運算子”，只有當所有條件都成立時才會回傳真True，否則回傳假False。

• or稱為或邏輯運算子，只要運算式中一個條件成立就會回傳真True，只有當所有的條件都為假Fasle時，才會回傳假False。

• not為相反邏輯運算子，真True的條件加上not相反邏輯運算子時，就會變成假False﹔當假False的條件加上not相反邏輯運算子時，就會變成真True。

一個選擇的if敘述

• if 條件:

         敘述

巢狀的if敘述與多重選擇決策

• 在這個例子中有5個等級來做選擇，就叫做多重選擇。

• 語法:

• if (條件1):

  • 敘述1

• elif (條件2):

  • 敘述2

• elif (條件3):

  • 敘述3

• elif (條件4):

  • 敘述4

• else (條件5):

  • 敘述5

迴圈結構for

• Python提供for敘述作為迴圈，除了迴圈主體敘述(statement)，還有迴圈的條件結構。

迴圈結構while

• 在if敘述中，條件後的敘述只執行一次，而在while敘述中，則可執行一次以上。

5.函數

將多個複雜的程式區塊包在函數裡面,這樣在需要時,可以重複呼叫它.

遞迴函數是自己呼叫自己的函數,有最終值,開始回傳.

pass敘述沒做任何事

預設參數值

使用者自訂函數

區域變數的生存空間

• 函數的參數為區域變數.函數的參數生存空間只在函數的範圍內

• 在函數內定義的變數,其作用範圍在函數內

遞迴函數

• 我們可以將費氏級數定義成。

• 遞迴函數有兩個條件。一個是最終遞迴的值，然後開始回傳；一個就是遞迴函數的運算式。這兩個條件就可以組成遞迴函數。fib()最終的值是fib(0)=0和fib(1)=1；遞迴函數的運算式是fib(index)=fib(index -1)+fib(index-2);。

函數參數與引數

• 費氏係數使用迴圈方式實作

• 函數的名稱和參考位址

• 參數預設值的給值

• 當函數預設值是物件參考時

• 函數呼叫,每次重新分配串列物件

• 關鍵字引數

• 函數參數*name接受實體tuple,函數參數**name接受字典

• *args代表任意數量的引數

• Lambda運算式

• Lambda關鍵字可以建立傳回一個匿名函數

• 使用Lambda運算式當回傳匿名函數

• 文件字串

套件模組

• 自訂套件模組

我們可以在開設的forecastModule目錄中放__init__的檔案，這樣 Python 就會將這個forecastModule目錄當作一個套件，而這個目錄名稱就是套件名稱，__init__可以是空的檔案

• 模組搜尋路徑

Python會到sys標準模組的path變數內的一串目錄名稱串列去搜尋

第一行空白行是一個’’空字串,代表目前檔案的目錄

Python內建字串相關函數

• len()函數取得字串長度

• split()函數來使用分隔符號來將字串分解成短字串的串列

• join()函數將字串串列串成一個字串

• +運算子連接字串

• *用來複製字串

6.類別

成員屬性與成員方法

類別和實體變數

• ＿init__(self,..)為建構函數,實體化物件時會呼叫它

• self為自己這個物件

• __init__(self)建構物件, __del__(self)解構物件

Python 精通程式語言  類別

• 類別class與封裝

類別是抽象的，而物件就是類別的實體。在這我們將介紹物件類別圖來解釋類別。

物件導向程式設計(object oriented programming簡稱OOP)有幾個特色，分別為類別封裝、繼承inheritance、多型polymorphism。

資料封裝指的是在類別成員(資料欄或方法)宣告存取控制。使用公用public、私有者__，私有者__只有本類別的方法允許使用，公用者public任何類別都允許存取。

衍生類別為本類別的次類別(subclass)或稱為子類別、延伸類別(extended class)，本類別稱為子類別的父類別(super class)或稱為父類別(祖先類別)。

• 建構函數__new__()

當我們建立物件時，我們常要初始化物件的實體變數。初始化實體變數，是最經常看到的初始化。建構子是當我們使用＿new__()來新增類別實體時，Python會自動執行該函數，以便初始化物件__init__()。

x=Complex(3.0,4.0)，Python會先呼叫__new__()來建立Complex(3.0,4.0)物件,然後會呼叫__init__()來初始化Complex物件

建立物件第一步是新增變數x。第二步驟是Complex(3.0,4.0)，也就是新增Complex(3.0,4.0)類別的物件，在主記憶體上為它配置空間。第三步驟是將剛剛在記憶體上新增物件的位置給x變數，這樣就完成參考(物件位置的分配)，也就是將物件的位置給Complex類別型態的x變數。

• 封裝

物件需要封裝，來確保資料不會直接被不正當的存取。

物件需要封裝於其它的系統。物件應該只開特定的方法來和程式其它部份交談，以確保程式的穩定性。

這些方法定義了介面，為物件和使用它們程式間的介面。

使用者clinet應該呼叫物件object的方法，而再使用物件的方法來存取物件object內部的資料。

這是確保物件資料的安全性。使用者不直接存取object物件資料，而透過方法介面去存取。

Python並沒有強制資料成員一定要被封裝。

Class Private 是以二個下底線 __ 開頭，而且不超過一個下底線 _ 結尾的的變數名稱，例如 __name 或 __tricks，但是__init__() 就不是 class private，但這種兩個下底線開頭和結尾叫特殊方法

7.繼承

• class 子類別(父類別1,父類別2,父類別3,..):       

•       敘述1

•       敘述2

• 當子類別繼承 (inheritance) 超過一個來源的時候，會以寫在最左邊的父類別優先繼承，多個父類別如果有相同名稱的屬性 (attribute) 與方法 (method) ，就會以最左邊的父類別優先。

多型:子類別和父類別有同名的getEngine()名稱

Python 精通程式語言  繼承

• 物件導向程式語言

物件導向程式設計中，繼承是一個很重要的特色，它是讓軟體模組可以再使用的一個機制。當建立類別時，我們可以使用繼承機制來使用已存在類別的屬性和方法。這已存在的類別，我們稱為父類別或基礎類別，而使用它的類別稱為子類別或延伸類別。

衍生類別為本類別的次類別(subclass)或稱為子類別。延伸類別(extended class)，本類別的延伸類別稱為上層類別(super class)或稱為父類別(祖先類別)。

• 父類別和子類別

• 父類別與子類別的關係

物件導向的優點之一繼承(程式可重複再使用性)。父親和兒子有相同的基因，有相同的血型和，而且思想行為都很相似，這就是繼承。在程式設計中，父親有的兒子就可以繼承，因此程式碼可以不用再寫，這樣就降低了相同的程式重複出現，而降低軟體程式的大小。因此不要重複的使用相同的程式碼，是物件導向繼承的重點。

物件導向程式設計另外一個重點是封裝。為了降低模組與模組之間，類別與類別之間的存取複雜度，因此要將資料封裝起來，以免造成資料存取的不一致性。資料的存取，只能在該類別中。要存取另外一個類別的資料，最好透過該類別的函數或者管理類別來存取，來保證資料存取的安全與一致性。

• 多型、動態聯繫

子類別是父類別的特殊化，每一個子類別的實體都含有父類別的實體。例如每一個外聘員工都是員工，但，不是每個員工都是外聘員工。子類別的物件可以用來當作父類別型態的物件。這個就稱為多型(Polymorphism)。

• 實作繼承,多型

Circle類別改寫Point類別__repr__()方法,多型

repr()函數會對給定的物件呼叫__repr__()特殊方法

8.異常或錯誤處理

使用raise關鍵字丟出例外

開啟,關閉及寫入檔案

檔案處理

• fp=open(‘檔案名稱’,’檔案開啟模式’)

9.使用matplotlib畫圖

• Matplotlib.pyplot是畫圖的命令集合函數.每一個pyplot函數可以建立或修改圖形

10.Python 資料結構與畫圖簡介 

• •數組tuple和集合set

• •Scipy科學函數庫

• •numpy模組建立矩陣

• •Pandas資料結構

• •Matplotlib畫圖

11.數組tuple和集合set和Scipy科學函數庫

• 可以用數組tuple來儲存固定的元素,使用小括號()來建立一數組tuple

• 集合的元素放置沒有按照順序,可以使用{}大括號來建立一集合Set

• Scipy模組提供科學運算及線性代數的運算模組

12.numpy模組建立矩陣

• •numpy模組建立矩陣

• •矩陣運算

• •reshape()改變陣列的長寬

• •np.zeros((10,3))產生10*3的矩陣

13.Pandas資料結構

• •使用pip install安裝pandas

• •Pandas讀取csv

• •讀取台灣加權股價指數csv檔,big5編碼

• •Series序列資料

• •pandas的DataFrame

• •資料選擇與篩選

• lambda可調式參數

14.Matplotlib畫圖2

• •Matplotlib畫圖

• •plt.plot([1,2,3,4])預設是X軸

• •# ‘r—'紅色虛線,'bs'藍色矩形,'g^'綠色三角形

• •scatter()散點圖函數

• •meshgrid()函數畫網格

15.資料及檔案處理

• 檔案處理

• 開啟,關閉及寫入檔案

• 讀取檔案

• 讀寫資料

• 開啟寫入文字檔模式wt

• 開啟寫入二進位檔模式wb

• 用with來關閉檔案

• 文字檔案結構JSON

• ensure_ascii=False,indent=2設定dump為中文字

16.人機界面及影像處理

• 人機界面Tkinter

在圖形化介面，一個事件代表了一些動作，例如按下按鈕，拖拉滑鼠，在鍵盤上按下按鈕，在視窗上按下關掉視窗的按鈕，或者是任何期望引發回應的動作。

從tkinter人機界面套件輸入所有模組

from tkinter import *

#建立最上層視窗        

root = Tk()

Tkinter事件處理

Tkinter選單

Tkinter影像圖片

使用pip安裝pillow

Tkinter滑鼠鍵盤事件

• Pillow影像處理

使用pip安裝pillow

RGB三顏色與像素

使用PIL套件的Image物件

使用Image圖片的crop()函數來切割圖片

複製圖片並且貼上圖片

調整圖片長寬

將本目錄的所有圖片都加上PNG.png圖片

20.Python遊戲設計

• 乒乓球遊戲

遊戲開始按下空白鍵

乒乓球掉到底下,乒乓球減少一顆

乒乓球撞到灰色磚塊可以消滅磚塊

球撞到黑色磚塊會變灰色磚塊

磚塊全部撞完,你贏囉

遊戲結束囉

• 人機界面Tkinter

在圖形化介面，一個事件代表了一些動作，例如按下空白鍵按鈕，在鍵盤上按下左右鍵按鈕，在視窗上按下關掉視窗的按鈕，或者是任何期望引發回應的動作。

• 乒乓球遊戲實作

MyGameObject類別

MyBall繼承自MyGameObject類別

MyPaddle類別繼承自MyGameObject類別

MyBrick類別繼承自MyGameObject類別

MyGame類別繼承自Frame類別

開始遊戲