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Day 1 Python簡介與環境設置

Day 1 Python簡介與環境設置

引言

在當今的科技時代，程式設計已經成為一種重要的技能，無論你是數據科學愛好者、開發者還是人工智慧（AI）研究人員，學習編程都會極大地提高你的競爭力。而在眾多編程語言中，Python憑藉其簡單易學的語法、強大的功能和廣泛的應用場景，成為許多人進入編程世界的首選。本篇文章將帶你了解Python的背景及優勢，並逐步教你如何在不同平台上安裝和設置Python開發環境，最終編寫第一個簡單的Python程式。

為什麼選擇Python？

Python是一門高層次的編程語言，最初於1991年由Guido van Rossum發佈。Python的設計哲學強調代碼的可讀性，並使用縮進來定義代碼區塊，這與許多其他使用大括號的語言有所不同。Python的簡潔語法讓它成為初學者的理想選擇，並且即使是經驗豐富的開發者，也能通過其強大的功能來完成複雜的項目。

Python的優勢如下：

  1. 簡單易學: Python具有清晰、簡潔的語法結構，讓初學者能夠迅速掌握。相比於其他語言，Python的學習曲線相對平緩，不需要太多的複雜概念來開始寫程式。
  2. 廣泛的應用場景: Python的應用範圍非常廣泛，無論是數據科學、網頁開發、人工智慧、機器學習、自動化測試，還是網絡爬蟲，Python都有大量的開源庫和工具支持，並且在這些領域中扮演著關鍵角色。
  3. 豐富的庫和框架: Python擁有龐大的庫生態系統，無論是進行數據分析的NumPy、Pandas，還是進行網頁開發的Django、Flask，亦或是進行深度學習的TensorFlow、PyTorch，Python的庫能夠滿足各種需求，讓開發過程更加高效。
  4. 跨平台支持: Python支持多個操作系統，包括Windows、macOS、Linux，讓程式能夠跨平台運行，不需進行太多改動。這為開發者提供了極大的靈活性，能在任何系統上進行開發和部署。
  5. 龐大的社群支持: Python擁有龐大的開發者社群，這意味著如果在學習或開發中遇到問題，幾乎都能在線上社群、論壇（如Stack Overflow）找到答案或解決方案。這為初學者提供了強大的支持系統，減少了學習過程中的挫折感。

Python的應用場景

隨著Python的流行和強大的功能，許多領域開始廣泛應用Python進行開發和研究。以下是Python在各行各業中的一些應用場景：

  1. 數據科學: Python在數據科學領域的應用越來越廣泛，特別是隨著大數據和人工智慧的興起，數據分析和可視化工具如NumPy、Pandas和Matplotlib成為數據科學家手中的利器。通過這些工具，Python能夠處理和分析龐大的數據集，並進行複雜的統計計算和圖表展示。
  2. 機器學習與人工智慧: Python是機器學習和人工智慧領域的首選語言之一。像TensorFlow、Keras、PyTorch等框架為開發者提供了強大的工具，用以訓練和部署機器學習模型。Python的簡單性讓研究人員可以將更多精力放在研究和算法設計上，而不需要過多關注編程細節。
  3. 網頁開發: 使用Python的開發者可以通過流行的框架如Django和Flask來快速構建強大且靈活的網頁應用。這些框架簡化了網頁開發的過程，讓開發者可以更快地完成項目，而不需要編寫大量重複的代碼。
  4. 自動化腳本與運維: Python的簡單語法使它成為編寫自動化腳本的理想選擇。無論是自動化文件處理、批量操作還是網絡管理，Python都能通過簡單的代碼實現高效的自動化流程，減少人工操作的繁瑣。
  5. 遊戲開發: 雖然Python不是最主流的遊戲開發語言，但它也能用於一些簡單的遊戲開發。像Pygame這樣的庫讓Python可以用於構建2D遊戲，這對於想要快速實現遊戲概念的開發者來說是一個理想的選擇。

如何安裝Python

在開始使用Python編程之前，我們需要先在你的電腦上安裝Python。Python 支持多個操作系統，以下是Windows、macOS和Linux三個主要平台的安裝步驟。

  1. Windows平台

    步驟:

    1. 進入Python官方網站，並點擊 “Download Python” 按鈕。
    2. 下載完成後，打開安裝文件，並勾選 “Add Python to PATH” 選項，這樣可以確保你在命令提示符中能夠直接使用python命令。
    3. 點擊 “Install Now” 開始安裝，安裝完成後你可以在命令提示符中輸入python --version來確認Python是否成功安裝。

    檢查是否安裝成功:

    • 打開命令提示符 (按下 Windows 鍵 + R，輸入cmd)，輸入 python --version，如果成功安裝，會顯示你所安裝的Python版本號。
  2. macOS平台

    步驟:

    1. 打開瀏覽器，進入Python官方網站，並下載適用於macOS的Python版本。
    2. 下載完成後，打開安裝文件並按照提示進行安裝。
    3. 安裝完成後，打開 “終端” 應用，輸入python3 --version來檢查是否成功安裝Python3（macOS通常預裝Python2，但我們推薦使用Python3）。

    檢查是否安裝成功:

    • 在終端中輸入 python3 --version，如果安裝成功，會顯示已安裝的Python3版本號。
  3. Linux平台

    大多數Linux發行版已經預裝了Python，但你可以檢查並更新到最新版本。

    步驟:

    1. 打開終端，輸入以下命令來檢查當前的Python版本： 
      python3 --version
    2. 如果需要安裝或更新Python，可以使用以下命令（以Ubuntu為例）： 
      sudo apt update
sudo apt install python3

    檢查是否安裝成功:

    • 在終端中輸入 python3 --version，確認顯示正確版本號。

使用IDLE與其他IDE開始Python編程

安裝完成後，我們就可以開始編寫第一個Python程式了。Python提供了自帶的IDLE開發環境，這是一個簡單的IDE（集成開發環境），適合初學者快速上手。但除了IDLE，還有其他更強大的IDE可以選擇，如Visual Studio Code (VS Code) 和 PyCharm。

  1. 使用IDLE

    IDLE是Python內建的開發環境，簡單易用，適合新手快速開始編寫代碼。

    步驟:

    1. 打開IDLE，會進入一個互動式的Shell界面，在這裡可以立即執行Python代碼。
    2. 點擊 “File” -> “New File” 創建一個新的Python文件。
    3. 在新文件中輸入以下代碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 點擊 “Run” -> “Run Module” 或按下F5執行代碼，你會在Shell窗口中看到輸出Hello, World!。
  2. 使用Visual Studio Code (VS Code)

    VS Code是一款輕量級但功能強大的開發工具，支持多種編程語言，包括Python。VS Code具有強大的擴展功能和代碼自動補全，非常適合進階的開發者。

    步驟:

    1. 下載並安裝Visual Studio Code。
    2. 安裝完成後，打開VS Code，點擊 “Extensions” 圖標，搜尋 “Python”，並安裝Python擴展。
    3. 創建一個新的.py文件，並輸入以下代碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 保存文件，然後按下 Ctrl + F5 運行代碼，會在VS Code的終端窗口中看到輸出。
  3. 使用PyCharm

    PyCharm是一款專門為Python開發設計的IDE，具有強大的代碼編輯和調試功能，適合進行大型項目開發。

    步驟:

    1. 下載並安裝PyCharm。
    2. 安裝完成後，創建一個新的Python項目，並創建一個.py文件。
    3. 在文件中輸入以下代碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 點擊 “Run” 按鈕運行代碼，會在底部的控制台看到輸出結果。

簡單編寫第一個Python程式 (Hello World)

無論你使用哪種IDE，編寫第一個程式的過程都非常簡單。在Python中，我們只需要使用print()函數就可以輸出信息到控制台。這是每個編程語言的傳統入門程式——輸出”Hello, World!”。這個簡單的程式向你展示了Python的語法簡潔和易用性。

print("Hello, World!")

運行此程式後，控制台會輸出Hello, World!。這意味著你已經成功設置好Python開發環境，並編寫了你的第一個Python程式。

結語

至此，你已經了解了Python的背景和優勢，並且成功在你的操作系統上安裝了Python開發環境。無論是使用IDLE還是更強大的IDE如VS Code或PyCharm，你都可以開始進行Python編程。接下來，我們將深入學習Python的基本語法，從變數到數據類型，幫助你逐步掌握這門強大的編程語言。

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