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Day 1 Python 簡介與環境設定

Day 1 Python 簡介與環境設定

引言

在現在的科技環境裡，程式設計已經是一項重要技能。無論你是對資料科學有興趣、想成為開發者，或是想踏入人工智慧（AI）領域，學會寫程式都能明顯提升你的競爭力。在眾多程式語言中，Python 因為語法簡單、功能強大、應用範圍廣泛，成為許多人進入程式世界的第一選擇。這篇文章會帶你認識 Python 的背景與優勢，並一步步教你在不同系統上安裝與設定 Python 開發環境，最後寫出第一支 Python 程式。

為什麼選擇 Python？

Python 是一種高階程式語言，由 Guido van Rossum 在 1991 年發布。Python 的設計哲學強調程式碼的可讀性，並用縮排來定義程式區塊，這點和許多使用大括號的語言不同。簡潔的語法讓它成為初學者的理想選擇；就算是經驗豐富的開發者，也能用它完成複雜的專案。

Python 的優勢如下：

  1. 簡單易學：Python 的語法清楚、結構簡潔，初學者很快就能上手。和其他語言相比，學習曲線相對平緩，不需要先弄懂一堆複雜觀念，就能開始寫程式。
  2. 應用範圍廣泛：從資料科學、網頁開發、人工智慧、機器學習、自動化測試到網路爬蟲，Python 都有大量開源函式庫與工具支援，而且在這些領域都扮演關鍵角色。
  3. 豐富的函式庫與框架：Python 的函式庫生態系非常龐大。做資料分析有 NumPy、Pandas；開發網站有 Django、Flask；做深度學習有 TensorFlow、PyTorch。各種需求幾乎都能找到對應的套件，讓開發更有效率。
  4. 跨平台支援：Python 支援 Windows、macOS、Linux 等作業系統，程式通常不需要太多修改就能跨平台執行，讓開發與部署更有彈性。
  5. 活躍的社群：Python 擁有龐大的開發者社群。學習或開發上遇到問題，幾乎都能在社群與論壇（例如 Stack Overflow）找到答案，對初學者來說是很強的後盾，也能減少卡關時的挫折感。

Python 的應用領域

Python 的流行與強大功能，讓許多領域都開始大量使用它。以下是幾個常見的應用方向：

  1. 資料科學：隨著大數據與人工智慧興起，資料科學大量使用 Python。NumPy、Pandas 與 Matplotlib 等工具能處理和分析龐大的資料集，進行統計運算與圖表呈現。
  2. 機器學習與人工智慧：Python 是機器學習與人工智慧領域的首選語言之一。TensorFlow、Keras、PyTorch 等框架提供強大的工具來訓練與部署模型；簡潔的語法也讓研究人員能把心力放在演算法與研究上，而不是繁瑣的程式細節。
  3. 網頁開發：透過 Django、Flask 等框架，開發者可以快速打造功能完整、有彈性的網站與網頁應用程式，不必重複撰寫大量程式碼。
  4. 自動化腳本與維運：簡單的語法讓 Python 非常適合撰寫自動化腳本。不論是批次處理檔案、自動化例行操作或網路管理，都能用簡短的程式完成，省下大量人工。
  5. 遊戲開發：Python 不是主流的遊戲開發語言，但透過 Pygame 這類函式庫，也能用來開發簡單的 2D 遊戲，很適合快速驗證遊戲概念。

如何安裝 Python

開始寫程式之前，得先在自己的電腦上安裝 Python。Python 支援多種作業系統，以下是 Windows、macOS 與 Linux 三個平台的安裝步驟。

  1. Windows 平台

    步驟：

    1. 進入 Python 官方網站（python.org），點選「Download Python」按鈕。
    2. 下載完成後，開啟安裝檔，並勾選「Add Python to PATH」，這樣就能在命令提示字元中直接使用 python 指令。
    3. 點選「Install Now」開始安裝。安裝完成後，可以在命令提示字元輸入 python --version 確認是否安裝成功。

    檢查是否安裝成功：

    • 打開命令提示字元（按 Windows 鍵 + R，輸入 cmd），輸入 python --version。如果安裝成功，會顯示你安裝的 Python 版本號碼。
  2. macOS 平台

    步驟：

    1. 打開瀏覽器，進入 Python 官方網站，下載 macOS 適用的安裝檔。
    2. 下載完成後，開啟安裝檔並依照畫面指示安裝。
    3. 安裝完成後，打開「終端機」，輸入 python3 --version 檢查是否安裝成功。（新版 macOS 已經不再內建 Python，請自行安裝 Python 3。）

    檢查是否安裝成功：

    • 在終端機輸入 python3 --version，如果安裝成功，會顯示已安裝的 Python 3 版本號碼。
  3. Linux 平台

    大多數 Linux 發行版都已經內建 Python，你可以先檢查版本，必要時再更新。

    步驟：

    1. 打開終端機，輸入以下指令檢查目前的 Python 版本： 
      python3 --version
    2. 如果需要安裝或更新 Python，可以使用以下指令（以 Ubuntu 為例）： 
      sudo apt update
sudo apt install python3

    檢查是否安裝成功：

    • 在終端機輸入 python3 --version，確認顯示正確的版本號碼。

使用 IDLE 與其他 IDE 開始寫程式

安裝完成後，就可以開始寫第一支 Python 程式了。Python 內建 IDLE 這個簡單的整合開發環境（IDE），很適合初學者快速上手。除了 IDLE，也可以選擇功能更完整的 Visual Studio Code（VS Code）或 PyCharm。

  1. 使用 IDLE

    IDLE 是 Python 內建的開發環境，簡單易用，適合新手快速開始寫程式。

    步驟：

    1. 打開 IDLE，會進入互動式的 Shell 介面，可以立即執行 Python 程式碼。
    2. 點選「File」→「New File」，建立新的 Python 檔案。
    3. 在新檔案中輸入以下程式碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 點選「Run」→「Run Module」或按 F5 執行程式，就會在 Shell 視窗看到輸出 Hello, World!。
  2. 使用 Visual Studio Code（VS Code）

    VS Code 是輕量但功能強大的開發工具，支援多種程式語言，包括 Python。它有豐富的擴充套件與自動完成功能，很適合進階開發者。

    步驟：

    1. 下載並安裝 Visual Studio Code。
    2. 安裝完成後，打開 VS Code，點選「Extensions」圖示，搜尋「Python」並安裝 Python 擴充套件。
    3. 建立新的 .py 檔案，並輸入以下程式碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 儲存檔案，按 Ctrl + F5 執行程式，會在 VS Code 的終端機視窗看到輸出。
  3. 使用 PyCharm

    PyCharm 是專為 Python 開發設計的 IDE，具備強大的程式編輯與除錯功能，適合大型專案。

    步驟：

    1. 下載並安裝 PyCharm。
    2. 安裝完成後，建立新的 Python 專案，並新增一個 .py 檔案。
    3. 在檔案中輸入以下程式碼： 
      print("Hello, World!")
    4. 點選「Run」按鈕執行程式，會在底部的主控台看到輸出結果。

撰寫第一支 Python 程式（Hello World）

不論你使用哪一種 IDE，寫第一支程式的流程都很簡單。在 Python 中，只要用 print() 函式就能把訊息輸出到主控台。這是每個程式語言的傳統入門範例：輸出「Hello, World!」。這個簡單的範例也展現了 Python 語法的簡潔與易用。

print("Hello, World!")

執行後，主控台會輸出 Hello, World!。這也表示你已經成功設定好 Python 開發環境，並寫出第一支 Python 程式。

結語

到這裡，你已經了解 Python 的背景與優勢，也在自己的作業系統上安裝好 Python 開發環境。無論使用內建的 IDLE，還是功能更完整的 VS Code、PyCharm，都可以開始寫 Python 了。接下來，我們會深入 Python 的基本語法，從變數與資料型別開始，帶你一步步掌握這門強大的程式語言。

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