迷你課程:Python-2~函數邏輯與迴圈
Quick look
在這篇教學中，我們將深入探討 Python 中函數的邏輯與迴圈的應用，幫助學習者掌握基本程式設計技巧。課程內容涵蓋條件判斷、函數設計、迴圈使用、資料結構操作等關鍵概念。
函數的定義與應用
函數是一段可以重複使用的程式碼邏輯，以下是函數的基本用法：
# 主函數範例
def main():
x = int(input())
print('The number is', square(x))
def square(n):
return n * n
上述範例中，我們定義了一個 square 函數用來計算平方數，並透過 main 函數接收輸入。
條件判斷
條件判斷讓程式能根據不同情況執行對應邏輯。基本條件判斷:
if x < y:
print('x is smaller than y')
if x > y:
print('x is larger than y')
if x == y:
print('x is equal to y')
但上面的寫法會讓程式評估3次 if，如果是小程式倒還好，但如果是複雜的程式就會影響效能，有沒有更好的方法呢？其實我們可以使用elif，這樣只有當if的結果是False時，程式才會往elif去運算，因此如果x<y為真，就只要運算一次即可。
if x < y:
print('x is less than y')
elif x > y:
print('x is larger than y')
elif x == y:
print('x is equal to y')
但似乎還可以再更精簡，因為x如果不是小於y或大於y，那一定是等於y，所以第三個程式邏輯基本上不用運算，在這種狀況下，可以使用else：
if x < y:
print('x is less than y')
elif x > y:
print('x is larger than y')
else: # 假設x==y 無需再詢問
print('x is equal to y')
接下來再看另外一個例子：
if x<y or x > y:
print('x is not equal to y')
else:
print('x is equal to y')
上面的語法基本上都沒有錯，但不夠Python，以下是更簡潔的方式：
if x!=y:
print('x is not equal to y')
else:
print('x is equal to y')
或是：
if x==y:
print('x is equal to y')
else:
print('x is not equal to y')
範圍判斷
對於成績分級的應用，如果90-100分為Grade A，80-90分為Grade B，70-80分為Grade C，60-70分為Grade D，而小於60分為Grade F，今天希望使用者在輸入一個分數，可以輸出他的成績分級，初步可以寫成：
score = int(input('Score: '))
if score >= 90 and score <=100:
print('Grade: A')
elif score >= 80 and score <90:
print('Grade: B')
elif score >=70 and score <80:
print('Grade: C')
elif score >=60 and score <70:
print('Grade: D')
else:
print('Grade: F')
上面的程式利用了and來連接兩個邏輯運算式，雖然合理，但這個程式看起來不夠簡潔，接下來該怎麼做呢？Python可以允許範圍的界定如：
if 90<=score<=100:
print('Grade A')
elif 80<=score<=90:
print('Grade B')
elif 70<=score<=80:
print('Grade C')
elif 76<=score<=70:
print('Grade D')
else:
print('Grade F')
這樣看起來似乎好一點了，但我們不難發現，elif只有在if運算結果為False時才會開始運算，所以如果輸入的成績如果若在某個數值以上，就必然不會落入較低的分級，因此我們可以簡化成：
if score >=90:
print('Grade A')
elif score >=80:
print('Grade B')
elif score >=70:
print('Grade C')
elif score >=60:
print('Grade D')
else:
print('Grade F')
奇偶數判斷函數
定義函數檢查數字是否為偶數，我們可以試著先這樣寫：
def main():
x = int(input("What's x? "))
if is_even(x):
print('Even')
else:
print('Odd')
def is_even(n):
if n % 2 == 0:
return True
else:
return False
上面的主程式包含了一個寫好的函式is_even，讓主程式更為易讀及簡潔。但is_even內部用了一個if和兩個return，我們是否可以用更簡潔的方式來寫這個副程式？ 其實可以只用一個return來返回邏輯值：
def is_even():
return True if n % 2 == 0 else False
但Python是很優雅的語言，我們甚至可以簡單的這麼做：
def is_even():
return (n % 2 == 0)
如此一來，如果 (n % 2 == 0) 為True就會直接返回True，否則為False。
match and case
如果我們的程式需要符合多項條件，可以使用match與case，例如我們想要區分NBA球員的所屬隊伍：
name = input("Give me the player's name: ")
if name =='Lebron James' or name == 'Bronny James' or name == 'Anthony Davis':
print('Lakers')
elif name == 'Stephen Curry':
print('Warriors')
else:
print('Who?')
我們也可以用match與case：
match name:
case 'Lebron James'|'Bronny James'|'Anthony Davis':
print('Lakers')
case 'Stephen Curry':
print('Warriors')
case _:
print('Who?')
迴圈的應用
條件式裡面很重要的部分是迴圈，了解如何運用迴圈可以增加程式的效率。
while 迴圈
當迴圈的條件是動態變化或為真與否(True or False)的時候，可以使用while：
i = 1
while i <= 3:
print('I love Micha!') #我家養的陸龜名字
i += 1
我們可以針對i的值去做運算，來限制while的條件，所以上面的程式也可以改成：
while i < 3:
print('I love Micha!')
i += 1
for 迴圈
當需要遍歷一個序列，如列表、字典、集合、字串等，並且已知迭代次數，可以使用for 迴圈：
for i in [0,1,2]:
print('I love Micha!')
但這樣是非常不優雅的做法，在Python裡面，我們可以使用range()來幫助迭代：
for i in range(3):
print('I love Micha!')
這邊的i其實不重要，針對不重要的參數我們可以用_來表示：
for _ in range(3):
print('I love Micha!')
無限迴圈與中斷條件
while True:
n = int(input("What's n? "))
if n < 0:
continue
if n > 0:
break
上面為典型的while迴圈和input()的搭配，用來判斷何時該中斷使用者持續的輸入並做接下來的運算。因為判斷式為True，所以正常情況下會是無限迴圈，持續詢問n的數值，如果不中斷，程式則會持續詢問使用者而不會進行迴圈外的運算，因此需要設定一個條件來中斷此while loop。而上面的程式可以直接簡化為：
while True:
n = int(input("what's n? "))
if n > 0:
break
迴圈的高效寫法
雖然迴圈看起還比較正式，但如果我們只是想要重複某種任務，例如輸出三次字串，其實在Python並不需要用到迴圈，我們可以直接用*將我們的目標輸出乘以某個數字。
print('Lebron is great!\n' * 3, end="")
資料結構操作
列表 (List)
上面講過，可以搭配for loop來遍歷一個列表：
students = ['A', 'B', 'C']
for student in students:
print(student)
#>
A
B
C
我們也可以搭配range於for迴圈中一起使用，但是range需要數字當參數，單純的列表並沒有這種資訊，此時我們可以使用len()來將列表裡面元素的數量提取出來：
for i in range(len(students)):
print(i+1, students[i]) #i+1是為了讓輸出從數字1開始。
#>
1 A
2 B
3 C
字典 (Dictionary)
Python dictionary 是一種內建的資料結構，使用鍵值對（key-value pairs）的方式來儲存和搜尋資料，字典可以用大括號 {} 或 dict() 函數來定義。
players = {
'Lebron James': 'Lakers',
'Anthony Davis': 'Lakers',
'Stephen Curry': 'Warriors'
}
print(players['Lebron James']) #字典的值用鍵來取
#>
Lakers
而字典同樣也可以用在for迴圈中：
for player in players:
print(player) #只有輸出鍵
for player in players:
print(player, players[player], sep=', ') #輸出鍵與值
字典列表
實際狀況下球員的資料很多，上面只能針對鍵去取得一個值，如果我們想要取得球員的其他資料，需要比較結構化的數據結構，如字典列表：
players = [
{"name": "Lebron James", "team": "Lakers", "height": "206 cm"},
{"name": "Stephen Curry", "team": "Warriors", "height": "188 cm"}
]
for player in players:
print(player["name"], player["team"], player["height"], sep=", ")
#>
Lebron James, Lakers, 206 cm
Stephen Curry, Warriors, 188 cm
繪製方形
使用函數分解邏輯以繪製方形：
我們先來看第一種方式：
def print_square(size):
for i in range(size):
for j in range(size):
print('#', end="")
print()
print_square(3)
#>
###
###
###
這種方式需要因為在內部的迴圈中需要修改print()中的end參數來讓#可以順利依據size來印出來，同時不換行，但是會導致在迴圈外還需要一個print()來做換行的動作，這樣寫起來會比較複雜，閱讀性也較差。我們接著看第二種方式：
def print_square(size):
for i in range(size):
print('#' * size)
# 主程式
print_square(3)
不要忘了Python允許在print內部對目標任務做相乘，這種寫法更為簡潔易懂。
課程小結
- 函數的定義與使用：學習如何透過函數重複利用程式碼，提升程式的可讀性與模組化。
- 條件判斷的優化：探討 if-elif-else 的邏輯運作，並學習如何簡化條件式判斷。使用範圍運算（<= 和 >=）與邏輯運算符（如 and）提高條件式的精簡性與效能。
- 迴圈的應用：瞭解 while 與 for 迴圈的差異，並學會選擇適合的迴圈工具。學習如何使用 range() 簡化迴圈以及如何避免不必要的變數。
- 資料結構操作：探討 列表 和 字典 的基礎操作，包括遍歷與元素操作。認識字典列表的使用，並以結構化數據進行更高效的管理與處理。
- Python 的優雅性：探討簡潔而 Pythonic 的語法，如列表推導式、條件判斷的簡化、以及使用 match 與 case 替代多重 if 條件。
