Python進階課程：觀念、語法、專案、爬蟲

▌課程簡介

隨著寫程式越來越受到重視，許多非理工背景的同學都紛紛踏上自學寫程式之路。零零碎碎的基礎資源很多，但要有效率的提升程式能力是非常不容易的。一方面進階資源少，一方面大家根本不知道要學什麼，這就是這堂課的存在的意義，希望幫助同學有效率地提升寫程式的了解與能力。

學會寫程式的基礎能力其實不會太困難。會了基礎以後，當你想嘗試開發自己的程式，慢慢地接觸的東西越來越多，會發現還有好多東西要學，開始覺得好像永遠也學不完，而這種想法就很容易讓你半途而廢，中斷了提升能力的熱誠。

雖然程式領域的確又深又廣，但大約可以把這些知識分成幾個等級。透過自學寫程式可以學會level 1沒有問題，再來則面臨兩個問題：

1. 在缺乏 level 2、level 3 的知識下，寫程式時容易有各種困惑，這樣寫對不對？為什麼這樣會那樣？這是因為缺乏對 寫程式/程式語言 更深層的了解。

2. 基礎學完後不知道要學什麼，也許搜尋問題時才看到某項沒學過的觀念，想去了解，結果是個複雜的觀念，且需求別的複雜觀念，只好以一知半解收場。

就是因為知道，在這個人人都在自學寫程式的時代，非常多人只會基礎語法，想繼續提升能力但缺乏方向，因此，本課程等於是為各位精心挑選這些 level 2, level 3 的知識，希望幫助同學有效率地提升整體對寫程式的了解與能力。

▌課程特色：

• 教學方式

  在 Python 基礎課程「Python-輕鬆學會寫程式」推出以後，收到了許多學員表示，過去學過很多其他課程，但一直沒有真正搞懂寫程式，直到這堂課程才得到解惑。這是因為許多教材都只以「結果」呈現，而省略中間過程。

  如果以教學開車比喻，只講哪個踏板是油門，哪個踏板是剎車，顯然學員無法自行上路。只有在開過一次、兩次、三次的示範後，學員才能吸收，原來模式是這樣，原來背後的原理是這樣、設計考量是這樣。這些寫程式的「過程」，無法以簡單帶過踏板達到。
  

• 內容設計

  市面上很少寫程式的進階教材，多半都是技術上的單一主題，例如多線程多進程，或是使用資料庫，其實都可以單獨成為一門課程。由於這每個項目都可以講得又深又廣，對於新手來講，不但不知道要學習哪些技術，更沒有毅力在不確定用不用得到的情況下，投資大量時間去鑽研一個東西。

  因此，如同基礎課程，這堂課程的內容，以綜觀程式領域，評估大家在學完基礎程式以後，再下來最適合學習哪些項目，而每個部分大家適合先學到什麼程度。這些內容的設計除了幫助同學提升寫程式的了解與能力，以及體驗Python各領域的應用，同時也更希望可以讓同學打開想像力，啟發出新的專案想法。

  
  

▌課程架構：觀念、語法、專案、爬蟲、延伸

• 章節 1 - 開場

  
  

  如同基礎課程，課程有專屬的線上討論區，教大家如何加入後，再以一個前導單元「程式語言的差別」開場，讓大家了解為什麼世界上這麼多程式語言，以及 Python 跟其他程式語言的差別是什麼。

• 章節 2 - 前置作業

  
  

  在進入教學前，為了確保大家都有安裝好需要使用的程式(Python, Sublime Text, Git)。這邊附上基礎課程裡的安裝教學影片。

• 章節 3 - 進階觀念

  
  

  如同課程介紹，多數同學因為只會程式基礎，缺乏對寫程式更深層的了解，自己嘗試寫程式時，容易面臨各式各樣的疑惑，而這個章節就是你的解惑大池。除了提升更細緻對Python的了解，值得一提的是，大部分這些觀念並非Python獨有，而是共通於各種程式語言的核心。

• 章節 4 - 進階語法

  
  

  同學已經會了程式基礎，一定很有感觸語法在寫程式裡只是「工具」而已，怎麼使用這些工具才是最重要的。 這邊將介紹幾個先前還沒教到的語法，除了讓大家認識更多的工具，更讓大家知道怎麼使用這它們。

  
  

  學到這邊，相信同學已經對寫程式的了解與能力增加了許多。但除了觀念、語法上的進步，製作專案的能力也需要提升，因此來到第五章節。

• 章節 5 - 製作進階專案

  
  

  來到了製作進階專案的部分，是本課程相當重要的部分。

  只會基礎程式的同學一定有感，如果想做有複雜性的程式，因為缺乏以上單元教到的進階觀念，製作時容易有各式各樣的困惑，而其中有很大部分在於，根本不知道如何架構程式碼、檔案、資料夾。市面上很少、幾乎沒有「專案方面」的教材，因此對於多數學習寫程式的人來講，大部分都是經過很多年的摸索，搜尋，越看越多別人的專案，才慢慢建立這方面的知識、經驗。

  
  

  除了資源少以外，另一個關鍵原因是大多教材都是「寫好的程式碼」。而寫程式的過程中，有太多東西是「邊寫邊考量」，只看寫好的程式碼等於跳過了中間的思考過程，所以變成看得懂寫好的程式碼，但無法自己寫出來。

  
  

  跟學開車很像，如果我只跟你說："這個踏板是油門，這是煞車，來，你自己想辦法開到美國"，恐怕沒人到的了。但如果開過一次給你看，再把鑰匙給你，未來不管你要開到哪，路途中你都會時常想到示範中，面臨同樣問題時的抉擇，可以省去最費時的迷惘抉擇時間。

  
  

  因此這個章節將示範製作一個進階專案，並同時解釋所有設計上的順序、考量、修改、抉擇，相信會大幅提升同學製作專案的能力。

  除了學習製作專案的方式、觀念，也會學習到各種相關技術，包括使用IDE、虛擬環境、多線程多進程、Logging，打包專案等等，未來同學都可以應用於開發自己的專案。

• 章節 6 - 爬蟲 ╳ 資料庫

  
  

  多年前Python還沒有這麼熱絡時，許多工程師之所以會接觸到Python就是為了寫爬蟲。
  結果一路延續下來，爬蟲幾乎可以說是最常與Python一起出現的相關詞。

  
  

  由於爬蟲會需求一些對網頁的基本了解，所以先介紹一些基本知識，不用擔心沒網頁基礎。其實爬蟲這種東西比較不是在於「怎麼寫」，而是比較吃經驗，也就是面對怎麼樣的網站怎麼處理。因此，為了讓大家在短時間內累積經驗，這邊會有很多的範例，每個範例都有不同學習的點，讓大家盡量見識多一點的情況，有效率地熟悉爬蟲思維SOP。

  
  

  再來會教到資料庫，包括 SQL (使用MySQL) 與 NoSQL (使用MongoDB)，也讓同學見識將爬下來的資料存入資料庫中，並做搜尋。

• 章節 7 - 延伸教材: Selenium 瀏覽器自動化

  
  

  Selenium，又被稱為爬蟲神器，其實是一個瀏覽器自動化的技術/工具，也就是可以讓瀏覽器彷彿有人在操作般，自動做操作。這項技術時常被當成爬蟲使用，也屬於爬蟲方法當中的底線王牌，也就是簡易爬蟲抓不了的網站通常會選擇使用 Selenium 來處理。

• 章節 8 - 延伸教材: 空氣品質監控專案

  
  人們一天當中有約 90% 的時間在室內，而室內裡許多汙染物卻是室外的2~5倍濃度。雖然人類對健康的追求越來越高，但肺癌仍居高不下，甚至進展成被稱為「新國病」，而室內空汙是時常被忽略卻相當值得被重視的議題。

  
  

  雖然大多空氣清淨機已有內建sensor，但無法長期收集數據，也無法主動式地在空氣汙染時發出警告通知。因此，此專案將展示製作一個自己的空氣品質監控器，除了可以知道即時的空氣狀況、蒐集數據，還可以做出主動式的通知。

  
  

  此專案的五個主要功能：

  
  

  1. 體驗軟硬體結合的有趣、好玩
  2. 體驗/認識 知名微型電腦(Raspberry Pi、Arduino)，與透過連線執行 Python 程式
  3. 再次見識資料庫的使用
  4. 做出真正可以幫助生活的工具
  5. 打開想像力，啟發同學產生專案想法

  
  

  專案中使用到的設備: 

  微型電腦：Raspberry Pi 4 Model B
  微型電腦：Arduino UNO R3
  VOC-sensor: CCS-811
  VOC-sensor: TGS2600
  PM2.5-sensor: SDS011
  其他零件：杜邦線、麵包板

  
  

  如果製作一個最簡易、單純 PM2.5 的空氣品質監控專案，則不須任何微型電腦與其他零件，唯一需要的零件為 PM2.5 的 sensor： SDS011。其本身附帶USB接頭，可直接接進桌電/筆電。不過課程中將透過兩台微型電腦連接不同的 VOC-sensor 讓同學認識這些知名設備，有興趣實作的同學可以再自行購買來連接。

  
  

  另外會示範使用 Python 的 Dash 框架來製作一個顯示數據的網站，同時見識如何將各 sensor 的即時數據輸到 MongoDB，再即時顯示在網頁上。最後再部屬資料庫與網頁至雲端，則達到隨時隨地可透過網頁看到即時數據的成果。

• 章節 9 - 延伸教材: 認識人工智慧

  
  

  人工智慧又是一個與 Python 相當關聯的詞。相信完全不了解人工智慧領域的同學，應該會好奇到底這些東西是什麼，到底是如何分析數據，因此在課程的最後，讓有興趣的同學，建立對此領域的基礎了解。

• 章節 10 - 最終章

  
  

  一如往常，在最終章寫下課程結語，希望同學在課程中都有豐富的收穫，不但對 Python 的了解大幅提升，學會製作進階的專案與各種相關技術，學會爬蟲各種相關知識與資料庫，甚至到知名微型電腦的應用，與認識人工智慧。最重要的是，希望課程對同學不只是提供寫法、領域知識上的幫助，更希望課程中的範例、專案可以啟發同學產生自己的專案想法，未來做出有趣、實用的程式，加油！