從turtle海龜動畫 學習 Python - 高中彈性課程系列 2 安裝 Python, 線上執行 Python

“Talk is cheap. Show me the code.”
― Linus Torvalds

老子第41章
上德若谷
大白若辱
大方無隅
大器晚成
大音希聲
大象無形
道隱無名

拳打千遍, 身法自然

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課程內容

以下我將內容分成初步及進階, 第一次讀, 可以跳過進階的部分, 以免見樹不見林
如果看到以下之註明:
-以下可以等進階時再細看
就表示此部分第一次讀, 可以跳過.

0.0 有那些公司在用Python

YouTube、Google、Yahoo!、NASA 都在內部大量地使用 Python。很多遊戲，如 EVE Online 使用 Python 來處理遊戲中繁多的邏輯。OLPC 的作業系統 Sugar 項目的大多數軟體都是使用 Python 編寫。使用 Python 編寫了如下著名應用：

Google - 在Google內部的很多專案，例如Google應用服務引擎使用C++編寫效能要求極高的部分，然後用Python或Java/Go調用相應的模組。[17][18]
Youtube - 影片社群網站
Reddit - 社交分享網站
Dropbox - 檔案分享服務
豆瓣網 - 圖書、唱片、電影等文化產品的資料資料庫網站
Plone - 內容管理系統
Instagram - 是一款免費提供線上圖片及影片分享的社交應用軟體，使用Django作為後台
Fabric - 用於管理成百上千台Linux主機的程式庫
Python Wikipedia Robot Framework - MediaWiki的機器人程式
MoinMoinWiki - Python寫成的Wiki程式
Trac - 使用Python編寫的BUG管理系統
Mailman - 使用Python編寫的郵寄清單軟體
Mezzanine - 基於Django編寫的內容管理系統
EVE - 網路遊戲EVE大量使用Python進行開發
Blender - 使用Python作為建模工具與GUI語言的開源3D繪圖軟體
Inkscape - 一個開源的SVG向量圖形編輯器。
知乎 - 一個問答網站
果殼 - 一個泛科技主題網站
Odoo - 仍在持續發展壯大且最受歡迎的ERP軟體
ZhPy - 周蟒，支援使用繁/簡中文語句編寫程式的Python語言。

Ref: 維基 https://zh.wikipedia.org/zh-tw/Python link

0.1 與 Python 的緣

我本人是在 2013 開始學 Python, 一開始是為了能在自由軟體 "動態幾何軟體 GeoGebra "中執行 Python 的烏龜繪圖的程式, (註: 後來 GeoGebra 取消 執行 Python 程式的功能, GeoGebra 還是可以用 JavaScript 寫程式), 我因為這個因緣愛上了這個開放原始碼的 Python, 當時我已經學習使用 Matlab 很多年了, 在當時我們系上, 還少有老師知道 Python, 一般系沿襲老習慣, 程式語言就教 C, 科學計算的課就用, Matlab.

在2013 當時要學 Python 還是相當辛苦的, 必須花很多時間上網查詢原文的說明, 書籍相對較少, 部落客的講解也很少, 還面臨 Python2 與 Python3 剛分支的情況, 即使安裝第三方庫也要上網查看半天, 當時還沒有 pip 的完善管理版本的方法, 容易碰到版本衝突的狀況, 網上說明通常都是示範在 Linux 上安裝, 現在學 Python 環境已經友善很多, 安裝第三方庫也很簡單了, Windows 對開源軟體也開始採取支持的態度.

1. 安裝Python

初學者, 在安裝官網 Python3 之後, 就有一個官方預設的編輯器　IDLE Python,
建議初學者就先用這個 IDLE, 功能已經很多了, 等較熟之後, 再換其他威力更大的編輯器(或 IDE), 因為威力更大的編輯器通常功能很龐大複雜, 會讓初學者陷入一堆細節, 反而耽誤了主軸的學習.

一般免費開源軟體的安裝, 可以上網搜尋 (注意是否是 https:// 是有加密的網站, 如果是舊的 http://, 則較容遇到偽裝的網站, 可能會下載到有病毒的軟體!)
下載安裝, 在Windows下, 通常按兩下, 一鍵安裝, 非常方便.

1.1 Python IDLE

最簡單的就是到官網下載安裝 Python3, 安裝好後, 會有一個　IDLE Python, 是官方預設的 Python 的編輯器,
就非常好用, 按 tab 鍵會有自動補齊程式碼的功能, 但是只限於內建的指令, 載入第三方庫的指令按 tab 鍵也會呈現, 已經比起 2013那時要多很多功能了.

IDLE 按 tab 鍵 會有自動補齊指令(拼字)的功能

可以直接輸入加減乘除的運算, 次方用 **, 雙斜線 // 是整除(高斯符號)

>>> 2+3
5
>>> 2**4
16
>>> 2/3
0.6666666666666666
>>> 5 % 2
1
>>> 5/2
2.5
>>> 5//2
2>>> import math
>>> math.floor(5/2)
2

要進行烏龜繪圖, 需載入 turtle 模組,
而 turtle 是內建模組, 不須要另外安裝, 只需要在程式碼一開始寫入
import turtle
或是
from turtle import *
就可以開始執行　烏龜繪圖的所有動作

• 以下可以等進階時再細看

如果需要用到第三方庫, 例如　NumPy, SciPy, Matplotlib 等, (假設你是用 Windows10等) 則要打開　Windows 的　"命令提示字元"視窗, cmd, 在此 cmd 視窗 輸入

C:\Users\user>　pip install numpy 
C:\Users\user>　pip install scipy

等等
安裝完, 要使用他們的指令時, 還是得在程式碼一開始寫入
import numpy
import scipy
等等,
就可以使用　NumPy, SciPy, Matplotlib 的指令了.

1.2 Anaconda + Jupyter Notebook 會自動安裝好所需的科學計算或大數據的程式庫 (or Anaconda + Spyder or Anaconda + PyCharm )

另一種工作環境 (IDE) 的選擇, 可以安裝免費(基本版免費)的　Annaconda,
會自動把科學計算與資料分析要用到的所有第三方庫都裝好, 執行時, 可以選擇用 Jupyter Notebook, 或是 Spyder, Spyder 的畫面跟　Matlab 最像, 或是 PyCharm.

在 Spyder 按 tab 鍵 會有自動補齊指令拼字的功能

在 Spyder 輸入指令(物件方法)時, 會自動提示引數之輸入法則

在 PyCharm 不用按 tab 鍵 會有自動補齊指令拼字的功能

• 以上可以等進階時再細看

2 線上執行 Python 程式

有時, 教學現場欠缺個人電腦或筆電, 可以改用線上執行程式, 尤其目前雲端概念正興起, 幾乎人手一支手機或平板, 只要能上網, 就可以線上執行程式,
線上執行程式, 就是用瀏覽器連到一些可以線上執行程式的網站,

較常聽說的站有至少幾個:

• 1. https://trinket.io/ link
     可以選 Python, Block, Java, Html 等程式語言,
     可以執行 turtle, numpy
     trinket.io 有 Python, Blocks, Java, 配合免費之電子書的線上即時輸入執行之環境!
     

trinket.io 也有 Python 海龜繪圖之入門課程, 搭配執行效果之動畫, 線上即時輸入執行之環境, 有給出課程之按部就班之程式碼, 可以立即看到海龜如何照指令運動!
A Visual Introduction to Python link

有程式碼分享

JacksonPollock_generator_類n似米羅的畫 Python codes

Georgia’sSpirals_圓圍繞圓上一點旋轉生成之曼陀羅 python codes

• 2. Google Colaboratory–適合 Python 初學者的雲端開發環境
     ref: 台大計算機中心.
     目前官方建議使用Chrome，Firefox或Safari。
     開啟chrome先登入google帳號，
     連結URL )
     https://colab.research.google.com/ link

Colab_可以先先登入 Google, 再打開雲端硬碟, 選取 + 加號 新增, 選取 更多, 進入 Google Colaboratory 畫面,

發現無法執行官方的 turtle 模組,
仍可以安裝 ColabTurtle, 指令較少!
一開始要做一些動作:

!pip install ColabTurtlefrom ColabTurtle.Turtle import *T=initializeTurtle()help('ColabTurtle.turtle')forward(100)left(90)forward(100)

可以查看 ColabTurtle 的原始碼, 看有哪些指令可以用
https://github.com/tolgaatam/ColabTurtle link
這裡有說明安裝, 跟初始化的指令

Turtle for Google Colab notebooks
Installation for Google Colab:
Create an empty code cell and type:!pip3 install ColabTurtle
Run the code cell.Usage
In any code cell, import like following:from ColabTurtle.Turtle import *
As Colab stores the declared variables in the runtime, call this before using:initializeTurtle()
Have fun drawing!

# -*- coding: utf-8 -*-
"""ColabTurtle_multi_7_gon.ipynbAutomatically generated by Colaboratory.Original file is located athttps://colab.research.google.com/drive/1HZlv8bkZLpAVk9EndjoZFbZJy8NCj5Rv
"""!pip install ColabTurtlefrom ColabTurtle.Turtle import *initializeTurtle()color("green")
width(5)def polygon(n, sideLength):for i in range(n):forward(sideLength)left(360.0/n)n=7
m=10
for i in range(m+2):polygon(n,100-5*n)left(306.0/m)

• 3. https://repl.it/
     可以選各程式語言
     可以執行 turtle, numpy
• 4. http://ideone.com/
     效能較快
     但此站似乎無法執行 turtle

另一種方式是在手機或平板安裝 可以執行 Python 程式的 App,

• Iphon 手機:
  Pythonista
  要錢 9.99

• Android手機:
  QPython 等很多

發現這類 App 學生現場安裝之後, 大都可以跑 turtle

3. 欣賞 turtle 模組的 demo

打開 IDLE, Help, 裡面點選 Turtle Demo, 就會出現 內建寫好的烏龜繪圖的許多demo例子,

以後我們點選的的符號就用 IDLE/Help/Turtle Demo,

會出現一個空白窗框, 點選 Examples, 會出現所有例子的列表, IDLE/Help/Turtle Demo/Examples, 這些例子有: clock 時鐘模擬, forest 碎形樹, fractalcurves 雪花碎形等, lindenmayer 碎形模擬植物型態, minimal_hanoi 河內塔模擬, yinyang 陰陽太極圖,等等,
非常豐富多樣, 有些程式碼也不簡單! 可以當作學習 Python 的範例.

例如點選 forest, 就會畫碎形樹
點選下方 start, 才會畫碎形樹, IDLE/Help/Turtle Demo/Examples/forest/START
是以 動畫 呈現
以下是畫到中間

最後完成如下, 播放速度很快

例如以下是河內塔模擬
IDLE/Help/Turtle Demo/Examples/minimal_hanoi/START/空白鍵

左方窗框內容是完整的程式碼,

• 以下可以等進階時再細看
  完整的程式碼也可以查硬碟內的 Python3 安裝的位置.
  C:\Users\user\AppData\Local\Programs\Python\Python38-32\Lib\turtledemo
  

另一個執行 turtle demo 方法可以用 Windows/cmd, (或 Linux下) 輸入
C:\Users\user>python -m turtledemo

註: turtle 模組的 demo 完整的官方原始程式碼, 在 Windows10
可以查硬碟內的 Python3 安裝的位置.
C:\Users\user\AppData\Local\Programs\Python\Python38-32\Lib\turtledemo

• 以上可以等進階時再細看

References

• A Visual Introduction to Python link
  可以選幾種程式語言, 可以執行 turtle, NumPy.

• https://colab.research.google.com/ link

• https://repl.it/
  可以選各程式語言
  可以執行 turtle, numpy

• http://ideone.com/
  效能較快
  但此站似乎無法執行 turtle