Python Review 1: Environment, Data Types & Data Structures

1. Computer programs & Python

Slide 3：電腦做嘅嘢係 executing stored steps for computation or processing。Computer program 就係一系列要跟住做嘅步驟 (steps / flow)，即係「how to」knowledge，用電腦明白嘅語言寫出嚟。

Slide 4 Python 特性：

• 本科用 Python 3。
• 易學：syntax 簡單，有大量 standard library 同 toolkits。
• 係 scripting language，唔需要 run 之前先 compile；code 係 line-by-line 咁邊執行邊處理 (interpreted)。
• Syntax 同 C-family (C, C++, Java, C#) 好唔同 (例如用 indentation 代替 { })。
• Python programs 行得比 Java 同 C 慢。

2. IDEs & Environments

Slide 5：Python code 可以用普通 text editor 寫，存成 .py 檔。IDE (Integrated Development Environment) 係裝喺電腦令 coding 更方便嘅軟件，提供：folder operations、syntax highlighting、autocomplete、building executables、debugging。

做 data analysis / visualization (通常唔需要 executable) 建議用 Jupyter notebook：

• 編輯同執行 .ipynb 檔而唔係 .py。
• 語言仍然係 Python，但每個 cell 可以獨立執行，output 直接顯示喺同一個檔案入面。
• 方便追蹤 data processing 進度同 debug。

老師上堂主要用 Anaconda (slide 10)，但你用邊個 IDE 都得。

Key terminologies (slide 9)

Launch Jupyter Lab & Hello World (slides 11–14)

1. 開 terminal：Windows 搜尋並打開 Anaconda Prompt (Anaconda3)；Mac 開 Terminal 打 conda activate base。
2. 打 jupyter lab。校內電腦只可用 D drive，要加 --notebook-dir=D:/。
3. 左邊 sidebar 係你開 Jupyter Lab 嗰個目錄；新增 folder → 入去 → Notebook → Python (conda env base)。
4. Rename notebook；cell 入面打 print("Hello World!")；按 Shift + Enter 執行。

VS Code：File → Open Folder (例如 D:/COM6001/Week_2/) → 裝 Jupyter extension → File → New File → Jupyter Notebook → 存為 Lab_2_<your name>.ipynb。Cell 左邊 [1] 係 Execution Count (執行次序)，下面係 output。

print("Hello World!")   # Shift + Enter 執行
# 輸出：Hello World!

3. Jupyter cell types & Markdown

Heading 層級 (slide 16)：# abc = level-1、## abc = level-2、### abc = level-3，如此類推。Lab Q1 就係新增 markdown cell 打 # Q2:Variables。

4. Learning a programming language & PEP 8

Slide 17 列出學一門語言要掌握：Syntax、Main data types and data structures、The controlling logic、How to make functions、How to run、Code every day — “Learn by Doing, Not Just Reading/Asking AI”。

• 永遠要 rename 檔案，唔好交 untitled1.ipynb！

Generative AI usage (slide 18)

「Gen AI is your worker, not your manager!」不同階段可以點用：

GenAI 答案可能有 bias，要 double check；最重要係自己消化 — 因為 tests / exam 係 paper-based close-book，仲有 oral presentation。

5. Main Data Types

Exam Slide 20：

Slide 21：Data structures 可以裝一堆 (唔同類型嘅) data objects；Python 容許同一個 data structure 入面放唔同 type 嘅元素 (例如 ['com', 6001, 'john', 70.2])。

6. Variables & Assignment

Slide 22：Variables 係用嚟存單一 data 或 data structure 嘅 containers。

• Python 冇 declare variable 嘅指令；第一次 assign value 嗰刻就建立咗。
• 唔使指定 type，之後仲可以改 type — Python 會自動揀最合適嘅 type (dynamic typing)。
• 想指定 type 用 casting：int(), float(), str()。
• 用 type() 睇 variable 嘅 type。

x = 5            # int
x = "five"       # 同一個 variable 可以改 type → str
y = float(3)     # casting → 3.0
z = int("42")    # casting → 42
print(type(x), type(y), type(z))
# <class 'str'> <class 'float'> <class 'int'>

Rules for variable names (slide 23)

• 唔可以用數字開頭 (2nd_name ✗)
• 名入面唔可以有空格 (my name ✗)
• Case sensitive (Age 同 age 係兩個 variable)
• 避免用 special keywords / built-in 名，否則會改變佢原本意思

Assignment, references 同 is (slide 24)

= 係 assignment operator：x = 1 把 value 1 assign 畀名為 x 嘅 variable。Variable 亦可以 assign 畀另一個 variable。

Exam 重點：喺 Python，variables (names) 只係指向 objects 嘅 references / pointers。用 is operator 檢查兩個 variables 係咪指向同一個 object；用 whos (Jupyter magic) 列出 workspace 所有 variables。

a = b = c = 1     # a, b, c 全部指向同一個 object 1
print(a is b, b is c)   # True True
a = 2             # a 改為指向另一個 object 2；b, c 仍指向 1
print(a is b)     # False
print(b is c)     # True
print(a == 2)     # True  —— == 比較「值」，is 比較「係咪同一個 object」

Lab Q2：建立 my_int、my_float、my_string 並加 comment：

my_int = 6001          # this is an int number
my_float = 70.2        # this is a float number
my_string = "COM6001"  # this is a string

7. Working with Strings

7.1 Basics (slide 27)

• String 用引號包住，單引號或雙引號都得，但要成對；可以互相嵌套："this is the 'abc' book"。
• 用 + 連接 strings。
• '\n' = 換行。
• print() 印出 string。

s1 = "Hello"
s2 = 'World'
print(s1 + ", " + s2 + "!")       # Hello, World!
print("line 1\nline 2")           # \n 換行
print("this is the 'abc' book")   # 雙引號入面用單引號

7.2 Indexing (slide 28)

String 係 sequence of characters，可用 index 攞單一字元。長度 N 嘅 string 有兩種 indexing：

• Positive index：由 0 到 N-1
• Reverse index：由 -1 (最後一個) 到 -N (第一個)

7.3 Slicing s[start:stop:step] (slide 29)

Exam Slicing = 由 string 攞一段 characters：

• start：開始嘅 index (包含)。Default 0。
• stop：up to but not included 嗰個位置。Default = 該方向嘅盡頭 (包括盡頭)。
• step：每次跳幾多。Default 1。
• 三個都可以省略，省略就用 default。

s = 'Hello, World!'
print(s[0:5])     # 'Hello'      index 0–4
print(s[7:])      # 'World!'     由 7 到盡頭
print(s[:5])      # 'Hello'      由 0 開始
print(s[::2])     # 'Hlo ol!'    每隔一個
print(s[-6:-1])   # 'World'      -1 唔包含
print(s[5:2])     # ''           step 預設 +1，但 5 > 2 → 空 (Why empty?)
print(s[5:2:-1])  # ',ol'        反方向就得：index 5, 4, 3

Lab Q5: Default values in slicing (slide 33)

s = 'Hello, World!'
print(s[::])     # 'Hello, World!'
print(s[::-1])   # '!dlroW ,olleH'
print(s[0::-1])  # 'H'
print(s[:-1:])   # 'Hello, World'

8. Functions vs Methods; String methods & f-string

Slide 30：兩者都係可重用嘅 code，可以喺程式任何地方 「call」，令 code 模組化、唔使重複寫。

String methods (slide 31)：.find() (搵 substring 位置，搵唔到 return -1)、.upper()、.lower()。

f-string：string 前面加 f 或 F，{ } 入面可以放 Python expressions，執行時會換成其值。

st = "Hello, World!"
print(st.upper())          # HELLO, WORLD!
print(st.lower())          # hello, world!
print(st.find("o"))        # 4  (第一個 o 嘅 index)
print(st.find("o", 5))     # 8  (由 index 5 開始搵)
print(st.find("z"))        # -1 (搵唔到)
n = len(st)
print(f"There are {n} chars in this string")       # There are 13 chars in this string
print(f"2 + 3 = {2 + 3}, upper: {st.upper()}")     # { } 入面可以係任何 expression

Lab Q4 參考答案 (slide 32)

s = 'Hello, World!'          # slide 用 str 做名，但建議避免蓋過 built-in str
print(s)                     # complete string
print(s[0])                  # first character → 'H'
print(s[2:5])                # 第三至第六 (exclusive) → 'llo'
print(s[-1:-4:-1])           # 最後三個字倒轉 → '!dl'
print(s + "TEST")            # 'Hello, World!TEST'
print(f"There are {len(s)} chars in this string")   # 13

9. Boolean

Slide 34：Boolean variable 只可以係 True 或 False (第一個字母大寫)。Boolean 係 conditions / assertions 返回嘅 type。

print(3 > 2)          # True
print(type(3 == 2))   # <class 'bool'>
flag = true           # ✗ NameError：要寫 True

10. Main Data Structures: list, tuple, set, dict

Exam Slide 35：

*Week 3 補充：Python 3.7 之後 dict 會保留 insertion order。

10.1 List methods & functions (slide 36)

• Methods：.sort()、.append(x) (加到尾)、.pop(i) — remove and return item at index i，default index = 最後一個。
• Functions：len()、max()、min()。

nums = [3, 1, 2]
nums.append(5)       # [3, 1, 2, 5]
nums.sort()          # [1, 2, 3, 5]  (in-place，冇 return)
last = nums.pop()    # 移除並返回 5 → nums = [1, 2, 3]
first = nums.pop(0)  # 移除並返回 1 → nums = [2, 3]
print(len(nums), max(nums), min(nums))   # 2 3 2

10.2 Tuples (slide 37)

Tuple 用一個 variable 存多個 items，係 ordered and unchangeable — 一經 assign，元素就唔可以改。

Why do we need tuples? 因為 immutable 嘅特性保證元素唔會被改動，確保 data integrity，喺某些情況好重要 (例如做 dict key、儲存座標 / 設定值)。

my_tup = ('com', 6001, 'john', 70.2)
print(my_tup[1])        # 6001
my_tup[2] = 'Aileen'    # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

10.3 Sets (slide 38)

由 unique member elements 組成；用 { } 直接建立或者 set() function。

s1 = {1, 2, 3, 4}
s2 = {3, 4, 5}
s1.add(10)          # .add() 加新元素 → {1, 2, 3, 4, 10}
print(s1 - s2)      # {1, 2, 10}  只喺 s1 出現 (difference)
print(s2 - s1)      # {5}         只喺 s2 出現
print(s1 & s2)      # {3, 4}      共同元素 (intersection)
s1.add(3)           # 3 已存在 → set 不變
empty = set()       # 注意：{} 係空 dict，唔係空 set！

10.4 Dictionary (slide 39)

以 key-value pair 形式存 objects 嘅 mapping。

• Construction：{key: value, key: value, ...}
• Insertion：dict[new_key] = new_value
• Retrieval：dict[key_name] — 例如用 key "name" 攞返 value "mango"

fruit = {"name": "mango", "price": 12}
print(fruit["name"])     # mango
fruit["color"] = "yellow"   # insertion
fruit["price"] = 15         # 同一 key 再 assign = update

Lab Q6 參考答案 (slide 40)

my_list = ['com', 6001, 'john', 70.2]
my_tup  = ('com', 6001, 'john', 70.2)
my_set  = {'com', 6001, 'john', 70.2}
my_dict = {'name': 'john', 'mark': 70.2}

my_list[2] = 'Aileen'      # 5. 第三個元素 index = 2
print(my_list)             # ['com', 6001, 'Aileen', 70.2]

# 6. my_tup[2] = 'Aileen' → TypeError：tuple 係 immutable，建立後唔可以改

my_list.pop(1)             # 7. 移除第二個元素 (6001)；亦可 del my_list[1]
print(my_list)             # ['com', 'Aileen', 70.2]

my_set.add('com')          # 8. 'com' 已經存在，set 只存 unique elements，所以冇加到
print(my_set)

print(my_dict['mark'])     # 9. 70.2

11. Getting help & Return values

Slide 41：官方說明有兩種來源：

• Docstring：寫喺 source code 入面，用三引號 """ 包住，放喺 function / class definition 下面。
• Official Documentation：外部網站 (例如 docs.python.org) 同 API references。

Slide 42 四種即時求助方法：

1. Mouse hover (IDE tooltips)：VS Code / Pylance 自動彈出 docstring。
2. help() function：help(list.append) — Pro-tip：唔好加 ()，咁 Python 會讀個 function 而唔係執行佢。
3. __doc__ attribute：print(list.append.__doc__)，直接印 raw docstring。
4. Keyboard shortcut：cursor 放喺括號入面按 Ctrl + Shift + Space (Mac: Cmd + Shift + Space) 睇 parameter hints。

help(list.pop)
# pop(index=-1, /) method of builtins.list instance
#     Remove and return item at index (default last).
#     Raises IndexError if list is empty or index is out of range.
print(list.append.__doc__)
# Append object to the end of the list.

my_list = [1, 2, 3]
print(my_list.pop(0))      # 1     ← pop 會 "Remove and RETURN item"
print(my_list.append(0))   # None  ← append 只係 in-place 修改 list，冇 return statement

12. Lab submission & Summary

Slide 44：答晒 Q1–Q7，rename 做 Lab_2_<your name>.ipynb，交 PDF (Colab / Anaconda 直接 print to PDF；VS Code 用 More Actions → Export → HTML 再由 browser print)，檢查所有答案同 output 都印得清楚。

Summary (slide 45)：Python characteristics；basic data types and structures；string manipulations；string slicing and indexing；slicing of data structures；data structures and their methods。

自我測驗 Self-test

一頁總結 Cheat sheet