聖誕節編程：叮叮噹~~叮叮噹~~下雪與Python 串列

作者：John Hanna

準備好迎接冬天了嗎？（或者只是期待從學校的寒假中解脫？）在暴風雪期間來點卡拉OK怎麼樣？TI-Nspire™ 檔案中包含了一個 Python 程式，肯定能讓你沉浸入那冬日的心情，因為它：

• 有飄落的雪花。
• 播放 "聖誕鈴聲" 的音符。
• 在螢幕上顯示歌詞的同步卡拉OK風格的字幕。

備註：查看檔案以了解作者訊息。

程式碼的核心是……一個串列：

"聖誕鈴聲" 歌曲的部分 Python 程式碼

串列 myscore 的每個元素包含有關歌曲每個音符的三個訊息：音符名稱、音符長度和與該音符相關聯的歌詞（在這種情況下通常只是一個音節）。每個元素都是一個 Python 數組，例如（“f4”，0.125，“the”），表示“F”音在第4個八度的一個四分音符（0.25）對應於單詞“the”。

該程式還使用了一個Ball Class，用來表現雪花，並使用一個雪花數列來呈現所有飄落的雪花。這篇文章更深入地探討了Python串列數據結構。在室內引發一場雪暴的同時，教導您的學生有關串列的知識。

Python串列提醒

串列是Python數據結構家族中的一部分。數組、串列、集合和字典都是相似的數據結構，每種結構都有其獨特的特性、語法和標點符號。如果您熟悉TI-84 Plus CE Python或TI-Nspire™ CX II繪圖計算機上的串列，當您在使用Python串列時，您會發現一些有趣且獨特的功能。

串列的符號是一對方括號: [ ]。這個符號用於封閉串列元素，例如：

     myListA = [7, 15, 4]
     myListB = [ ] #一個空的串列

以及用於引用串列元素，如myListA[1]，它是上面看到的數字15。串列索引（下標）從0開始。

初始化串列

如上例所示，可以通過在括號內聲明其元素並用逗號分隔來初始化串列。

我們可以使用list()方法來建立一個串列：

myListA = list(range(10))  # 產生串列[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

chars = list('Hello')  # 產生串列['H', 'e', 'l', 'l', 'o']（字串是Python可迭代對象。可迭代對象是Python對象，可以用作數列。）

這裡有一個獨特的Python功能：

myListC = [0] * 5

建立串列[0, 0, 0, 0, 0]，並將其儲存於變數myListC中。這與TI-84 Plus CE Python或TI-Nspire™ CX II圖形計算器上的相對操作非常不同，後者只是將串列的每個元素乘以標量值5。

那麼[1, 2, 3] * 5會建立什麼呢？以下是使用Shell的答案：

您感到驚訝嗎？與TI-84 Plus CE Python或TI-Nspire™ CX II繪圖計算機上的結果[5, 10, 15]不同，它實際上是將串列中的元素製作了五次“拷貝”。同時請注意，此操作是可交換的。

有關此類串列建立在實際應用中的範例，請參見第4單元應用，其中建立了一個模擬擲兩顆骰子並監控累積和進行分析的情境。

使用.append()建立串列

您可能已經見過串列方法a.append(x)，將元素x增加到串列a中。一種相似的技術是a += [x]（簡寫為a = a + [x]），它將包含x的串列“增加”到串列a的末尾。x周圍的方括號是必需的：您正在將一個串列（包含一個或多個元素）增加到另一個串列的末尾。

串列理解(List Comprehension)

Python的另一個令人興奮的特點是串列理解，它用於初始化包含不同值的串列。使用傳統方法製作包含特定值的串列的方式是使用for迴圈：

myListD = [0]*10 #創建立一個包含10個元素的串列，所有元素都是0。.

for i in range[10]:

     myListD[i] = i

使用串列理解(List Comprehension)，我們可以寫一條單行語句執行上述三條語句的任務：

其他例子：

myListE = [ x**2 for x in range(1, 6)]

建立myListE = [1, 4, 9, 16, 25]

myListF = [ randint(1,25) for i in range(8) ]

建立包含8個介於1和25之間的隨機數的串列

特別注意！

在TI-84 Plus CE Python或TI-Nspire™ CX II繪圖計算機中，我們可以將一個串列分配給另一個串列：

TI-84 Plus CE list：L2→L3
TI-Nspire™ CX II list：L3:=L2

上面的每個語句將串列L2的副本儲存到變數L3中，因此在執行之後，L2和L3是包含相同數集的獨立串列。

但是，在Python中：

假設a = [1, 2, 3]

然後b = a 做的事情完全不同：而不是有兩個獨立的串列，只有一個串列有兩個不同的名稱。變數a和變數b都指向同一個串列。對其中一個串列進行更改會導致另一個串列發生相同的更改，因為它們是同一個串列。在Python Shell中試試看：

為了複製一個串列，使用特殊的串列方法.copy()：

a = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]

b = a.copy( )

使用.copy()函數建立包含相同值的兩個獨立串列。以下是另一個Shell演示：

範例：製作質數列表

以下的函數返回一個質數串列（primelist），其中包含小於等於數字n的所有質數，同時它還使用該列表在兩個迴圈尋找更多的質數。優雅！

注意：Python的for迴圈有一個可選的else:子句，當迴圈正常結束時執行。內部循環（for p in primelist）測試當前數字i是否能被迄今為止找到的任何質數整除。如果是，則執行break（迴圈提前終止），然後處理i的下一個值。如果內部迴圈正常結束（即i不能被迄今為止找到的任何質數整除），則在else:塊中將數字i增加到primelist中。

回到"聖誕鈴聲"

你沒想到我會在不給你自己的暴雪場景的情況下收尾吧？而且我敢打賭你現在還在唱著“Jingle bells, jingle bells … jingle all the way. …”

這個TI-Nspire™檔案可與TI-Innovator™ Hub一起使用，甚至可以在有正確傳輸線連接到TI-Innovator™ Hub的情況下使用外部喇叭。只需在程式的play_note()函數中使用適當的語句：

表示聲音或喇叭的程式碼。

程式中還包含了第二首以#commented 的歌曲，“Auld Lang Syne”。

程序中的flakest串列追蹤螢幕上的雪花。但是串列不會變得太大：當一片雪花撞到“地面”時，它將使用之前討論的.remove()方法從串列中移除。雪花通過對每片雪花的位置增加一些隨機地來“飄落”到地面：

在snow.py中的Ball.move()方法的程式碼

這個程式中有三個特殊的函數：

這個函數處理音樂的音效部分。請注意if hub:語句。這允許程式即使沒有連接TI-Innovator™ Hub也能運行。此外，音符的定時使用time()函數處理，而不是使用sleep()函數。這樣更加準確。

play_note() 函數在TI-Innovator™ Hub或其外部喇叭上建立聲音。請注意，這裡包括了sound.note()和spkr.note()，但根據您的硬體設定，只有其中一個應該處於活動狀態。

這個函數稍微複雜一點：它顯示卡拉OK式字幕的平移，用紅色突顯當前的歌詞。

請注意，雪花會積聚在地上。最終，隨著雪花越來越厚，雪人將被“埋葬”：

最終程式正在運行 —— 一場大風雪！

所以，如果你熟悉閱讀樂譜，你的挑戰就是通過建立一個類似的串列來建立另一首歌曲。

列表總結

• 將串列乘以一個數字可以將串列“擴展”到該因子。
• 串列理解是建立串列的一種便捷方式。
• 在嘗試複製串列時要小心。
• 使用.copy()方法而不是簡單的賦值語句。
• 串列可以儲存其他複雜的數據結構，不僅僅是數字或字串。
• 查看Python檔案中的其他串列方法。

 

祝你過一個愉快的冬天！

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關於作者：約翰·漢納（John Hanna）是一名退休教師，分別在紐澤西州進行帆船運動和佛羅里達州進行山地自行車運動（他是不是搞錯了？），且仍然很樂意與TI合作，為新產品提供回饋，並為數學和科學開發有意義的編程內容……並且仍然樂在其中，享受各種繪圖計算機及其相應的玩具。