程式設計基礎練習

1. 前言準備

這堂課將練習編程的基礎邏輯，包括：

1. 輸入、處理、輸出
2. 基本算術
3. 控制流程
4. 函式方法
5. 循環
6. 陣列 Array
7. 雜湊 Hash
8. 物件 Object
9. 檔案 File

難度大約是電腦本科生大一程度，也是程序員一定會的基本題。

請在 Github 上 Fork 這個專案 https://github.com/ihower/programming-exercise，然後 git clone 回去：

git clone [email protected]:your_name/programming-exercise.git cd programming-exercise.git

其中每個 .rb 檔案就是一個小題目需要完成，用 ruby 檔名 就會執行，例如：

ruby 01-hello.rb

就會執行第一個題目。請完成一題就 commit 一次，最後送 Pull Request 交作業。

題目看起來很多，但是其實每一題的答案只是幾行代碼而已，不用想太複雜。

2. 輸入、處理、輸出

題目 1

輸入名字，輸出 “Hello, 名字”

成功畫面：

題目 2

交換變數 a 和變數 b 的值

提示說明

標準螢幕輸出(STDOUT)

• puts 會輸出變數在螢幕上，並且有換行
• print 也會輸出變數在螢幕，不會換行

標準螢幕輸入(STDIN)

gets 可以從鍵盤拿到輸入的值。

什麽是變數？

讓電腦(記憶體)記住一個值(value)，就像一個箱子📦 = 是賦值運算符(assignment operator)，是指派右邊的值到左邊的變數

在 Ruby 中，一律用小寫開頭命名變數，並且習慣用 _ 底線來分隔單字，例如 your_name。

字串 String

• "用雙引號包起來"
• '或是用單引號'
• "如果裡面有'單引號'，那就要用雙引號包起來"
• '如果裡面有"雙引號"，那就要用單引號包起來'
• "如果你堅持雙引號裡面要有雙引號，那你得寫成 \" 做逸出"

字串串接

用 + 的，例如 "a" + "b"

字串內嵌

用 #{} 的語法可以將變數內嵌在字串中

例如 "This is #{a}"

如何註解？

在 Ruby 中用 # 註解。# 後面的字都不會執行

irb 互動式 Ruby 環境

執行 irb 可以進入 Ruby 的互動式環境，可以快速地練習進行語法實驗

3. 基本算術

題目 3

輸入直角三角形的底和高，輸出三角形的面積(底乘高除二)

題目 4

輸入有多少片比薩餅和多少人，輸出每人可以分到幾片，以及剩下幾片

提示說明

什麽是數據類型？

每個值都屬於一個數據類型，例如有：

• 字串 String
• 整數 Integer (不可以有小數)
• 浮點數 Float (可以存放小數)
• 陣列 Array
• 雜湊 Hash

整數和浮點數

• 沒有小數點的就是整數，例如 123
• 有小數點的就是浮點數，例如 123.0 或 12.3

有哪些基本算術?

• + 加
• - 減
• * 乘
• / 除
• % 餘數，例如 20 % 3 是 2

註意，整數除整數還是整數。只有浮點數運算的結果才會是浮點數。

例如 10/4 會是 2。要 10.0 / 4 才是 2.5

型別轉換 (Type Conversion)

字串和數字是不能直接相加的，會出現 TypeError 的錯誤，需要先做型別轉換：

• 透過 to_i 可以將字串轉成整數，例如 "123".to_i 變成 123
• 透過 to_f 可以將整數轉乘浮點數，例如 123.to_f 變成 123.0
• 透過 to_s 可以轉成字串，例如 123.to_s 變成 "123"

注意，在 gets 中，拿到的是「字串」，即使你輸入的是數字。所以如我要做數字計算，記得先做型別轉換。

在 Rails controller 中，params 的值也都是字串。

浮點數常用方法

四捨五入 round

1.4.round      #=> 1
1.5.round      #=> 2
1.6.round      #=> 2
(-1.5).round   #=> -2

無條件進制 ceil

1.2.ceil      #=> 2
2.0.ceil      #=> 2
(-1.2).ceil   #=> -1
(-2.0).ceil   #=> -2

無條件捨去 floor

1.2.floor      #=> 1
2.0.floor      #=> 2
(-1.2).floor   #=> -2
(-2.0).floor   #=> -2

更多請參考 Ruby Float API

4. 控制流程

題目 5

輸入體重和身高，輸出身體質量指數(BMI)和建議文字

BMI 公式為 bmi = ( 體重 / (身高x身高) )，單位是公斤和公尺

• 如果 BMI < 18.5，顯示過輕
• 如果 BMI >= 24，顯示過重
• 如果 BMI 介於 18.5 ~ 24，顯示正常

題目 6

輸入一個數字 x，請判斷是否正數、零或負數，以及是不是偶數

題目 7

輸入數字 x, y, z，請根據以下的判斷輸出結果

• 當 x < 0 輸出 “A”
• 當 x > 0
  • 當 y > 0
    • 當 z > 0 輸出 “B”
    • 當 z < 0 輸出 “C”
  • 當 y < 0
    • 當 z > 0 輸出 “D”
    • 當 z < 0 輸出 “E”

題目 8

輸入數字 x, y, z，請輸出三個數中最大的數

提示說明

布林 Boolean 數據類型

布林 Boolean 數據類型只有兩種值： true 或 false

關系運算子

以下這些運算子，都會回傳 Boolean 值，也就是 true 或 false

• ==
• !=
• <
• >
• <=
• >=

例如 "123" == "123" 會回傳 true，123 > 555 會回傳 false

控制流程(Control Flow)

透過 Boolean 條件，就可以決定程序怎麽執行

if 9 > 3
  # 這段會執行
else
  # 這段不會執行
end

更多條件的話：

if a > b
  # ...
elsif a == b
  # ...
else
  # ...
end

邏輯運算子

&& 且

• 當 a 和 b 都是 true 時，a && b 回傳 true
• 當 a 或 b 任一個是 false 時，a && b 回傳 false

|| 或

• 當 a 或 b 任一個是 true 時，a || b 回傳 true
• 當 a 和 b 都是 false 時，a || b 回傳 false

! 相反

如果 a 是 true，那 !a 就是 false。反之亦然。

透過 && 和 ||，就可以結合不同條件：

if ( 9 > 3 ) && ( 6 == 6)
 # ...
elsif ( 2 > 1 ) || ( 5 < 1 )
 # ...
end

Boolean 轉型

條件不需要一定要轉成 Boolean 型態，在 Ruby 之中只要不是 false 或 nil，都會自動判斷成 true

例如：

if "foobar"
  # 會執行
end

if 123
  # 會執行
end

if 0
  # 會執行
end

if ""
  # 會執行
end

if []
  # 會執行
end

if nil
  # 不會執行
end

5. 方法 Method

題目 9

將題目 3 計算直角三角形面積，改成調用方法

題目 10

將題目 8 找出三個數中最大的數，改成調用方法

提示說明

一些需要重復被執行的代碼，可以透過定義函式包裝起來，方便之後繼續調用

有些程式語言的術語用 Function 函式，在 Ruby 中則習慣稱之為 Method 方法。

如何定義方法和調用

用 def

def hello
  puts "Hello"
end

hello()  # 這樣會調用 hello 方法

hello    # 在 Ruby 語言中 () 可以省略

如何帶入參數

def hello(name)
  puts "Hello, #{name}"
end

hello("ihower")   # 這樣會調用 hello 方法

hello "ihower"    # 在 Ruby 語言中 () 可以省略

回傳值

def get_hello(name)
  return "Hello, #{name}"
end

str = get_hello("ihower")
puts str

在方法中用 return 返回一個值，讓我們可以把它存進一個變數，在後面的程序來使用。

如果沒有寫 return，該方法的最後一行的值會自動被返回。例如上述程式的 return 可以省略：

def get_hello(name)
  "Hello, #{name}"
end

6. 循環 Loop

題目 11

輸出 1 到 100 之間，所有 7 的倍數。

題目 12

求 1~100 所有偶數的和

題目 13

輸入一個數字 N，輸出 N * N 乘法表，例如輸入 12，輸出

0 x 0 = 0
0 x 1 = 0
......
12 x 11 = 132
12 x 12 = 144

題目 14

輸入一個數字 N，請檢查是不是質數

提示：從 2 開始到 N/2 不斷去除這個數字，如果可以整除就表示不是質數

題目 15

猜數字游戲：程序會先產生一個隨機數，然後用戶開始猜這個數字。

程序會針對猜的數字回答太高、太低或猜中，猜中後程序就會終止。

提示說明

什麽是循環？

就是可以重復執行某段程式碼，直到滿足某個條件。

x = 10
while x <= 10
  puts x
  x = x + 1
end

這個 while 就會一直循環，直到 x 超過 10 不滿足條件，才會離開循環。

注意，如果 while 的終止條件沒有滿足，會變成無窮循環，程序就不會終止了。

提前中斷

在 while 循環中，用 break 關鍵字，會提前中斷循環

7. 陣列 Array

題目 16

給定一陣列內含數字，輸出最大值

題目 17

使用者不斷輸入數字存進陣列 Array，最後輸出總和、平均、最大值、最小值

注意：如果沒有輸入任何東西直接按 Enter，gets 仍會讀到一個換行符號，這是一個螢幕不可見的字符，在字串中用 "\n"表示。

題目 18

輸入數字 N，建構一個陣列有 N 的元素，內容是 0, 1, 4, 9, 16, 25…… 每個元素是該索引的平方。

例如 N = 1，則陣列是 [0] 例如 N = 3，則陣列是 [0,1,4]

題目 19

給定一陣列內含數字，輸出另一個陣列只包含偶數

提示: 新建立一個空陣列，然後走訪本來的陣列檢查每一個元素，如果符合條件就塞進(push)進新的陣列。

題目 20

承上題，請排序並去除重復的數字

提示：可用 arr.sort 健行排序，以及 arr.uniq 去除重復

題目 21

Ruby 的 Array 陣列是內建了 .sort 方法可排序，我們這裡練習自行實作一個排序算法。

給定一陣列內含數字，請實作選擇排序法進行排序。

假設陣列有N個元素，先從第一個元素走訪到最後一個，找到最小的那一個交換到第一個位置。

接著從第二個元素走訪到最後一個，找到最小的元素，交換到第二個位置。以此類推，最後就會得到一個從小到大的陣列。

題目 22

給定一陣列內含數字，請輸出 0~9 中不見的數字。例如 arr = [2,2,1,5,8,4]，輸出 [0,3,6,7,9]

提示說明

什麽是陣列？

• 一個有順序的容器，用數字當作索引。
• 索引從 0 開始
• 原則上裡面的元素，數據類型最好都是一樣的，例如都存整數，或是都存字串。

以下就是一個陣列，用中括號前後包住，用逗號分隔：

array = [5,1,2,3,5]

陣列裡面還可以放陣列，這樣會變成二維陣列：

array = [
  [1,2,3],
  [4,5,6],
  [7,8,9]
]

array[0][0] # 這是 1
array[0][1] # 這是 2
array[2][2] # 這是 9

如何走訪陣列？

用 for 方法：

for i in array
  puts i
end

在 Ruby 中更習慣用 each 方法：

array.each do |i|
  puts i
end

如果走訪時，需要索引值，可以改用 each_with_index 方法：

array.each_with_index do |i, j|
  puts i
  puts j   # j 從 0 開始數
end

如何操作陣列？

array.size 會回傳陣列長度

array[1] 會讀取第二個元素

array[1] = 999 會更改第二的元素的值

array[99999] 讀取一個不存在的值，會回傳 nil

array[0] 或 array.first 是陣列的第一個元素

array[-1] 或 array.last 是陣列的最後一個元素

array.push(999) 或 array << 999 會新增一個元素 999 到陣列的最後面

array.unshift(999) 會新增一個元素 999 到陣列的最前面

array.delete_at(i) 會刪除索引值在 i 的元素

更多 Ruby 的 Array 方法請參考 Ruby Array API

字串與陣列

程式語言內部實作字串的方式，就是將一個一個字符用陣列連結起來。這就是為什麽字串也可以用數字索引操作：

str = "ABCDEFG"

str[0]  # 得到 "A"

str[1] = "x"
str   # 變成 "AxCDEFG"

str.split("") # 用 "" 拆開字串，得到陣列 ["A", "B", "C", "D", "E", "F", "G"]

["x", "y", "z"].join(" ") # 用 " " 串接成字串，得到 "x y z"

8. 雜湊 Hash

題目 23

給定一雜湊 Hash，輸出有最大值(value)的鍵(key)

題目 24

給定一雜湊 Hash，輸出值(value)是偶數的鍵(keys)

注意，答案是一個陣列

題目 25

計算一個陣列中各個元素的出現頻率

題目 26

給定一個雜湊 Hash，請根據指定的鍵值進行過濾和排序

提示說明

什麽是雜湊 Hash？

用鍵(key)當作索引的容器，例如

h = { "a" => 123, "b" => 456 }

h["a"] 就是 123

h["b"] 就是 456

h["qweqkleklwqen"] 如果讀取一個不存在的key，結果會是 nil

h["new_key"] = 123 如果本來沒有這個 key，就會直接新增一組 key-value

如何走訪雜湊 Hash？

h.each do |key, value|
  puts key
  puts value
end

常用方法

h.keys 會回傳一個陣列包括所有 keys

h.values 會回傳一個陣列包括所有 values

h.merge(h2) 會合並雜湊 h2 到雜湊 h

更多 Ruby 的 Hash 方法請參考 Ruby Hash API

9. 物件 Object

題目 27

請自訂一個 Person 物件，屬性有 first_name, last_name，然後定義一個方法是 greet 會輸出 "Hi, <first_name> <last_name>"

提示說明

什麽是物件?

物件(Object)也是一種數據類型，這種數據除了擁有屬性，也有方法可以調用。

在 Ruby 之中，其實每種數據類型，例如 String、Integer、Float、Array、Hash 等等，也都是物件(Object)。

例如字串的 size 方法和 split 方法：

"abc".size 會回傳 3

"a,b,c,d".split(",") 會回傳陣列 ["a", "b", "c", "d"]

其中 . 就是調用方法的意思。

如何自訂義物件?

需要透過類 Class 自訂義 Object。Class 就像一種樣板，定義出同一種類型的物件有哪些共同的屬性和方法。

例如以下的代碼定義了 Car 類別：

class Car

  attr_accessor :color  # 這會定義屬性 @color

  def run
    puts "This #{@color} car is running"
  end
end

有了類，就可以用 new 來產生出物件：

car1 = Car.new
car1.color = "red"
car1.run

car2 = Car.new
car2.color = "blue"
car2.run

內建的類別

剛剛說在 Ruby 之中，每種數據類型，例如 String、Integer、Float、Array、Hash 等等，也都是物件(Object)。

這些物件，其實也都是從類別產生出來的，例如

"foobar".class 會回傳 String 是個類別

String.new("foobar") 等同於 "foobar"

[1,2,3].class 會回傳 Array 是個類別

Array.new([1,2,3]) 等同於 [1,2,3]

不過因為這些數據類型太常用了，所以就不需要寫 .new 來產生，直接用符號表示就可以了。

什麽是常數 (Constant)？

在 Ruby 中，大寫開頭的變數又叫做常數，指一個數值固定不變的常量。

例如：

STATUS = ["pending", "confirmed"]

Pi = 3.1415926

所有的類別(Class)都是一種常數，所以這也是為什麽命名類別的時候一律都是大寫開頭。

10. 檔案處理

題目 28

請打開 wordcount.txt，計算每個單字出現的次數

題目 29

請打開 todos.txt，其中每一行就是一個待辦事項。 請編寫一個程序，可以新增和刪除代辦事項，最後可以存盤離開。 重新執行這只程序，可以繼續上次的代辦事項。

注意：gets 讀到的字串，最後都會有一個換行符號，這是一個螢幕不可見的字符，在字串中用 "\n"表示。用 chomp 方法可以去除字串前後的空白和換行符號 "\"。

提示說明

什麽是檔案？

所有正在執行中的程序和數據，都是放在記憶體(memory)之中。記憶體存取速度快，但是容量小而且一關機數據就不見了。 檔案則是存在硬盤上，容量大但存取慢，但是關機重來還是繼續保存著。

所謂的讀取檔案就是將數據從硬盤放進記憶體裡面，讓程序可以操作。反之寫入檔案則是將記憶體的數據寫入硬盤進行保存。

如何開檔讀取和寫入

使用 Ruby 的 File API：

讀取檔案內容：

file = File.open("foo.txt")
doc = file.read("foo.txt")

寫入檔案：

File.open("bar.txt", "w+") do |f|
  f << "aaa"
  f << "\n"
  f << "bbb"
end

這樣就會寫入 bar.txt，內容是 ：

aaa
bbb

11. 推薦資源

如果這教程對你來說偏簡單，推薦你接下來買一本 Ruby 基礎教程, 人民郵電，如果你要找工作面試，請盡量念完這一本。

如果想繼續練習基礎編程，或是面試的公司有考算法，可以練習以下的題庫網站(請練習 Easy 程度程度即可，更高難度需要學完資料結構課程)

• Coderbyte
• LeetCode Online Judge 硅谷、BAT 大公司面試必備刷題題庫網站
• Codility 模擬線上算法測試，很刺激

如果這教程對你來說還是偏難太過抽象，建議你可以找啊哈磊的小學生坐在馬桶上都能看懂的編程入門書，會用更淺顯的對話和例子，用一整本書的長度來講這教程的內容。

其他參考資料

• 啊哈C！蹲馬桶就能看懂程式的邏輯訓練
• Exercises for Programmers
• Computer Science Programming Basics in Ruby
• Swift 程式設計入門