第九章 案例研究：猜字遊戲
這是我們的第二個案例研究，透過本章的探討，我們將學會幾個處理字串的技巧，例如關於迴文與查詢字母順序大小等。利用這些案例，可以解決一些之前遇到的問題。
同時，我們盡量以讓各位多練習的方式來強化撰寫程式的感覺，以便習慣用程式的角度去思考問題。
9-1 讀取單字列表
在這章的練習中，我們需要使用到一份英文單字的列表，網路上可以找到很多像這樣的資料。
比較適合這次使用的是由 Grady Ward 公開發表的 the Moby lexicon project.
這裡面包含 113,809 個在填字遊戲當中被使用到的單字，檔名是 113809of.fic, 可以下載。
另外，這裡還有一個簡單的純文字版本，檔名為 words.txt.
因為是純文字，所以可以直接用一般的文字編輯器打開，或利用 python 的讀取檔案物件，也可以很輕易地讀取它的資訊。
假設我們已經下載，並將檔案命名為 words.txt, 可用以下的程式碼開啟：
>>> fin = open('words.txt')open 函數使用唯讀的方式開啟檔案，fin 是一個普通的變數，用來接收檔案物件的輸入。
我們這邊省略了 open 的兩個參數，一個是指定用什麼模式來開檔，另一個是指定用什麼編碼來讀取檔案，這些等到探討檔案輸出、輸入時再來細說。
如果檔案不在相對路徑中，就必須填上絕對路徑，才能讓 python 順利找到檔案並開檔。
目前的重點是處理字串的部分，開檔讀取資訊只是一種方式與過程。
利用檔案物件提供的 readline 方法，可以一次讀取檔案的一行文字，並且回傳其字串。
>>> fin.readline()
'aa\n'這個單字列表，也就是這個檔案的第一行是 aa 這個單字，而 \n 是換行符號，
readline 方法遇到 \n ，就表示讀取一行的結束。
檔案物件會保持讀取的檔案位置，也就是說，再呼叫一次 readline ，你將得到第二行，也就是第二個單字。它一次只讀取一行，讀取到換行字符為止。
>>> fin.readline()
'aah\n'別懷疑，單字 aah 是一個真正存在的單字，如果你覺得換行符號 \n 很多餘且不是想要的，那麼我們可以使用 strip 方法來去除它。
>>> line = fin.readline()
>>> word = line.strip()
>>> word
'aahed'你也可以將檔案物件當作迴圈的遍歷對象，以下讀取整個檔案的內容，一行印出一個單字：
fin = open('words.txt')
for line in fin:
word = line.strip()
print(word)
fin.close()提醒大家，有使用 open 開檔，記得要使用 close 關檔喔。
9-2 練習
這些練習的解答會在下一節列出，在看解決方案前，希望你已經認真地嘗試過每個練習了。
練習1:
寫一支程式，印出 words.txt 中超過 20 個字母的所有單字。(空白不算)
練習2:
西元 1939 年 Ernest Vincent Wright 發表了一本五萬字的小說，裡面用到的單字都不含 e 這個字母，這是很不容易的，因為含有 e 的單字非常普遍。
例如 are 就有 e 了。這次請你寫一個函數名為 hasNoE, 如果單字不含 e 這個字母，就回傳 True ，否則回傳 False.
然後修改上一題練習的程式，改成只顯示不含 e 字母的單字，並且計算比例。
練習3:
寫一個函數名為 avoids, 接受兩個參數，一個是傳入的單字，另一個是不想顯示的字母串。如果該單字沒有使用到不想顯示的字母就回傳 True ，否則回傳 False.
修改你的程式，讓使用者輸入不想顯示的字母串，能輸出的單字共有多少個？排除字母最少的單字後，能找出5個這樣的組合嗎？
練習4:
寫一個函數名為 usesOnly, 接受兩個參數，一個是傳入的單字，另一個是字母串。如果這個單字只包含字母串中的字母，就回傳 True, 否則回傳 False.
你可以只用含有 acefhlo 這個字母串的單字來造句嗎？
練習5:
寫一個函數名為 usesAll, 接受兩個參數，一個是傳入的單字，另一個是必須的字母串。如果該單字至少使用一次這些合法的字母串，就回傳 True, 否則回傳 False.
你能統計出有多少單字同時含有 aeiou 這些母音字母嗎？如果換成 aeiouy 呢？
練習6:
寫一個函數名為 isAbecedarian, 如果單字的字母是按照字母順序來排列的就回傳 True, 否則回傳 False.(連續兩個相同字母是可以的)。在單字表中，有多少個像這樣的單字？
9-3 搜尋
在上一節中的練習都有一些共通點，就是可以利用之前 8-7 搜尋提到的方式或技巧來解題，明顯的例子如下：
def hasNoE(word):
for letter in word:
if letter == 'e':
return False
return True遍歷整個單字，如果含有 e 這個字母就回傳 False, 否則繼續遍歷下一個字母。
直到整個迴圈順利跑完，沒有再發現任何 e 字母，回傳 True.
你可以直接使用 in 運算子來更簡明地確認該字串有沒有 e 這個字母，但我一開始沒這麼做，而是使用迴圈的版本，因為這樣可以更清楚整個搜尋的過程，並且釐清一些基本的概念。
avoids 函數是 hasNoE 函數的更通用版本，不過它們的架構都是相同的：
def avoids(word, forbidden):
for letter in word:
if letter in forbidden:
return False
return True當我們發現不合法的字母包含該單字的字母，就回傳 False； 若迴圈可以順利跑完，就回傳 True.
usesOnly 和上面的函數功能類似，只是語法意義上相反而已：
def usesOnly(word, available):
for letter in word:
if letter not in available:
return False
return True我們使用合法的字母取代了不合法的字母，如果發現該單字的字母沒有出現在合法字母當中，就回傳 False.
usesAll 函數是類似的，但單字與字母串的關係是相反的：
def usesAll(word, required):
for letter in required:
if letter not in word:
return False
return True這次遍歷的是合法的字母串，合法的字母串沒有出現在單字中，就回傳 False.
仔細思考一下，你會發現 usesAll 是之前提到可以利用寫好的函數解決程式問題的一個例子，我們可以這樣寫：
def usesAll(word, required):
return usesOnly(required, word)這樣的例子稱為「簡化解決已知問題」，利用之前已經開發好的解決方案，套用到現在的專案來解決問題。
身為一個工程師需要有靈活的思考與過人的記憶力，燒腦的事只要經歷一次就好。
9-4 使用索引的迴圈
在上一節中我選擇使用 for 迴圈來完成函數的撰寫，因為只需要字串中的字母，並且不需要利用索引做任何事情。
在 isAbecedarian 的練習中，我們必須比較相鄰的字母關係，這對 for 迴圈來說，有一點難度：
def isAbecedarian(word):
previous = word[0]
for c in word:
if c < previous:
return False
previous = c
return True另一個方法是使用遞迴：
def isAbecedarian(word):
if len(word) <= 1:
return True
if word[0] > word[1]:
return False
return isAbecedarian(word[1:])當然也可以使用 while 迴圈：
def isAbecedarian(word):
i = 0
while i < len(word) - 1:
if word[i + 1] < word[i]:
return False
i = i + 1
return Truei 從 0 開始帶入 while 迴圈，迴圈終止的條件是 i 小於單字長度減一。從這裡我們可以推測，通常 i 這種當作迴圈判斷條件的變數用於索引，而有判斷的條件就表示迴圈內 i 的值會持續更新，而這個條件跟之前多數的判斷式不同，它只遍歷到整個單字的倒數第二個字為止。
在迴圈中，我們比較 i 的下一個字母，如果小於 i 這個字母的順序，就回傳 False 。否則 i 遞增一後，繼續遍歷單字中的下一個字母。如果順利跑完迴圈，就表示該單字通過測試，字母排序符合由小至大的順序排列。
覺得不容易憑空想像時，可以假設任意一個單字試試看，例如 flossy.它的長度是 6, 最後一圈的 i 值是 4, 它比較了這個字母與它的下一個字母，這樣就比對完了。
當 i 是 5 不小於 5, 迴圈條件為 False ，所以不會進入迴圈，這是我們想要的結果。
我們寫了三個版本，除了練習迴圈的使用外，也想告訴大家，思考問題不要被侷限，什麼方式是你認為最好的，就去使用它。
多思考、多寫程式，經驗越多，就會找到更好的方式，這也是程式要重構的原因。
接下來，這裡有一個雙索引版的 isPalindrome 函數，一個索引從頭開始遞增，另一個則是從尾開始遞減，應該還記得上一章的除錯單元範例吧？這是依照它修改的。
def isPalindrome(word):
i = 0
j = len(word)-1
while i < j:
if word[i] != word[j]:
return False
i = i + 1
j = j - 1
return True或者我們利用「簡化解決已知問題」的技巧，改寫以上的函數：
def isPalindrome(word):
return isReverse(word, word)還記得 isReverse 這個函數的定義在哪裡嗎？它在第八章。
9-5 再談輸出
我們已經知道 print() 這個內建函數是用來顯示，也就是輸出內容的。但它還提供很多元化的形式，可以在不同時機或不同喜好下使用。
用逗號 (,) 分隔運算元:
a = 10
b = 20
print(a, '+', b, '=', a + b)
# 10 + 20 = 30再次提醒，印出的結果中間會空格，是因為逗號後面本身會被空一格。可以試試在逗號後面不空格或空兩格，結果會是一樣的空一格。
用加號 (+) 分隔運算元:
a = '小明'
b = '小華'
print('你好： ' + a + ' 和 ' + b)
# 你好 小明 和 小華用加號連接字串的方式就不會被自動空格，所以我們必須在字串裡自行空格。
傳統 C 風格的輸出格式：
a = '小明'
b = '小美'
print('%s 是我的朋友, %5s 是他的太太, 他們有 %d 元' % (a, b, 200))
# 小明 是我的朋友, 小美 是他的太太, 他們有 200 元%5s 是利用五格靠右對齊來顯示，小美算兩格，所以前面也就是左邊還會空三格，通常這是用來對齊的設計。
s 代表字串，d 代表整數，百分比則是特殊符號，也就是格式化字串符號。
python 3 的 format 輸出格式：
a = '小明'
b = '小美'
print('a 是 {} 且 b 是 {}'.format(a, b))
# a 是 小明 且 b 是 小美
print('我的朋友是 {0}, 他的太太是 {1}'.format(a, b))
# 我的朋友是 小明, 他的太太是 小美
print('a 是 {aa} 且 b 是 {bb}'.format(aa = a, bb = b))
# a 是 小明 且 b 是 小美結果差不多，但寫法有很大的不同。這是我們推薦的用法，也是比較靈活的新方式。
大括號裡面帶數字的可以指定變數置放順序，或者不要帶數字留空，就會直接根據 format 所帶的參數順序。
直接把變數名稱放進去的寫法也很好，看起來更直接清楚，其實還有很多格式上的寫法，像是數字補零或者對齊等等，都有相應的寫法，請看下去。
python 3.6 開始支援的 f-string 輸出格式：
user = '小明'
print(f'我是 {user}')
# 我是 小明這樣更方便，連 format 都可以省了。
我們可以使用 f-string 來讓顯示的數字更靈活：
a = 116.66
b = 118.99
print(f'a * b 是 ${a * b:,.1f} 美元')
# a * b 是 $13,881.4 美元.1f 就是只顯示一位小數，還有很多細部的格式化處理，可參考 格式化輸出 補充。
除錯
我們知道測試程式是困難的，但這一章的功能相對容易測試，因為可以直接確認其結果，也就是返回值對不對。不過還有一些隱藏在其中的困難之處，例如無法使用所有單字來測試所有的可能性。
舉一個測試 hasNoE 函數的例子來說，有兩個明顯的狀況，有 e 字母的單字就回傳 False, 而沒有 e 的回傳 True.
這部分應該沒問題，可以很容易地想到。但其中還有些需要測試的狀況沒那麼明顯，有時我們會沒考慮到那麼多，尤其是在一開始的階段。
例如， e 可能在最開頭、中間或結尾。有些單字很短，有些單字很長，還有空字串也需要處理或考慮。
空字串是一個經常容易被忽略的特殊狀況。除了使用所想到的狀況來測試程式外，像本章的案例，可以使用含有一百多萬個單字的 words.txt 來進行大量測試。
通過輸出，或許你能抓到錯誤點，但要小心，錯誤的種類有很多種，像是應該包含的沒有包含，不應該含有的卻出現了。有時候修正一個錯誤，反而又帶來另一個新的錯誤。
最理想的狀況是，只要程式經過修改，整個測試的流程都應該再進行一次，以降低錯誤發生的可能。
一般來說，測試可以讓你找到錯誤點，但要設計出好的測試方案並不容易。即使找到錯誤點，也不能保證程式已經完全正確。
有一句工程師的名言是這樣說的：「測試程式時可以發現錯誤的存在，但你永遠無法保證該程式已經不存在任何錯誤。」
我個人認為檢測或測試的工作是一門大學問，需要相當的耐心，因為永遠無法預料使用者會給出什麼樣的資訊。
程式會一直更新與除錯是好事，代表有人維護，也有人使用。不需要維護及除錯的程式，表示它已經死掉了，或者被取代。
程式跟人一樣不可能完美，但設計時可以設立目標，例如完成什麼樣的功能，或者下載、點閱次數達到多少等等，盡可能靠近理想中的要求。
動動腦
有一種猜字遊戲是這樣玩的：
任選一個單字，告訴你開頭的字母，再提示總共有多少字母。像這樣：
g---你有兩種猜法，一種是直接猜出這個單字，另一種是猜這個單字中有沒有某個字母。
猜整個單字猜錯時，提示猜錯；猜某個字母猜錯時，輸出保持原狀。
猜字母時，若該字母在該單字中，則將該字母顯示在該單字的正確位置，也就是把 - 換成正確字母。
如果要讓遊戲好玩一點，可以考慮設定最多猜幾次。
以下是猜字謎的過程：
你可以猜 7 次
d-------
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： e
你可以猜 7 次
d-----e-
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： a
你可以猜 7 次
da----e-
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： i
猜錯了，字母 i 並沒有出現在答案當中
你可以猜 6 次
da----e-
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： o
猜錯了，字母 o 並沒有出現在答案當中
你可以猜 5 次
da----e-
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： r
你可以猜 5 次
da----er
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： u
你可以猜 5 次
dau---er
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： g
你可以猜 5 次
daug--er
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： daughier
猜錯了，答案不是 daughier
你可以猜 4 次
daug--er
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： h
你可以猜 4 次
daugh-er
你可以直接猜整個字，也可以只猜一個字母： daughter
恭喜你答對了
答案就是 daughter
感謝你，再見因為最後只剩下一個字母還沒猜到，所以也可以只輸入一個字母來猜，這邊是直接猜出整個單字。
你可以隨時猜整個單字，或者試看看某個字母有沒有在答案當中。猜中了次數不會遞減。
我們來寫幾個像這樣的猜字謎遊戲會用到的函數，先用固定的單字來當作答案，待日後學習亂數時，再完成這個程式。
字謎的初始化樣式 initQuestionString
# answer = 'python' 字謎答案
def initQuestionString():
question_string = answer[0] # 第1個字母是已知的
answer_len = len(answer) # 確認答案長度
for i in range(1, answer_len): # 除了第1個字母，其他都是未知的
question_string += '-'判斷使用者猜字謎的結果 checkGuess
# guess = 'paying' # 使用者猜的字謎
def checkGuess():
change_question_string = True # 問題字串是否需要調整
guess_len = len(guess) # 取得所猜字謎的長度
# 猜整個單字
if guess_len > 1:
# 猜對了
if guess == answer and guess_len == len(answer):
guessRight() # 顯示猜中的訊息
showAnswer() # 顯示答案
gameOver() # 遊戲結束
# 猜錯了
else:
change_question_string = False # 字謎題目不需要調整
getWrong() # 顯示猜錯的訊息
processQuestionString(change_question_string) # 處理問題字串
self.now_times += 1 # 猜的次數加一
# 只猜一個字母
else:
# 猜對了
if guess in answer:
processQuestionString(change_question_string) # 處理問題字串
# 剛好猜出整個單字
if '-' not in question_string:
guessRight() # 顯示猜中的訊息
showAnswer() # 顯示答案
gameOver() # 遊戲結束
# 猜錯了
else:
change_question_string = False # 字謎題目不需要調整
getWrong() # 顯示猜錯的訊息
processQuestionString(change_question_string) # 處理問題字串
self.now_times += 1 # 猜的次數加一針對需求先規劃好整個遊戲的流程，將重複利用到的功能以函數來替代。
一一撰寫相應的函數，有一個中控函數串起所有的流程，最後測試並修改程式直到完成。
完成之後可以先給身邊的人試看看，因為自己經常會有盲點，或許有什麼沒考慮到的地方，依據回應再修改程式，最後公開發布。
練習
第1題 檔名： 9-1.py
有一個 猜字遊戲，說明如下：
條件是從 words.txt 中找出單字裡有三組兩個連續字母的例子，並印出來，例如：
mmttee: committee
sssspp: Mississippi上面的例子雖然不是很完美，因為中間都夾雜了其他字母，但事實上會有完全符合條件的單字嗎？
寫一支程式，使用上述的規則在 words.txt 挑出完全符合的單字，中間或前後不能有其他字母，把結果印出來看看。
第2題 檔名： 9-2.py
利用 python 求解二元一次聯立方程式：
2x+6y-12 = 0
8y-4x = -4提示：使用 numpy 函式庫來求解，使用前需要用 pip install numpy 先完成安裝。
目前只要求寫出來的程式可以解相同格式的聯立就行了，像是：
3x+9y-21 = 0
8y-4x = 12參考資料
影片
最後更新：2021-12-15 11:26:45
From： 211.23.21.202
By： 特種兵
