歡迎來到解難的世界！

你有沒有試過砌一套複雜的 LEGO，或是第一次嘗試焗蛋糕？你肯定不會隨便把材料混合在一起就期望它會成功，對吧？你需要遵循一個計劃！在電腦科學中，我們也是這樣做的。在程式設計師輸入任何一行代碼之前，他們都會遵循特定的步驟，以確保能用最好的方法解決問題。

在這些筆記中，我們將學習解難程序與技巧。學完之後，你會發現程式設計與其說是「打字」，不如說是「思考」！

別擔心，如果有些詞彙看起來很艱深，我們將會把它們拆解成容易理解的小概念！

解難的 6 大階段

把這些階段想像成路線圖，如果你錯過了一個轉彎，就可能會迷路！以下是每一位程式設計師都會使用的六個步驟：

1. 定義問題 (Problem Definition)

定義：找出究竟需要解決什麼問題。如果你連問題是什麼都不知道，就沒辦法修正它！
目標：用簡單的文字清晰地說明問題。
比喻：在蓋房子之前，你需要先決定是要蓋一間小木屋還是摩天大樓。

2. 分析問題 (Problem Analysis)

定義：仔細審視問題，看看你有什麼資訊，以及你想要什麼結果。
目標：識別輸入 (Inputs)（放入什麼）和輸出 (Outputs)（產出什麼）。
比喻：如果你在製作奶昔，水果和牛奶就是輸入；而美味的奶昔就是輸出。

3. 設計演算法 (Algorithm Design)

定義：為了解決問題，編寫一個步驟詳盡的計劃或「食譜」。
目標：寫出一套任何人（或電腦）都可以跟隨的邏輯路徑。
小貼士：我們通常會在這個階段使用流程圖或「偽代碼」(Pseudocode，即簡單的日常英文說明)。

4. 程式編寫 (Program Coding)

定義：將你的演算法（計劃）轉換成電腦能理解的語言（如 Python、Scratch 或 C++）。
目標：將你的構思轉化為實際可運作的程式。
比喻：這就像廚師終於根據食譜開始烹飪餐點一樣。

5. 程式偵錯與測試 (Program Debugging and Testing)

定義：檢查程式是否有錯誤（稱為臭蟲/Bugs），並確保它每次都能正確運作。
目標：在人們開始使用軟件之前，找出錯誤並加以修復。
你知道嗎？「Bug」（臭蟲）這個詞源於 1947 年，當時有一隻飛蛾真的卡在早期的電腦裡面！

6. 程式文件編寫 (Program Documentation)

定義：撰寫關於程式如何運作以及如何使用的說明和指引。
目標：幫助其他人（或未來的你自己）理解你的代碼。
比喻：這就像新電器附帶的說明書一樣。

記憶小技巧：要記住這 6 個階段，試試這個句子：
Dogs Always Drink Cold Tasty Drinks
(Definition 定義, Analysis 分析, Design 設計, Coding 編碼, Testing 測試, Documentation 文件編寫)

快速複習：哪一個階段像「食譜」？（答案：設計演算法）。哪一個階段是關於修復錯誤的？（答案：偵錯）。

拆解問題：IPO 模型

當我們處於分析問題階段時，我們會使用一個非常有用的工具，稱為 IPO 模型。它代表 Input（輸入）、Process（處理）和 Output（輸出）。

幾乎每個電腦程式都遵循這個簡單的流程：

1. 輸入：進入程式的數據（例如：數字、文字或滑鼠點擊）。
2. 處理：電腦將輸入轉換為有用資訊的動作（例如：將數字加起來）。
3. 輸出：電腦最後顯示或給出的結果（例如：螢幕上的答案）。

例子：計數機程式

想像你想製作一個將兩個數字相加的程式。

  • 輸入：你輸入的兩個數字（例如 \(5\) 和 \(3\)）。
  • 處理：電腦執行加法運算 (\(5 + 3 = 8\))。
  • 輸出：數字 \(8\) 出現在你的螢幕上。

重點總結：當你開始一個項目時，一定要問自己：「我需要給電腦什麼（輸入），以及我想要得到什麼結果（輸出）？」

現實生活例子：製作「成績檢查器」

讓我們看看這些階段如何應用於現實任務：製作一個讓學生知道自己測驗是否及格的程式。

1. 定義：建立一個工具來幫助學生檢查考試成績。
2. 分析：
    輸入：學生的分數（例如 \(45\)）。
    輸出：顯示「及格」或「不及格」的訊息。
3. 設計：如果分數是 \(50\) 分或以上，顯示「及格」。否則，顯示「不及格」。
4. 編碼：將「如果-那麼」(If-Then) 邏輯輸入到程式語言中。
5. 測試：嘗試輸入 \(100\)（應顯示及格）、\(20\)（應顯示不及格）以及 \(-5\)（應顯示錯誤！）。
6. 文件編寫：寫下筆記：「此程式由 [你的名字] 於 2023 年編寫。及格分數設定為 50 分。」

常見錯誤，記得避開！

  • 直接跳到編碼：很多同學想馬上開始寫代碼。千萬不要！如果你沒有計劃（演算法），你會更快感到卡住和沮喪。
  • 忘記測試：程式能「運行」並不代表它就是對的。務必用不同的數字進行測試，確保邏輯萬無一失。
  • 忽略文件編寫：你可能會以為自己下個月還記得程式是如何運作的，但你多半會忘記！一定要隨手為自己寫下小筆記。

總結檢查清單

準備好迎接測試了嗎？檢查一下你知道：

[ ] 解難的 6 個階段及順序。
[ ] 「輸入」和「輸出」的意思。
[ ] 為什麼我們需要「演算法」（計劃）。
[ ] 什麼是「臭蟲」(Bug)（程式中的錯誤）。
[ ] 為什麼「文件編寫」對他人很有幫助。

做得好！你已經掌握了世界上所有 App、遊戲和網站背後最根本的思考過程！