期末考-1114405020-范芯瑜

weeks/week-18/solutions/1114405020/AI_LOG.md

@@ -0,0 +1,27 @@
+# AI_LOG.md (1114405020 - 范芯瑜)
+
+## 我問 AI 什麼
+1. 「請為我讀取 week-18 的期末考 PDFHandout，並解算出我的學號 (1114405020) 對應的個人化參數。」
+2. 「請以 TDD 模式（先寫測試跑紅燈，再寫實作轉綠燈），帶領我完成期末考的第一題（資料清理）、第二題（凱撒密碼）、第三題（數字根）與第四題（搜尋效能）。」
+3. 「請協助產出 Matplotlib 極座標雷達圖繪圖程式 `plot.py`，比較線性與二分搜尋的多維度表現。」
+
+## AI 給了什麼
+1. 計算出專屬參數：$D = 2$、$\text{SHIFT} = 1$、$\text{base} = 2$、$K = 120$。
+2. 提供了符合 4 道題目 TDD unittest 設計用例，以及對應的手打實作版、教學易讀版程式碼。
+3. 給出了完整的雷達圖繪製模型程式，包含 polar 極座標與閉合設定。
+
+## 我改了什麼
+1. **補齊 TDD 空列表與大數 Edge Cases**：我發現 AI 起初給的測試只涵蓋了基本題意，我主動要求並在 `test_data_cleaning.py` 中補上空列表 `[]` 測試，在 `test_digital_root.py` 中補上大數 $10^9$ 與 $0$ 的邊界測試，並在 `test_caesar.py` 補上了非英文字元、空格以及大小寫字母循環邊界。
+2. **優化數字根基底代算邏輯**：在 `digital_root.py` 中，我要求 AI 提供一個通用型的數字根基底轉換邏輯（利用除法取餘數與整除），而不僅僅是使用 `bin(x)` 快捷函式。這樣做的好處是代碼極具擴充性，未來若基底變更為 8、16 甚至其他基底，只需要修改 `base` 參數即可無痛重用，體現了高質量的編碼標準。
+3. **雷達圖中文亂碼之警告處理**：在執行 `plot.py` 時，Matplotlib 會拋出 `UserWarning: Glyph missing from font(s)`。我主動在維度標籤中加上了英文名稱（如 `Small N Speed\n(小 N 速度)`），確保在無視窗 Linux 終端機環境中即使缺乏中文字體，也能完美顯示英文標籤。
+
+---
+
+## AI 反問我什麼 / 我怎麼回答
+
+| AI 詢問的規格問題 | 我做出的決定與回答 |
+|---|---|
+| **AI 問**：「第一題中，去除重複值時要怎麼處理順序？D = 2 整除如何判定？」 | **我答**：必須保留第一次出現的順序，所以要用 `seen` 集合判重、並用 list 依序保存。整除則直接用 `% 2 == 0` 判定。 |
+| **AI 問**：「第二題凱撒密碼中，SHIFT = 1。如果英文字母位移超出邊界（如 Z 或 z），該怎麼循環？」 | **我答**：大寫英文字母在 A-Z 循環，小寫在 a-z 循環。位移轉換必須轉到 0-25 範圍做加位移與對 26 取餘數（`% 26`），再轉換回 ASCII，其餘非字母字元直接原樣保留。且必須用 `sys.stdin` 讀到 EOF 結束。 |
+| **AI 問**：「第三題任意進位中，base = 2。0 的數字根要怎麼處理？輸入邊界到哪裡？」 | **我答**：輸入 $x$ 範圍在 $0 \le x \le 10^9$ 至 EOF。當 $x = 0$ 時，數字根直接為 0，其餘大數則重複換算成 base 各位數相加直至小於 base (2)。 |
+| **AI 問**：「第四題二分搜尋效能中，搜尋目標 K = 120。陣列應該要多大？如何輸出比較次數與耗時？」 | **我答**：陣列大小必須 $\ge 10^5$，我採用長度為 $100,000$ 的升冪偶數數列。比較次數必須在搜尋中用變數累加記錄，並以 `FOUND idx cmp=次數` 格式輸出。時間部分用 `time.perf_counter()` 計算，並以 `linear : 0.000003 s` 格式印出，最後輸出誰比較快。 |

weeks/week-18/solutions/1114405020/README.md

@@ -0,0 +1,70 @@
+# 國立澎湖科技大學 期末上機考實驗報告
+
+## 學生資訊
+- **班級**：日四技資工系一甲
+- **學號**：1114405020
+- **姓名**：范芯瑜
+- **座號**：20
+
+---
+
+## 依學號決定之個人化參數與計算
+
+本機上機考依學號 **1114405020** 最後兩碼 **`20`**（十位數字 `2`，個位數字 `u = 0`）對照計算出之參數：
+- **第一題：整除數 D** = $0 \pmod 4 + 2 = \mathbf{2}$
+- **第二題：位移 SHIFT** = $0 \pmod{25} + 1 = \mathbf{1}$
+- **第三題：進位基底 base** = $\mathbf{2}$（由對照表 $u=0$ 得 base = 2）
+- **第四題：搜尋目標 K** = $100 + 20 = \mathbf{120}$
+
+---
+
+## 📊 各題實作與效能數據報告
+
+### ❶ 第一題：資料清理 (Data Cleaning)
+- **實作邏輯**：
+  1. 接收整數數列，使用 `set` 去除重複值，同時維持首次出現的保序結構。
+  2. 篩選出能被 $D = 2$ 整除的偶數。
+  3. 使用 Timsort 由小到大排序。
+- **測試驗證**：已補齊包含空輸入 `[]`、負數邊界值 `[-8, 12, 16]` 等 5 項自動化測試，全數通過。
+
+### ❷ 第二題：凱撒密碼 (Caesar Cipher)
+- **實作邏輯**：
+  - 讀入多行字串，將其中的英文字母向後位移 $\text{SHIFT} = 1$ 位（A-Z 及 a-z 獨立循環）。
+  - 非英文字母原樣保留。
+  - 使用 `sys.stdin` 迴圈處理，完美支援終端機 EOF 讀取。
+
+### ❸ 第三題：任意進位數字根
+- **實作邏輯**：
+  - 將十進位非負整數 $x$ 轉換為基底 $\text{base} = 2$（二進位）。
+  - 反覆將二進位各位數相加，直到結果小於 $2$ 為止（即為二進位下的單一位數 `0` 或 `1`）。
+  - 對於 $x > 0$，由於其二進位必定包含至少一個 `1`，反覆相加的最終數字根皆為 `1`；$x = 0$ 則為 `0`。
+
+### ❹ 第四題：二分搜尋效能評估
+在包含 $10^5$（100,000）個元素的升冪排序數列（皆為偶數）中，搜尋目標 $K = 120$：
+
+* **搜尋結果**：`FOUND 60 cmp=16`
+  * 目標 $120$ 位於索引 **$60$**（即 $120 / 2$）。
+  * 二分搜尋在 $100,000$ 筆資料中，僅花了 **$16$ 次** 比較便精準鎖定目標！
+* **效能對照結果**：
+  * **線性搜尋耗時**：`0.000003` 秒
+  * **二分搜尋耗時**：`0.000002` 秒
+  * **結論**：二分搜尋速度快於線性搜尋 (`=> binary_search faster`)。
+  * *註：由於 K=120 在數列的極前端（index 60），線性搜尋僅掃描了 61 次便命中，故耗時極短；若 K 位在數列尾端（例如 199998），線性搜尋耗時將大幅飆升，而二分搜尋依然能穩定在 17 次比較內完成。*
+
+---
+
+## 📈 線性搜尋 vs 二分搜尋多維度雷達圖
+
+我們針對線性搜尋（Linear）與二分搜尋（Binary）在以下 5 個關鍵效能指標上進行評分（1 ~ 5 分，分數越高代表在該維度上表現越優異、越理想）：
+1. **小 N 速度 (Small N Speed)**：小數據下兩者皆極快（線性 5 分，二分 4 分）。
+2. **大 N 速度 (Large N Speed)**：大數據下二分搜尋 $O(\log n)$ 具絕對優勢（線性 1 分，二分 5 分）。
+3. **免排序度 (No Pre-sorting)**：線性搜尋無需預處理，直接查詢（線性 5 分，二分 1 分）。
+4. **實作簡易度 (Simplicity)**：線性搜尋編寫極易、不易出錯（線性 5 分，二分 3 分）。
+5. **最壞比較優度 (Worst-case Cmp)**：最壞情況下二分搜尋比較次數極少（線性 1 分，二分 5 分）。
+
+### 雷達圖對照（ assets/radar.png ）：
+
+![Radar Chart](assets/radar.png)
+
+### 雙演算法多維權衡分析（2-3 句）：
+由雷達圖可以看出，**搜尋演算法中並無絕對完美的勝者，其選用取決於應用情境**。線性搜尋在「免排序度」與「實作簡意度」上取得滿分，極度適合資料量小且頻繁變動、不常查詢的場景。而二分搜尋雖需付出一次性排序的高昂開銷且實作較複雜，但它擁有完美的「大 N 速度」與「最壞比較優度」，最適合用於資料靜態不變、但需要極高頻率進行大規模檢索的唯讀系統中。

weeks/week-18/solutions/1114405020/TEST_LOG.md

@@ -0,0 +1,165 @@
+# TEST_LOG.md (1114405020 - 范芯瑜)
+
+本記錄包含期末上機考 A、B、C 區所有 4 道題目的 TDD 紅綠燈測試 unittest 終端機輸出日誌。
+
+---
+
+## ❶ 第一題：資料清理 (Data Cleaning)
+
+### 🔴 TDD 紅燈測試 (Red Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_data_cleaning.py`
+* **輸出**：
+```text
+E
+======================================================================
+ERROR: test_data_cleaning (unittest.loader._FailedTest.test_data_cleaning)
+----------------------------------------------------------------------
+ImportError: Failed to import test module: test_data_cleaning
+Traceback (most recent call last):
+  File "/usr/lib/python3.14/unittest/loader.py", line 137, in loadTestsFromName
+    module = __import__(module_name)
+  File "/home/faxyu729/2026-python/weeks/week-18/solutions/1114405020/test_data_cleaning.py", line 2, in <module>
+    from data_cleaning import clean_data
+ModuleNotFoundError: No module named 'data_cleaning'
+
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 1 test in 0.000s
+
+FAILED (errors=1)
+```
+
+### 🟢 TDD 綠燈測試 (Green Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_data_cleaning.py`
+* **輸出**：
+```text
+.....
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 5 tests in 0.000s
+
+OK
+```
+
+---
+
+## ❷ 第二題：凱撒密碼 (Caesar Cipher)
+
+### 🔴 TDD 紅燈測試 (Red Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_caesar.py`
+* **輸出**：
+```text
+E
+======================================================================
+ERROR: test_caesar (unittest.loader._FailedTest.test_caesar)
+----------------------------------------------------------------------
+ImportError: Failed to import test module: test_caesar
+Traceback (most recent call last):
+  File "/usr/lib/python3.14/unittest/loader.py", line 137, in loadTestsFromName
+    module = __import__(module_name)
+  File "/home/faxyu729/2026-python/weeks/week-18/solutions/1114405020/test_caesar.py", line 2, in <module>
+    from caesar import encrypt_caesar
+ModuleNotFoundError: No module named 'caesar'
+
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 1 test in 0.000s
+
+FAILED (errors=1)
+```
+
+### 🟢 TDD 綠燈測試 (Green Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_caesar.py`
+* **輸出**：
+```text
+.....
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 5 tests in 0.000s
+
+OK
+```
+
+---
+
+## ❸ 第三題：任意進位數字根 (Digital Root)
+
+### 🔴 TDD 紅燈測試 (Red Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_digital_root.py`
+* **輸出**：
+```text
+E
+======================================================================
+ERROR: test_digital_root (unittest.loader._FailedTest.test_digital_root)
+----------------------------------------------------------------------
+ImportError: Failed to import test module: test_digital_root
+Traceback (most recent call last):
+  File "/usr/lib/python3.14/unittest/loader.py", line 137, in loadTestsFromName
+    module = __import__(module_name)
+  File "/home/faxyu729/2026-python/weeks/week-18/solutions/1114405020/test_digital_root.py", line 2, in <module>
+    from digital_root import find_digital_root
+ModuleNotFoundError: No module named 'digital_root'
+
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 1 test in 0.000s
+
+FAILED (errors=1)
+```
+
+### 🟢 TDD 綠燈測試 (Green Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_digital_root.py`
+* **輸出**：
+```text
+.....
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 5 tests in 0.000s
+
+OK
+```
+
+---
+
+## ❹ 第四題：二分搜尋效能 (Search Performance)
+
+### 🔴 TDD 紅燈測試 (Red Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_search_perf.py`
+* **輸出**：
+```text
+E
+======================================================================
+ERROR: test_search_perf (unittest.loader._FailedTest.test_search_perf)
+----------------------------------------------------------------------
+ImportError: Failed to import test module: test_search_perf
+Traceback (most recent call last):
+  File "/usr/lib/python3.14/unittest/loader.py", line 137, in loadTestsFromName
+    module = __import__(module_name)
+  File "/home/faxyu729/2026-python/weeks/week-18/solutions/1114405020/test_search_perf.py", line 2, in <module>
+    from search_perf import binary_search_perf, linear_search_perf
+ModuleNotFoundError: No module named 'search_perf'
+
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 1 test in 0.000s
+
+FAILED (errors=1)
+```
+
+### 🟢 TDD 綠燈測試 (Green Light)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_search_perf.py`
+* **輸出**：
+```text
+....
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 4 tests in 0.000s
+
+OK
+```
+
+---
+
+## 🌟 最終所有題目的自動化測試聯合執行 — 全綠燈 (All PASS)
+* **命令**：`python3 -m unittest test_data_cleaning.py test_caesar.py test_digital_root.py test_search_perf.py`
+* **輸出**：
+```text
+...................
+----------------------------------------------------------------------
+Ran 19 tests in 0.001s
+
+OK
+```
+**期末上機考所有 4 個大題、19 項測試案例皆已 100% 通過綠燈驗收！**

weeks/week-18/solutions/1114405020/caesar-easy.py

@@ -0,0 +1,34 @@
+import sys
+
+
+def encrypt_caesar(text: str, shift: int = 1) -> str:
+    """【AI 教學版】凱撒密碼加密
+
+    包含詳細繁體中文註解，適合教學與初學者閱讀。
+    """
+    result = []
+    for char in text:
+        # 處理大寫字母
+        if "A" <= char <= "Z":
+            # ord(char) 取得字元的 ASCII 值，減去 'A' 基準點得到 0-25 的索引值
+            # 加上位移量 (shift) 後對 26 取餘數以達到循環（例如 Z 往後移 1 變成 A）
+            # 最後加回 ord('A') 並用 chr() 轉換回英文字母字元
+            shifted_index = (ord(char) - ord("A") + shift) % 26
+            result.append(chr(shifted_index + ord("A")))
+        # 處理小寫字母
+        elif "a" <= char <= "z":
+            shifted_index = (ord(char) - ord("a") + shift) % 26
+            result.append(chr(shifted_index + ord("a")))
+        # 非英文字母直接原樣保留（標點符號、空格、中文、數字等）
+        else:
+            result.append(char)
+    return "".join(result)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    # 透過 sys.stdin 讀取標準輸入，會自動分行且完美處理 EOF (Ctrl+D 或檔案結尾)
+    for line in sys.stdin:
+        # line 結尾可能包含換行符，先使用 rstrip 去除，加密後再用 write 輸出並補上一個換行
+        clean_line = line.rstrip("\r\n")
+        encrypted = encrypt_caesar(clean_line, 1)  # 學號末碼為 0，SHIFT = 1
+        sys.stdout.write(encrypted + "\n")

weeks/week-18/solutions/1114405020/caesar.py

@@ -0,0 +1,29 @@
+import sys
+
+
+def encrypt_caesar(text: str, shift: int = 1) -> str:
+    """凱撒密碼位移加密：
+    1. 僅英文字母進行位移，其餘字元保留不變
+    2. 大寫英文字母 (A-Z) 在其範圍內循環
+    3. 小寫英文字母 (a-z) 在其範圍內循環
+    """
+    result = []
+    for char in text:
+        if "A" <= char <= "Z":
+            # 轉換至 0-25 範圍進行位移，再轉回 ASCII
+            new_char = chr((ord(char) - ord("A") + shift) % 26 + ord("A"))
+            result.append(new_char)
+        elif "a" <= char <= "z":
+            # 轉換至 0-25 範圍進行位移，再轉回 ASCII
+            new_char = chr((ord(char) - ord("a") + shift) % 26 + ord("a"))
+            result.append(new_char)
+        else:
+            result.append(char)
+    return "".join(result)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    # 處理多行輸入至 EOF
+    for line in sys.stdin:
+        # 去除結尾換行符號、加密、並重組輸出
+        sys.stdout.write(encrypt_caesar(line.rstrip("\r\n"), 1) + "\n")

weeks/week-18/solutions/1114405020/data_cleaning-easy.py

@@ -0,0 +1,25 @@
+def clean_data(nums: list[int], d: int) -> list[int]:
+    """【AI 教學版】資料清理
+
+    此版本包含詳細的繁體中文註解，解釋每一步的設計與時間複雜度權衡。
+    """
+    # 輸入驗證：若除數小於 1 則拋出 ValueError，保護程式免於零除或非法運算
+    if d < 1:
+        raise ValueError("除數 d 必須是大於或等於 1 的整數")
+
+    # 步驟 1：去除重複（保留第一次出現的順序）
+    # 使用 seen (set) 達到 O(1) 的超快尋找速度，同時用 list 保存順序，整體複雜度為 O(n)
+    seen = set()
+    deduped = []
+    for num in nums:
+        if num not in seen:
+            seen.add(num)
+            deduped.append(num)
+
+    # 步驟 2：篩選能被 d 整除的數
+    # 使用 Python 的 List Comprehension 寫法，乾淨且高效，複雜度為 O(n)
+    filtered = [num for num in deduped if num % d == 0]
+
+    # 步驟 3：由小到大排序
+    # Python 內建的 sorted 使用 Timsort 演算法，時間複雜度為 O(k log k)，其中 k ≦ n
+    return sorted(filtered)

weeks/week-18/solutions/1114405020/data_cleaning.py

@@ -0,0 +1,23 @@
+def clean_data(nums: list[int], d: int) -> list[int]:
+    """資料清理：
+    1. 去除重複（保留第一次出現的順序）
+    2. 只保留能被 d 整除的數
+    3. 由小到大排序
+    若 d < 1，拋出 ValueError。
+    """
+    if d < 1:
+        raise ValueError("d must be an integer >= 1")
+
+    # 步驟 1: 去重保序
+    seen = set()
+    deduped = []
+    for num in nums:
+        if num not in seen:
+            seen.add(num)
+            deduped.append(num)
+
+    # 步驟 2: 只保留能被 d 整除的數
+    filtered = [num for num in deduped if num % d == 0]
+
+    # 步驟 3: 由小到大排序
+    return sorted(filtered)