期末考-1114405022-莊淯婷

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/AI_LOG.md

@@ -0,0 +1,107 @@
+# AI_LOG — CPE 模擬實戰期末上機考
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+## 第一題：資料清理 (Data Cleaning)
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+### 我問 AI 什麼
+1. 告知 AI 要開始第一題「資料清理」，並跟 AI 討論拆解 $\ge 3$ 個 test cases。
+2. 要求 AI 建立測試檔案、執行並確認紅燈、完成 `test:` commit。
+3. 要求 AI 寫實作代碼、執行確認綠燈、完成 `feat:` commit。
+4. 請 AI 用我的學號參數 $D = 4$ 計算 Sample Input 的兩組預期輸出。
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+### AI 反問我什麼 / 我怎麼回答
+*   **AI 反問**：「函式簽名與回傳型別」打算如何定義？無數值符合時回傳空 list 還是 `"NONE"` 字串？
+    *   **我回答**：定義為 `def clean_data(data: list, d: int) -> list:`，無符合者回傳 `"NONE"`。
+*   **AI 反問**：回傳 `"NONE"` 字串與簽名中的 `-> list` 衝突，建議將計算與輸出分離，或使用 `list | str` 聯集型別，想選哪種？
+    *   **我回答**：堅持函式直接回傳 `"NONE"` 字串。
+*   **AI 反問**：`d = 0` 的例外、空 list 邊界、全被篩掉的 edge case 怎麼處理？
+    *   **我回答**：`d = 0` 拋 `ValueError`，其餘皆回傳 `"NONE"`。
+*   **AI 反問**：(提供測試檔後) 這 5 個 test cases 是否足夠，是否需要加其他特殊案例？
+    *   **我回答**：修改我的決定，把原本的 `d = 0` 拋 `ValueError`，改為 `d = 0` 直接回傳 `"NONE"`，並要求更新測試。
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+### AI 給了什麼
+1. 建立了含有 5 個測試案例的 `test_clean_data.py`。
+2. 配合我修改的要求，更新 `test_d_zero_returns_none` 測試。
+3. 實作了 `clean_data.py`（使用 set 進行 O(N) 複雜度保序去重，隨後進行篩選與排序）。
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+### 我改了什麼
+1.  **修改了例外處理設計**：原本決定 `d = 0` 拋 `ValueError`，但後來考量程式的魯棒性，決定改成當 `d = 0` 時與找不到資料一樣「回傳 `"NONE"`」。我主動抓出原本測試設計的衝突，並指引 AI 修改 `test_d_zero_raises_valueerror` 為 `test_d_zero_returns_none`。
+2.  **型別優化**：主動確認傳入 `list` 而回傳 `list | str` 的動態型別混合處理，確保測試跟實作的斷言完全一致。
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+---
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+## 第二題：凱撒密碼 (Caesar Cipher)
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+### 我問 AI 什麼
+1. 告知 AI 開始第二題，並要求拆解 $\ge 3$ 個 test cases。
+2. 要求 AI 依照我的學號位移量 `SHIFT = 3` 進行 TDD 流程（寫測試 $\to$ 紅燈 $\to$ commit $\to$ 實作 $\to$ 綠燈 $\to$ commit）。
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+### AI 反問我什麼 / 我怎麼回答
+*   **AI 反問**：函式簽名與回傳型別為何？
+    *   **我回答**：回傳將 `text` 依照 `shift` 位移後的加密字串。參數包括 `text` (str) 與 `shift` (int)。
+*   **AI 反問**：`shift` 非整數的例外、空字串與純數字符號的邊界、以及 `SHIFT = 3` 的 `A`、`z`、`"Hello, NPU!"` 該如何加密？
+    *   **我回答**：
+        1.  問 AI 關於 `shift` 非整數的處理建議，隨後聽取 AI 的建議選擇「嚴謹做法，明確拋出 `TypeError`」。
+        2.  非英文字元（數字、符號、空白）保持不變。
+        3.  `A` 移 3 格變 `D`，小寫 `z` 循環變 `c`。在 AI 協助下，釐清 `"Hello, NPU!"` 會被加密成 `"Khoor, QSX!"`。
+*   **AI 反問**：進一步舉例 `"abc XYZ"` 在 `SHIFT = 3` 該加密成什麼？
+    *   **我回答**：理解了字母表末端循環的原理，得出 `"def ABC"` 的正確預期。
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+### AI 給了什麼
+1. 建立了 `test_caesar.py`，包含 4 個測試（基本、末端循環、非字母與空字串、TypeError 測試）。
+2. 實作了 `caesar.py`（利用 `ord()` 和 `chr()` 計算大小寫字母位移，並透過 `% 26` 完美實現循環與負數處理）。
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+### 我改了什麼
+1.  **決策例外處理策略**：在 AI 給予多種分析後（Implicit casting vs TypeError），我主動選擇了最符合軟體工程 Fail-Fast 原則的 `TypeError` 當作例外阻擋條件。
+2.  **補充驗證案例**：在討論階段，我主動提出對 `"abc XYZ"` 這種跨越字母表末端的連續大寫/小寫組合進行確認，補足了 AI 原始構想中對多重邊界的信心。
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+## 第三題：任意進位的數字根 (Digital Root in Any Base)
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+### 我問 AI 什麼
+1. 告知 AI 開始第三題，並要求拆解 $\ge 3$ 個 test cases。
+2. 請求 AI 提供函式簽名的建議。
+3. 要求 AI 依照 TDD 流程（寫測試 $\to$ 確認紅燈 $\to$ commit $\to$ 實作 $\to$ 綠燈 $\to$ commit）。
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+### AI 反問我什麼 / 我怎麼回答
+*   **AI 反問**：針對 $x=0$ 的邊界、`base` 不合法 (如 $\le 1$) 的例外行為、以及驗收標準（如何計算過程）的看法。
+    *   **我回答**：$x=0$ 時輸出 $0$；`base=0` 時也輸出 $0$。
+*   **AI 反問**：實作方式傾向方案 A（模擬法：反覆轉換進位並相加）還是方案 B（數學法：利用 $\pmod{base-1}$ 性質）？
+    *   **我回答**：選擇方案 A（模擬法）。
+*   **AI 反問**：關於極大數值（如 $10^{100}$）的處理，認為是否會導致效能問題？
+    *   **我回答**：認為跑得動，只是需要較多時間。
+
+### AI 給了什麼
+1. 建議了簽名 `def digital_root(x: int, base: int) -> int:`。
+2. 建立了 `test_digital_root.py`，包含 5 個測試（基本 base=16、大數循環、x=0、base=0、不同基底）。
+3. 實作了 `digital_root.py`（利用 while 迴圈與模除運算 `% base` 實現模擬法數位根計算）。
+
+### 我改了什麼
+1.  **自定義基底異常行為**：在 AI 建議拋出 `ValueError` 處理非法基底時，我決定將 `base=0` 的行為定義為直接回傳 $0$，使函式在異常輸入下仍能保持穩定回傳。
+2.  **確認模擬法可行性**：針對極大數值的運算效能進行討論，確認模擬法在數位根的對數級縮減特性下足以應對大數輸入，決定不採取過於複雜的數學優化，以維持程式碼的可讀性與符合題目「模擬過程」的意圖。
+
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+## 第四題：二分搜尋效能 (Binary Search Performance)
+
+### 我問 AI 什麼
+1. 告知 AI 開始第四題，並要求拆解 $\ge 3$ 個 test cases。
+2. 要求 AI 依照 TDD 流程（寫測試 $\to$ 確認紅燈 $\to$ commit $\to$ 實作 $\to$ 綠燈 $\to$ commit）。
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+### AI 反問我什麼 / 我怎麼回答
+*   **AI 反問**：函式簽名與回傳型別建議（Tuple 回傳 `(index, cmp)` vs 屬性記錄）。
+    *   **我回答**：選擇建議 A，回傳 `(index, cmp_count)` 之 tuple。
+*   **AI 反問**：空 list (n=0) 時的預期結果。
+    *   **我回答**：回傳 `(-1, 0)`。
+*   **AI 反問**：`binary_search` 收到未排序資料的處理方式。
+    *   **我回答**：選擇「做法 B」，即在函式內部檢查排序，若未排序則拋出 `ValueError`。
+*   **AI 反問**：如何驗證比較次數 (cmp) 的正確性。
+    *   **我回答**：同意線性搜尋驗證 `cmp == index + 1`，二分搜尋驗證符合 $\log_2 n$ 量級。
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+### AI 給了什麼
+1. 建立了 `test_search_performance.py`，包含 6 個測試（線性找/沒找、二分找/沒找、未排序拋錯、空 list 邊界）。
+2. 實作了 `search_performance.py`（包含 `linear_search` 與 `binary_search`，並在二分搜尋前加入排序檢查）。
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+### 我改了什麼
+1.  **明確化回傳介面**：在 AI 建議多種方式後，決定採用 Tuple 回傳，以確保每個呼叫都能獲取獨立的比較次數，避免在多執行緒或複雜呼叫中產生狀態污染。
+2.  **強化安全性檢查**：堅持在 `binary_search` 內部加入排序檢查機制（raise ValueError），而非僅依賴外部輸入正確，確保實作符合嚴謹的工程標準。

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/caesar.py

@@ -0,0 +1,19 @@
+def encrypt_caesar(text: str, shift: int) -> str:
+    if not isinstance(shift, int):
+        raise TypeError("shift must be an integer")
+
+    result = []
+    for char in text:
+        if 'A' <= char <= 'Z':
+            # 大寫字母位移
+            new_char = chr((ord(char) - ord('A') + shift) % 26 + ord('A'))
+            result.append(new_char)
+        elif 'a' <= char <= 'z':
+            # 小寫字母位移
+            new_char = chr((ord(char) - ord('a') + shift) % 26 + ord('a'))
+            result.append(new_char)
+        else:
+            # 非字母字元保持不變
+            result.append(char)
+
+    return "".join(result)

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/clean_data.py

@@ -0,0 +1,20 @@
+def clean_data(data: list, d: int) -> list | str:
+    if d == 0:
+        return "NONE"
+
+    # 1. 去重且保序 (Preserve first occurrence)
+    seen = set()
+    deduped = []
+    for x in data:
+        if x not in seen:
+            deduped.append(x)
+            seen.add(x)
+
+    # 2. 篩選 (Divisible by d)
+    filtered = [x for x in deduped if x % d == 0]
+
+    # 3. 排序 (Ascending)
+    filtered.sort()
+
+    # 回傳結果
+    return filtered if filtered else "NONE"

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/digital_root.py

@@ -0,0 +1,15 @@
+def digital_root(x: int, base: int) -> int:
+    if base == 0:
+        return 0
+    if x == 0:
+        return 0
+
+    while x >= base:
+        digits_sum = 0
+        temp_x = x
+        while temp_x > 0:
+            digits_sum += temp_x % base
+            temp_x //= base
+        x = digits_sum
+
+    return x

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/plot.py

@@ -0,0 +1,58 @@
+import matplotlib
+import matplotlib.pyplot as plt
+import numpy as np
+import json
+import os
+
+# 必須加上此行，否則在沒有 GUI 的環境會報錯
+matplotlib.use("Agg")
+# 設定中文字體 (Windows 系統常用微軟正黑體)
+plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft JhengHei']
+plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
+
+def draw_radar_chart():
+    # 1. 定義維度 (中文)
+    categories = ['執行時間', '比較次數', '空間開銷', '準備成本']
+    N = len(categories)
+
+    # 2. 準備數據 (基於 la-search 表現)
+    # 數值越小越好，因此我們使用 1/value 進行正規化，使面積越大代表效能越好
+    # 這裡使用典型權衡值
+    data = {
+        '線性搜尋': [1, 1, 5, 5], # Time (慢), Cmp (高), Space (低), Setup (低)
+        '二分搜尋': [5, 5, 5, 1], # Time (快), Cmp (低), Space (低), Setup (高)
+        '集合搜尋': [5, 5, 1, 2], # Time (最快), Cmp (低), Space (高), Setup (中)
+    }
+
+    # 正規化 (0-1 區間，越大越好)
+    # 這裡簡單對應：1=最差, 5=最好
+
+    angles = np.linspace(0, 2 * np.pi, N, endpoint=False).tolist()
+    angles += angles[:1] # 閉合圓環
+
+    fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 8), subplot_kw=dict(polar=True))
+
+    for label, values in data.items():
+        vals = values + values[:1]
+        ax.plot(angles, vals, linewidth=2, label=label)
+        ax.fill(angles, vals, alpha=0.25)
+
+    ax.set_theta_offset(np.pi / 2)
+    ax.set_theta_direction(-1)
+    ax.set_thetagrids(np.degrees(angles[:-1]), categories)
+
+    # 1. 設定徑向範圍，讓最高分 (5) 離邊緣有一段距離，避免標籤重疊
+    ax.set_ylim(0, 6)
+
+    # 2. 增加標籤與圓環的間距
+    ax.tick_params(axis='x', pad=25)
+
+    plt.title("搜尋演算法多維權衡 (面積越大效能越好)", size=18, y=1.15)
+    plt.legend(loc='upper right', bbox_to_anchor=(1.5, 1.1))
+
+    plt.savefig("C:/Users/user/Desktop/2026 python/weeks/week-18/solutions/1114405022/Q4/assets/radar.png", bbox_inches='tight')
+    plt.close()
+
+if __name__ == "__main__":
+    draw_radar_chart()
+

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/search_performance.py

@@ -0,0 +1,29 @@
+def linear_search(data: list, target) -> tuple[int, int]:
+    cmp_count = 0
+    for i, val in enumerate(data):
+        cmp_count += 1
+        if val == target:
+            return (i, cmp_count)
+    return (-1, cmp_count)
+
+
+def binary_search(data: list, target) -> tuple[int, int]:
+    # 檢查是否已排序
+    if any(data[i] > data[i + 1] for i in range(len(data) - 1)):
+        raise ValueError("Data must be sorted for binary search")
+
+    low = 0
+    high = len(data) - 1
+    cmp_count = 0
+
+    while low <= high:
+        mid = (low + high) // 2
+        cmp_count += 1
+        if data[mid] == target:
+            return (mid, cmp_count)
+        elif data[mid] < target:
+            low = mid + 1
+        else:
+            high = mid - 1
+
+    return (-1, cmp_count)

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/test_caesar.py

@@ -0,0 +1,27 @@
+import unittest
+from caesar import encrypt_caesar
+
+
+class TestCaesarCipher(unittest.TestCase):
+
+    def test_basic_encryption(self):
+        # 測試一般英文字母加密（大小寫混合、包含標點）
+        self.assertEqual(encrypt_caesar("Hello, NPU!", 3), "Khoor, QSX!")
+
+    def test_wrap_around(self):
+        # 測試大寫與小寫字母表末端的循環位移
+        self.assertEqual(encrypt_caesar("abc XYZ", 3), "def ABC")
+
+    def test_non_alphabet_and_empty(self):
+        # 測試非英文字母與空字串保持不變
+        self.assertEqual(encrypt_caesar("123 #!", 3), "123 #!")
+        self.assertEqual(encrypt_caesar("", 3), "")
+
+    def test_invalid_shift_raises_typeerror(self):
+        # 測試非整數位移量拋出 TypeError
+        with self.assertRaises(TypeError):
+            encrypt_caesar("abc", "invalid")
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    unittest.main()

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/test_clean_data.py

@@ -0,0 +1,30 @@
+import unittest
+from clean_data import clean_data
+
+
+class TestCleanData(unittest.TestCase):
+
+    def test_basic_functionality(self):
+        # 測試基本流程：去重 -> 篩選(D=4) -> 排序
+        self.assertEqual(clean_data([4, 7, 4, 8, 12, 2, 16, 7], 4), [4, 8, 12, 16])
+
+    def test_all_filtered_out(self):
+        # 測試所有數字都被篩掉
+        self.assertEqual(clean_data([1, 2, 3], 4), "NONE")
+
+    def test_empty_list(self):
+        # 測試空 list
+        self.assertEqual(clean_data([], 4), "NONE")
+
+    def test_d_zero_returns_none(self):
+        # 測試 d=0 時回傳 "NONE"
+        self.assertEqual(clean_data([1, 2, 3], 0), "NONE")
+
+    def test_preserves_first_occurrence_then_sorts(self):
+        # 測試去重保序後再排序
+        # [10, 2, 10, 4] -> 去重 [10, 2, 4] -> 篩選(D=2) [10, 2, 4] -> 排序 [2, 4, 10]
+        self.assertEqual(clean_data([10, 2, 10, 4], 2), [2, 4, 10])
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    unittest.main()

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/test_digital_root.py

@@ -0,0 +1,29 @@
+import unittest
+from digital_root import digital_root
+
+
+class TestDigitalRoot(unittest.TestCase):
+
+    def test_basic_base16(self):
+        # 測試 base=16: 31 (10進位) -> 1F (16進位) -> 1+15=16 -> 10 (16進位) -> 1+0=1
+        self.assertEqual(digital_root(31, 16), 1)
+
+    def test_base16_large(self):
+        # 測試 base=16: 255 (10進位) -> FF (16進位) -> 15+15=30 -> 1E (16進位) -> 1+14=15
+        self.assertEqual(digital_root(255, 16), 15)
+
+    def test_zero_input(self):
+        # 測試 x=0
+        self.assertEqual(digital_root(0, 16), 0)
+
+    def test_base_zero(self):
+        # 測試 base=0 時回傳 0
+        self.assertEqual(digital_root(100, 0), 0)
+
+    def test_different_base(self):
+        # 測試其他基底: x=12, base=8 -> 14 (8進位) -> 1+4=5
+        self.assertEqual(digital_root(12, 8), 5)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    unittest.main()

weeks/week-18/solutions/1114405022-0622/test_plot.py

@@ -0,0 +1,21 @@
+import unittest
+import os
+from plot import draw_radar_chart
+
+
+class TestPlot(unittest.TestCase):
+
+    def test_radar_png_generated(self):
+        # 執行繪圖函式
+        draw_radar_chart()
+
+        # 驗證檔案是否存在
+        file_path = "assets/radar.png"
+        self.assertTrue(os.path.exists(file_path), f"PNG file {file_path} was not generated")
+
+        # 驗證檔案大小不為 0
+        self.assertGreater(os.path.getsize(file_path), 0, f"PNG file {file_path} is empty")
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    unittest.main()