2022年8月6日 星期六

[micro:bit, 電子學] 小彼特 V2 版之科普電子學：觸控（touch sensing）

 小彼特 V2 版之科普電子學：觸控（touch sensing）

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Aug. 6, 2022
[1]

接

圖 1：10 大項目之 5
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2022年7月20日 星期三

[fChart, Python] 以 fChart 馭 Python：迴圈和條件（6/11）

以 fChart 馭 Python：

迴圈和條件（6/11）

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July 20, 2022
[1]

接續著本 fChart 系列前文《以 fChart 馭 Python：練 fChart 了沒？（1/11）》（https://reurl.cc/oeDGN3），我們將針對圖1 的「10 大項目之 5」的 4 個實例（可從此處 下載），從
原始問題描述到以流程圖表達解法，
再對照流程圖寫出 Python 語法程式
的過程詳細說明整個的問題解決（problem solving）過程。

圖 1：10 大項目之 5
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2022年7月18日 星期一

[micro:bit, 小彼特, BLE, 藍牙] 你的小彼特（micro:bit）藍牙好配嗎？

 你的小彼特（micro:bit）藍牙好配嗎？

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July 18, 2022
[1]

小彼特的藍牙配對 [2] 一直是小彼特粉絲們心中的痛，眼看著明明有板載的無線通訊功能可用，但就是看的到連不到，著實氣人。本文在放棄數年後，因一個新訊息而重燃起一絲絲希望。
終於，經過日以繼夜的努力，在 V2 的主板上以 100% 的成功率實測出一套建立藍牙連線的 SOP 供讀者們做後續應用。
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2022年6月26日 星期日

[fChart, Python] 以 fChart 馭 Python：迴圈結構（5/11）

以 fChart 馭 Python：

迴圈結構（5/11）

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June 26, 2022
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接續著本 fChart 系列前文《以 fChart 馭 Python：練 fChart 了沒？（1/11）》（https://reurl.cc/oeDGN3），我們將針對圖1 的「10 大項目之 4」的 26 個實例（可從此處 下載），從
原始問題描述到以流程圖表達解法，
再對照流程圖寫出 Python 語法程式
的過程詳細說明整個的問題解決（problem solving）過程。

圖 1：10 大項目之 4
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2022年6月10日 星期五

[micro:bit, maker] 小彼特一筆畫完

 小彼特一筆畫完

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June 10, 2022
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馬上實作，拿在手上感受

我：你可以自己畫出一筆點亮所有 LED 燈嗎？
孩：可以，馬上用筆畫出兩種。
我：那能畫出所有可能點亮的方法嗎？
孩：A…（搔頭狀），沒辦法。
我：我也沒辦法，可能性有很多，而且我畫完四個也累了。但是，電腦不怕累，可以一直工作。我可以把任務交給它，讓他發揮專長。接著從口袋拿出小彼特展示給他看。頓時，小孩的眼睛閃閃發光，問說這怎麼辦到的？
─── 小彼特的超級優點就是：馬上實作，拿在手上感受。

問題說明

從小彼特的中心點出發，找出任一條可連接 25 顆 LED 的畫法，但已畫過的點不能再重複經過（圖 1 為四種可能的畫法）。讀者們可以使用圖 2 的學習單動手畫畫看，也可以相互比一比，看看誰能畫出最多種不同的走法。

圖 1：從中心點出發的四種畫法

圖 2：一筆畫完學習單

問題分析

首先，我們以圖 3 座標軸的第一象限來定位小彼特板子上的這 25 顆 LED。圖 4 為一筆畫完的走法分析，其中，圖 4 左黃色座標格表示圖 4 右選擇的走法。

圖 3：小彼特 25 顆 LED 定位座標軸

圖 4：走法分析

麥客友（ Escher Hsieh）的解方

我們在這篇 FB 分享文章（https://reurl.cc/QLkDa2）提到使用小彼特來實作的概念後，麥客友 Escher 立刻以遞迴（recursion）的程式設計技巧實作（implement）出這個問題的解法（https://reurl.cc/anDmvD）。
程式的想法很簡單：
邊往前畫邊灑下麵包屑作記號（遞迴），走不通就沿著麵包屑返迴（backtrack）再重新找路。其中，下一步的選擇順序（order） 如圖 5 中 1~4 的逆時鐘（counter clockwise）方向所示，即調整對應的 x 或 y 座標。

圖 5：尋路順序 

Ted Lee 的解析

首先，以圖 6 的方式定義了五個一維陣列 list0~4[] 代表小彼特板載 25 顆 LED 的狀態：

1 表示尚未走過；
0 表示已走過。

圖 6：陳列的初始狀態

另外，程式中定義了以下四個副程式來處理深度優先（Depth-First Search，DFS） [2] 的尋路方式：
  1. setLED()：設定 LED  (x, y) 是否被畫到（記錄變數 value = 0）。
  2. findPath()：遞迴找路副程式，這是這隻程式的菁華所在。它的設計邏輯是：
    往上下左右四個方向去甞試畫畫看。
    如果可以將 25 顆 LED 畫盡，那就是找到了一種畫法。
    否則，代表此路不通，退回前若干步後再換一條沒走過的路重試。
  3. shwoPath()：顯示找出的一筆畫完路徑（path）。
  4. getLED()：取得 LED (x, y) 的值（有畫到 (x, y)， value = 0；否則，value = 1）。
其中，它們之間的呼叫關係（call sequence）整理於圖 7 所示。

圖 7：副程式之間呼叫關係

最後，我們將 Escher 的程式碼再整理加註於此（https://reurl.cc/9GY3lx）供讀者細細詳參。

MakeCode 中的程式碼追蹤（code trace）技巧


上小節所整理的敘述除向原作者請益的結論之外，我們是用 MakeCode 裡的小瓢蟲（debugger）進入單步執行（single-step execution）的除錯模式（debug mode）來一步步模擬與追蹤程式的執行過程──這個程式「 閱讀」技巧目非常、超級重要，精熟它必定有助於讀懂他人程式碼的思考邏輯（圖 8）。其中，讀者可以比較一下由積木程 JavaScript 進入除錯模式的差異性。後者才有中斷點（breakpoints）可以插入觀察。

圖 8：MakeCode 的除錯模式

還可以怎麼玩

可能有讀者會和筆者一樣，小時候有玩過一筆畫一個圖案（https://reurl.cc/YvoNX4）或寫一個字（https://reurl.cc/NAm91p）。一筆畫問題在資訊科學（Computer Science，CS）領域有一個古典的研究叫尤拉路徑（Eulerian path）（https://reurl.cc/anDm9Q），而資訊科學家（computer scientists）也就從此開展出一串圖論（Graph Theory）問題的新研究領域，有興趣的讀者可以從此處再繼續深入研究之。

延伸思考

麥客友的參考作品給了我們一個思考的方向。讀者們，我們是否還能夠再進一步改良（improve）它呢？
  1. 從 (2, 2) 出發，共有幾種不同畫法？
  2. 隨機選出發點 (x, y)，x, y = 0~4？
  3. 為什麼程式找到路後不會停？能讓它停下來嗎？
  4. 能隨機找路嗎？

註：教學情境的營造──有溫度的畢典
疫情肆虐讓許多學校都只能辦遠距畢典。xx 的孩子們，你們的身體內都流淌著遠征探索的血液，xx 特使團將出動 SNG（Satellite News Gathering）車到每位畢業生家裡現場採訪，請規畫一條不重複而且能串連每個家庭的完美路線。
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2022年6月4日 星期六

[micro:bit, maker] 猛龍搶珠

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Jun 4, 2022
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讓金龍爭奪隨機出現的龍珠。

從觀察中建立編程邏輯直覺

請讀者們觀察本文最開頭的 GIF 動畫，比參照題目的要求，拿張白紙動手寫出／畫出該動畫可能的操作流程，而這個流程就是本文的編程邏輯。

設計

龍珠（LED 亮度最亮）會隨機出現在 5*5 的 LED 矩陣（matrix）上。
按 A 以列為主（row major），則由左到右，再由上到下搜尋；
按 B 以行為主（column major），則由上到下，再由左到右尋找。

程式解說

程式一開始時讓 micro:bit 出現開機的愛心圖示，然後讓按鈕控制變數 sw 設定成 -1，其中，。
接著，按下 A 時清除畫面後開始由左到右、由上到下尋找龍珠，尋找的流程如圖 1 所示（我們利用 micro:bit 的重複執行 forever() 函式的特性，按鈕按下時在事件積木中設定對應 sw 旗標（flag）值，然後等到輪到 forever() 取得執行權時即進入圖 1 的執行邏輯。）此外，讀者們可以動動腦再想一想：圖 1 的流程圖中有幾個迴圈呢？為什麼？
另一方面，按下 B 的處理邏輯和 A 相同，可參考圖 1 的做法修改之。

圖 1：按鈕 A 的控制流程


完整程式碼如圖 2 所示，讀者可連至此自行下載。

圖 2：完整程式碼

挑戰

舉出其他搜尋（search）的方法，例如：由右到左，再由上往下。並修改範例程式來實現（implement）你的想法！

學習參考

本單元配合南一書局七年級資訊科技第二冊 6-3 節的重複結構（repetitive structure）。
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2022年6月1日 星期三

[micro:bit, maker] 拆地雷

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Jun 1, 2022
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micro:bit 上滿佈著 25 顆地雷，請趕快通報掃雷小組盡速來拆除。

圖 1：micro:bit 5*5 雷區

從觀察中建立編程邏輯直覺

請讀者們觀察本文最開頭的 GIF 動畫，比參照題目的要求，拿張白紙動手寫出／畫出該動畫可能的操作流程，而這個流程就是本文的編程邏輯。

設計

按 A+B 重新開局。
按 A 後再按 B 隨機選出要拆除的第 (i, j) 顆地雷，i, j = 0~4。其中，micro:bit 的 LED 矩陣座標系統定位如圖 2：

圖 2：LED 矩陣座標系統

程式解說

完整程式碼如圖 3，以下我們來詳細說明程式的設計邏輯：

1. 開局：按鈕 A+B。如圖 3，在按鈕的ㄈ字形事件處理（event handling）積木（blocks） 內置入將 25 顆 LED 全部點亮的積木。思考：要不要先將所有 LED 清除再點亮呢？為什麼？
2. 拆彈定位：按下鈕 A 隨機選 0~4 的 X 座標位置 i；按下按鈕 B 隨機（random）選 0~4 的 Y 座標 j。
3. 拆除炸彈：當 (i, j)是亮著（請參考 MakeCode 的積木使用說明文件）時將之關閉，表示該炸彈已清除。

圖 3：完整程式碼

挑戰

加上計時功能，設定一分鐘內要全數拆完 25 顆地雷才算過關。或者，讓 micro:bit 上的地雷改為每次玩時是隨機佈 n 顆地雷，n = 1~25。註：感謝黃教授提供「暗雷」玩法，我們修改規則如下：

按 A+B 時 25 顆 LED 全亮（表示雷區範圍）開局並隨機產生 1~25 顆暗雷。
按 A 時，掃雷大隊依序移動探雷。
按 B 確認是否找到地雷。若是誤判，則發出錯誤音效。否則，將 LED 變暗表示該顆地雷已被成功拆除。

相關作品

在這段影片中，我們使用了信標（beacon）技術來尋找炸彈並拆除它。相關的程式碼都放在影片留言處。
另外，我們仿做了賴盈志老師的手作做品，也實際動手做出了一個版本。

學習參考

本單元配合南一書局七年級資訊科技第二冊 6-2 節的選擇結構（selective structure）。
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