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
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圖 1:10 大項目之 5

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
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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 5」的 4 個實例(可從此處 下載),從
原始問題描述以流程圖表達解法
再對照流程圖寫出 Python 語法程式
的過程詳細說明整個問題解決(problem solving)過程。

圖 1:10 大項目之 5

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。

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問題解決(problem solving)過程。

圖 1:10 大項目之 4

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)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。

2022年6月4日 星期六

[micro:bit, maker] 猛龍搶珠

 猛龍搶珠 [1]

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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)

2022年6月1日 星期三

[micro:bit, maker] 拆地雷

 拆地雷 [1]

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Jun 1, 2022
88x31.png[2]


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 1micro: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

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 節選擇結構(selective structure)