ภาษาโปรแกรมคืออะไร? ทำไมต้อง Python

ก่อนที่เราจะดำดิ่งสู่โลกของ Python เรามาทำความเข้าใจความหมายของ ภาษาโปรแกรม กันก่อนภาษาโปรแกรมเปรียบเสมือนชุดคำสั่งหรือกฎเกณฑ์ที่มนุษย์สร้างขึ้น เพื่อสื่อสารกับคอมพิวเตอร์สั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามลำดับขั้นตอนที่เรากำหนดไว้ลองจินตนาการว่าคอมพิวเตอร์เป็นเหมือนเด็กที่ทำตามคำสั่งอย่างเคร่งครัด แต่เด็กคนนี้พูดภาษาของเราไม่ได้เราจึงต้องมีภาษาพิเศษที่ทั้งเราและคอมพิวเตอร์เข้าใจตรงกันนั่นก็คือภาษาโปรแกรม

ภาษาโปรแกรมมีอยู่มากมายหลากหลายประเภท แต่ละภาษาก็มีจุดเด่นและเหมาะสมกับการใช้งานที่แตกต่างกันไป แล้วทำไมเราถึงควรเริ่มต้นด้วย ภาษา Python?

• ความง่ายในการอ่านและทำความเข้าใจ: ไวยากรณ์ของภาษา Python ถูกออกแบบมาให้มีความใกล้เคียงกับภาษาอังกฤษที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน ทำให้โค้ดที่เขียนด้วย Python มีความชัดเจน อ่านง่าย และเข้าใจได้ง่าย ลดอุปสรรคสำหรับผู้เริ่มต้นที่ไม่คุ้นเคยกับสัญลักษณ์หรือโครงสร้างที่ซับซ้อนของภาษาโปรแกรมอื่นๆ
• ความสะดวกในการเรียนรู้: ด้วยไวยากรณ์ที่ไม่ซับซ้อนและโครงสร้างที่ชัดเจน ทำให้ภาษา Python เป็นมิตรกับผู้เริ่มต้น การเรียนรู้พื้นฐานของ Python สามารถทำได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ผู้เรียนรู้สึกมีกำลังใจและเห็นผลลัพธ์ได้ในเวลาอันสั้น
• ความหลากหลายในการใช้งาน: Python ไม่ได้ถูกจำกัดอยู่แค่การพัฒนาโปรแกรมประเภทใดประเภทหนึ่งเท่านั้น แต่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็นการพัฒนาเว็บไซต์ (Web Development), การวิเคราะห์ข้อมูลและวิทยาศาสตร์ข้อมูล (Data Science), การสร้างแบบจำลองปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence), การพัฒนาเกม (Game Development), การเขียนสคริปต์เพื่อทำงานอัตโนมัติ (Automation Scripting), หรือแม้แต่การพัฒนาแอปพลิเคชันบนเดสก์ท็อป (Desktop Applications) ความหลากหลายนี้ทำให้การเรียนรู้ Python เป็นการลงทุนที่คุ้มค่า เพราะสามารถนำไปต่อยอดได้ในหลายสายงาน
• ชุมชนผู้ใช้งานและนักพัฒนาขนาดใหญ่: ภาษา Python มีชุมชนผู้ใช้งานและนักพัฒนาที่เข้มแข็งและมีขนาดใหญ่ทั่วโลก ซึ่งหมายถึงมีแหล่งข้อมูล คู่มือการใช้งาน บทเรียนออนไลน์ และความช่วยเหลือมากมายเมื่อคุณพบเจอปัญหาหรือต้องการคำแนะนำ นอกจากนี้ การมีชุมชนที่แข็งแกร่งยังช่วยให้เกิดการพัฒนาไลบรารีและเฟรมเวิร์กใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง ทำให้ Python ยังคงเป็นภาษาที่ทันสมัยและตอบโจทย์ความต้องการของนักพัฒนาอยู่เสมอ
• เป็นภาษา Open Source: Python เป็นภาษาโปรแกรมแบบโอเพนซอร์ส ซึ่งหมายความว่าทุกคนสามารถใช้งาน แก้ไข และแจกจ่าย Python ได้โดยไม่มีค่าใช้จ่าย ทำให้การเข้าถึงและเรียนรู้ Python เป็นเรื่องง่ายสำหรับทุกคน

หลักการทำงานเบื้องต้นของภาษา Python

ในส่วนนี้ เราจะมาลงลึกถึงหลักการทำงานภายในของภาษา Python เพื่อให้คุณเข้าใจว่าเมื่อเราเขียนโค้ด Python แล้วเกิดอะไรขึ้นเบื้องหลัง

ภาษา Python จัดอยู่ในกลุ่มของภาษาโปรแกรมแบบ Interpreter (อินเทอร์พรีเตอร์) ซึ่งแตกต่างจากภาษาโปรแกรมแบบ Compiled (คอมไพล์) เช่น C++ หรือ Java ในภาษาแบบคอมไพล์ โค้ดที่เราเขียนจะถูกแปล (Compile) ทั้งหมดให้เป็นภาษาเครื่อง (Machine Code) ก่อนที่จะสามารถนำไปรันบนคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง ในขณะที่ภาษาแบบอินเทอร์พรีเตอร์ โค้ดจะถูกแปลและประมวลผลทีละบรรทัดโดยโปรแกรมที่เรียกว่า Python Interpreter ในขณะที่โปรแกรมกำลังทำงาน

กระบวนการทำงานของ Python Interpreter:

1. การอ่านโค้ด (Lexical Analysis): เมื่อเราสั่งให้โปรแกรม Python ทำงาน Python Interpreter จะเริ่มอ่านไฟล์โค้ด .py ของเราทีละตัวอักษร จากนั้นจะทำการวิเคราะห์และแบ่งโค้ดออกเป็นหน่วยย่อยๆ ที่เรียกว่า Token เช่น คำสงวน (Keywords), ตัวระบุ (Identifiers), ตัวดำเนินการ (Operators), และค่าคงที่ (Literals)
2. การสร้างโครงสร้างทางไวยากรณ์ (Parsing): หลังจากที่โค้ดถูกแบ่งเป็น Token แล้ว Python Interpreter จะนำ Token เหล่านั้นมาสร้างเป็นโครงสร้างทางไวยากรณ์ที่เรียกว่า Abstract Syntax Tree (AST) ซึ่งเป็นเหมือนแผนผังที่แสดงความสัมพันธ์และการจัดเรียงของคำสั่งต่างๆ ในโค้ดของเรา หากมีข้อผิดพลาดทางไวยากรณ์เกิดขึ้นในขั้นตอนนี้ Python Interpreter จะแจ้งข้อผิดพลาดให้เราทราบ
3. การแปลเป็น Bytecode (Compilation to Bytecode): แม้ว่า Python จะเป็นภาษาแบบอินเทอร์พรีเตอร์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว Python Interpreter จะทำการแปลโค้ดของเราให้เป็นภาษากลางที่เรียกว่า Bytecode ก่อนที่จะทำการประมวลผล Bytecode นี้มีลักษณะคล้ายกับภาษาเครื่อง แต่ถูกออกแบบมาให้ทำงานบน Python Virtual Machine (PVM) ได้ Bytecode นี้มักจะถูกเก็บไว้ในไฟล์ที่มีนามสกุล .pyc เพื่อให้การรันโปรแกรมในครั้งต่อไปทำได้รวดเร็วขึ้น (หากไฟล์ .py ไม่มีการเปลี่ยนแปลง)
4. การประมวลผล Bytecode บน Python Virtual Machine (Interpretation): ขั้นตอนสุดท้ายคือการที่ Python Virtual Machine (PVM) จะทำการอ่านและประมวลผล Bytecode ทีละคำสั่ง PVM ทำหน้าที่เสมือนคอมพิวเตอร์จำลองที่เข้าใจ Bytecode และสามารถสั่งให้ฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์ทำงานตามคำสั่งนั้นๆ ได้

ความแตกต่างระหว่าง Interpreted และ Compiled Languages:

คุณสมบัติ	ภาษา Interpreted (เช่น Python)	ภาษา Compiled (เช่น C++, Java)
การแปล	แปลและประมวลผลทีละบรรทัด	แปลโค้ดทั้งหมดก่อนรัน
ความเร็วในการรัน	โดยทั่วไปช้ากว่า	โดยทั่วไปเร็วกว่า
การแก้ไขข้อผิดพลาด	พบข้อผิดพลาดขณะรัน	พบข้อผิดพลาดก่อนรัน
ความสะดวกในการพัฒนา	รวดเร็วและง่ายกว่า	อาจซับซ้อนกว่า
การพกพา	โดยทั่วไปพกพาได้ง่ายกว่า	อาจต้องคอมไพล์ใหม่สำหรับแต่ละระบบ

องค์ประกอบพื้นฐานที่ควรรู้ในภาษา Python

เพื่อให้คุณสามารถเริ่มต้นเขียนโปรแกรม Python ได้จริง เรามาทำความเข้าใจองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญกันครับ/ค่ะ

3.1 ไวยากรณ์ (Syntax) และโครงสร้างพื้นฐาน (Syntax and Basic Structure)

• การเยื้อง (Indentation): ใน Python การเยื้องหน้า (โดยการเว้นวรรค 4 ครั้ง หรือใช้ Tab 1 ครั้ง) ไม่ใช่แค่เรื่องของความสวยงาม แต่เป็นส่วนหนึ่งของไวยากรณ์ที่ใช้ในการกำหนดขอบเขตของบล็อกโค้ด เช่น ในคำสั่ง if, for, while, และการนิยามฟังก์ชัน การเยื้องที่ผิดพลาดจะทำให้โปรแกรมเกิดข้อผิดพลาดได้

  if 10 > 5:
      print("สิบมากกว่าห้า")  # บรรทัดนี้อยู่ในบล็อกของ if
  else:
      print("สิบน้อยกว่าหรือเท่ากับห้า") # บรรทัดนี้อยู่ในบล็อกของ else
  
  def my_function():
      print("นี่คือฟังก์ชัน") # บรรทัดนี้อยู่ในบล็อกของฟังก์ชัน
  

• การใช้เครื่องหมาย:
  • : (โคลอน) ใช้เพื่อระบุจุดเริ่มต้นของบล็อกโค้ดในคำสั่งควบคุมต่างๆ และการนิยามฟังก์ชัน
  • # (เครื่องหมายสี่เหลี่ยม) ใช้สำหรับเขียนความคิดเห็น (Comment) ซึ่งเป็นข้อความที่อธิบายโค้ดและจะถูก Python Interpreter ละเลยไป มีประโยชน์ในการทำให้โค้ดอ่านและทำความเข้าใจได้ง่ายขึ้น

    # นี่คือความคิดเห็นเกี่ยวกับตัวแปรนี้
    x = 10
    

• Docstrings: นอกจาก Comment แล้ว Python ยังมีสิ่งที่เรียกว่า Docstrings (Documentation Strings) ซึ่งเป็นข้อความที่อยู่ในเครื่องหมายคำพูดสามอัน ("""Docstring goes here""") ใช้สำหรับอธิบายฟังก์ชัน คลาส หรือโมดูล Docstrings สามารถเข้าถึงได้โดยใช้ฟังก์ชัน help() และมีประโยชน์อย่างมากในการสร้างเอกสารประกอบโปรแกรม

  def add(a, b):
      """
      ฟังก์ชันนี้ใช้สำหรับบวกตัวเลขสองจำนวน
  
      Args:
          a: ตัวเลขจำนวนแรก
          b: ตัวเลขจำนวนที่สอง
  
      Returns:
          ผลรวมของ a และ b
      """
      return a + b
  
  help(add)
  

3.2 ชนิดข้อมูล (Data Types)

• Integer (int): ใช้แทนจำนวนเต็ม (ทั้งบวก ลบ และศูนย์) สามารถมีขนาดเท่าใดก็ได้ตามหน่วยความจำของเครื่อง

  count = 100
  negative_number = -5
  zero = 0
  

• Float (float): ใช้แทนจำนวนทศนิยม

  pi = 3.14159
  temperature = 25.5
  

• String (str): ใช้แทนลำดับของตัวอักษร สามารถอยู่ในเครื่องหมายคำพูดเดี่ยวหรือคู่ก็ได้

  message = "Hello, World!"
  name = 'Python'
  

• Boolean (bool): มีสองค่าเท่านั้นคือ True (จริง) และ False (เท็จ) มักใช้ในการตัดสินใจในคำสั่งควบคุม

  is_valid = True
  is_finished = False
  

• List: เป็นลำดับของข้อมูลที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (Mutable) สามารถเก็บข้อมูลได้หลากหลายชนิด และอยู่ในเครื่องหมาย

  numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
  fruits = ["apple", "banana", "orange"]
  mixed = [1, "hello", 3.14, True]
  

• Tuple: คล้ายกับ List แต่เป็นลำดับของข้อมูลที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (Immutable) อยู่ในเครื่องหมาย ()

  coordinates = (10, 20)
  colors = ("red", "green", "blue")
  

• Dictionary: เป็นชุดของข้อมูลที่เก็บในรูปแบบของคู่คีย์-ค่า (Key-Value Pairs) คีย์ต้องเป็นค่าที่ไม่ซ้ำกันและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (มักจะเป็น String หรือ Integer) ส่วนค่าสามารถเป็นข้อมูลชนิดใดก็ได้ อยู่ในเครื่องหมาย {}

  person = {"name": "Alice", "age": 30, "city": "New York"}
  grades = {"Math": 95, "Science": 88}
  

• Set: เป็นชุดของข้อมูลที่ไม่ซ้ำกัน (Unordered Collection of Unique Elements) อยู่ในเครื่องหมาย {}

  unique_numbers = {1, 2, 3, 3, 4, 5} # จะเก็บแค่ {1, 2, 3, 4, 5}
  vowels = {"a", "e", "i", "o", "u"}
  

3.3 ตัวแปร (Variables)

ตัวแปรเป็นเหมือนชื่อที่เราใช้เรียกแทนข้อมูลต่างๆ ในโปรแกรม การตั้งชื่อตัวแปรใน Python มีกฎเกณฑ์บางอย่างที่ต้องปฏิบัติตาม เช่น ต้องขึ้นต้นด้วยตัวอักษรหรือเครื่องหมาย _ (Underscore) และห้ามมีช่องว่าง

my_age = 35
user_name = "John Doe"
total_amount = 125.75

3.4 ตัวดำเนินการ (Operators)

• ตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์:
  • + (บวก): 5 + 3 จะได้ 8
  • - (ลบ): 10 - 4 จะได้ 6
  • * (คูณ): 7 * 2 จะได้ 14
  • / (หาร): 15 / 3 จะได้ 5.0 (ผลลัพธ์เป็น float เสมอ)
  • // (หารเอาส่วน): 15 // 3 จะได้ 5, 16 // 3 จะได้ 5
  • % (หารเอาเศษ): 15 % 3 จะได้ 0, 16 % 3 จะได้ 1
  • ** (ยกกำลัง): 2 ** 3 จะได้ 8
• ตัวดำเนินการเปรียบเทียบ:
  • == (เท่ากับ): 5 == 5 จะได้ True, 5 == 6 จะได้ False
  • != (ไม่เท่ากับ): 5 != 5 จะได้ False, 5 != 6 จะได้ True
  • > (มากกว่า): 10 > 5 จะได้ True
  • < (น้อยกว่า): 3 < 7 จะได้ True
  • >= (มากกว่าหรือเท่ากับ): 8 >= 8 จะได้ True
  • <= (น้อยกว่าหรือเท่ากับ): 4 <= 5 จะได้ True
• ตัวดำเนินการทางตรรกะ:
  • and (และ): True and True จะได้ True, True and False จะได้ False
  • or (หรือ): True or False จะได้ True, False or False จะได้ False
  • not (นิเสธ): not True จะได้ False, not False จะได้ True
• ตัวดำเนินการกำหนดค่า:
  • = (กำหนดค่า): x = 10
  • += (บวกแล้วกำหนดค่า): x += 5 (เทียบเท่ากับ x = x + 5)
  • -= (ลบแล้วกำหนดค่า): x -= 3 (เทียบเท่ากับ x = x - 3)
  • *= (คูณแล้วกำหนดค่า): x *= 2 (เทียบเท่ากับ x = x * 2)
  • /= (หารแล้วกำหนดค่า): x /= 4 (เทียบเท่ากับ x = x / 4)
  • //= (หารเอาส่วนแล้วกำหนดค่า): x //= 2 (เทียบเท่ากับ x = x // 2)
  • %= (หารเอาเศษแล้วกำหนดค่า): x %= 3 (เทียบเท่ากับ x = x % 3)
  • **= (ยกกำลังแล้วกำหนดค่า): x **= 2 (เทียบเท่ากับ x = x ** 2)

3.5 โครงสร้างควบคุม (Control Flow)

• คำสั่งเงื่อนไข (if-elif-else):

  age = 20
  if age >= 18:
      print("คุณมีสิทธิ์เลือกตั้ง")
  elif age >= 15:
      print("คุณสามารถทำบัตรประชาชนได้")
  else:
      print("คุณยังเด็กเกินไป")
  

• คำสั่งวนซ้ำ (for loop): ใช้สำหรับวนซ้ำผ่านลำดับของข้อมูล (เช่น List, Tuple, String) หรือตามจำนวนครั้งที่กำหนด

  fruits = ["apple", "banana", "orange"]
  for fruit in fruits:
      print(fruit)
  
  for i in range(5): # range(5) จะสร้างลำดับตัวเลข 0, 1, 2, 3, 4
      print(f"รอบที่ {i}")
  

• คำสั่งวนซ้ำ (while loop): ใช้สำหรับวนซ้ำตราบเท่าที่เงื่อนไขที่กำหนดยังคงเป็นจริง

  counter = 0
  while counter < 5:
      print(f"ตัวนับ: {counter}")
      counter += 1
  

• คำสั่ง break และ continue:
  • break: ใช้เพื่อออกจากลูปทันที
  • continue: ใช้เพื่อข้ามไปยังรอบถัดไปของลูป

  numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
  for num in numbers:
      if num == 3:
          break # ออกจากลูปเมื่อ num เป็น 3
      print(num) # จะพิมพ์ 1, 2
  
  for num in numbers:
      if num == 3:
          continue # ข้ามเมื่อ num เป็น 3
      print(num) # จะพิมพ์ 1, 2, 4, 5
  

3.6 ฟังก์ชัน (Functions)

def calculate_area(width, height):
    """คำนวณพื้นที่สี่เหลี่ยม"""
    return width * height

area1 = calculate_area(5, 10)
print(f"พื้นที่สี่เหลี่ยมผืนแรก: {area1}")

area2 = calculate_area(width=7, height=8) # การส่งอาร์กิวเมนต์แบบระบุชื่อ
print(f"พื้นที่สี่เหลี่ยมผืนที่สอง: {area2}")

3.7 โมดูลและไลบรารี (Modules and Libraries)

import random

random_number = random.randint(1, 10) # สุ่มตัวเลขระหว่าง 1 ถึง 10
print(f"เลขสุ่ม: {random_number}")

import datetime

now = datetime.datetime.now()
print(f"เวลาปัจจุบัน: {now}")

ตัวอย่างโปรแกรม Python อย่างง่าย

เพื่อให้เห็นภาพการทำงานของภาษา Python มากยิ่งขึ้น ลองดูตัวอย่างโปรแกรมง่ายๆ ดังนี้ครับ/ค่ะ

ตัวอย่างที่ 3: โปรแกรมตรวจสอบเลขคู่หรือเลขคี่

number = int(input("ใส่ตัวเลข: "))

if number % 2 == 0:
    print(f"{number} เป็นเลขคู่")
else:
    print(f"{number} เป็นเลขคี่")

ตัวอย่างที่ 4: โปรแกรมคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวเลขใน List

numbers = [10, 20, 30, 40, 50]
total = sum(numbers) # ฟังก์ชัน sum() ใช้สำหรับหาผลรวมของตัวเลขใน List
average = total / len(numbers) # ฟังก์ชัน len() ใช้สำหรับหาจำนวนสมาชิกใน List
print(f"ค่าเฉลี่ยคือ: {average}")

ตัวอย่างที่ 5: โปรแกรมนับจำนวนคำในข้อความ

text = "This is a simple example sentence."
words = text.split() # ฟังก์ชัน split() ใช้สำหรับแบ่งข้อความออกเป็น List ของคำ โดยใช้ช่องว่างเป็นตัวแบ่ง
number_of_words = len(words)
print(f"จำนวนคำในข้อความคือ: {number_of_words}")

ความสามารถและการประยุกต์ใช้งาน Python

• การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object-Oriented Programming - OOP): เป็นแนวคิดการเขียนโปรแกรมที่ให้ความสำคัญกับการจัดการข้อมูลและพฤติกรรมของข้อมูลในรูปแบบของ "วัตถุ" (Objects) ซึ่งประกอบไปด้วย "แอตทริบิวต์" (Attributes) หรือคุณสมบัติ และ "เมธอด" (Methods) หรือการกระทำ การเรียนรู้ OOP จะช่วยให้คุณสามารถสร้างโปรแกรมที่มีโครงสร้างชัดเจน ยืดหยุ่น และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่าย ภาษา Python รองรับการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุอย่างเต็มรูปแบบ
• การจัดการข้อผิดพลาด (Error Handling): ในการเขียนโปรแกรม ข้อผิดพลาด (Errors) หรือข้อยกเว้น (Exceptions) สามารถเกิดขึ้นได้เสมอ การเรียนรู้วิธีการจัดการกับข้อผิดพลาดเหล่านี้โดยใช้บล็อก try...except จะช่วยให้โปรแกรมของคุณทำงานได้อย่างราบรื่นและไม่หยุดชะงักเมื่อเกิดปัญหา
• การทำงานกับไฟล์ (File I/O): การอ่านและเขียนข้อมูลจากไฟล์เป็นทักษะที่สำคัญในการพัฒนาโปรแกรม Python มีฟังก์ชันและวิธีการที่ง่ายต่อการจัดการกับไฟล์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นไฟล์ข้อความ (Text Files) หรือไฟล์ประเภทอื่นๆ
• การใช้ไลบรารีและเฟรมเวิร์กต่างๆ: การเรียนรู้การใช้งานไลบรารีและเฟรมเวิร์กที่เหมาะสมกับงานที่คุณสนใจจะช่วยประหยัดเวลาและแรงงานในการพัฒนาโปรแกรมได้อย่างมาก
  • Data Science: นอกจาก Pandas, NumPy, และ Scikit-learn แล้ว ยังมี Matplotlib และ Seaborn สำหรับการสร้างภาพข้อมูล
  • Web Development: Flask เป็นเฟรมเวิร์กขนาดเล็กที่เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น ในขณะที่ Django เป็นเฟรมเวิร์กขนาดใหญ่ที่มีฟีเจอร์ครบครัน
  • GUI Development: นอกจาก Tkinter แล้ว ยังมี PyQt และ Kivy ที่มีความสามารถและรูปลักษณ์ที่ทันสมัยกว่า
  • Game Development: Pygame เป็นไลบรารียอดนิยมสำหรับการสร้างเกม 2D
• การใช้เครื่องมือพัฒนา (Development Tools): การทำความคุ้นเคยกับการใช้ Integrated Development Environment (IDE) เช่น VS Code, PyCharm หรือ Jupyter Notebook จะช่วยให้การเขียน แก้ไข และทดสอบโค้ดเป็นเรื่องง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ การใช้ Version Control System เช่น Git ก็มีความสำคัญในการจัดการโค้ดและการทำงานร่วมกับผู้อื่น