📜 [專欄新文章] [zkp 讀書會] Cairo 語言介紹

✍️ NIC Lin

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Cairo 是 STARK 證明系統的其中一個編程語言，讓開發者能透過 Cairo 來使用 STARK，撰寫效能更高的 Dapp

Photo by Simon Berger on Unsplash

Warning：本篇會保持在 high level 的介紹，實際深入的部分請見文內附上的文檔或是官方開發者文件

背景介紹

建構於密碼學的零知識證明能提供計算的隱私性，但同時在區塊鏈生態系也被用來提升 Scalability — 我可以用 10 秒的運算資源來驗證原本耗費 1000 秒運算資源的計算過程

如同更多人熟悉的 SNARK，STARK 也是一個零知識證明的證明系統，但當前的 STARK 著重的是在 Scalability ，而非大家比較習以為常零知識證明提供的隱私性特質

其實目前基於 SNARK 的 Rollup 項目，例如 zkSync、Loopring、Aztec、zkopru，除了 Aztec 外，其他都是利用 SNARK 來增加 Scalability — 這些 Rollup 上資料都還是公開、沒有隱私性的

StarkWare 是目前唯一基於 STARK 的開發團隊

STARK 要加上隱私保護不會太難，只是 StarkWare 還沒有把這項功能放在未來規劃中

Cairo 簡介

標榜為圖靈完備的零知識證明系統語言，Cairo 對原本熟悉 Solidity 的開發者來說還是會感到比較難上手和陌生的。再加上套件庫還不夠充足，目前支援的雜湊函式是 Pedersen，數位簽章演算法是 ECDSA（相對於 SNARK，EdDSA 的效能反而比較差所以沒有支援）。
但 Cairo 還在早期開發的階段，相信開發體驗會越來越好的。

另外需要注意的是作為一個證明系統，會有 Prover 和 Verifier 的角色。而 STARK 的 Verifier 是公開的，但 Prover 軟體預計會有 License 保護。Prover 一般情況下不得用於商業用途，除非將 proof 上傳至官方的 Verifier。

最後要提及的是，第一版的 Cairo 是設計來方便開發者將 Dapp 的運算遷移至鏈下。不同於 Rollup，這個鏈下只會有它自己一個 Dapp。這個 Dapp 的項目方自己維護自己 Dapp 的 state。（ Rollup 則是 operator 維護所有 Dapp 的 state，Dapp 開發者不需自己操煩）
這可能有點難懂。如果你有在寫 Solidity，想像一下今天你在合約要用到合約裡宣告的 storage 變數時，你要自己提供 merkle proof 上來，證明這個storage 變數真的是這個值。這個就是開發者要自己維護 state 的意思。

而第二版的 Cairo 則是 StarkNet 裡使用的 Cairo（第一和第二版是不同編譯器），這版的 Cairo 就是作為 Dapp 在 Rollup 開發所使用 — 開發者可以在合約裡宣告變數，變數的值不需開發者維護，可以直接假設存在。
註1：StarkWare 不喜歡 Rollup 這個詞，他們覺得 Data Availability 的需求是一段光譜：不一定得要把 data 全都送上 L1，中間有其他方式可以做不同層級的 Data Availability。
註2：第一版和第二版實際上在官方版本裡是 0.0.1 及 0.0.2，在撰文當前最新版即是 0.0.2

官方網站：https://www.cairo-lang.org
開發者文件：https://www.cairo-lang.org/docs/

開發環境

Cairo 有提供像是 Remix 的瀏覽器 IDE：playground。裡面提供各種範例練習和挑戰，除了可以編譯，還可以直接生成並上傳 proof。
註：但有些功能還是沒辦法在 playground 裡使用，例如要給你的程式 custom input 時。這時候只能在本地端開發才能使用這個功能。

開發 Cairo 要先安裝python，我將開發者文件整理出來的資料統整在這個 hackmd 文檔裡：https://hackmd.io/w690dpAQTsKeKZv3oikzTQ
裡面包含簡介、設置本地開發環境以及 Cairo 基礎（因為篇幅原因，所以不將內容複製到這裡）
註：我把開發者文件裡的代碼整理到這裡：https://github.com/NIC619/cairo_practice/tree/master/practices
如果不想在研究開發者文件過程中，還要自己手動拼湊裡面例子的話，可以直接用整理好的代碼來執行。同時 repo 裡還有包含一些額外自己測試 Cairo 功能的範例。

深入 Cairo

在那份 hackmd 文檔裡的開頭，可以連結到第二部分 — 深入 Cairo 的部分。裡面也是從開發者文件裡擷取出來我覺得比較重要的部分。如果你要讀開發者文件的話，我建議從 Hello Cairo 開始，它會從例子切入，會比較好知道 Cairo 怎麼使用。接著如果要更深入了解，再去讀 How Cairo Works。

StarkNet Cairo

第二版的 Cairo 其實功能和第一版的 Cairo 是差不多的，所以不必擔心在開發者文件裡學到的 Cairo 在 StarkNet 版本會不能用或差很多。在讀完 Hello Cairo/How Cairo works 後，就可以接著看 Hello StarkNet。會很順利的切換到 StarkNet 版本的 Cairo。
註1：我整理的文檔裡是按照第一版 Cairo 所寫的
註2：如果你從開發者文件一路看下來，體驗過非 StarkNet 版的 Cairo，那你在體驗 StarkNet 版的 Cairo 時一定會發現這更像一般智能合約的使用方式 — 你可以用 view 函式查詢 storage 變數，可以用 external 函式去執行合約（非 StarkNet 版本不是這樣操作 Dapp 的，這邊因為篇幅原因沒有詳細介紹）。

非常建議嘗試兩種版本的 Cairo，你會知道 1. 操作一個單獨在 L2 的 Dapp 和2. 操作與其他 Dapp 共存在 Rollup 上的 Dapp 的不同。這對了解 L2 怎麼運行、需要哪些資料、為什麼需要這些資料非常有幫助。

0.0.2 版的 StarkNet Cairo 目前還缺少一些功能：

函式還沒辦法宣告陣列或 struct 型態的參數

合約和合約之間還沒辦法互動

L1 沒有辦法讀取到 L2 的資料，L2 也沒辦法讀取到 L1 的資料。如果要建立跨 L2 Bridge，這個功能非常重要。

補充及個人心得

STARK 的 proof size 相比於 SNARK 系列的 proof size 大很多，又其證明所包含的交易數量對 proof size 和驗證時間的影響不大，所以把很多筆交易一併做一個 proof 會是對 STARK 非常有利、節省成本的方式（SNARK、STARK 比較表）。但這同時也是一個缺點，如果你的 Dapp 或 Rollup 的 TPS 不高，那就只能等更久時間搜集多一點的交易，要不然就只能提高成本來維持驗證 proof 的頻率。

StarkWare和 zkSync 一樣都有 Rollup 宇宙的概念（ Rollup 宇宙的用詞並不精確，因為在他們的宇宙中不會所有子鏈都是 Rollup，而是會有依照 Data Availability 程度不同所區分的子鏈，像是 Validium、zk Porter 的設計），個人覺得能夠有（針對 Data Availability 程度的）選擇是會比只有一個選擇（完全 Data Available） 還好的方式，但實際上的可行性就要等其團隊釋出更多的資訊。

在 Rollup 越趨成熟的情況下，能夠提供快速跨 Rollup 服務的流動性提供者的角色會越來越重要。zk Rollup（StarkNet、zkSync、etc…）比 Optimistic Rollup （Optimism、Arbitrum、etc…）有著短上許多的 finalize 時間，這對降低流動性提供者的風險有很大的幫助，但目前 zk Rollup 支援合約功能甚至 L1 <-> L2 互動的完成度都比 Optimistic Rollup 還低上許多。短期內快速跨 Rollup 的服務應該還是侷限在 Optimitic Rollup 之間。

abbrev

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📜 [專欄新文章] 類 Python 的合約語言 Vyper 開發入門：與 Solidity 差異、用 Truffle 部署、ERC20 賣幣合約實做
✍️ 田少谷 Shao
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有鑒於個人近期關注的 Uniswap 及 Curve 皆用 Vyper 實作，索性瀏覽了官方文件並嘗試一些開發工具，希望此文能減少一些讀者初嘗 Vyper 會遇到的麻煩!

Vyper and Solidity

Outline

一. Vyper 極簡介二. 與 Solidity 語法差異三. 開發、開發環境設置 1. 語法高亮 2. 本地 Vyper compiler 安裝 3. 使用 Truffle 操作 ERC20 - 安裝 Truffle - 發幣 - 寫個簡易賣幣合約四. 已知 Remix 問題 五. 結語

一. Vyper 極簡介

Vyper 是除 Solidity 外，以太坊上的另一智能合約 (Smart contract) 語言。其語法和 Python 相近，但畢竟也是寫合約的語言，邏輯差異不大，所以若熟悉 Solidity 應該不難理解用 Vyper 寫出的合約!

Vyper 主要被設計和 Solidity 的區別是安全性及可讀性，這部分會在下一段落及後方的實作中舉例說明。

二. 與 Solidity 語法差異

Vyper 與 Solidity 的差異有許多，在本段只就個人認為感受較深的三點進行說明，其他差異只進行翻譯，有興趣的讀者可以到官方文件詳細了解：https://vyper.readthedocs.io/en/latest/index.html

1. 沒有 modifier

Solidity 常見的 onlyOwner() modifier; 由於 gist 沒有 Solidity 的語法高亮，故截圖

在 Vyper 中單純用 assert 及 assert_modifiable 來進行條件檢查，兩者差別為若要檢查函數執行後的返還值，要用後者，如下圖：

Vyper 寫法

2. 沒有 Class inheritance 繼承

繼承是物件導向程式設計 (OOP) 的核心概念，但各種繼承關係有時候確實很複雜。Vyper 沒有繼承，這無疑大幅地增加了程式可讀性及安全性，以及降低審計程式碼的難度。在此提供一個例子供不熟悉 OOP 複雜之處的讀者有個概念：

source: https://consensys.github.io/smart-contract-best-practices/recommendations/#multiple-inheritance-caution

在上例中，contract A 的 fee 值 (因繼承自 contract B 和 C，故有 fee 一值) 是 5、a 值也是 5 (因繼承自 contract Final，故有 a 一值)。原因是 A 先繼承 B 再繼承 C，因此 contract A 中的 setFee() 是使用了 contract C 的 setFee()，而 a 值是由於 C(5)，這代表 contract C 的 constructor (舊版本中即 function C()，函式名稱同 contract 名稱) 被傳入的值為 5。

稍微延伸一下以上概念，將 contract A 改成：contract A is C, B。如此一來，a 值還有 fee 值都會是 3，因為這次 A 先繼承 C 再繼承 B，因此最終吃到的值是 contract B 的。

以上就是 OOP 繼承的複雜之處的簡單範例說明，應該能稍微感受到爲什麼除去繼承後會大幅提高可讀性及安全性，畢竟即使是熟悉 OOP 的人有時頭腦一混亂也會開始懷疑自己寫的程式碼繼承結構是否正確 …

3. 沒有 dynamic array 動態陣列

這應該是目前 Vyper 設計中爭議最大的部分。沒有動態陣列代表在宣告陣列時需要宣告其長度，也就是說 Solidity 中的寫法 uint[], bool[] 等等，這些是不會出現在 Vyper 的。在 Vyper 中只能出現諸如：

# Vyper 的變數宣告方式為 變數名稱: 存取範圍(變數型態(若為陣列給長度))

values: uint256[10]participants: public(address[20])

可以看到上方的 uint256 及 address 兩陣列皆需要宣告長度，不能不宣告而使其動態地配置空間。

沒有動態陣列固然可以確保執行運算的範圍、次數，但一來動態陣列真的很方便、二來在 Solidity 有此功能而 Vyper 卻沒有的情況下可能會造成麻煩，詳見此一討論串：點我。

4. 沒有 inline assembly，程式碼中不會有組合語言

5. 沒有 function overloading，函式不會因傳入的參數數目不同而結果不同

6. 沒有 operator overloading，運算符號不會有不同於預設的自定義功能

7. 沒有無限迴圈，可免於 gas limit attack

8. 十進位定點數 decimal fixed point 而非二進位 (binary) 定點數，詳見：點我

三. 開發、開發環境設置

結論先講

開發 Vyper 的最佳姿勢目前個人認為是在本地裝上 Vyper compiler、用 Truffle 部署，並在撰寫時將檔名後加上 .py 就能有 Python 的語法高亮👌

1. 語法高亮 (syntax highlighting)

有語法高亮絕對是舒服地寫程式的第一步。

Remix 有 Vyper 的語法高亮，但一來個人目前不推薦使用 Remix 來撰寫 Vyper，原因詳見下方 4. 已知 Remix 問題；二來 Remix 的語法高亮其實也沒有很清楚，因此個人推薦：在本地開發，將檔名後加上 .py 就會有 Python 的語法高亮。

2. 本地 Vyper compiler 安裝

照官方說明使用 Python 的虛擬環境 virtualenv：

source: https://vyper.readthedocs.io/en/latest/installing-vyper.html#installing-vyper

簡單兩點提醒：

如果中間那行報錯但確實已經有 Python，則可能是版本問題。依照自己電腦上的版本改成相應的即可，ex: python3.6 改成 python3

進入虛擬環境後(檔案路徑前方應有 vyper-venv 的提示)，使用此指令： vyper {檔案名稱}.vy，即可編譯 .vy 檔；使用完畢後輸入 deactivate 即可退出

3. 使用 Truffle 操作 ERC20

安裝 Truffle

Truffle 雖有冗餘的 migration 但也別無他法，畢竟 Remix 目前仍不完善 :(

下載流程可以照官方文件，使用 vyper-example：

source: https://github.com/truffle-box/vyper-example-box

由於我們會接上測試網 Ropsten，因此還要下載 truffle-hdwallet-provider：

source: https://github.com/trufflesuite/truffle-hdwallet-provider

接者就可以開始使用 Vyper 寫合約了！

發幣

由於 Vyper 的官方文件中已經有許多優質範例，因此本文希望來點不一樣但大家卻又很熟悉的…以 ERC20 為例(這千篇一律的主題xD)：

用 Curve 的 ERC20 程式碼為範本，發一個幣(又要發…)

寫一個簡易賣幣合約

選擇這個主題一方面畢竟 ERC20 是以太坊的最大宗應用之一，二來有興趣的讀者可以透過讀 ERC20 的程式碼來熟悉 Vyper，並在看過本文的流程後對於用 Vyper+Truffle 來操作 ERC20 有完整的概念！

好的，首先複製一份 Curve 的 ERC20 程式碼(看到就順手拿來用)，並複製到 Truffle 所在路徑的 contracts 資料夾中：https://github.com/curvefi/curve-contract/blob/pool_compound/vyper/ERC20.vy

由於第一點希望著重在跑一次流程，因此不改動合約的程式碼。

將 ERC20.vy 複製到 contracts 資料夾中後，到 migrations 資料夾開啟 2_deploy_contracts.js，首先將 require() 中的參數改為 ERC20.vy 的檔名 ERC20，再來依照自己喜好決定幣的名稱、代號、小數點位數及發行總量，輸入於 deployer.deploy() 中。

接著，為了和測試網 Ropsten 互動，需要將以下程式碼寫入 truffle-config.js。

第二行的 privateKeys 是帳號的私鑰。以下實作需要兩個帳號來操作，因此請從錢包匯入兩組私鑰(並非助憶詞)。

在第 13 行中 HDWalletProvider 此函式的第三個參數代表要用第幾個帳號最為預設帳號(部署合約等)，第四個函數代表總共匯入幾組帳號。而第二個參數則是需要至 Infura 申請一個 project 來得到串接 Ropsten 的連結。這兩步驟並非本文重點，因此不詳細解說步驟，Google 搜尋關鍵字應該就會找到方法!

接著，就可以輸入以下指令來將代幣發佈到 Ropsten：

truffle deploy --network ropsten

有進入虛擬環境才可以編譯 .vy 檔，若忘記就會收到如下的錯誤訊息：

記得打開虛擬環境才能編譯 .vy 檔

成功後就可以在 contract address 中看到代幣發佈的位置，加入到 Metamask 中就可以看到。本文的例子是維尼代幣 Winnie the Coin, WTC ;)

contract address 便是 ERC20 的所在

Winnie the Coin, WTC

好了，到此測試網上又多了一個測試用的垃圾廢幣。

寫個簡易賣幣合約

賣幣合約中我想要簡單有兩個功能就好：付錢買幣 、結束銷售，以下就是程式碼。買幣的部分就不寫太詳細，固定價格為 0.01 Ether 可以買 500 代幣。

簡單說明幾點：

Solidity 的 constructor() 在 Vyper 中為 Python 風的 __init__():

函式的屬性(public, private, payable 等等)放在函式上方，與 Python 的修飾器位置相同

總之寫法跟 Python 很像，次方也一樣是用兩次乘法代表：**

變數前加上 self 代表是當前合約的變數/全域變數，因此非常容易與函式中的變數/區域變數做區隔

由於已經在第一行匯入了 ERC20 那份合約，因此透過將地址傳入合約當參數，就可以呼叫在該地址的合約：ERC20(self.tokenAddress) 。並且，可以將部署的合約存成一個變數 erc20 較方便

寫完合約後一樣要更改 migrations 資料夾中的 2_deploy_contracts.js 如下，將代幣所在的地址作為參數輸入。

由於先前已經部署過一次了，因此要重置才能再部署第二次，輸入以下指令：

truffle deploy --reset --network ropsten

部署成功之後就要來試著買幣啦！輸入以下來進入 console：

truffle console --network ropsten

成功進入後應該會看到 truffle(ropsten)> 的字樣。接著，首先取得部署的兩合約，並查看是否有返回合約資訊：

# ERC20 及 SellToken 是先前在 2_deploy_contracts.js 中的變數名稱，代表被部署的合約

let instance1 = await ERC20.deployed()instance1 # 印出 instance1 的資訊

let instance2 = await SellToken.deployed()instance2 # 印出 instance2 的資訊

再來，為了讓 SellToken 可以賣幣，要先用 ERC20 的合約匯幣到 SellToken 的合約。因此，輸入以下指令：

instance1.transfer(instance2.address, 10000)

# 這裡數字只要設為 > 500 就可以

接著，我們要利用第二個帳號去買幣(第一個帳號為預設帳號，因此就是代幣擁有者)。將帳號的資訊存入變數 accounts 中，再指定送出交易的帳號是第二個帳號。由於我個人匯入私鑰的順序是將第一個帳號存在 truffle-config.js 的 privateKeys[0]、第二個帳號存在 privateKeys[1]，因此第二個帳號的地址就會在 accounts[1] 的位置：

let accounts = await web3.eth.getAccounts()

instance2.buyToken({from: accounts[1], value: 10000000000000000})

# value 為 10^16 是因為在 SellToken 的 buyToken 函式中買一次要 0.01 Ether, 即為 10^16 wei

然後應該就會在自己的第二個帳號中看到匯入的幣了～

最後，由於合約中結束銷售就是一個自殺 selfdestruct 函式，因此可以呼叫看看，第一個帳戶錢包中的錢應該會增加，因為第二個帳戶有付款買幣；並且，可以到 Ropsten 上瀏覽，應該能看到相關提示：

中間 contract 的右上角有 Self Destruct 的樣式

四. 已知 Remix 問題

Remix 目前有兩個版本，只有新版有 Vyper 的編譯器。在此整理目前遇到的問題，如果有人也遇到可以對照一下本處，可以省去很多自我懷疑xD

不會報錯

Remix 的編譯結果有時會是錯的、和本地端編譯出來的結果不同

舉上方的 SellToken 合約為例，將其複製到 Remix 中使用左邊的 Remote Compiler 有錯，但又不報錯 q_q (ERC20 的合約有在同檔案目錄)

左方有紅色三角形，代表編譯失敗，但沒有報錯訊息可以看…

getter function 竟然要花錢

用 Solidity 寫的合約，查詢 public 變數的值應該是不用消耗 gas 的，但不知何故查詢 Vyper 寫的合約的 public 變數卻要消耗 gas，如下圖…

可以看到中下方有 22026 gas 的消耗

Local compiler 無法使用

圖中的 Local Compiler 此選項，個人雖照官方文件執行 vyper-serve 但卻失敗，因此若有讀者成功希望能留個言不吝分享!

五. 結語

Vyper 作為一個比 Solidity 更新的合約語言，在寫程式碼的方面沒什麼問題，但相關的開發工具、學習資源等都遠不及 Solidity。

Vyper 主打的兩個特色：可讀性的部分相信看完上面的讀者應該已經有些感覺；安全性…小白如作者我倒是沒有感受到顯著的不同。況且 Solidity 已經發展許久，很多錯誤的寫法、知名的安全漏洞大家應該也很熟悉了，還有 Openzeppelin 提供安全合約寫法的範本，因此有待以後高人解說安全性是否真的是 Vyper 較好。

有興趣者可以查看 Vyper 的安全報告：點我，大意是目前 Vyper 的編譯器仍有許多問題待改進! (感謝 Chih-Cheng Liang 的提供)

本文對 Vyper 的介紹及其與 Solidity 的差異只講了個大概，欲知更詳細的介紹還是要麻煩讀者前往官方文件了：https://vyper.readthedocs.io/en/latest/index.html

最後，如果本文有任何錯誤，請不吝提出，我會盡快做修正；而如果我的文章有幫助到你，可以看看我的其他文章，歡迎一起交流 :)

田少谷 Shao - Medium

類 Python 的合約語言 Vyper 開發入門：與 Solidity 差異、用 Truffle 部署、ERC20 賣幣合約實做 was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

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[初階]從VBA的自動化到PYTHON網路爬蟲應用5(全省郵局地址合併&用os的walk方法巡覽檔名&將

all再分割回25個檔案&字典型態處理與學生成績&SQLite新增資料庫與資料表與紀錄)

01_重點回顧與會員資料寫入資料庫
02_會員資料讀取並切割為串列
03_將資料寫入資料庫(建資料表與欄位)
04_SQL刪除資料表與查詢資料
05_編號查詢與關鍵字查詢
06_日期查詢與SQL相關語法
07_將全省郵局地址三重寫入到資料庫
08_全省郵局全部寫入到資料庫

完整影音
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[初階]從VBA的自動化到PYTHON網路爬蟲應用
01 建置Python開發環境 3
02 基本語法與結構控制 3
03 迴圈敘述演示與資料結構及函式 3
04 檔案處理與SQLite資料庫處理 6
05 TQC+Python證照第1、2、3類：
基本程式設計與選擇敘述與迴圈敘述 12
06 TQC+Python證照第4、5類：
進階控制流程與函式(Function) 9

[進階]網頁資料擷取、分析與資料視覺化能力
07 網頁資料擷取與分析 3
09 實戰：處理 CSV 檔和 JSON 資料 3
10 實戰：PM2.5即時監測顯示器轉存資料庫 3
11 實戰：下載台銀外匯、下載YAHOO股市類股 3
12 實戰：下載威力彩開獎結果 3
13 TQC+Python 3網頁資料擷取與分析第1類：資料處理能力 3
14 TQC+Python 3第2類：網頁資料擷取與轉換 6
15 TQC+Python 3第3類：資料分析能力 6
16 TQC+Python 3第4類：資料視覺化能力 6

上課用書：
參考書目
Python初學特訓班(附250分鐘影音教學/範例程式)
作者： 鄧文淵/總監製, 文淵閣工作室/編著
出版社：碁峰 出版日期：2016/11/29

吳老師 109/7/24

EXCEL,VBA,Python,自強工業基金會,EXCEL,VBA,函數,程式設計,線上教學,PYTHON安裝環境,資料視覺化

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02_會員資料讀取並切割為串列
03_將資料寫入資料庫(建資料表與欄位)
04_SQL刪除資料表與查詢資料
05_編號查詢與關鍵字查詢
06_日期查詢與SQL相關語法
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11 實戰：下載台銀外匯、下載YAHOO股市類股 3
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04 檔案處理與SQLite資料庫處理 6
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基本程式設計與選擇敘述與迴圈敘述 12
06 TQC+Python證照第4、5類：
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07 網頁資料擷取與分析 3
09 實戰：處理 CSV 檔和 JSON 資料 3
10 實戰：PM2.5即時監測顯示器轉存資料庫 3
11 實戰：下載台銀外匯、下載YAHOO股市類股 3
12 實戰：下載威力彩開獎結果 3
13 TQC+Python 3網頁資料擷取與分析第1類：資料處理能力 3
14 TQC+Python 3第2類：網頁資料擷取與轉換 6
15 TQC+Python 3第3類：資料分析能力 6
16 TQC+Python 3第4類：資料視覺化能力 6

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