資料科學導論 & Node.js 環境建置

從零開始，用 Node.js 建構資料科學環境，學會基礎程式、檔案操作與專案管理。

1 資料科學導論與環境建置

1.1 什麼是資料科學？

資料科學（Data Science）是一門結合 統計學、程式設計、資料處理 與 領域知識 的學科，目的是從大量資料中 找出有意義的資訊與模式，並用來做預測或決策。

舉例：

YouTube 會依照你平常看的影片，推薦可能感興趣的新影片。
電商平台會分析購買紀錄，推薦「你可能還需要的東西」。
醫療數據可以用來預測疾病風險，協助醫生診斷。

👉 資料科學的核心問題就是：如何讓資料變得有用？

1.2 為什麼用 Node.js 學習資料科學？

大部分人對資料科學的印象是 Python，但我們這門課選擇 Node.js，理由如下：

入門簡單：JavaScript 是許多人第一門學的語言，語法簡單直觀。
同時學會網頁與後端：Node.js 是後端 JavaScript，可以直接連結到前端可視化。
豐富套件：npm 上有許多可以處理資料、繪圖、甚至簡單機器學習的工具。
即時應用：用 Node.js 處理資料後，可以馬上在網頁上展示結果。

2 環境建置

2.1 安裝 Node.js

Node.js 是一個可以讓我們在瀏覽器以外執行 JavaScript 的環境。

安裝步驟：

打開 Node.js 官網
下載 LTS 版本 (Long Term Support)，LTS 版本比較穩定，適合學習與開發
安裝完成後，開啟 終端機 (Terminal) 或 命令提示字元 (Command Prompt)
輸入以下指令檢查安裝是否成功：
```
node -v
npm -v
```
如果出現版本號，例如：
```
v22.3.0
10.8.1
```
表示安裝成功！

2.2 建立第一個專案資料夾

在桌面建立一個資料夾，例如：
```
data-science-class
```
打開終端機，進入這個資料夾：
```
cd ~/Desktop/data-science-class
```
初始化一個 Node.js 專案：
```
npm init -y
```
這會自動產生一個 package.json 檔案，紀錄專案的資訊。

2.3 Hello World 程式

建立一個檔案：
```
hello.js
```

在檔案裡輸入以下程式：

console.log("Hello, Data Science with Node.js!");

在終端機執行：
```
node hello.js
```
螢幕上應該會顯示：
```
Hello, Data Science with Node.js!
```
👉 恭喜！你已經完成第一個 Node.js 程式。

3 程式基礎預覽

在正式進入資料處理之前，我們要先快速預覽 JavaScript 的基礎概念，這些是之後資料處理會反覆用到的。

3.1 變數與型別

JavaScript 中可以用 let 或 const 宣告變數。

範例：

let name = "Alice";   // 字串
let age = 20;         // 整數
let pi = 3.14;        // 浮點數
const student = true; // 布林值

console.log(name, age, pi, student);

3.2 陣列 (Array)

陣列用來存放一群資料。

範例：

let scores = [90, 85, 78, 92];
console.log("第一個分數:", scores[0]);
console.log("平均分數:", (scores[0]+scores[1]+scores[2]+scores[3])/4);

3.3 物件 (Object)

物件用來表示更複雜的資料結構。

範例：

let student1 = {
    name: "Alice",
    age: 20,
    scores: [90, 85, 78]
};
console.log(student1.name, "的數學分數是", student1.scores[0]);

3.4 小練習

請同學在自己的 practice.js 寫出以下程式：

建立一個變數，儲存你的名字與年齡
建立一個陣列，儲存三科成績
計算並印出平均分數
建立一個物件，包含姓名、年齡與成績陣列

執行 node practice.js 檢查結果。

4 Node.js 套件管理與基本使用

4.1 npm 套件管理介紹

Node.js 的套件管理工具是 npm（Node Package Manager），可以方便安裝、管理專案所需的套件。

常用指令：

初始化專案

npm init

查看 npm 版本

npm -v

安裝套件

npm install 套件名稱

移除套件

npm uninstall 套件名稱

查看專案已安裝套件

npm list

範例：安裝一個簡單的工具套件 chalk（用於在終端機顯示彩色文字）

npm install chalk

安裝後，你的 package.json 會自動紀錄套件資訊。

注意，本課程使用 ES6模組所以請修改 package.json 內的 type = module 範例 package.json

{
     ......
    "type": "module"
}

4.2 使用已安裝套件

建立檔案 useChalk.js：

import chalk from 'chalk';

console.log(chalk.blue('Hello, Data Science!'));
console.log(chalk.red('這是紅色文字'));

執行：

node useChalk.js

可以看到終端機的文字顏色不同，這是最簡單的套件應用示範。