พื้นฐาน Python และสภาพแวดล้อมพัฒนา

ทำไมต้องรู้

งานโดรนสมัยใหม่มีข้อมูลมากเกินกว่าจะทำด้วยมือ เที่ยวบินสำรวจหนึ่งเที่ยวอาจบันทึก telemetry หลายพันข้อความ การวางแผนภารกิจต้องคำนวณพลังงานซ้ำหลายรอบ และสถานีจอดอัตโนมัติต้องมีโปรแกรมตัดสินใจเอง การเขียนโปรแกรมจึงเป็นเครื่องมือพื้นฐานของนักเทคโนโลยีระบบอากาศยานไร้คนขับ เหมือนที่เครื่องคิดเลขเคยเป็นเครื่องมือพื้นฐานของวิศวกรรุ่นก่อน

วิชานี้ใช้ภาษา Python เพราะอ่านง่าย มีไลบรารีวิเคราะห์ข้อมูลที่ใช้กันทั่วโลก และมีไลบรารีสำหรับคุยกับโดรนโดยตรง เช่น pymavlink ซึ่งจะใช้ในโมดูล 4

คิดแบบคอมพิวเตอร์

Jeannette Wing (2006) เสนอว่า การคิดเชิงคำนวณ (computational thinking) เป็นวิธีคิดแก้ปัญหาที่ทุกคนควรมี ไม่ใช่แค่ทักษะของโปรแกรมเมอร์ ต่อมาหลายหลักสูตรสรุปให้สอนง่ายขึ้นเป็นสี่ทักษะ ได้แก่ การแยกปัญหาเป็นส่วนย่อย การหารูปแบบที่ซ้ำ การตัดรายละเอียดที่ไม่จำเป็น (abstraction) และการเขียนขั้นตอนแก้ปัญหา (อัลกอริทึม) การแบ่งสี่ทักษะนี้เป็นการสรุปของแหล่งข้อมูลรุ่นหลัง ไม่ได้อยู่ในบทความต้นฉบับของ Wing

ขั้นที่ผู้เริ่มต้นมักข้ามคือ ทดสอบกับค่าที่รู้คำตอบ ก่อนใช้โปรแกรมกับข้อมูลจริง ต้องลองกับตัวอย่างที่คำนวณด้วยมือได้ก่อนเสมอ เช่น ตัวอย่างที่เคยทำในวิชาอื่น

เตรียมสภาพแวดล้อม

เลือกรุ่น Python

ณ วันที่ 26 ก.ย. 2569 Python ที่ยังได้รับการดูแลคือรุ่น 3.10 ถึง 3.14 (รุ่น 3.10 จะหมดอายุราว ต.ค. 2026) และรุ่น 3.15 กำหนดออกวันที่ 1 ต.ค. 2026 วิชานี้ใช้ Python 3.12–3.14 เพราะไลบรารีที่ใช้ต้องการอย่างน้อย 3.11 และไลบรารี pymavlink ยังไม่มีรุ่นสำหรับ 3.15 ตรวจรุ่นในเครื่องด้วยคำสั่ง python --version

สร้างสภาพแวดล้อมเสมือน

สภาพแวดล้อมเสมือน (virtual environment) คือโฟลเดอร์ที่แยกไลบรารีของแต่ละโครงการออกจากกัน เหมือนกล่องเครื่องมือส่วนตัวของงานแต่ละงาน ถ้างานหนึ่งต้องใช้ไลบรารีรุ่นเก่า อีกงานต้องใช้รุ่นใหม่ ก็ไม่ชนกัน ดาวน์โหลดไฟล์ requirements.txt จาก หน้าดาวน์โหลดของวิชา แล้วรันในโฟลเดอร์งาน

python -m venv .venv
.venv\Scripts\Activate.ps1          # Windows PowerShell
# source .venv/bin/activate         # Linux หรือ macOS
python -m pip install -r requirements.txt

หลังเปิดใช้งาน ชื่อ (.venv) จะขึ้นหน้าบรรทัดคำสั่ง ทุกครั้งที่เปิดงานใหม่ต้องเปิดใช้งาน venv ก่อน ตั้งแต่ Python 3.13 คำสั่ง venv สร้างไฟล์ .gitignore ในโฟลเดอร์ให้เอง จึงไม่เผลอส่ง venv ขึ้น Git (โมดูล 5)

เครื่องมือเขียนโค้ดที่แนะนำคือ VS Code สำหรับเขียนไฟล์ .py และ Jupyter Notebook สำหรับทดลองทีละขั้นพร้อมกราฟ (หน่วยความรู้ Jupyter ในคลังความรู้โดรน)

ตัวแปรและชนิดข้อมูล

ตัวแปร (variable) คือชื่อที่ผูกกับค่า เหมือนป้ายชื่อที่แปะบนกล่อง Python รู้ชนิดของค่าเอง ชนิดที่ใช้บ่อยที่สุดมีสี่ชนิด

aircraft = "RSU-QUAD-01"      # str: ข้อความ
motor_count = 4               # int: จำนวนเต็ม
battery_voltage = 22.2        # float: จำนวนจริง (ทศนิยม)
armed = False                 # bool: True หรือ False

for value in (aircraft, motor_count, battery_voltage, armed):
    print(type(value).__name__, value)

str RSU-QUAD-01
int 4
float 22.2
bool False

การตั้งชื่อตัวแปรให้บอกความหมายและหน่วย เช่น battery_voltage หรือ altitude_m ช่วยให้อ่านโค้ดได้ในอีกหลายเดือนต่อมา และลดความผิดพลาดเรื่องหน่วย

คำนวณและแปลงหน่วย

Python ใช้เครื่องหมาย + - * / ตามปกติ // คือหารปัดลง % คือเศษ และ ** คือยกกำลัง

speed_kmh = 54
speed_ms = speed_kmh / 3.6

voltage_v = 22.2
capacity_ah = 8.0
energy_wh = voltage_v * capacity_ah
usable_wh = 0.8 * energy_wh
power_w = 350
endurance_min = usable_wh / power_w * 60

print(f"speed: {speed_ms:.1f} m/s")
print(f"energy: {energy_wh:.1f} Wh, usable: {usable_wh:.1f} Wh")
print(f"endurance: {endurance_min:.1f} min")

speed: 15.0 m/s
energy: 177.6 Wh, usable: 142.1 Wh
endurance: 24.4 min

f-string คือข้อความที่ขึ้นต้นด้วย f และแทรกค่าในวงเล็บปีกกา {...} ได้ ส่วน :.1f แปลว่าแสดงทศนิยมหนึ่งตำแหน่ง ช่วยให้ผลอ่านง่ายโดยไม่เปลี่ยนค่าที่เก็บจริง

ทศนิยมที่ไม่เท่ากันพอดี

คอมพิวเตอร์เก็บจำนวนแบบ float เป็นเลขฐานสอง ค่าอย่าง 0.1 จึงเก็บได้แค่ค่าที่ใกล้เคียงที่สุด เอกสาร Python ระบุว่านี่ ไม่ใช่ข้อผิดพลาดของ Python แต่เป็นธรรมชาติของเลขทศนิยมฐานสองในทุกภาษา

import math

total = 0.0
for _ in range(10):
    total += 0.1

print(total)
print(total == 1.0)
print(math.isclose(total, 1.0))

0.9999999999999999
False
True

เขียนโค้ดให้คนอื่นอ่านได้

PEP 8 เป็นแนวทางการเขียนโค้ด Python ที่ใช้กันทั่วโลก ข้อที่ควรทำตั้งแต่วันแรกมีดังนี้

ปฏิบัติการประจำโมดูล

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

สรุป

• การคิดเชิงคำนวณคือการแยกปัญหา ออกแบบขั้นตอน เขียนโค้ด และทดสอบกับค่าที่รู้คำตอบ
• ใช้ Python 3.12–3.14 และแยกไลบรารีของแต่ละงานด้วย venv
• ชนิดข้อมูลพื้นฐานคือ int, float, str และ bool ส่วน f-string ใช้จัดรูปแบบผล
• float เก็บทศนิยมได้ไม่พอดี ให้เปรียบเทียบด้วย math.isclose()
• ตั้งชื่อตาม PEP 8 และให้ชื่อบอกความหมายกับหน่วย

แบบฝึกตรวจความเข้าใจ

1. ทำไมต้องทดสอบโปรแกรมกับค่าที่รู้คำตอบก่อนใช้กับข้อมูลจริง
2. คำสั่งใดสร้างสภาพแวดล้อมเสมือนชื่อ .venv
3. type(4.0).__name__ ได้ผลอะไร
4. 72 km/h เท่ากับกี่ m/s
5. ตาม PEP 8 ควรตั้งชื่อค่าคงที่รัศมีโลกอย่างไร