2. Python 数据类型之：数字、字符串、布尔值¶

注意：本教程建立在 Python3 的基础上

2.1 Python 用作简单的计算器¶

Python 可以用来做数学计算器，以下是一些最简单的运算操作：

  • +, -, *, / 分别代表加、减、乘、除；
  • **, //, % 分别代表乘方、整除（即商取整数）、取模（即求余数）。
In [ ]:
print('加法', 1 + 1 ,'\n'
      '减法', 1 - 1,'\n'
      '乘法', 2 * 2,'\n'
      '除法', 8/6)

# 注释

# ctrl + ? 注释
# 你好
# 你好
# 你好 

# ctrl + ] 缩进

# ctrl + s 保存

加法 2 
减法 0 
乘法 4 
除法 1.3333333333333333
In [ ]:
print('乘方', 2**3,'\n'
      '整除', 8/6, '\n'
      '取模', 8%6)

乘方 8 
整除 1.3333333333333333 
取模 2

这些运算操作的优先级和数学中类似，可以通过 () 来改变运算操作的优先级。

In [ ]:
print(2 + 3 * 6)
print((2 + 3) * 6)

20
30

还有一些相对复杂的二目运算符，比如 +=, -=, *=, /=, **=, //=，对于入门小白来说还是尽量使用单目运算符更为简洁清晰。

比如 x += y，代表的含义是 x = x + y。其余是类似的。

In [ ]:
x , y= 2 , 3
x **= y  # 代表 x = x^y
print(x)

8

2.2 基本数据类型¶

Python 中的变量不需要声明。每个变量在使用前都必须赋值，变量赋值以后该变量才会被创建。我们所说的“类型”就是变量所指的内存中对象的类型。

Python3 中常见的数据类型有：

  • Number （数字）
  • String （字符串）
  • Bool （布尔类型）
  • List （列表）
  • Tuple （元组）
  • Set （集合）
  • Dictionary （字典）

这些数据类型我们都会逐个介绍，本节先介绍数字，字符串，布尔类型三种最常见的简单数据类型。

2.2.1 Number 数字¶

Python3 支持以下几种数字类型：

  • int，整数类型
  • float，浮点数类型（就是带有小数点的数）
  • bool，布尔类型（这里需要注意一点，Python3 中 bool 是 int 的子类，True 和 False 可以和数字相加，它们分别代表 1 和 0）
  • complex，复数类型（复数单位用 j 表示，它满足 $j^2 = -1$）。

可以用内置的 type() 查看类型，也可以用 isinstance 来判断。

对于一些较大的数或者较小的数，也可以利用科学计数法表示，比如 $1.23*10^8$ 可以用 1.23e8 表示，$6.7 * 10^{-10}$ 可以用 6.7e-10 表示。

In [ ]:
print(type(-2),
      type(0.0), # 注意区分 0.0 和 0，前者是浮点数，后者是整数
      type(1.25),
      type(3 + 1j), # 需要注意 + j是不合法的，需要使用 + 1j
      type(3 + 3j)) 

<class 'int'> <class 'float'> <class 'float'> <class 'complex'> <class 'complex'>

复数相乘 $$ (a+ b j) \times(c+dj) = ac +ad j+ bcj + bdj^2 = (ac -bd) + (ad +bc)j $$

复数相除 $$ \frac{a+bj}{c+dj} = \frac{(a+bj)(c-dj)}{(c+dj)(c-dj)} = \frac{(ac+bd)+(-ad+bc)j}{c^2+d^2}= \frac{ac+bd}{c^2+d^2} + \frac{bc-ad}{c^2+d^2} j $$

In [ ]:
print('复数相乘',(1+1j) * (1+2j),'\n'
      '复数相除',(3+3j) / (6+7j))

复数相乘 (-1+3j) 
复数相除 (0.4588235294117647-0.035294117647058844j)
In [ ]:
print(True)
print(True + 2)
print(False * 5)

True
3
0
In [ ]:
print(isinstance(True,(int)))
print(isinstance(False,(int)))

True
True
In [ ]:
print(1.23e8,'\n',0.67e-5,'\t',123)

123000000.0 
 6.7e-06 	 123


2.2.2 String 字符串¶

Python 也可以有文本值，称为字符串，用单引号和双引号括起来均可，对于一些特殊字符需要用反斜杠 \ 来转义。

多个字符串可以通过 + 进行连接，也可以对一个字符串通过 * 进行复制。

注意字符串和数字是不能相加的。

In [ ]:
a = 'Hello world'
b = '666'
c = '你好'

a,b,c
Out[ ]:
('Hello world', '666', '你好')
In [ ]:
print(a + b)
print(a + ' ' + b)
print(a,b)
print(b*5)

Hello world666
Hello world 666
Hello world 666
666666666666666
In [ ]:
d = 'I'm "OK"!'

  Cell In[1], line 1
    d = 'I'm "OK"!'
                  ^
SyntaxError: unterminated string literal (detected at line 1)
In [ ]:
d = 'I\'m \"OK\"!'

# 注意区分以下三者
print(d)
print(r'I\'m \"OK\"!') # 加 r 表示默认不转义
d

I'm "OK"!
I\'m \"OK\"!
Out[ ]:
'I\'m "OK"!'

允许用 '''...''' 的格式表示多行内容

In [ ]:
print('''line1
... line2
... line3''')

line1
line2
line3

当我们命名了一个字符串后，如何截取字符串的其中部分片段呢？

可以通过字符串后方括号 [] 中加入整数来截取字符串中特定位置的字符，这里的整数代表需要访问字符的位置。这种形式称为索引。

但如果我们需要截取的是一个片段，最基本的截取方式语法如下：variable[start:end]，注意索引值以 0 为开始值，以 -1 为末尾的开始值。省略开始索引，默认值为 0 ，省略结束索引时，默认到字符串的结尾。

还可以这样理解切片，索引指向的是字符之间 ，第一个字符的左侧标为 0，最后一个字符的右侧标为 n ，n 是字符串长度。例如：

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
 0   1   2   3   4   5   6
-6  -5  -4  -3  -2  -1

但实际上这还能玩出花来，具体请见以下的实例。

In [ ]:
a = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'

# 打印整个字符
print(a)          
# 打印字符串第一个到倒数第二个字符（不包含倒数第一个）
print(a[0:-1])    
 # 打印字符串第一个字符
print(a[0])       
# 打印字符串第四个到第五个字符（不包含第六个）
print(a[3:5])     
# 打印字符串从第四个直到最后一个
print(a[3:])      
# 打印字符串从第一个到倒数第四个字符（不包含倒数第三个）
print(a[:-3])     
# 打印字符串从第一个到第十个字符（不包含第十一个），但每间隔两个取 
print(a[0:10:2])  
# 打印字符串每间隔两个取，从第一个字符直到最后一个
print(a[0::2])    
# 打印字符串每间隔一个取，但从最后一个开始打印（起始就相当于倒序打印）
print(a[-1::-1])

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
A
DE
DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
ACEGI
ACEGIKMOQSUWY
ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
注意：Python 的字符串不能修改，因此为字符串中某个索引位置赋值会报错。如果想生成不同的字符串，应该新建一个字符串。
In [ ]:
a = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
print(a[0:3] +'d' +a[4:])

ABCdEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
In [ ]:
len(a) # len() 函数返回字符串的长度
Out[ ]:
26

2.2.3 Bool 布尔类型¶

布尔类型即 True 和 False （注意大小写），在前面介绍数字类型时我们涉及到了一点点。

布尔类型可以用来控制程序流程，比如判断某个条件是否成立，或者在某个条件满足时执行某段代码。在 Python 中可以直接用 True 和 False 来表示布尔值，也可以通过比较操作符计算出来。

In [ ]:
# 比较操作符
print(1==2,3>2, 6!=5)

False True True

布尔类型可以通过 and, or 和 not 进行逻辑运算，它们分别代表与、或、非。

In [ ]:
print(True and False)
print(True or False)
print(not 2>3)

False
True
True

2.2.4 数据类型转换¶

数据类型转换分为隐式和显式两种形式，前者自动完成，后者需要使用类型函数进行转换。

比如一个整数和一个浮点数相加时，会自动将前者转换为浮点数类型，这是隐式的。

在显示类型转换中，我们可以使用 int(), float(), str() 等内置函数进行转换。更多地，如 complex() 可以创建一个复数，list() 将序列转为列表，hex() 将一个整数转换为十六进制字符串…………

注意 bool() 对于所有非零的数返回的都是 True，只有 0 才会返回 False。

In [ ]:
num_int = 123
num_flo = 1.23

print(type(num_int))

num_new = num_int + num_flo
print(type(num_new))

<class 'int'>
<class 'float'>
In [ ]:
print(type(int(1.0)),
      type(float('3')),
      type(str(2)))

<class 'int'> <class 'float'> <class 'str'>

2.3 变量与赋值¶

变量的概念和小学初中学习过得代数的方程变量是一致的，只是在计算机程序中，变量不仅可以是数字，还可以是任意数据类型。

2.3.1 变量¶

变量命名需要遵守以下 3 条规则：

  1. 只能是一个词；
  2. 只能包含字母、数字和下划线；
  3. 不能以数字开头。

比如 current-balance, 4account, total_&um, 'hello', hello world 都是不合法的变量名。另外变量名是区分大小写的，spam, SPAM, Spam, sPaM 是4个不同的变量。变量用小写字母开头是 Python 的惯例。

这里额外强调一点，在你的程序代码里使用描述性语言对变量进行命名，会提高代码的可读性，尽量不要使用 a, b 等比较空洞、无实际指向的命名（除非它们无关紧要）。比如我需要统计一个箱子里红色球、黑色球的个数，我可以将它们命名为 red_ball, black_ball。

2.3.2 赋值语句¶

赋值语句就是将值保存在变量中。赋值语句的语法通常是variable_name = value，Python 中也支持同时对多个变量进行赋值。

In [ ]:
# 注意体会以下几个例子
x = 10
x = x+2
print(x)

12
In [ ]:
a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)

ABC
In [ ]:
# 多重赋值
a , b, c = 12 , 'Hello' ,True

a,b,c
Out[ ]:
(12, 'Hello', True)

Python 标准库提供了 keyword 模块，可以输出当前版本的所有关键字。它们不能作为变量进行赋值。

另外请尽量不要对 Python 内置的函数进行赋值，比如 print 函数。（你也不想 print 打印时候出来一个 print 的赋值结果吧？）

In [ ]:
import keyword
print(keyword.kwlist)

['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

2.4 本节相关的常用内置函数¶

2.4.1 格式化输出¶

Python 支持格式化输出，利用占位符 % 来表示不同格式化类型，常见的有：

  • %s, 格式化字符串
  • %d, 格式化整数
  • %f, 格式化浮点数
  • %e, 用科学计数法格式化浮点数

格式化输出可以用来美化输出结果，且可以用在输出内容依据变量变化的时候，请见以下的例子

In [ ]:
name = 'David'
age = 20
print('%s 今年已经 %d 岁了。'% (name,age))

David 今年已经 20 岁了。
In [ ]:
a , b = 3.2123, 4.5456
print('%f * %f = %.2f' %(a, b, a*b))

3.212300 * 4.545600 = 14.60

Python 自 2.6 版本开始，新增了一种格式化字符串的方法 str.format()， 基本语法是通过 {} 和 : 来代替以前的 %。 str.format() 方法可以接受不限个参数，位置可以不按顺序。请见以下示例：

In [ ]:
name = 'David'
age = 20
print('{} 今年已经 {} 岁了。'.format(name,age))   
print('{1} 今年已经 {0} 岁了。'.format(age,name)) 
print('{name} 今年已经 {age} 岁了。'.format(name='David',age=20))

David 今年已经 20 岁了。
David 今年已经 20 岁了。
David 今年已经 20 岁了。

也可以在 {} 内添加格式说明符，另外通过 {:^X}，{:<X}，{:>X} 可以分别设置居中、居左、居右输出，其中 X 代表所占宽度。

In [ ]:
print('{:+^10}'.format(123))
print('{:->10}'.format('str'))
print('{:*<10}'.format(3.141))

+++123++++
-------str
3.141*****
In [ ]:
print('{:.2e}'.format(666600000))

6.67e+08

格式化字符串字面值（简称为 f-字符串）是 Python 3.6 引入的一种新的字符串格式化方式。在字符串前加前缀 f 或 F，通过 {expression} 表达式，把 Python 表达式的值添加到字符串内，其中格式说明符是可选的，写在表达式后面。

In [ ]:
year = 2016
event = 'Referendum'
print(f'Results of the {year} {event}')
print(f'{name.upper()}')

Results of the 2016 Referendum
DAVID
In [ ]:
import math
print(f'圆周率的近似值是 {math.pi:.3f}.')

圆周率的近似值是 3.142.
In [ ]:
print(f'{math.pi:^10.2f}')
print(f'{math.pi:>10.3f}')
print(f'{math.pi:<10.4f}')

   3.14   
     3.142
3.1416
In [ ]:
print(f'{math.pi:+^10.2f}')
print(f'{math.pi:->10.3f}')
print(f'{math.pi:*<10.4f}')

+++3.14+++
-----3.142
3.1416****

2.4.2 数字相关函数¶

这里介绍一些常用的内置的函数，比如数学运算并不止加、减、乘、除、乘方、求模等操作，还有一些数学函数等内置函数。注意别忘了导入 math 库。

具体地有：

  • abs(x), 返回 x 的绝对值
  • ceil(x), 返回 x 的向上取整
  • floor(x), 返回 x 的向下取整
  • round(x [,n]), 返回 x 的四舍五入值，n 若给出则代表舍入到小数点后的位数。
  • exp(x), 返回 $\mathrm{e}^{x}$
  • log(x), 返回 $\ln(x)$
  • log10(x), 返回 $\log_{10}(x)$
  • max(x1,x2,...), 返回其中的最大值
  • min(x1,x2,...), 返回其中的最小值
  • sqrt(x), 返回 $\sqrt{x}$

还有三角函数相关的：

  • acos(x), asin(x), atan(x), 分别返回 $\arccos{x},\arcsin{x},\arctan{x}$
  • sin(x), cos(x), tan(x), 分别返回 $\sin{x},\cos{x},\tan{x}$
  • degrees(x), 将弧度转化为角度
  • radians(x), 将角度转化为弧度
In [ ]:
import math
In [ ]:
print(abs(-3.2),'\n',
      math.ceil(3.5),'\n',
      math.floor(3.5),'\n',
      round(3.1415926,3),'\n',
      math.exp(1),'\n',
      math.log(math.e),'\n',
      math.log10(100),'\n',
      max(1,2,3,5),'\n',
      min(1,2,3,5),'\n',
      math.sqrt(4)
      )

3.2 
 4 
 3 
 3.142 
 2.718281828459045 
 1.0 
 2.0 
 5 
 1 
 2.0
In [ ]:
math.sin(math.pi/6), math.cos(math.pi), math.tan(math.pi/2)
Out[ ]:
(0.49999999999999994, -1.0, 1.633123935319537e+16)

2.4.3 字符串相关函数¶

可以用 in 和 not in 来判断字符串中是否含有指定字符

In [ ]:
print('py' in 'python')
print('thon' not in 'python')

True
False

还有一些函数和方法，如

  • capitalize(), 将字符串第一个字符转换为大写
  • find(str,beg=0,end=len(string)), 检测 str 是否包含在字符串中
  • join(str), 以指定字符串为分隔符，将 str 中所有的元素合并为一个新的字符串
  • len(str), 返回 str 的长度
  • lower(str), 将 str 中的所有大写转换为小写
  • lstrip(), 截掉 str 左边的空格或者指定字符
  • replace(old,new[,max]), 将字符串中的 old 替换成 new，如果 max 指定，则替换不超过 max 次
  • rstrip(), 删除字符串末尾的空格或者指定字符
  • upper()，转换字符串中的小写字母为大写
In [ ]:
print('python'.replace('p','P'))
print('python'.capitalize())

Python
Python
In [ ]:
s1 = "*"
s2 = ""
seq = ("r", "u", "n", "o", "o", "b") # 字符串序列
print (s1.join( seq ))
print (s2.join( seq ))

type(seq)

r*u*n*o*o*b
runoob
Out[ ]:
tuple

2.5 References¶

  • [1] Python 官方手册（中文）
  • [2] Python 官方手册（英文）
  • [3] Python 3 教程 - 菜鸟教程
  • [4] 廖雪峰的 Python 教程
  • [5] Python - 100天从新手到大师
  • [6] Eric Matthes.《Python编程 - 从入门到实践（第二版）》（袁国忠译）. 人民邮电出版社
  • [7] Al Sweigart.《Python编程 - 快速上手 -- 让繁琐工作自动化》（王海鹏译）. 人民邮电出版社