§2 Python: Number, String and Bool
👇 在此下载本文对应的 Jupyter Notebook 和 html 文件
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）。
1
2
3
4
print('加法', 1 + 1 ,'\n' # 加法 2
'减法', 1 - 1,'\n' # 减法 0
'乘法', 2 * 2,'\n' # 乘法 4
'除法', 8/6) # 除法 1.3333333333333333
1
2
3
print('乘方', 2**3,'\n' # 乘方 8
'整除', 8/6, '\n' # 整除 1.3333333333333333
'取模', 8%6) # 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。
1
2
print(2 + 3 * 6) # 20
print((2 + 3) * 6) # 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。
1
2
3
x , y= 2 , 3
x **= y # 代表 x = x^y
print(x) # 8
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。
2.1. 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。
1
2
3
4
5
print(type(-2), # <class 'int'>
type(0.0), # <class 'float'>，注意区分 0.0 和 0，前者是浮点数，后者是整数
type(1.25), # <class 'float'>
type(3 + 1j), # <class 'complex'>,，需要注意 + j 是不合法的，需要使用 + 1j
type(3 + 3j)) # <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：
\[\frac{a+bj}{c+dj} = \frac{(a+bj)(c-dj)}{(c+dj)(c-dj)} = \frac{(ac+bd)+(-ad+bc)j}{c^2+d^2}= \frac{ac+bd}{c^2+d^2} + \frac{-ad+bc}{c^2+d^2} j.\]1
2
print('复数相乘',(1+1j) * (1+2j),'\n' # 复数相乘 (-1+3j)
'复数相除',(3+3j) / (6+7j)) # # 复数相除 (0.4588235294117647-0.035294117647058844j)
1
2
3
4
# 布尔类型可以和数字进行数学运算
print(True) # True
print(True + 2) # 3
print(False * 5) # 0
1
2
print(isinstance(True,(int))) # True
print(isinstance(False,(int))) # True
1
2
3
print(1.23e8,'\n',0.67e-5,'\t',123)
# 123000000.0
# 6.7e-06 123
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。
1
2
3
4
5
a = 'Hello world'
b = '666'
c = '你好'
a,b,c # ('Hello world', '666', '你好')
1
2
3
4
print(a + b) # Hello world666
print(a + ' ' + b) # Hello world 666
print(a,b) # Hello world 666
print(b*5) # 666666666666666
1
2
3
4
5
6
d = 'I'm "OK"!'
---------------------------------------------------------------------------
Cell In[25], line 1
d = 'I'm "OK"!'
^
SyntaxError: unterminated string literal (detected at line 1)
1
2
3
4
5
6
d = 'I\'m \"OK\"!'
# 注意区分以下三者
print(d) # I'm "OK"!
print(r'I\'m \"OK\"!') # I\'m \"OK\"! ,加 r 表示默认不转义
d # 'I\'m "OK"!'
允许用 '''...''' 的格式表示多行内容
1
2
3
print('''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：
1
2
3
4
5
+---+---+---+---+---+---+
| 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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
a = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
# 打印整个字符
print(a) # ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
# 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]) # ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
# 打印字符串第一个字符
print(a[0]) # A
# 打印字符串第四个到第五个字符（不包含第六个）
print(a[3:5]) # DE
# 打印字符串从第四个直到最后一个
print(a[3:]) # DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
# 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]) # ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
# 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]) # ACEGI
# 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]) # ACEGIKMOQSUWY
# 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]) # 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。
1
2
3
4
5
a = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
print(a[0:3] +'d' +a[4:]) # ABCdEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
# len() 函数返回字符串的长度
len(a) # 26
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。
1
2
# 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。
1
2
3
print(True and False) # False
print(True or False) # True
print(not 2>3) # True
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，会自动将整数类型转换为浮点数类型再进行相加，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。
1
2
3
4
5
6
7
num_int = 123
num_flo = 1.23
print(type(num_int)) # <class 'int'>
num_new = num_int + num_flo
print(type(num_new)) # <class 'float'>
1
2
3
print(type(int(1.0)), # <class 'int'>
type(float('3')), # <class 'float'>
type(str(2))) # <class 'str'>
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。
3.1. 变量
变量命名需要遵守以下 3 条规则：
- 只能是一个词；
- 只能包含字母、数字和下划线；
- 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。
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。
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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
# 注意体会以下几个例子
x = 10
x = x+2
print(x) # 12
a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b) # 'ABC'
1
2
3
4
# 多重赋值
a , b, c = 12 , 'Hello' ,True
a,b,c # (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？）
1
2
3
4
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']
4. 本节相关的常用内置函数
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
1
2
3
4
5
6
name = 'David'
age = 20
print('%s 今年已经 %d 岁了。'% (name,age)) # David 今年已经 20 岁了。
a , b = 3.2123, 4.5456
print('%f * %f = %.2f' %(a, b, a*b)) # 3.212300 * 4.545600 = 14.60，其中 .2f 指保留两位小数的浮点数输出
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：
1
2
3
4
5
6
7
8
name = 'David'
age = 20
print('{} 今年已经 {} 岁了。'.format(name,age))
# David 今年已经 20 岁了。
print('{1} 今年已经 {0} 岁了。'.format(age,name))
# David 今年已经 20 岁了。
print('{name} 今年已经 {age} 岁了。'.format(name='David',age=20))
# 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。
1
2
3
4
5
6
7
8
print('{:+^10}'.format(123))
print('{:->10}'.format('str'))
print('{:*<10}'.format(3.141))
# +++123++++
# -------str
# 3.141*****
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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
year = 2016
event = 'Referendum'
print(f'Results of the {year} {event}') # Results of the 2016 Referendum
print(f'{name.upper()}') # REFERENDUM
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.
print(f'{math.pi:^10.2f}')
print(f'{math.pi:>10.3f}')
print(f'{math.pi:<10.4f}')
# 3.14
# 3.142
# 3.1416
print(f'{math.pi:+^10.2f}')
print(f'{math.pi:->10.3f}')
print(f'{math.pi:*<10.4f}')
# +++3.14+++
# -----3.142
# 3.1416****
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 模块。
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
import math
print(abs(-3.2),'\n', # 3.2
math.ceil(3.5),'\n', # 4
math.floor(3.5),'\n', # 3
round(3.1415926,3),'\n', # 3.142
math.exp(1),'\n', # 2.718281828459045
math.log(math.e),'\n', # 1.0
math.log10(100),'\n', # 2.0
max(1,2,3,5),'\n', # 5
min(1,2,3,5),'\n', # 1
math.sqrt(4) # 2.0
)
1
2
math.sin(math.pi/6), math.cos(math.pi), math.tan(math.pi/2)
# (0.49999999999999994, -1.0, 1.633123935319537e+16)
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
1
2
print('py' in 'python') # True
print('thon' not in 'python') # 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
1
2
print('python'.replace('p','P')) # Python
print('python'.capitalize()) # Python
1
2
3
4
5
6
7
s1 = "*"
s2 = ""
seq = ("r", "u", "n", "o", "o", "b") # 字符串序列
print (s1.join( seq )) # r*u*n*o*o*b
print (s2.join( seq )) # runoob
type(seq) # tuple
5. References
- Python 官方手册（中文）
- Python 官方手册（英文）
- Python 3 教程 - 菜鸟教程
- 廖雪峰的 Python 教程
- Python - 100天从新手到大师
- Matthes, E.《Python编程 - 从入门到实践》(袁国忠译). 人民邮电出版社.
- Sweigart, A.《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