第02课：数字和运算符

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-11-20 09:56 216阅读 0赞

### 数字 ###

Python 提供了三种数字类型，即 int（整型），float（浮点型），complex（复数）。

1.  int：通常被称为整型或者整数，如100、99、1、3都属于整型；
2.  float：浮点数包含整数和小数部分，如3.1415，12.578712；
3.  complex：复数包含实数部分和虚数部分，形如 a+bj，其实部和虚部都是浮点类型。

需要注意的是，Python3 已经废弃了 Python2 的 Long（长整型），在 Python3 中，int 的大小没有限制，可以作为 Long 使用。

#### 数字类型转换 ####

Python 的三种数字类型可以进行相互转换，转换方式为：数字类型+圆括号，如下实例：

a = 123
    b = 3.1415926
    
    print("int(b)=",int(b))
    print("float(a)=",float(a))
    print("complex(a)=",complex(a))
    print("complex(a,b)=",complex(a,b))

执行结果：

int(b)= 3
    float(a)= 123.0
    complex(a)= (123+0j)
    complex(a,b)= (123+3.1415926j)

#### 常用的数学函数 ####

Python 提供了丰富的数学函数以降低编程实现的难度，本节将介绍一些常用的函数。

import math
    #求绝对值:abs(x)
    print("abs(-12)=",abs(-12))
    
    #向上取整:ceil(x)
    print("ceil(3.1415)=",math.ceil(3.1415))
    
    #向下取整:floor(x)
    print("floor(3.678)=",math.floor(3.678))
    
    #四舍五入:round(x)
    print("round(3.678)=",round(3.678))
    
    #乘方运算:pow(x,y),x的y次方
    print("pow(3,4)=",pow(3,4))
    
    #求平方根:sqrt(x)
    print("sqrt(144)=",math.sqrt(144))

执行结果：

abs(-12)= 12
    ceil(3.1415)= 4
    floor(3.678)= 3
    round(3.678)= 4
    pow(3,4)= 81
    sqrt(144)= 12.0

### 运算符 ###

计算机的最基本用途之一就是执行数学运算，作为一门计算机语言，Python 也提供了一套丰富的运算符来满足各种运算需求。

Python 运算符大致可分为7种，即算术运算符、比较运算符、赋值运算符、逻辑运算符、位运算符、成员运算符以及身份运算符。

#### 算术运算符 ####

对算术运算，大家并不陌生，常用的加减乘除就是算术运算。不过，在编程语言里，算术运算的符号特殊一些，Python 中的算术运算有7种：加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、取模（%）、幂运算（*\*）和取整预算（//）。以下通过实例演示算术运算符的用法。

#初始化测试数据
    X = 24
    Y = 5
    Z = 0
    #分别进行7种算术运算
    Z = X + Y 
    print("X + Y =", Z)
    Z = X - Y 
    print("X - Y =", Z)
    Z = X * Y 
    print("X * Y =", Z)
    Z = X / Y 
    print("X / Y =", Z)
    Z = X % Y 
    print("X % Y =", Z)
    Z = X ** Y 
    print("X ** Y =", Z)
    Z = X // Y 
    print("X // Y =", Z)

执行结果：

X + Y = 29
    X - Y = 19
    X * Y = 120
    X / Y = 4.8
    X % Y = 4
    X ** Y = 7962624
    X // Y = 4

#### 比较运算符 ####

比较无处不在，大于、小于、等于、不等于……和 C/C++、Java 等编程语言一样，Python 也提供了6种比较运算符：>（大于），<（小于），==（等于），！=（不等于)，>=（大于等于），<=（小于等于）。比较运算的结果是一个布尔值，True 或者 False，如下实例：

#初始化测试数据
    X = 24
    Y = 5
    #分别进行7种比较运算
    print("X == Y:", X == Y)
    print("X != Y:", X != Y)
    print("X > Y:", X > Y)
    print("X < Y:", X < Y)
    print("X >= Y:", X >= Y)
    print("X <= Y:", X <= Y)

执行结果：

X == Y: False
    X != Y: True
    X > Y: True
    X < Y: False
    X >= Y: True
    X <= Y: False

#### 赋值运算 ####

在前文的实例中已经用到赋值运算，如 X = 25，就是一个最简单的赋值运算，“=”就是最简单的赋值运算符。将简单的赋值运算与算术运算结合，Python 形成了丰富的赋值运算符：+=、-=、*=、/=、%=、*\*=、//=。实例如下：

#初始化测试数据
    X = 2
    Y = 3
    #分别进行7种赋值运算
    Y = X 
    print("Y = X, Y =", Y)
    Y += X 
    print("Y += X, Y =", Y)
    Y -= X 
    print("Y -= X, Y =", Y)
    Y *= X 
    print("Y *= X, Y =", Y)
    Y /= X 
    print("Y /= X, Y =", Y)
    Y **= X 
    print("Y **= X, Y =", Y)
    Y //= X 
    print("Y //= X, Y =", Y)

执行结果：

Y = X, Y = 2
    Y += X, Y = 4
    Y -= X, Y = 2
    Y *= X, Y = 4
    Y /= X, Y = 2.0
    Y **= X, Y = 4.0
    Y //= X, Y = 2.0

#### 逻辑运算 ####

所谓逻辑运算，就是：与、或、非。Python 中3种逻辑运算符分别为：and（与），or（或），not（非），逻辑运算的结果是布尔值：True 或者 False。

1.  A and B：当 A 为 False 时，运算结果为 False；否则返回 B 的值；
2.  A or B：当 A 为 True 时，运算结果为 A 的值，否则返回 B 的值；
3.  not A：当 A 为 True 时，返回 False，否则返回 True。

如下实例：

#初始化测试数据
    X = 2
    Y = 3
    Z = 5
    #分别执行3种逻辑运算
    print("X>Y and X<Z :", X>Y and X<Z)
    print("X<Y and Z :", X<Y and Z)
    print("X>Y or Z :", X>Y or X<Z)
    print("X<Y or Z :", X<Y or Z)
    print("X or X<Z :", X or X<Z)
    print("not X :", not X)
    print("not X<Y :", not X<Y)

执行结果：

X>Y and X<Z : False
    X<Y and Z : 5
    X>Y or Z : True
    X<Y or Z : True
    X or X<Z : 2
    not X : False
    not X<Y : False

#### 位运算 ####

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。Python 中有6种位运算符：

1.  &：按位与运算符，参与运算的两个值，如果两个相应位都为1，则该位的结果为1，否则为0；
2.  |：按位或运算符，只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1；
3.  ^：按位异或运算符，当两对应的二进位相异时，结果为1；
4.  ~：按位取反运算符，对数据的每个二进制位取反，即把1变为0，把0变为1；
5.  `>>`：右移动运算符，把 `>>` 左边的运算数的各二进位全部右移若干位，`>>` 右边的数指定移动的位数；
6.  `<<`：左移动运算符，运算数的各二进位全部左移若干位，由 `<<` 右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0。

举个例子：a=21，b=6，将两个数转换为二进制形式进行位运算。

a = 0001 0101
    b = 0000 0110
    
    a&b = 0000 0100
    a|b = 0001 0111
    a^b = 0001 0011
    ~a = 1110 1010
    a<<2 = 01010100
    a>>2 = 0000 0101

#### 成员运算 ####

除了上文介绍的5种运算符，Python 还支持成员运算符。介绍成员运算符之前，我们需要提前了解一个概念：**数据结构**，如字符串、列表、元组、字典。在接下来的章节中我们将详细介绍这些基础的数据结构。字符串、列表、字典，它们就像一个集合，其中包含若干元素，这些元素就是集合的成员；对于一个给定的元素，它有可能在一个给定的集合中，也可能不在，Python 中采用成员运算符来判断元素是否属于成员，成员运算的结果为布尔值，True 或者 False。

如下实例：

#初始化一个字符串和列表
    temp1 = "ABCDEFG"
    temp2 = [4,2,3,5,8,9]
    a = "CDE"
    b = 5
    c = "CDF"
    print("a in temp1?", a in temp1)
    print("b in temp2?", b in temp2)
    print("c in temp1?", c in temp1)

执行结果：

a in temp1? True
    b in temp2? True
    c in temp1? False

#### 身份运算符 ####

身份运算符用于比较两个标识符所引用对象的存储单元，计算结果为布尔值，包含两个运算符：is 和 is not，分别用于判断两个标识符是否引用自一个对象。关于存储单元的比较，涉及到对内存模型的理解，本节不做详述，留到后面章节介绍。