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Python入门(2)-Python变量和数据类型

2016-04-22
Dex

数据类型

计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器,因此,计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是,计算机能处理的远不止数值,还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据,不同的数据,需要定义不同的数据类型。在Python中,能够直接处理的数据类型有以下几种:

一、整数

Python可以处理任意大小的整数,当然包括负整数,在Python程序中,整数的表示方法和数学上的写法一模一样,例如:1,100,-8080,0,等等。

计算机由于使用二进制,所以,有时候用十六进制表示整数比较方便,十六进制用0x前缀和0-9,a-f表示,例如:0xff00,0xa5b4c3d2,等等。

二、浮点数

浮点数也就是小数,之所以称为浮点数,是因为按照科学记数法表示时,一个浮点数的小数点位置是可变的,比如,1.23x10^9和12.3x10^8是相等的。浮点数可以用数学写法,如1.23,3.14,-9.01,等等。但是对于很大或很小的浮点数,就必须用科学计数法表示,把10用e替代,1.23x10^9就是1.23e9,或者12.3e8,0.000012可以写成1.2e-5,等等。

整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的,整数运算永远是精确的(除法难道也是精确的?是的!),而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。

三、字符串

字符串是以''""括起来的任意文本,比如’abc’,”xyz”等等。请注意,’‘或”“本身只是一种表示方式,不是字符串的一部分,因此,字符串’abc’只有a,b,c这3个字符。

四、布尔值

布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有True、False两种值,要么是True,要么是False,在Python中,可以直接用True、False表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来。

布尔值可以用and、or和not运算。

and运算是与运算,只有所有都为 True,and运算结果才是 True。

or运算是或运算,只要其中有一个为 True,or 运算结果就是 True。

not运算是非运算,它是一个单目运算符,把 True 变成 False,False 变成 True。

五、空值

空值是Python里一个特殊的值,用None表示。None不能理解为0,因为0是有意义的,而None是一个特殊的空值。

此外,Python还提供了列表、字典等多种数据类型,还允许创建自定义数据类型。

代码:

print 45678 + 0x12fd2

print 'Learn Python in imooc'

print 100 < 99
print 0xff == 255

输出:

123456
Learn Python in imooc
False
True

print语句

print语句可以向屏幕上输出指定的文字。比如输出’hello, world’,用代码实现如下:

>>> print 'hello, world'

注意:

1.当我们在Python交互式环境下编写代码时,>>>是Python解释器的提示符,不是代码的一部分。

2.当我们在文本编辑器中编写代码时,千万不要自己添加 >>>

print语句也可以跟上多个字符串,用逗号“,”隔开,就可以连成一串输出:

>>> print 'The quick brown fox', 'jumps over', 'the lazy dog'
The quick brown fox jumps over the lazy dog

print会依次打印每个字符串,遇到逗号“,”会输出一个空格,因此,输出的字符串是这样拼起来的:

The quick brown fox jumps over the lazy dog The quick brown fox jumps over the lazy dog

print也可以打印整数,或者计算结果:

>>> print 300
300    #运行结果
>>> print 100 + 200
300    #运行结果

因此,我们可以把计算100 + 200的结果打印得更漂亮一点:

>>> print '100 + 200 =', 100 + 200
100 + 200 = 300     #运行结果

注意: 对于100 + 200,Python解释器自动计算出结果300,但是,’100 + 200 =’是字符串而非数学公式,Python把它视为字符串,请自行解释上述打印结果。

print 'hello, python'
print 'hello,','python'

注释

任何时候,我们都可以给程序加上注释。注释是用来说明代码的,给自己或别人看,而程序运行的时候,Python解释器会直接忽略掉注释,所以,有没有注释不影响程序的执行结果,但是影响到别人能不能看懂你的代码。

Python的注释以 # 开头,后面的文字直到行尾都算注释

# 这一行全部都是注释...
print 'hello' # 这也是注释

注释还有一个巧妙的用途,就是一些代码我们不想运行,但又不想删除,就可以用注释暂时屏蔽掉:

# 暂时不想运行下面一行代码:
# print 'hello, python.'

什么是变量

在Python中,变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的。

例如,对于方程式 y=x*x ,x就是变量。当x=2时,计算结果是4,当x=5时,计算结果是25。

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。

在Python程序中,变量是用一个变量名表示,变量名必须是大小写英文、数字和下划线(_)的组合,且不能用数字开头,比如:

a = 1

变量a是一个整数。

t_007 = 'T007'

变量t_007是一个字符串。

在Python中,等号=是赋值语句,可以把任意数据类型赋值给变量,同一个变量可以反复赋值,而且可以是不同类型的变量,例如:

a = 123    # a是整数
print a
a = 'imooc'   # a变为字符串
print a

这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言,与之对应的是静态语言。

静态语言在定义变量时必须指定变量类型,如果赋值的时候类型不匹配,就会报错。例如Java是静态语言,赋值语句如下(// 表示注释):

int a = 123; // a是整数类型变量
a = "mooc"; // 错误:不能把字符串赋给整型变量

和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。

请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码:

x = 10
x = x + 2

如果从数学上理解x = x + 2那无论如何是不成立的,在程序中,赋值语句先计算右侧的表达式x + 2,得到结果12,再赋给变量x。由于x之前的值是10,重新赋值后,x的值变成12。

最后,理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:a = ‘ABC’时,Python解释器干了两件事情:

  1. 在内存中创建了一个’ABC’的字符串;

  2. 在内存中创建了一个名为a的变量,并把它指向’ABC’。

也可以把一个变量a赋值给另一个变量b,这个操作实际上是把变量b指向变量a所指向的数据,例如下面的代码:

a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print b

执行a = ‘ABC’,解释器创建了字符串 ‘ABC’和变量 a,并把a指向 ‘ABC’;

执行b = a,解释器创建了变量 b,并把b指向 a 指向的字符串’ABC’;

执行a = ‘XYZ’,解释器创建了字符串’XYZ’,并把a的指向改为’XYZ’,但b并没有更改;

所以,最后打印变量b的结果自然是’ABC’了。

任务:

等差数列可以定义为每一项与它的前一项的差等于一个常数,可以用变量 x1 表示等差数列的第一项,用 d 表示公差,请计算数列

1 4 7 10 13 16 19 …

前 100 项的和。

x1 = 1
d = 3
n = 100
x100 = x1 + (n - 1) * d
s = (x1 + x100) * n / 2
print s

定义字符串

前面我们讲解了什么是字符串。字符串可以用’‘或者”“括起来表示。

如果字符串本身包含’怎么办?比如我们要表示字符串 I’m OK ,这时,可以用” “括起来表示:

"I'm OK" 类似的,如果字符串包含",我们就可以用' '括起来表示:

'Learn "Python" in imooc' 如果字符串既包含'又包含"怎么办?

这个时候,就需要对字符串的某些特殊字符进行“转义”,Python字符串用\进行转义。

要表示字符串 Bob said "I'm OK". 由于 ‘ 和 “ 会引起歧义,因此,我们在它前面插入一个\表示这是一个普通字符,不代表字符串的起始,因此,这个字符串又可以表示为

'Bob said \"I\'m OK\".' 注意:转义字符 \ 不计入字符串的内容中。

常用的转义字符还有:

\n 表示换行
\t 表示一个制表符
\\ 表示 \ 字符本身

s = 'Python was started in 1989 by \"Guido\".\nPython is free and easy to learn.'
print s

raw字符串与多行字符串

如果一个字符串包含很多需要转义的字符,对每一个字符都进行转义会很麻烦。为了避免这种情况,我们可以在字符串前面加个前缀 r ,表示这是一个 raw 字符串,里面的字符就不需要转义了。例如:

r'\(~_~)/ \(~_~)/'

但是r'...'表示法不能表示多行字符串,也不能表示包含'"的字符串(为什么?)

如果要表示多行字符串,可以用'''...'''表示:

'''Line 1
Line 2
Line 3'''

上面这个字符串的表示方法和下面的是完全一样的:

'Line 1\nLine 2\nLine 3'

还可以在多行字符串前面添加 r ,把这个多行字符串也变成一个raw字符串:

r'''Python is created by "Guido".
It is free and easy to learn.
Let's start learn Python in imooc!'''

代码:

print r'''"To be, or not to be": that is the question.
Whether it's nobler in the mind to suffer.'''

Unicode字符串

字符串还有一个编码问题。

因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),0 - 255被用来表示大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母 A 的编码是65,小写字母 z 的编码是122。

如果要表示中文,显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。

类似的,日文和韩文等其他语言也有这个问题。为了统一所有文字的编码,Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

Unicode通常用两个字节表示一个字符,原有的英文编码从单字节变成双字节,只需要把高字节全部填为0就可以。

因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早,所以最早的Python只支持ASCII编码,普通的字符串’ABC’在Python内部都是ASCII编码的。

Python在后来添加了对Unicode的支持,以Unicode表示的字符串用u’…‘表示,比如:

print u'中文'
中文

注意: 不加 u ,中文就不能正常显示。

Unicode字符串除了多了一个 u 之外,与普通字符串没啥区别,转义字符和多行表示法仍然有效:

转义:

u'中文\n日文\n韩文'

多行:

u'''第一行
第二行'''

raw+多行:

ur'''Python的Unicode字符串支持"中文",
"日文",
"韩文"等多种语言'''

如果中文字符串在Python环境下遇到 UnicodeDecodeError,这是因为.py文件保存的格式有问题。可以在第一行添加注释

# -*- coding: utf-8 -*-

目的是告诉Python解释器,用UTF-8编码读取源代码。然后用Notepad++ 另存为… 并选择UTF-8格式保存。

整数和浮点数

Python支持对整数和浮点数直接进行四则混合运算,运算规则和数学上的四则运算规则完全一致。

基本的运算:

1 + 2 + 3   # ==> 6
4 * 5 - 6   # ==> 14
7.5 / 8 + 2.1   # ==> 3.0375

使用括号可以提升优先级,这和数学运算完全一致,注意只能使用小括号,但是括号可以嵌套很多层:

(1 + 2) * 3    # ==> 9
(2.2 + 3.3) / (1.5 * (9 - 0.3))    # ==> 0.42145593869731807

和数学运算不同的地方是,Python的整数运算结果仍然是整数,浮点数运算结果仍然是浮点数:

1 + 2    # ==> 整数 3
1.0 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

但是整数和浮点数混合运算的结果就变成浮点数了:

1 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

为什么要区分整数运算和浮点数运算呢?这是因为整数运算的结果永远是精确的,而浮点数运算的结果不一定精确,因为计算机内存再大,也无法精确表示出无限循环小数,比如 0.1 换成二进制表示就是无限循环小数。

那整数的除法运算遇到除不尽的时候,结果难道不是浮点数吗?我们来试一下:

11 / 4    # ==> 2

令很多初学者惊讶的是,Python的整数除法,即使除不尽,结果仍然是整数,余数直接被扔掉。不过,Python提供了一个求余的运算 % 可以计算余数:

11 % 4    # ==> 3

如果我们要计算 11 / 4 的精确结果,按照“整数和浮点数混合运算的结果是浮点数”的法则,把两个数中的一个变成浮点数再运算就没问题了:

11.0 / 4    # ==> 2.75

布尔类型

我们已经了解了Python支持布尔类型的数据,布尔类型只有TrueFalse两种值,但是布尔类型有以下几种运算:

与运算:只有两个布尔值都为 True 时,计算结果才为 True。

True and True   # ==> True
True and False   # ==> False
False and True   # ==> False
False and False   # ==> False

或运算:只要有一个布尔值为 True,计算结果就是 True。

True or True   # ==> True
True or False   # ==> True
False or True   # ==> True
False or False   # ==> False

非运算:把True变为False,或者把False变为True:

not True   # ==> False
not False   # ==> True

布尔运算在计算机中用来做条件判断,根据计算结果为True或者False,计算机可以自动执行不同的后续代码。

在Python中,布尔类型还可以与其他数据类型做 and、or和not运算,请看下面的代码:

a = True
print a and 'a=T' or 'a=F'

计算结果不是布尔类型,而是字符串 ‘a=T’,这是为什么呢?

因为Python把0、空字符串’‘和None看成 False,其他数值和非空字符串都看成 True,所以:

True and ‘a=T’ 计算结果是 ‘a=T’ 继续计算 ‘a=T’ or ‘a=F’ 计算结果还是 ‘a=T’ 要解释上述结果,又涉及到 and 和 or 运算的一条重要法则:短路计算

  1. 在计算 a and b 时,如果 a 是 False,则根据与运算法则,整个结果必定为 False,因此返回 a;如果 a 是 True,则整个计算结果必定取决与 b,因此返回 b。

  2. 在计算 a or b 时,如果 a 是 True,则根据或运算法则,整个计算结果必定为 True,因此返回 a;如果 a 是 False,则整个计算结果必定取决于 b,因此返回 b。

所以Python解释器在做布尔运算时,只要能提前确定计算结果,它就不会往后算了,直接返回结果。

代码:

a = 'python'
print 'hello,', a or 'world'

b = ''
print 'hello,', b or 'world'

输出:

hello, python
hello, world

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