PYTHON 100days学习笔记002：语言元素-数字变量与运算符

参考文章：

Python 变量类型

Python 运算符

Day02 - 语言元素

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1. 指令和程序

计算机的硬件系统通常由五大部件构成，包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中，运算器和控制器放在一起就是我们通常所说的中央处理器，它的功能是执行各种运算和控制指令以及处理计算机软件中的数据。我们通常所说的程序实际上就是指令的集合，我们程序就是将一系列的指令按照某种方式组织到一起，然后通过这些指令去控制计算机做我们想让它做的事情。今天我们使用的计算机虽然器件做工越来越精密，处理能力越来越强大，但究其本质来说仍然属于“冯·诺依曼结构”的计算机。“冯·诺依曼结构”有两个关键点，一是指出要将存储设备与中央处理器分开，二是提出了将数据以二进制方式编码。二进制是一种“逢二进一”的计数法，跟我们人类使用的“逢十进一”的计数法没有实质性的区别，人类因为有十根手指所以使用了十进制（因为在数数时十根手指用完之后就只能进位了，当然凡事都有例外，玛雅人可能是因为长年光着脚的原因把脚趾头也算上了，于是他们使用了二十进制的计数法，在这种计数法的指导下玛雅人的历法就与我们平常使用的历法不一样，而按照玛雅人的历法，2012年是上一个所谓的“太阳纪”的最后一年，而2013年则是新的“太阳纪”的开始，后来这件事情被以讹传讹的方式误传为”2012年是玛雅人预言的世界末日“这种荒诞的说法，今天我们可以大胆的猜测，玛雅文明之所以发展缓慢估计也与使用了二十进制有关）。对于计算机来说，二进制在物理器件上来说是最容易实现的（高电压表示1，低电压表示0），于是在“冯·诺依曼结构”的计算机都使用了二进制。虽然我们并不需要每个程序员都能够使用二进制的思维方式来工作，但是了解二进制以及它与我们生活中的十进制之间的转换关系，以及二进制与八进制和十六进制的转换关系还是有必要的。如果你对这一点不熟悉，可以自行使用维基百科或者百度百科科普一下。

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2. 变量和类型

在程序设计中，变量是一种存储数据的载体。计算机中的变量是实际存在的数据或者说是存储器中存储数据的一块内存空间，变量的值可以被读取和修改，这是所有计算和控制的基础。计算机能处理的数据有很多中类型，除了数值之外还可以处理文本、图形、音频、视频等各种各样的数据，那么不同的数据就需要定义不同的存储类型。Python中的数据类型很多，而且也允许我们自定义新的数据类型（这一点在后面会讲到），我们先介绍几种常用的数据类型。

• 整型：Python中可以处理任意大小的整数（Python 2.x中有int和long两种类型的整数，但这种区分对Python来说意义不大，因此在Python 3.x中整数只有int这一种了），而且支持二进制（如0b100，换算成十进制是4）、八进制（如0o100，换算成十进制是64）、十进制（100）和十六进制（0x100，换算成十进制是256）的表示法。

• float浮点型：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，浮点数除了数学写法（如123.456）之外还支持科学计数法（如1.23456e2）。

• 字符串型：字符串是以单引号或双引号括起来的任意文本，比如'hello'和"hello",字符串还有原始字符串表示法、字节字符串表示法、Unicode字符串表示法，而且可以书写成多行的形式（用三个单引号或三个双引号开头，三个单引号或三个双引号结尾）。

• 布尔型：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（例如3 < 5会产生布尔值True，而2 == 1会产生布尔值False）。

• complex复数型：形如3+5j，跟数学上的复数表示一样，唯一不同的是虚部的i换成了j。

实例

int	long	float	complex
10	51924361L	0.0	3.14j
100	-0x19323L	15.20	45.j
-786	0122L	-21.9	9.322e-36j
080	0xDEFABCECBDAECBFBAEl	32.3e+18	.876j
-0490	535633629843L	-90.	-.6545+0J
-0x260	-052318172735L	-32.54e100	3e+26J
0x69	-4721885298529L	70.2E-12	4.53e-7j

2.1 变量命名

对于每个变量我们需要给它取一个名字，就如同我们每个人都有属于自己的响亮的名字一样。在Python中，变量命名需要遵循以下这些必须遵守硬性规则和强烈建议遵守的非硬性规则。

硬性规则：

• 变量名由字母（广义的Unicode字符，不包括特殊字符）、数字和下划线构成，数字不能开头。
• 大小写敏感（大写的a和小写的A是两个不同的变量）。
• 不要跟关键字（有特殊含义的单词，后面会讲到）和系统保留字（如函数、模块等的名字）冲突。
• PEP 8要求：
• 用小写字母拼写，多个单词用下划线连接。
• 受保护的实例属性用单个下划线开头（后面会讲到）。
• 私有的实例属性用两个下划线开头（后面会讲到）。

当然，作为一个专业的程序员，给变量（事实上应该是所有的标识符）命名时做到见名知意也是非常重要的。

2.2 变量的赋值

Python 中的变量赋值不需要类型声明。

每个变量在内存中创建，都包括变量的标识，名称和数据这些信息。

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。

等号（=）用来给变量赋值。

等号（=）运算符左边是一个变量名,等号（=）运算符右边是存储在变量中的值。例如：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

counter = 100 # 赋值整型变量
miles = 1000.0 # 浮点型
name = "John" # 字符串

print(counter)
print(miles)
print(name)

100
1000.0
John

2.3 python算数运算符

以下假设变量：a=10，b=20：

运算符	描述	实例
+	加 - 两个对象相加	a + b 输出结果 30
-	减 - 得到负数或是一个数减去另一个数	a - b 输出结果 -10
*	乘 - 两个数相乘或是返回一个被重复若干次的字符串	a * b 输出结果 200
/	除 - x除以y	b / a 输出结果 2
%	取模 - 返回除法的余数	b % a 输出结果 0
**	幂 - 返回x的y次幂	a**b 为10的20次方， 输出结果 100000000000000000000
//	取整除 - 返回商的整数部分（向下取整)	>>> 9//2 等于 4 >>> -9//2 等于 -5

2.4 数字变量和数字运算符的使用

下面通过几个例子来说明变量的类型和变量使用

例1：使用变量保存数据并进行数字运算

"""

使用变量保存数据并进行数字运算

Version: 0.1
Author：骆昊
Date：2019-05-09

"""

a = 321
b = 123
print(a+b)
print(a-b)
print(a*b)
print(a/b)
print(a//b)
print(a%b)
print(a**b)`

444
198
39483
2.6097560975609757
2
75
   199580904170858944588683464608694075062943107082809027605498347841561605181074274426665986623764972439807786764739130193391688887305693295698132008415537889753720415793877902074665765736230030622222862498385818118244547668141388643750880896837470534556730014314212951333550122949806119583030226121714710874561

例2：使用input()函数输入数值，使用int()进行类型转换，用占位符格式化输出的字符串

"""
使用input()函数输入数值
使用int()进行类型转换
使用占位符格式化输出的字符串

Version: 0.1
Author: 骆昊
Date：2019-05-09

"""

a = int(input('a = '))
b = int(input('b=  '))
print('%d + %d = %d' % (a, b, a + b))
print('%d - %d = %d' % (a, b, a - b))
print('%d * %d = %d' % (a, b, a * b))
print('%d / %d = %d' % (a, b, a / b))
print('%d // %d = %d' % (a, b, a // b))
print('%d %% %d = %d' % (a, b, a % b))
print('%d ** %d = %d' %(a, b, a ** b))

a = 23
b=  3
23 + 3 = 26
23 - 3 = 20
23 * 3 = 69
23 / 3 = 7
23 // 3 = 7
23 % 3 = 2
23 ** 3 = 12167

2.5 变量类型转换

在对变量类型进行转换时可以使用Python的内置函数（准确的说下面列出的并不是真正意义上的函数，而是后面我们要讲到的创建对象的构造方法）。

• int()：将一个数值或字符串转换成整数，可以指定进制。
• float()：将一个字符串转换成浮点数。
• str()：将指定的对象转换成字符串形式，可以指定编码。
• chr()：将整数转换成该编码对应的字符串（一个字符）。
• ord()：将字符串（一个字符）转换成对应的编码（整数）。

例3：使用type()检查变量的类型

"""
使用type()检查变量的类型

Version：0.1
Auther：骆昊
Date：2019-05-09

"""

a = 100
b = 12.345
c = 1 + 5j
d = 'hello, world'
e = True
print(type(a))
print(type(b))
print(type(c))
print(type(d))
print(type(e))

<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'complex'>
<class 'str'>
<class 'bool'>

3 .其他运算符

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3.1 Python比较运算符

以下假设变量a为10，变量b为20：

运算符	描述	实例
==	等于 - 比较对象是否相等 (a == b)	返回 False。
!=	不等于 - 比较两个对象是否不相等 (a != b)	返回 true。
<>	不等于 - 比较两个对象是否不相等 (a <> b)	返回 true。这个运算符类似 != 。
>	大于 - 返回x是否大于y (a > b)	返回 False。
<	小于 - 返回x是否小于y。所有比较运算符返回1表示真，返回0表示假。这分别与特殊的变量True和False等价	(a < b) 返回 true。
>=	大于等于 - 返回x是否大于等于y。 (a >= b)	返回 False。
<=	小于等于 - 返回x是否小于等于y。 (a <= b)	返回 true。

例1：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

a = 21
b = 10
c = 0

if  a == b :
   print ("1 - a 等于 b")
else:
   print ("1 - a 不等于 b")

if  a != b :
   print ("2 - a 不等于 b")
else:
   print ("2 - a 等于 b")

if  a < b :
  print ("4 - a 小于 b")
else:
   print ("4 - a 大于等于 b")

if  a > b :
   print ("5 - a 大于 b")
else:
   print ("5 - a 小于等于 b")

# 修改变量 a 和 b 的值
a = 5
b = 20
if  a <= b :
   print ("6 - a 小于等于 b")
else:
   print ("6 - a 大于  b")

if  b >= a :
   print ("7 - b 大于等于 a")
else:
   print ("7 - b 小于 a")

1 - a 不等于 b
2 - a 不等于 b
4 - a 大于等于 b
5 - a 大于 b
6 - a 小于等于 b
7 - b 大于等于 a

3.2 Python赋值运算符

以下假设变量a为10，变量b为20：

运算符	描述	实例
=	简单的赋值运算符	c = a + b 将 a + b 的运算结果赋值为 c
+=	加法赋值运算符	c += a 等效于 c = c + a
-=	减法赋值运算符	c -= a 等效于 c = c - a
*=	乘法赋值运算符	c *= a 等效于 c = c * a
/=	除法赋值运算符	c /= a 等效于 c = c / a
%=	取模赋值运算符	c %= a 等效于 c = c % a
**=	幂赋值运算符	c **= a 等效于 c = c ** a
//=	取整除赋值运算符	c //= a 等效于 c = c // a

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

a = 21
b = 10
c = 0

c = a + b
print ("1 - c 的值为：", c)

c += a
print ("2 - c 的值为：", c) 

c *= a
print ("3 - c 的值为：", c) 

c /= a
print ("4 - c 的值为：", c) 

c = 2
c %= a
print ("5 - c 的值为：", c)

c **= a
print ("6 - c 的值为：", c)

c //= a
print ("7 - c 的值为：", c)

1 - c 的值为： 31
2 - c 的值为： 52
3 - c 的值为： 1092
4 - c 的值为： 52.0
5 - c 的值为： 2
6 - c 的值为： 2097152
7 - c 的值为： 99864

3.3 Python位运算符

按位运算符是把数字看作二进制来进行计算的。Python中的按位运算法则如下：

下表中变量 a 为 60，b 为 13，二进制格式如下：

a = 0011 1100

b = 0000 1101

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a&b = 0000 1100

a|b = 0011 1101

a^b = 0011 0001

~a = 1100 0011

运算符	描述	实例
&	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 (a & b)	输出结果 12 ，二进制解释： 0000 1100
|	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.	(a | b) 输出结果 61 ，二进制解释： 0011 1101
^	按位异或运算符：当两对应的二进位相异时，结果为1	(a ^ b) 输出结果 49 ，二进制解释： 0011 0001
~	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 。	~x 类似于 -x-1 (~a ) 输出结果 -61 ，二进制解释： 1100 0011，在一个有符号二进制数的补码形式。
<<	左移动运算符：运算数的各二进位全部左移若干位，由 << 右边的数字指定了移动的位数，高位丢弃，低位补0。	a << 2 输出结果 240 ，二进制解释： 1111 0000
>>	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，>> 右边的数字指定了移动的位数	a >> 2 输出结果 15 ，二进制解释： 0000 1111

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

a = 60            # 60 = 0011 1100
b = 13            # 13 = 0000 1101
c = 0

c = a & b;        # 12 = 0000 1100
print ("1 - c 的值为：", c)

c = a | b;        # 61 = 0011 1101
print ("2 - c 的值为：", c)

c = a ^ b;        # 49 = 0011 0001
print ("3 - c 的值为：", c)

c = ~a;           # -61 = 1100 0011
print ("4 - c 的值为：", c)
c = a << 2;       # 240 = 1111 0000
print ("5 - c 的值为：", c)

c = a >> 2;       # 15 = 0000 1111
print ("6 - c 的值为：", c)

1 - c 的值为： 12
2 - c 的值为： 61
3 - c 的值为： 49
4 - c 的值为： -61
5 - c 的值为： 240
6 - c 的值为： 15

3.4 Python逻辑运算符

Python语言支持逻辑运算符，以下假设变量 a 为 10, b为 20:

运算符	逻辑表达式	描述	实例
and	x and y	布尔"与" - 如果 x 为 False，x and y 返回 False，否则它返回 y 的计算值。	(a and b) 返回 20。
or	x or y	布尔"或" - 如果 x 是非 0，它返回 x 的值，否则它返回 y 的计算值。	(a or b) 返回 10。
not	not x	布尔"非" - 如果 x 为 True，返回 False 。如果 x 为 False，它返回 True。	not(a and b) 返回 False

以上实例输出结果：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

a = 10
b = 20

if  a and b :
   print ("1 - 变量 a 和 b 都为 true")
else:
   print ("1 - 变量 a 和 b 有一个不为 true")

if  a or b :
   print ("2 - 变量 a 和 b 都为 true，或其中一个变量为 true")
else:
   print ("2 - 变量 a 和 b 都不为 true")

# 修改变量 a 的值
a = 0
if  a and b :
   print ("3 - 变量 a 和 b 都为 true")
else:
   print ("3 - 变量 a 和 b 有一个不为 true")

if  a or b :
   print ("4 - 变量 a 和 b 都为 true，或其中一个变量为 true")
else:
   print ("4 - 变量 a 和 b 都不为 true")

if not( a and b ):
   print ("5 - 变量 a 和 b 都为 false，或其中一个变量为 false")
else:
   print ("5 - 变量 a 和 b 都为 true")

1 - 变量 a 和 b 都为 true
2 - 变量 a 和 b 都为 true，或其中一个变量为 true
3 - 变量 a 和 b 有一个不为 true
4 - 变量 a 和 b 都为 true，或其中一个变量为 true
5 - 变量 a 和 b 都为 false，或其中一个变量为 false

3.5 Python成员运算符

身份运算符用于比较两个对象的存储单元

运算符	描述	实例
is	is 是判断两个标识符是不是引用自一个对象	x is y, 类似 id(x) == id(y) , 如果引用的是同一个对象则返回 True，否则返回 False
is not	is not 是判断两个标识符是不是引用自不同对象	x is not y ， 类似 id(a) != id(b)。如果引用的不是同一个对象则返回结果 True，否则返回 False。

** 注：** id() 函数用于获取对象内存地址。

以下实例演示了Python所有身份运算符的操作：

a = 20
b = 20

if ( a is b ):
   print ("1 - a 和 b 有相同的标识")
else:
   print ("1 - a 和 b 没有相同的标识")

if ( a is not b ):
   print ("2 - a 和 b 没有相同的标识")
else:
   print ("2 - a 和 b 有相同的标识")

# 修改变量 b 的值
b = 30
if ( a is b ):
   print ("3 - a 和 b 有相同的标识")
else:
   print ("3 - a 和 b 没有相同的标识")

if ( a is not b ):
   print ("4 - a 和 b 没有相同的标识")
else:
   print ("4 - a 和 b 有相同的标识")

1 - a 和 b 有相同的标识
2 - a 和 b 有相同的标识
3 - a 和 b 没有相同的标识
4 - a 和 b 没有相同的标识

is 与 == 区别：

is 用于判断两个变量引用对象是否为同一个(同一块内存空间)， == 用于判断引用变量的值是否相等。

a = [1, 2, 3]

b = a

b is a

True

b == a

True

b = a[:]

b is a

False

b == a

True

3.6 python运算符优先级

以下表格列出了从最高到最低优先级的所有运算符：

运算符	描述
**	指数 (最高优先级)
~ + -	按位翻转, 一元加号和减号 (最后两个的方法名为 +@ 和 -@)
*	/ % // 乘，除，取模和取整除
+ -	加法减法
>> <<	右移，左移运算符
&	位 'AND'
^ ¦	位运算符
<= < > >=	比较运算符
<> == !=	等于运算符
= %= /= //= -= += *= **=	赋值运算符
is is not	身份运算符
in not in	成员运算符
not and or	逻辑运算符

说明：在实际开发中，如果搞不清楚优先级可以使用括号来确保运算的执行顺序。

4 练习

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4.1 练习1：华氏摄氏温度转摄氏温度

"""
将化石摄氏度转换为摄氏温度
F = 1.8C + 32

Version:0.1
Auther:骆昊
"""

f = float(input('请输入华氏温度：'))
c = (f - 32) / 1.8
print('%.1f华氏度 = %.1f摄氏度' %(f, c))

请输入华氏温度：102.5
102.5华氏度 = 39.2摄氏度

4.2 练习2：输入圆的半径计算周长和面积。

"""

输入半径计算圆的周长和面积

Version: 0.1
Author: 骆昊

"""

import math

radius = float(input('请输入圆的半径：'))
perimeter = 2 * math.pi * radius
area = math.pi * radius * radius
print('周长：%.2f' % perimeter)
print('面积：%.2f' % area)

请输入圆的半径：3.5
周长：21.99
面积：38.48

4.3 练习3：输入年份判断是不是闰年

"""

输入年份 如果是闰年输出True 否则输出False

Version: 0.1
Author: 骆昊

"""

year = int(input('请输入年份：'))
# 如果太长写成一行不便于阅读 可以使用\或者（）折行
is_leap = (year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or
          year % 400 == 0)
print(is_leap)

请输入年份：2008
True

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---END---

2019-5-9 15:40:22