Python入门(上)

AI悦创原创2022年8月23日
大约 12 分钟

Python入门(上)

  1. 简介

  2. 变量、运算符与数据类型
    1. 注释
    2. 运算符
    3. 变量和赋值
    4. 数据类型与转换
    5. print()函数

  3. 位运算
    1. 原码、反码和补码
    2. 按位运算
    3. 利用位运算实现快速计算
    4. 利用位运算实现整数集合

  4. 条件语句
    1. if 语句
    2. if - else 语句
    3. if - elif - else 语句
    4. assert 关键词

  5. 循环语句
    1. while 循环
    2. while - else 循环
    3. for 循环
    4. for - else 循环
    5. range() 函数
    6. enumerate()函数
    7. break 语句
    8. continue 语句
    9. pass 语句
    10. 推导式

  6. 异常处理
    1. Python 标准异常总结
    2. Python 标准警告总结
    3. try - except 语句
    4. try - except - finally 语句
    5. try - except - else 语句
    6. raise语句

简介

Python 是一种通用编程语言,其在科学计算和机器学习领域具有广泛的应用。如果我们打算利用 Python 来执行机器学习,那么对 Python 有一些基本的了解就是至关重要的。本 Python 入门系列体验就是为这样的初学者精心准备的。

本实验包括以下内容:

  • 变量、运算符与数据类型
    • 注释
    • 运算符
    • 变量和赋值
    • 数据类型与转换
    • print() 函数
  • 位运算
    • 原码、反码和补码
    • 按位非操作 ~
    • 按位与操作 &
    • 按位或操作 |
    • 按位异或操作 ^
    • 按位左移操作 <<
    • 按位右移操作 >>
    • 利用位运算实现快速计算
    • 利用位运算实现整数集合
  • 条件语句
    • if 语句
    • if - else 语句
    • if - elif - else 语句
    • assert 关键词
  • 循环语句
    • while 循环
    • while - else 循环
    • for 循环
    • for - else 循环
    • range() 函数
    • enumerate()函数
    • break 语句
    • continue 语句
    • pass 语句
    • 推导式
  • 异常处理
    • Python 标准异常总结
    • Python 标准警告总结
    • try - except 语句
    • try - except - finally 语句
    • try - except - else 语句
    • raise语句

变量、运算符与数据类型

1. 注释

  • 在 Python 中,# 表示注释,作用于整行。

【例子】单行注释

# 这是一个注释
print("Hello world")

# Hello world
  • ''' ''' 或者 """ """ 表示区间注释,在三引号之间的所有内容被注释

【例子】多行注释

'''
这是多行注释,用三个单引号
这是多行注释,用三个单引号
这是多行注释,用三个单引号
'''
print("Hello china") 
# Hello china

"""
这是多行注释,用三个双引号
这是多行注释,用三个双引号 
这是多行注释,用三个双引号
"""
print("hello china") 
# hello china

【我是测试题1】请在下方代码块中打印 (print) 出 hello+你的姓名

如:print("hello 老表")

# 写下你的答案

2. 运算符

算术运算符

操作符名称示例
+1 + 1
-2 - 1
*3 * 4
/3 / 4
//整除(地板除)3 // 4
%取余3 % 4
**2 ** 3

【例子】

print(1 + 1)  # 2
print(2 - 1)  # 1
print(3 * 4)  # 12
print(3 / 4)  # 0.75
print(3 // 4)  # 0
print(3 % 4)  # 3
print(2 ** 3)  # 8

比较运算符

操作符名称示例
>大于2 > 1
>=大于等于2 >= 4
<小于1 < 2
<=小于等于5 <= 2
==等于3 == 4
!=不等于3 != 5

【例子】

print(2 > 1)  # True
print(2 >= 4)  # False
print(1 < 2)  # True
print(5 <= 2)  # False
print(3 == 4)  # False
print(3 != 5)  # True

逻辑运算符

操作符名称示例
and(3 > 2) and (3 < 5)
or(1 > 3) or (9 < 2)
notnot (2 > 1)

【例子】

print((3 > 2) and (3 < 5))  # True
print((1 > 3) or (9 < 2))  # False
print(not (2 > 1))  # False

位运算符

操作符名称示例
~按位取反~4
&按位与4 & 5
``按位或
^按位异或4 ^ 5
<<左移4 << 2
>>右移4 >> 2

【例子】有关二进制的运算,参见“位运算”部分的讲解。

print(bin(4))  # 0b100
print(bin(5))  # 0b101
print(bin(~4), ~4)  # -0b101 -5
print(bin(4 & 5), 4 & 5)  # 0b100 4
print(bin(4 | 5), 4 | 5)  # 0b101 5
print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5)  # 0b1 1
print(bin(4 << 2), 4 << 2)  # 0b10000 16
print(bin(4 >> 2), 4 >> 2)  # 0b1 1

三元运算符

【例子】

x, y = 4, 5
if x < y:
    small = x
else:
    small = y

print(small)  # 4

有了这个三元操作符的条件表达式,你可以使用一条语句来完成以上的条件判断和赋值操作。

【例子】

x, y = 4, 5
small = x if x < y else y
print(small)  # 4

其他运算符

操作符名称示例
in存在'A' in ['A', 'B', 'C']
not in不存在'h' not in ['A', 'B', 'C']
is"hello" is "hello"
is not不是"hello" is not "hello"

【例子】

letters = ['A', 'B', 'C']
if 'A' in letters:
    print('A' + ' exists')
if 'h' not in letters:
    print('h' + ' not exists')

# A exists
# h not exists

【例子】比较的两个变量均指向不可变类型。

a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)  # True True
print(a is not b, a != b)  # False False

【例子】比较的两个变量均指向可变类型。

a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b, a == b)  # False True
print(a is not b, a != b)  # True False

注意:

  • is, is not 对比的是两个变量的内存地址
  • ==, != 对比的是两个变量的值
  • 比较的两个变量,指向的都是地址不可变的类型(str等),那么is,is not 和 ==,!= 是完全等价的。
  • 对比的两个变量,指向的是地址可变的类型(list,dict,tuple等),则两者是有区别的。

运算符的优先级

运算符描述
**指数(最高优先级)
~+-按位翻转,一元加号和减号
* / % //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

【例子】

print(-3 ** 2)  # -9
print(3 ** -2)  # 0.1111111111111111
print(1 << 3 + 2 & 7)  # 0
print(-3 * 2 + 5 / -2 - 4)  # -12.5
print(3 < 4 and 4 < 5)  # True

【我是测试题2】下面这段代码的运行结果是什么?

# 运行一下结果就出来了
a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)

3. 变量和赋值

  • 在使用变量之前,需要对其先赋值。
  • 变量名可以包括字母、数字、下划线、但变量名不能以数字开头。
  • Python 变量名是大小写敏感的,foo != Foo

【例子】

teacher = "老马的程序人生"
print(teacher)  # 老马的程序人生

【例子】

first = 2
second = 3
third = first + second
print(third)  # 5

【例子】

myTeacher = "老马的程序人生"
yourTeacher = "小马的程序人生"
ourTeacher = myTeacher + ',' + yourTeacher
print(ourTeacher)  # 老马的程序人生,小马的程序人生

【我是测试题3】运行下面一段代码看看结果是什么?

# 运行一下就好啦
set_1 = {"欢迎", "学习","Python"}
print(set_1.pop())

4. 数据类型与转换

类型名称示例
int整型 <class 'int'>-876, 10
float浮点型<class 'float'>3.149, 11.11
bool布尔型<class 'bool'>True, False

整型

【例子】通过 print() 可看出 a 的值,以及类 (class) 是int

a = 1031
print(a, type(a))
# 1031 <class 'int'>

Python 里面万物皆对象(object),整型也不例外,只要是对象,就有相应的属性 (attributes) 和方法(methods)。

【例子】

b = dir(int)
print(b)

# ['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__',
# '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__',
# '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__',
# '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__',
# '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__',
# '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__',
# '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__',
# '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__',
# '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__',
# '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__',
# '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__',
# '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__',
# 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag',
# 'numerator', 'real', 'to_bytes']

对它们有个大概印象就可以了,具体怎么用,需要哪些参数 (argument),还需要查文档。看个 bit_length() 的例子。

【例子】找到一个整数的二进制表示,再返回其长度。

a = 1031
print(bin(a))  # 0b10000000111
print(a.bit_length())  # 11

浮点型

【例子】

print(1, type(1))
# 1 <class 'int'>

print(1., type(1.))
# 1.0 <class 'float'>

a = 0.00000023
b = 2.3e-7
print(a)  # 2.3e-07
print(b)  # 2.3e-07

有时候我们想保留浮点型的小数点后 n 位。可以用 decimal 包里的 Decimal 对象和 getcontext() 方法来实现。

import decimal
from decimal import Decimal

Python 里面有很多用途广泛的包 (package),用什么你就引进 (import) 什么。包也是对象,也可以用上面提到的 dir(decimal) 来看其属性和方法。

【例子】getcontext() 显示了 Decimal 对象的默认精度值是 28 位 (prec=28)。

a = decimal.getcontext()
print(a)

# Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999,
# capitals=1, clamp=0, flags=[], 
# traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])
b = Decimal(1) / Decimal(3)
print(b)

# 0.3333333333333333333333333333

【例子】使 1/3 保留 4 位,用 getcontext().prec 来调整精度。

decimal.getcontext().prec = 4
c = Decimal(1) / Decimal(3)
print(c)

# 0.3333

布尔型

布尔 (boolean) 型变量只能取两个值,TrueFalse。当把布尔型变量用在数字运算中,用 10 代表 TrueFalse

【例子】

print(True + True)  # 2
print(True + False)  # 1
print(True * False)  # 0

除了直接给变量赋值 TrueFalse,还可以用 bool(X) 来创建变量,其中 X 可以是

  • 基本类型:整型、浮点型、布尔型
  • 容器类型:字符串、元组、列表、字典和集合

【例子】bool 作用在基本类型变量:X 只要不是整型 0、浮点型 0.0bool(X) 就是 True,其余就是 False

print(type(0), bool(0), bool(1))
# <class 'int'> False True

print(type(10.31), bool(0.00), bool(10.31))
# <class 'float'> False True

print(type(True), bool(False), bool(True))
# <class 'bool'> False True

【例子】bool 作用在容器类型变量:X 只要不是空的变量,bool(X) 就是 True,其余就是 False

print(type(''), bool(''), bool('python'))
# <class 'str'> False True

print(type(()), bool(()), bool((10,)))
# <class 'tuple'> False True

print(type([]), bool([]), bool([1, 2]))
# <class 'list'> False True

print(type({}), bool({}), bool({'a': 1, 'b': 2}))
# <class 'dict'> False True

print(type(set()), bool(set()), bool({1, 2}))
# <class 'set'> False True

确定 bool(X) 的值是 True 还是 False,就看 X 是不是空,空的话就是 False,不空的话就是 True

  • 对于数值变量,0, 0.0 都可认为是空的。
  • 对于容器变量,里面没元素就是空的。

获取类型信息

  • 获取类型信息 type(object)

【例子】

print(isinstance(1, int))  # True
print(isinstance(5.2, float))  # True
print(isinstance(True, bool))  # True
print(isinstance('5.2', str))  # True

注:

  • type() 不会认为子类是一种父类类型,不考虑继承关系。
  • isinstance() 会认为子类是一种父类类型,考虑继承关系。

如果要判断两个类型是否相同推荐使用 isinstance()

类型转换

  • 转换为整型 int(x, base=10)
  • 转换为字符串 str(object='')
  • 转换为浮点型 float(x)

【例子】

print(int('520'))  # 520
print(int(520.52))  # 520
print(float('520.52'))  # 520.52
print(float(520))  # 520.0
print(str(10 + 10))  # 20
print(str(10.1 + 5.2))  # 15.3

5. print() 函数

print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)
  • 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件对象 file 里。其中所有非关键字参数都按 str() 方式进行转换为字符串输出;
  • 关键字参数 sep 是实现分隔符,比如多个参数输出时想要输出中间的分隔字符;
  • 关键字参数 end 是输出结束时的字符,默认是换行符\n
  • 关键字参数 file 是定义流输出的文件,可以是标准的系统输出 sys.stdout ,也可以重定义为别的文件;
  • 关键字参数 flush 是立即把内容输出到流文件,不作缓存。

【例子】没有参数时,每次输出后都会换行。

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed without 'end'and 'sep'.")
for item in shoplist:
    print(item)

# This is printed without 'end'and 'sep'.
# apple
# mango
# carrot
# banana

【例子】每次输出结束都用end设置的参数&结尾,并没有默认换行。

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'end='&''.")
for item in shoplist:
    print(item, end='&')
print('hello world')

# This is printed with 'end='&''.
# apple&mango&carrot&banana&hello world

【例子】item值与'another string'两个值之间用sep设置的参数&分割。由于end参数没有设置,因此默认是输出解释后换行,即end参数的默认值为\n

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'sep='&''.")
for item in shoplist:
    print(item, 'another string', sep='&')

# This is printed with 'sep='&''.
# apple&another string
# mango&another string
# carrot&another string
# banana&another string

位运算

1. 原码、反码和补码

二进制有三种不同的表示形式:原码、反码和补码,计算机内部使用补码来表示

原码:就是其二进制表示(注意,有一位符号位)。

00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3

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