Python 基础篇 - 简单数据处理I

引言

在上一篇文章的介绍中，我们提及了Python的三种基本数据类型，如文章末尾所说，Python中的内建数据类型并不仅仅是这几种，但其实我从接触Python到现在，往往就是这几种简单而又基础的数据类型占了很大的比重，或许这就是二八法则吧。上一章我们开了个好头，我希望从本章开始，可以通过实际的案例讲解来逐步深入学习。那么经过我这几天的思索，我认为有必要写一个简单的小学生四则运算计算器，来作为本章采用的案例。因为往往贴近实际生活的案例，才是真正能够吸引你继续学下去的动力。

数据分析

在拿到一个案例（也就是要解决的问题）时，我们首先要进行分析，那么针对本次的四则运算计算器，我们通过以下几个步骤进行分析：

主题及实现形式

• 主题

简易四则运算计算器

• 实现形式

因为考虑初学者，这里暂时不提及GUI编程，如果有对GUI编程感兴趣的同学，可以推荐两个Python的GUI库：

1. Python自带的TK

2. 从QT融合的PyQT

那么为了降低实现难度，我决定采用在命令行输入值的方式实现计算功能。

要实现什么功能

通过简单的分析，我们锁定需要实现以下几项功能：

• 输入

如果我们想与计算机进行交互，那么首先就需要通过键盘将想要处理的数据输入到计算机中。

• 数据处理

输入的数据可以推断至少包含两种：数字数据和文本数据，我们需要考虑如何分拆数据，或者说如何分类对输入数据进行处理。

• 运算

我们的简易计算器要实现的四则运算：

1. 加：‘+’，对应计算机运算符号‘+’

2. 减：‘-’，对应计算机运算符号‘-’

3. 乘：‘×’，对应计算机运算符号‘*’

4. 除：‘÷’，对应计算机运算符号‘/’

这里面需要注意，我们常规手写体运算符号和计算机运算符号的区别，关键是乘法和除法的区别。

• 输出结果

当运算结束后，我们的程序需要将生成的计算结果反馈给用户，在这里我们称为输出。

具体的数据分析

数据分析的重点是我们要获取怎样的数据，怎样获取数据，并如何进行数据处理，我们需要依次分析一下。

• 获取怎样的数据？

在这里首先需要考虑，我们的四则运算计算器的计算复杂度是如何的？是仅能计算两个数值的简单运算，如：1+2？还是能进行混合四则运算，如：(3+4)*8/6？那么你想处理运算的复杂程度就决定了你想获取怎样的数据，这是很实际的问题。那么在本章“简单数据处理I”中，考虑到迭代式编程，我们就先实现简单的两个数值的简单四则运算计算器，那么这里我们的计算器的名字又变长了：

计算器

命令行计算器

命令行四则运算计算器

仅处理两个值的命令行四则运算计算器

怎么样？够简单了吧？其实还不够，让我们接着往下看。

• 怎样获取数据？

Python的内建IO函数input()可以帮助我们从命令行中获取用户的输入值，但是输入的值涉及到如何将输入值取值及赋值的问题，因此就会出现以下两种方式：

1.分段取值、赋值

分段取值很好理解，举个例子，我们的两个值的四则运算，如：1+2共分为三个部分，即两个常量1和2，还有运算符+。这三个部分我们分别设定三个变量，譬如a、b、c分别进行赋值，即：

a = input('第一个数：')
b = input('输入你想计算的运算符：')
c = input('第二个数：')

那么上面这段代码便是分段取值、赋值，看起来直观，但问题是用户需要输入多次，而且看起来很傻。

可以点击链接参考input()函数使用方法。

2.一次性取值

相对上面的方法，我们可以采用一次性取值赋值的方法，如下：

a = input('输入你想计算的公式')

通过单次取值，可以减少用户输入的复杂度，但是增加了编程的困难度，因为我们需要将单次的取值进行解析，区分开数字型数值和字符型运算符。

在这里我们为了再一次降低难度，我们将计算器的编程要求变为：

计算器

命令行计算器

命令行四则运算计算器

分段取两个值的命令行四则运算计算器

• 如何处理数据？

上面一直没有提到的一点，input()函数获取的任何数据，赋值时都是字符串类型的数据，也就是说无论用户在命令行输入的是什么，赋值后我们的取到的都是字符串，那么这里我们就需要将相应的数据进行转换，而运算符的对应就需要进行各自逻辑判断，在这里就需要处理以下两问题：

1. 上一篇文章中，我们提到了整数和浮点数，它们有各自的内建函数int()和float() （可以点击链接参考使用方法）可以用于数值类型转换，那么我们需要将两个取到的字符串型数值转化为哪种类型的数字？

2. 除了将四种运算符字符串对应到实际运算符时需要逻辑判断外，是否需要判断用户输入的运算符超出我们所限定的四则运算能力？

这里考虑不清楚没有关系，我们带着问题接着往下看，下面开始进入到我们的编程环节。

编程准备工作

在正式开始编程前，除了上面需要进行的数据分析外，还我们需要做好以下的准备工作：

编程IDE准备

我使用过的几种而且到现在还在一直使用编辑器：

• Emacs

这个编辑器有毒，一旦用过会让你欲罢不能，尤其是它的快捷键，推荐Purcell的配置。

• PyCharm

能到达包的函数自动补全，集成化比较合理，推荐，官网（注册码可以自行百度）。

• Atom

轻量级，拓展也很方便，改版后速度能让人满意，官网。

各项功能实现的语言准备

• input()内建函数，可以获取命令行输入值，并进行赋值。

• int()和float() ,可以将字符串转换为对应的数值类型。

• print(),可以将计算结果打印输出到命令行

• 条件语句if,elif和else，即：

if a == True:
# 如果a为真，我们要做什么？
elif b == True:
# 如果b为真，我们要做什么？
else:
# 如果a、b都不为真，我们要做什么？

如果这里不太懂，可以参考手册中条件语句if的用法。

• in语句，一般用于序列判断中，例如：

a = 'China'
b = 'n'
b in a
# 返回值为True，因为字符“n”在“China”中

• not语句，表示否的意思，延续上一个例子：

a = 'China'
c = 's'
c not in a
# 返回值为True，因为字符“s”不在“China”中

开始编程

我们现在开始编程，但是编程之前需要明确前面最后留下的问题，首先字符串需要转换为浮点型，因为需要考虑到计算含精度数值的运算；其次，为限制我们的运算规则，我们需要用条件语句if来判断用户输入的运算符是否在我们规定的四则运算中，而且这个判断的优先级在最高层。下面我们来看看实现 ：

分段取值、赋值

## 通过input()取值，并直接用float()将获取的字符串转化为浮点数

x = float(input('First Num: '))
# 获取第一个值
o = input('Operator: ')
# 获取运算符
y = float(input('Second Num: '))
# 获取第二个值
result = 0
# 初始化一个结果变量，赋值为0

运算符判断

## 通过input()取值，并直接用float()将获取的字符串转化为浮点数

x = float(input('First Num: '))
# 获取第一个值
o = input('Operator: ')
# 获取运算符
y = float(input('Second Num: '))
# 获取第二个值
result = 0
# 初始化一个结果变量，赋值为0

if o not in '+-*/':
    # 如果运算符不在字符串'+-*/'中，需要输出的内容
else：
    # 如果运算符符合要求，开始分类计算

运算符字符串对应到实际运算

## 通过input()取值，并直接用float()将获取的字符串转化为浮点数

x = float(input('First Num: '))
# 获取第一个值
o = input('Operator: ')
# 获取运算符
y = float(input('Second Num: '))
# 获取第二个值
result = 0
# 初始化一个结果变量，赋值为0

if o not in '+-*/':
    # 如果运算符不在字符串'+-*/'中，需要输出的内容
    print('Sorry! Out of my capability areas!')
else：
    # 如果运算符符合要求，开始分类计算，并赋值到result
    if o == '+':
      result = x + y
    elif o == '-':
      result = x - y
    elif o == '*':
      result = x * y
    else:
      result = x / y

注意：几乎大部分语言都相似的语法，赋值使用单个等号=，而两个等号==用于判断等号两侧的值是否相等。

输出结果

## 通过input()取值，并直接用float()将获取的字符串转化为浮点数

x = float(input('First Num: '))
# 获取第一个值
o = input('Operator: ')
# 获取运算符
y = float(input('Second Num: '))
# 获取第二个值
result = 0
# 初始化一个结果变量，赋值为0

if o not in '+-*/':
    # 如果运算符不在字符串'+-*/'中，需要输出的内容
    print('Sorry! Out of my capability areas!')
else：
    # 如果运算符符合要求，开始分类计算，并赋值到result
    if o == '+':
      result = x + y
    elif o == '-':
      result = x - y
    elif o == '*':
      result = x * y
    else:
      result = x / y
      
# 将结果输出到命令行      
print(result)

总结

那么通过上面16行的代码最终实现了一个简易的四则运算计算器，本篇的重点不在于编程的复杂与否，而是希望可以通过计算器的编程，对语言初学者推介以下几点内容：

• 对实际问题进行编程的数据分析思维

• 数据分析的细节处理，往往数据分析的越到位，最终实现的效果就会越好

• 本章的语言内容部分新增介绍的几个重点：条件判断语句if、elif、else、in、not和==，内建IO函数input()和print()，以及用内建函数float()进行数据类型转换

更简单的方法实现最复杂的功能？

其实Python作为动态解释类脚本语言，在实际使用过程中体现的淋漓尽致，庞大的扩展库就不深入探究，仅是内建函数的使用就让人感觉畅快淋漓。下面回顾一下全篇内容，在Python中其实仅用2行代码就可以实现上面所说的：

不用逻辑判断

不用区分数值类型

一次性取值（即表达式）

混合四则运算(且不仅限于四则运算）

命令行

计算器

除命令行这点不太让人满意外，计算器全部功能的实现仅需引入一个内建函数eval()，让我们来看看代码实现：

x = input('Expression Computer: ')
print(eval(x))

可点击eval()链接参考详细使用方法。

那么这便是Python的魅力所在。

关于GUI编程

我之前有段时间一直在学习PyQt，但后来考虑到运行效率问题，总感觉Python跟GUI隔层墙，后来索性就闲置了，等回头哪天又心血来潮，希望自己能重试Pytho的GUI开发梦。
由于Qt是由C++实现的，实际开发效果还算中等偏上，学习中我是参考Qt的C++代码转录为Python代码，可以正常运行，如果感兴趣的同学可以点击链接《PyQt5 - QWidgets部件进阶教程之计算器》，如有问题，望各位斧正。