Python编程语言---Task01：变量、运算符、数据类型及位运算
Python编程语言---Task01：变量、运算符、数据类型及位运算
- 变量、运算符与数据类型
-
- 1. 注释
-
- 单行注释
- 多行注释
- 2. 运算符
-
- 算术运算符
- 比较运算符
- 逻辑运算符
- 位运算符
- 三元运算符
- 其他运算符
- 运算符的优先级
- 3. 变量和赋值
- 4. 数据类型与转换
-
- 整型
- 浮点型
- 布尔型
- 获取类型信息
- 类型转换
- 5. print() 函数
- 练习题
- 引用
- 位运算
-
- 1. 原码、反码和补码
- 2. 按位非操作 ~
其实已经学习过很多线上非常流行的python编程基础的课程，再通过本次课程将自己的知识进行梳理。
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
2. 运算符
算术运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
| + | 加 | 1+1 |
| - | 减 | 2-1 |
| * | 乘 | 3 * 4 |
| / | 除 | 3 / 4 |
| // | 整除（地板除） | 3 // 4 |
| % | 取余 | 3 % 4 |
| ** | 幂 | 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 | 与 | (3 > 2) and (3 < 5) |
| or | 或 | (1 > 3) or (9 < 2) |
| not | 非 | not (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 |
这块原来没学过 ，找了下资料自己写了一遍算是搞懂了！
https://www.runoob.com/python/python-operators.html
【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 | 是 | “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
- 一元运算符优于二元运算符。例如3 ** -2等价于3 ** (-2)。
- 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 1 << (3 + 2)) & 7。
- 逻辑运算最后结合。例如3 < 4 and 4 < 5等价于(3 < 4) and (4 < 5)。
查了下资料：并没有发现python里有所谓的一元运算符。在网上找了篇更清楚的。
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，求余数和取整除 |
| + - | 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
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
4. 数据类型与转换
| 类型 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
| int | 整型 |
-876, 10 |
| float | 浮点型 |
3.149, 11.11 |
| bool | 布尔型 |
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 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】
这里给自己备注下，没学过
print(1, type(1))
# 1 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，True 和 False。当把布尔型变量用在数字运算中，用 1 和 0 代表 True 和 False。
【例子】
print(True + True) # 2
print(True + False) # 1
print(True * False) # 0
除了直接给变量赋值 True 和 False，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 0.0，bool(X) 就是 True，其余就是 False。
print(type(0), bool(0), bool(1))
# False True
print(type(10.31), bool(0.00), bool(10.31))
# False True
print(type(True), bool(False), bool(True))
# 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'))
# False True
print(type(()), bool(()), bool((10,)))
# False True
print(type([]), bool([]), bool([1, 2]))
# False True
print(type({
}), bool({
}), bool({
'a': 1, 'b': 2}))
# False True
print(type(set()), bool(set()), bool({
1, 2}))
# 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(type(1)) # - 获取类型信息 isinstance(object, classinfo)
【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
练习题
- 怎样对python中的代码进行注释？
- #表示注释，作用于整行
- ‘’’ ‘’’ 或者 “”" “”" 表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释
- python有哪些运算符，这些运算符的优先级是怎样的？
- 算术运算符,比较运算符,逻辑运算符,位运算符,三元运算符,其他运算符
- 一元运算符优于二元运算符。例如3 ** -2等价于3 ** (-2)。
- 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 1 << (3 + 2)) & 7。
- 逻辑运算最后结合。例如3 < 4 and 4 < 5等价于(3 < 4) and (4 < 5)。
查了下资料：并没有发现python里有所谓的一元运算符。在网上找了篇更清楚的。
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，求余数和取整除 |
| + - | 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 |
- python 中 is, is not 与 ==, != 的区别是什么？
这个问题标记一下，自学的时候看了一遍忘记了，这个问题又让我梳理了一下。
- 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。
- python 中包含哪些数据类型？这些数据类型之间如何转换？
int 整型，float 浮点型， bool 布尔型
类型转换
这里很重要，我做一些笔试题都会有遇到这个问题。
- 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)
引用
- Datawhale:变量、运算符与数据类型
- 运算符
- 位运算符
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
反码：正数的反码就是原码，负数的反码是符号位不变，其余位取反（对应正数按位取反）。
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3
补码：正数的补码就是原码，负数的补码是反码+1。
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3
符号位：最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。在位运算中符号位也参与运算。
2. 按位非操作 ~
~ 1 = 0
~ 0 = 1
~ 把num的补码中的 0 和 1 全部取反（0 变为 1，1 变为 0）有符号整数的符号位在 ~ 运算中同样会取反。
00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6
11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4
- 按位与操作 &
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0
只有两个对应位都为 1 时才为 1
00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4
- 按位或操作 |
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0
只要两个对应位中有一个 1 时就为 1
00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7
- 按位异或操作 ^
1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0
只有两个对应位不同时才为 1
00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3
异或操作的性质：满足交换律和结合律
A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11
A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11
A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00
A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11
- 按位左移操作 <<
num << i 将num的二进制表示向左移动i位所得的值。
00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88
- 按位右移操作 >>
num >> i 将num的二进制表示向右移动i位所得的值。
00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2
- 利用位运算实现快速计算
通过 <<，>> 快速计算2的倍数问题。
n << 1 -> 计算 n*2
n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用
n << m -> 计算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n
通过 ^ 快速交换两个整数。
a ^= b
b ^= a
a ^= b
通过 a & (-a) 快速获取a的最后为 1 位置的整数。
00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1
00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2
- 利用位运算实现整数集合
一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。
比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。
元素与集合的操作：
a | (1<<i) -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除
a & (1<<i) -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）
集合之间的操作：
a 补 -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)
注意：整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。
【例子】C#语言输出负数。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string s1 = Convert.ToString(-3, 2);
Console.WriteLine(s1);
// 11111111111111111111111111111101
string s2 = Convert.ToString(-3, 16);
Console.WriteLine(s2);
// fffffffd
}
}
【例子】 Python 的bin() 输出。
print(bin(3)) # 0b11
print(bin(-3)) # -0b11
print(bin(-3 & 0xffffffff))
# 0b11111111111111111111111111111101
print(bin(0xfffffffd))
# 0b11111111111111111111111111111101
print(0xfffffffd) # 4294967293
是不是很颠覆认知，我们从结果可以看出：
- Python中bin一个负数（十进制表示），输出的是它的原码的二进制表示加上个负号，巨坑。
- Python中的整型是补码形式存储的。
- Python中整型是不限制长度的不会超范围溢出。
所以为了获得负数（十进制表示）的补码，需要手动将其和十六进制数0xffffffff进行按位与操作，再交给bin()进行输出，得到的才是负数的补码表示。
练习题：
leetcode 习题 136. 只出现一次的数字
给定一个非空整数数组，除了某个元素只出现一次以外，其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。
尝试使用位运算解决此题。
题目说明:
"""
Input file
example1: [2,2,1]
example2: [4,1,2,1,2]
Output file
result1: 1
result2: 4
"""
class Solution:
def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
# your code here
class Solution(object):
def singleNumber(self, nums):
"""
:type nums: List[int]
:rtype: int
"""
res = 0
for num in nums:
res = res^num
return res