python day1 练习题 变量,运算符与数据类型

[python学习笔记] task01 变量,运算符与数据类型,以及位运算

一, 注释

1. 单行注释

   使用 # 进行单行注释; 使用 """ """ 或者 ''' '''进行区间注释,三引号中间的内容被注释掉.

   例子

# 这是一个注释
print("Hello, world")
# 下面是一个区间注释:
""" """

二, 运算符

1.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

2.比较操作符

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

比较操作符返回的值要么是True,要么是False

3.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

返回值是True 或者 False

4.位运算符

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

【例子】

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

bin() 将数字转换成二进制表示

5.三元运算符

a if condition else b

【例子】

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

6.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

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等），则两者是有区别的。

7.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)。

【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

三, 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。

teacher = "王德品"
print(teacher)  # 王德品

四,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】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 

print(1., type(1.))
# 1.0 

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)。

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

• type(object) 获取类型信息

【例子】

print(type(1))  # 
print(type(5.2))  # 
print(type(True))  # 
print(type('5.2'))  # 

isinstance(object, classinfo) 判断一个对象是否是一个已知的类型。

【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

五,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

参考文献：

• [https://www.runoob.com/python3/python3-tutorial.html]
• [(https://www.runoob.com/python3/python3-tutorial.html)
• https://www.bilibili.com/video/av4050443
• https://mp.weixin.qq.com/s/DZ589xEbOQ2QLtiq8mP1qQ
• https://www.cnblogs.com/OliverQin/p/7781019.html

练习题：

1. 怎样对python中的代码进行注释？

​ 单行使用#，多行使用’’’ ‘’’ 或者 “”" “”"

2. python有哪些运算符，这些运算符的优先级是怎样的？

（1）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
（2）一元运算符优于二元运算符。先算术运算，后移位运算，最后位运算。逻辑运算最后结合。

3. python 中 is, is not 与 ==, != 的区别是什么？

（1）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
（2）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
（3）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

4. python 中包含哪些数据类型？这些数据类型之间如何转换？

（1）整型、浮点型、布尔型
（2）转换为整型 int(x)；转换为字符串 str(x)；转换为浮点型 float(x)

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，最高位是符号位）。

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

3. 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

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

5. 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

6. 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 

7. 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 

8. 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

9.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。利用异或运算:

1. 任何数和 00 做异或运算，结果仍然是原来的数,即a^0=0.
2. 任何数和其自身做异或运算，结果是 0,即a^a=0
3. 异或运算满足交换律和结合律,即a^b^a=b^a^a=b^(a^a)=b^0=b

假设数组中有2m+1个数,其中有m个数字各出现两次,一个数出现一次.令a1,a2,…, am 为出现两次的m个数,am+1 为出现一次的数。根据性质 3，数组中的全部元素的异或运算结果总是可以写成如下形式：

(a1^a1)^(a2^a2)^⋯^(am^am)^am+1

根据性质 2 和性质 1，上式可化简和计算得到如下结果：

0^0^...^0^am+1 = am+1

因此，数组中的全部元素的异或运算结果即为数组中只出现一次的数字。所以对数组中的所有元素进行异或运算,从第0位开始.

class Solution:
    def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        return reduce(lambda x, y: x ^ y, nums)