Python基础与拾遗1：Python中的数字

写在前面

转瞬之间，笔者已经有一年没有更新博客了。从硕士研究生毕业进入工作岗位后，也经历了一年半左右的时间。2019-2020是不平凡的两年，国际形势风云突变，时代的尘埃落在每个人的头顶上都是一座大山。在工业界中繁忙的工作之余，笔者也深切感受到基础的重要性。因此，从2021年开始，笔者决定多放送一些基础相关的干货。在计算机视觉领域中，Python语言是必不可少的数据处理，可视化，人工智能相关任务中所使用的工具，笔者打算从Python语言开始，为大家带来总结的干货与应用经验。

在博客写作中，笔者的风格是，偏重拾遗，而不过分重复互联网上现有的资源。个人才疏学浅，欢迎大家进行探讨与补充。

在笔者学习Python基础的过程中，主要使用到以下两类资源：

1. 书籍资源。笔者主要参考机械工业出版社的《Python学习手册》第4版，Mark Luts著，李军 刘红伟等译。个人认为知识点覆盖比较细节，可以当成字典进行查阅或工作之余查缺补漏。本博客也主要借鉴书籍中的内容。
   

2. 网络资源。读研时笔者通常会从菜鸟教程上学习Python相关基础，简洁明了，推荐大家借鉴。

由于现有主流使用的是Python3.x，视觉领域中也有部分框架使用的是Python2.x，比如Caffe 1.0。因此，在笔者的博客中，主要重点在Python 3.x的总结与拾遗，会捎带Python 2.x的用法。

废话不多说，下面开始干货，第一讲：Python中的数字。

数字常量

Python中常用的数字常量列表如下：

数字	常量
1234, -24, 0, 99999999999999	整数(无穷大小)
1.23, 1., 3.14e-10, 4E210, 4.0e+210	浮点数
0177, 0x9ff, 0b10101010	Python 2.6后的八进制，十六进制和二进制常量
0o(O)177, 0x(X)9ff, 0b(B)10101010	Python3.0后的八进制，十六进制和二进制常量
3+4j, 3.0+4.0j, 3J, complex(3, 4)	复数常量

1. 整数就是十进制字符串，浮点数带“.”或者在整数与小数后面加上e或者E再跟上数字。
2. 在超过32位时，Python 2.6及之后版本会自动给末未加上L或者l，为长整数。Python 3.0及之后版本则不会。
3. 二进制，八进制，十六进制使用前缀。在Python 2.6及之后版本中，八进制可以仅以0开头，Python 3.0中不行。

表达式操作符

优先级由高到底列表如下：

操作符	描述
yield x	生成器函数发送协议
lambda args: expression	生成匿名函数
x if y else z	三元选择表达式
x or y	逻辑或(x为假才会计算y)
x and y	逻辑与(x为真才会计算y)
not x	逻辑非
x in y, x not in y	成员关系(可迭代对象，集合等)
x is y, x is not y	对象实体测试
x < y, x <= y, x > y, x >= y, x == y, x != y	大小比较，集合子集和超集值相等性操作符
x | y	按位或，集合并集
x ^ y	按位异或，集合对称差
x & y	按位与，集合交集
x << y, x >> y	左移或右移y位
x + y, x - y	加法/合并，减法，集合差集
x * y, x % y, x / y, x // y	乘法/重复，余数/格式化，除法真除法，除法floor除法
-x, +x	一元减法，识别
~x	按位求补(取反)
x ** y	幂运算
x[i]	索引(序列，映射或其他)点号区属性运算，函数调用
x[i:j:k]	分片
x(…)	调用(函数，方法，类及其他可调用的)
x.attr	属性引用
(…)	元组，表达式，生成器表达式
{…}	字典，集合，集合和字典解析

1. Python 2.6及之后的版本中，值不相等除了!=，可以用<>，Python 3.0及之后的版本中不行。
2. Python 2.6及之后的版本中，后引号表达式’X’与repr(X)作用相同，Python 3.0及之后的版本中移除，使用repr与str。
3. Python 2.6及之后的版本中，除法/表示截断除法，Python 3.0及之后的版本中表示真正的除法。
4. 括号会改变优先级。
5. 当两个混合类型相加时，会自动升级到复杂的数据类型，比如整数加浮点数。
6. 连续比较，比分开单个比较更快，比如以下第一行速度快于第二行。连续比较允许任意长度。

X < Y < Z
X < Y and Y < Z

变量

1. 变量在他第一次赋值时创建。
2. 变量在表达式中使用将被替换为它们的值。
3. 变量在表达式中使用以前必须被赋值。
4. 变量像对象一样不需要在最开始就声明(注意与C,C++等语言的区别)。

除法

1. X / Y。在 Python 2.6及之后的版本中如果都是整数，就执行Floor除法，否则执行真除法；在Python3.0中执行真除法。
2. X // Y。在所有Python版本中都执行Floor除法。
3. //执行Floor除法总是向下取整。5 // -2，结果为-3。
4. 要在 Python 2.6及之后的版本中使得/做真除法。

# Python 2.6及之后的版本
# 真除法
X = 5
Y = 2
X / float(Y) # 2.5

# 或者
from __future__ import division
X = 5
Y = 2
X / Y # 2.5

复数

1. 复数的运算结果也是复数

二进制，八进制与十六进制

1. 十进制与其他三种进制之间的转化，使用oct, hex和bin函数。

oct(64) # 八进制
hex(64) # 十六进制
bin(64) # 二进制

2. 其他三种进制转化成十进制，使用int函数。

int('100', 8) # 八进制100转10进制
int('100', 16) # 十六进制100转10进制
int('100', 2) # 二进制100转10进制

常用内置数学工具

1. math库。

import math
math.pi, math.e
math.sin(2 * math.pi / 180)
math.sqrt(144)
math.sqrt(2)
math.floor(-2.5)
math.trunc(-2.5)

2. 次方运算。

pow(2, 4)
2 ** 4

3. 绝对值与求和运算。

abs(-42.0)
sum((1, 2, 3, 4))

4. 求最小与最大值运算。

min(3, 1, 4, 2)
max(3, 1, 2, 4)

5. 取整运算(也可用来进制转换)。

int(2.5)

6. 四舍五入运算。

round(2.5)
round(2.56789, 2)

7. 随机值运算。

import random
random.random() # 随机生成[0, 1)范围内的数
random.randint(1, 10) # 在参数范围[1,10]内随机生成整数,注意能取到上界
random.choice([1, 2, 3, 4, 5, 6]) # 在列表中随机取值

小数与分数

1. 小数问题由来。

0.1+0.1+0.1-0.3 # 结果是否为0.？
5.551115123125783e-17 # 真实结果

原因主要是因为计算机中对数字的存储格式决定的，详见知乎专栏《为什么0.1+0.2不等于0.3？原来编程语言是这么算的……》¹，因此引入了小数模块

from decimal import Decimal
Decimal('0.1')+Decimal('0.1')+Decimal('0.1')-Decimal('0.3') # 输出Decimal('0.0')

2. 小数的全局精度。

decimal.getcontext().prec = 4 # 小数点后最多四位数

3. 分数。

from fractions import Fraction
Fraction(4, 6) # Fraction(2, 3)
Fraction(0.25) # Fraction(1, 4)

4. 分数和小数，都可以通过字符串创建。

Decimal('0.1')
Fraction('0.25')

集合

1. 在Python 2.6及之后的版本中，用set关键字构造集合。

x = set('abcde')
y = set('bdxyz')

在Python 3.0及之后的版本中，也可以直接花括号构造集合，并支持集合解析。

x = {
     1, 2, 3, 4}
{
     x ** 2 for x in [1, 2, 3, 4]}

2. 多种运算符。

x = set('abcde')
y = set('bdxyz')
'e' in x # True
x - y # set(['a', 'c', 'e'])
x | y, z = x.update(y) # set(['a', 'c', 'b', 'e', 'd', 'y', 'x', 'z'])
x & y, z = x.intersection(y) # set(['b', 'd'])
x ^ y # set(['a', 'c', 'e', 'y', 'x', 'z'])
x > y, x < y # False False
z.add('m') # set(['a', 'c', 'b', 'e', 'd', 'y', 'x', 'z', 'm'])
x.remove('a') # set(['b', 'e', 'd', 'c'])
S = set([1, 2, 3])
S.issubset(range(-5, 5)) # True

3. 运算符的限制

{
     1, 2, 3} | [3, 4] # TypeError: unsupported operand type(s) for |: 'set' and 'list'
{
     1, 2, 3}.union([3, 4]) # {1, 2, 3, 4}

4. 集合中只能包含不可变的元素，可变的元素不允许，比如列表，字典等。
5. 普通的集合不能嵌入到其他集合中，frozenset这种冻结集合可以。

布尔

1. bool类型数据，其值为True或者False。
2. True和False看作是预定义的设置为整数1和0的变量。

type(True) # 
isinstance(True, int) # True
True == 1 # True
True is 1 # False
True or False # True
True + 4 # 5

以上，欢迎各位读者朋友提出意见或建议。

欢迎阅读笔者后续博客，各位读者朋友的支持与鼓励是我最大的动力！

written by jiong
咬定青山不放松，脚踏实地加油干！

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1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/87672024. ↩︎