【深度学习】 Python 和 NumPy 系列教程（一）：Python基本数据类型：1、数字（整数、浮点数）及相关运算；2、布尔值

一、前言

Python是一种高级编程语言，由Guido van Rossum于1991年创建。它以简洁、易读的语法而闻名，并且具有强大的功能和广泛的应用领域。Python具有丰富的标准库和第三方库，可以用于开发各种类型的应用程序，包括Web开发、数据分析、人工智能、科学计算、自动化脚本等。

Python本身是一种伟大的通用编程语言，在一些流行的库（numpy，scipy，matplotlib）的帮助下，成为了科学计算的强大环境。本系列将介绍Python编程语言和使用Python进行科学计算的方法，主要包含以下内容：

• Python：基本数据类型、容器（列表、字典、集合、元组）、函数、类
• Numpy：数组、数组索引、数据类型、数组数学、广播
• Matplotlib：绘图，子图，图像
• IPython：创建笔记本，典型工作流程

二、实验环境

Python 3.7

运行下述命令检查Python版本

 python --version 

三、Python基本数据类型

Python的基本数据类型包括：

1. 整数（int）：表示整数值，例如1、2、-3等。
2. 浮点数（float）：表示带有小数点的数值，例如3.14、2.5等。
3. 布尔值（bool）：表示真（True）或假（False）的逻辑值。
4. 字符串（str）：表示文本数据，使用引号（单引号或双引号）括起来，例如"Hello"、'Python'等。
5. 列表（list）：表示一组有序的元素，可以包含不同类型的数据，用方括号括起来，例如[1, 2, 3]、['apple', 'banana', 'orange']等。
6. 元组（tuple）：类似于列表，但是不可修改，用圆括号括起来，例如(1, 2, 3)、('apple', 'banana', 'orange')等。
7. 集合（set）：表示一组唯一的元素，用大括号括起来，例如{1, 2, 3}、{'apple', 'banana', 'orange'}等。
8. 字典（dict）：表示键值对的映射关系，用大括号括起来，例如{'name': 'John', 'age': 25}等。

1. 数字

• a. 整数（int）
  • 整数是没有小数部分的数字，可以是正数、负数或零。
  • 没有取值范围限制
• b. 浮点数（float）
  • 浮点数则包括整数部分和小数部分，可以表示小数和科学计数法形式的数字。
  • 取值范围和小数精度都存在限制，但常规计算可忽略
• c. 运算
  • 运算符
    • 加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、取模（%）、整除（//）、幂运算（**）

注：以下运算过程连续进行

加法运算符（+）：

x = x + 10
print(x)  # 输出 531

减法运算符（-）：

x = x - 100
print(x)  # 输出 431

乘法运算符（*）：

x = x * 2
print(x)  # 输出 862

除法运算符（/）：

x = x / 3
print(x)  # 输出 287.3333333333333

取模运算符（%）：

x = x % 100
print(x)  # 输出 87.3333333333333

整除运算符（//）：

x = x // 10
print(x)  # 输出 8.0

幂运算符（**）：

x = x ** 3
print(x)  # 输出 512

增强操作符

• +=、-=、*=、/=、%=、//=、**=

+= 增强操作符：

x += 10  # 等同于 x = x + 10
print(x)  # 输出 522

-= 增强操作符：

x -= 100  # 等同于 x = x - 100
print(x)  # 输出 422

*= 增强操作符：

x *= 2  # 等同于 x = x * 2
print(x)  # 输出 844

/= 增强操作符：

x /= 3  # 等同于 x = x / 3
print(x)  # 输出 281.3333333333333

%= 增强操作符：

x %= 100  # 等同于 x = x % 100
print(x)  # 输出 81.33333333333331

//= 增强操作符：

x //= 10  # 等同于 x = x // 10
print(x)  # 输出 8.0

**= 增强操作符：

x **= 3  # 等同于 x = x ** 3
print(x)  # 输出 512.0

代码整合

x = 521
print(x, type(x))

# 使用运算符对 x 进行操作
x = x + 10
print(x)  # 输出 531

x = x - 100
print(x)  # 输出 431

x = x * 2
print(x)  # 输出 862

x = x / 3
print(x)  # 输出 287.3333333333333

x = x % 100
print(x)  # 输出 87.3333333333333

x = x // 10
print(x)  # 输出 8.0

x = x ** 3
print(x)  # 输出 512.0

# 使用增强操作符对 x 进行操作
x += 10
print(x)  # 输出 522.0

x -= 100
print(x)  # 输出 422.0

x *= 2
print(x)  # 输出 844.0

x /= 3
print(x)  # 输出 281.3333333333333

x %= 100
print(x)  # 输出 81.3333333333333

x //= 10
print(x)  # 输出 8.0

x **= 3
print(x)  # 输出 512.0

d. 运算中的类型转换

注意到，上述运算中除了整数与整数之间的运算以外，运算结果均为浮点数；

（特例：整数与整数之间的除法）

e. 运算函数abs、max、min、int、float

• abs(）：绝对值；
• max(x1,x2,…,xn)：返回最大值；
• min(x1,x2,…,xn) ：返回最小值；
• int(x)：将x强制转换为整数类型；
• float(x)：将x强制转换为浮点数类型；

# 绝对值
abs_value = abs(-10)
print(abs_value)  # 输出: 10

# 最大值
max_value = max(5, 8, 2, 10)
print(max_value)  # 输出: 10

# 最小值
min_value = min(5, 8, 2, 10)
print(min_value)  # 输出: 2

# 强制转换为整数
integer_value = int(3.14)
print(integer_value)  # 输出: 3

# 强制转换为浮点数
float_value = float("3.14")
print(float_value)  # 输出: 3.14

2. 布尔值（bool）

布尔值（Booleans）是Python中的一种基本数据类型，用于表示真（True）或假（False）的值。布尔值通常用于条件判断和逻辑运算。 布尔值在Python中非常重要，因为它们在控制流语句（例如if语句和while循环）中扮演着关键角色。条件表达式的结果可以是布尔值，根据条件表达式的真假来执行不同的代码块。 布尔值有两个可能的取值：True和False。它们是Python中的关键字，不同于其他变量名。 下面是一些布尔运算符和布尔表达式的例子：

1. 逻辑与（and）：如果两个条件都为True，结果为True。例如：True and False 的结果是 False。
2. 逻辑或（or）：如果至少一个条件为True，结果为True。例如：True or False 的结果是 True。
3. 逻辑非（not）：对布尔值取反。例如：not True 的结果是 False。

布尔值可以与其他数据类型进行比较和运算。例如，可以将布尔值与整数、浮点数或字符串进行比较，或者在条件表达式中使用布尔值来控制程序的执行流程。

t, f = True, False
print(type(t))

a. 运算

print(t and f)  # 逻辑与运算，输出：False
print(t or f)   # 逻辑或运算，输出：True
print(not t)    # 逻辑非运算，输出：False
print(t != f)   # 不等于比较运算，输出：True

b. 类型转换

布尔类型可以转换为int类型

print(t, t+0)  # 输出：True 1，因为True可以表示为1，所以t+0的结果是1
print(f, f+0)  # 输出：False 0，因为False可以表示为0，所以f+0的结果是0
print(t, t+1)  # 输出：True 2，因为True可以表示为1，所以t+1的结果是2
print(f, f+1)  # 输出：False 1，因为False可以表示为0，所以f+1的结果是1