文档教程【免费下载链接】Python-100-DaysPython - 100天从新手到大师项目地址https://gitcode.com/GitHub_Trending/py/Python-100-Days点击查看免费下载本篇文章对应 Python-100-Days 项目 Day01~20 阶段的核心基础章节 04.Python语言中的运算符.md系统讲解 Python 中的运算符分类、优先级规则以及基于运算符构造表达式解决实际问题的完整方法论。读完本篇你将掌握算术、赋值、比较、逻辑四大类运算符的用法与细节理解短路求值与海象运算符等进阶特性并能够独立完成温度转换、几何计算、闰年判断等经典编程练习。一、运算符概览与优先级总表Python 语言支持非常丰富的运算符。所谓优先级就是在一个包含多个运算符的表达式中先执行什么、后执行的顺序。下面的表格按照运算符的优先级从高到低完整罗列了 Python 中的常用运算符运算符描述[]、[:]索引、切片**幂~、、-按位取反、正号、负号*、/、%、//乘、除、模、整除、-加、减、右移、左移按位与^、\|按位异或、按位或、、、小于等于、小于、大于、大于等于、!等于、不等于is、is not身份运算符in、not in成员运算符not、or、and逻辑运算符、、-、*、/、%、//、**、、\|、^、、赋值运算符说明所谓优先级是指在一个运算表达式中出现多个运算符时应该先执行什么、再执行什么的顺序。编写代码时如果搞不清楚表达式中运算符的优先级最简单稳妥的做法是使用圆括号小括号来明确运算的执行顺序。这一点在仓库后续课程中反复被强调——例如在 Day31-35/code/example01.py 的算法复杂度示例中O(n ** 2)、O(2 ** n)等表达式均通过幂运算符表达数量级而二分查找代码中mid (start end) // 2则通过圆括号保证先加后整除的正确执行顺序。有了变量和运算符我们就可以构造各种各样的表达式来解决实际问题。在计算机科学中表达式是计算机程序中的句法实体它由一个或多个常量、变量、函数和运算符组合而成编程语言可以对其进行解释和计算以得到另一个值。无论使用何种编程语言构造表达式都是编程中最基础、最重要的能力。二、算术运算符加减乘除之外的丰富能力Python 中的算术运算符非常丰富除了大家最熟悉的加、减-、乘*、除/之外还有整除运算符//、求模/求余运算符%和求幂运算符**。下面的例子完整展示了算术运算符的使用 算术运算符 Version: 1.0 Author: 骆昊 print(321 12) # 加法运算输出333 print(321 - 12) # 减法运算输出309 print(321 * 12) # 乘法运算输出3852 print(321 / 12) # 除法运算输出26.75 print(321 // 12) # 整除运算输出26 print(321 % 12) # 求模运算输出9 print(321 ** 12) # 求幂运算输出1196906950228928915420617322241需要特别注意的是/运算的结果始终是浮点数float即使能够整除也是如此而//整除运算会丢弃小数部分取整数结果%求模运算得到的是余数。求幂运算**在 Python 中的表现非常强大——由于 Python 的整型int可以处理任意大小的整数这一点在上一课 03.Python语言中的变量.md 中有明确说明321 ** 12可以输出长达 31 位的整数而不会溢出。算术运算的优先级算术运算遵循先乘除、后加减的规则与数学课本中的知识一致即乘除法优先级高于加减法。如果表达式中还有求幂运算那么求幂运算的优先级高于乘除法。如果想改变算术运算的执行顺序可以使用英文输入法状态下的圆括号写在圆括号中的表达式会被优先执行 算术运算的优先级 Version: 1.0 Author: 骆昊 print(2 3 * 5) # 17 print((2 3) * 5) # 25 print((2 3) * 5 ** 2) # 125 print(((2 3) * 5) ** 2) # 625从上面的输出可以直观感受到优先级的传递5 ** 2先于乘号执行而(2 3) * 5的整体结果又被** 2二次求幂。三、赋值运算符与海象运算符赋值运算符是最常见的运算符作用是将右边的值赋给左边的变量。赋值运算符还可以与算术运算符组合成复合赋值运算符a b相当于a a ba * a 2相当于a a * (a 2)。完整示例 赋值运算符和复合赋值运算符 Version: 1.0 Author: 骆昊 a 10 b 3 a b # 相当于a a b a * a 2 # 相当于a a * (a 2) print(a) # 大家算一下这里会输出什么计算过程提示执行a b后a 13随后a * a 2即a 13 * (13 2) 13 * 15 195。读者可以亲手验证这一结果。海象运算符:Python 3.8赋值运算构成的表达式本身不产生任何值——如果你试图把赋值表达式放进print函数中输出表达式的值将会产生语法错误。为了解决这个问题Python 3.8 引入了新的赋值运算符:因形似海象walrus的獠牙而得名海象运算符。它与赋值运算符的关键区别在于:右侧的值同时也是整个表达式的值。 海象运算符 Version: 1.0 Author: 骆昊 # SyntaxError: invalid syntax # print((a 10)) # 海象运算符 print((a : 10)) # 10 print(a) # 10提示上面第 8 行代码如果不注释掉运行代码会看到SyntaxError: invalid syntax错误信息。注意这行代码中给a 10加上了圆括号如果不小心写成了print(a 10)会看到TypeError: a is an invalid keyword argument for print()错误信息——这是因为print函数把a当成了关键字参数来处理后面讲到函数时就能理解这个错误提示的含义了。四、比较运算符与逻辑运算符比较运算符比较运算符也称关系运算符包括、!、、、、。两个容易出错的细节比较相等使用的是两个等号因为是赋值运算符比较不相等使用的是!这与数学课本中的 $\small{\neq}$ 符号不同。Python 2 中曾使用表示不等于但在 Python 3 中使用会引发SyntaxError语法错误。比较运算符产生的运算结果是布尔值bool要么是True要么是False。注意比较运算符的优先级高于赋值运算符所以flag0 1 1会先执行1 1产生布尔值True再将这个值赋给变量flag0。逻辑运算符与短路求值逻辑运算符有三个and、or和not。and而且连接两个布尔值或产生布尔值的表达式两边都是True结果才为True任一个是False结果即为False。当and左边的布尔值是False时不管右边是什么最终结果都是False此时右边的表达式会被跳过——专业的说法叫短路处理如果and右边是一个表达式那么这个表达式不会执行。or或者连接两个布尔值或产生布尔值的表达式两边任意一个是True结果即为True。or同样具有短路功能当其左边布尔值为True时右边的表达式会被短路而不会执行。not后面跟一个布尔值True变FalseFalse变True。完整示例 比较运算符和逻辑运算符的使用 Version: 1.0 Author: 骆昊 flag0 1 1 flag1 3 2 flag2 2 1 flag3 flag1 and flag2 flag4 flag1 or flag2 flag5 not flag0 print(flag0 , flag0) # flag0 True print(flag1 , flag1) # flag1 True print(flag2 , flag2) # flag2 False print(flag3 , flag3) # flag3 False print(flag4 , flag4) # flag4 True print(flag5 , flag5) # flag5 False print(flag1 and not flag2) # True print(1 2 or 2 3) # False说明print函数可以输出多个值多个值之间用,分隔输出内容默认以空格分开。短路求值的意义在于当左侧已经能确定整个逻辑表达式的结果时Python 不再计算右侧表达式这在后面编写涉及先判断再执行的代码例如先判断下标越界再取元素时非常实用。五、实战应用用运算符和表达式解决真实问题例子1华氏温度转摄氏温度要求输入华氏温度将其转换为摄氏温度转换公式为 $\small{C (F - 32) / 1.8}$。 将华氏温度转换为摄氏温度 Version: 1.0 Author: 骆昊 f float(input(请输入华氏温度: )) c (f - 32) / 1.8 print(%.1f华氏度 %.1f摄氏度 % (f, c))说明input函数用于从键盘接收用户输入由于输入的都是字符串如果想处理成浮点小数来做后续运算可以使用上一课讲解的类型转换方法用float函数将str类型转换为float类型参见 03.Python语言中的变量.md 中的类型转换章节。上面的代码中对print函数的输出进行了格式化处理字符串中有两个%.1f占位符会被%之后的(f, c)中两个float类型的变量值替换浮点数保留小数点后 1 位有效数字。如果字符串中有%d占位符会用int类型的值替换如果有%s占位符则用str类型的值替换。除了上述%格式化方式外Python 还支持更现代的f-string 格式化给字符串加上前缀f其中的{f:.1f}和{c:.1f}表示用变量f和c的值替换占位符后面的:.1f表示输出为浮点数且小数点后保留 1 位 将华氏温度转换为摄氏温度 Version: 1.1 Author: 骆昊 f float(input(请输入华氏温度: )) c (f - 32) / 1.8 print(f{f:.1f}华氏度 {c:.1f}摄氏度)例子2计算圆的周长和面积要求输入一个圆的半径$\small{r}$计算它的周长$\small{2 \pi r}$和面积$\small{\pi r^{2}}$。基础版本使用字面量3.1416近似圆周率 输入半径计算圆的周长和面积 Version: 1.0 Author: 骆昊 radius float(input(请输入圆的半径: )) perimeter 2 * 3.1416 * radius area 3.1416 * radius * radius print(周长: %.2f % perimeter) print(面积: %.2f % area)Python 中有一个名为math的内置模块该模块定义了名为pi的变量值就是圆周率。使用内置pi的改进版本同时融合 f-string 格式化 输入半径计算圆的周长和面积 Version: 1.1 Author: 骆昊 import math radius float(input(请输入圆的半径: )) perimeter 2 * math.pi * radius area math.pi * radius ** 2 print(f周长: {perimeter:.2f}) print(f面积: {area:.2f})说明import math表示导入math模块导入后才能通过math.pi获得圆周率。注意这里求面积用的是radius ** 2求幂运算与求周长时的2 * math.pi * radius乘除运算形成了优先级上的天然配合——求幂的优先级高于乘法因此math.pi * radius ** 2会先算radius ** 2。Python 3.8 新增的等号调试式格式化是第三种方式它会同时输出变量名和变量值 输入半径计算圆的周长和面积 Version: 1.2 Author: 骆昊 import math radius float(input(请输入圆的半径: )) # 输入: 5.5 perimeter 2 * math.pi * radius area math.pi * radius ** 2 print(f{perimeter :.2f}) # 输出perimeter 34.56 print(f{area :.2f}) # 输出area 95.03说明假如变量a的值是9.87那么字符串f{a }的值是a 9.87而字符串f{a :.1f}的值是a 9.9。这种格式化方式在调试代码时尤其方便免去了手写变量名再拼接值的重复劳动。例子3判断闰年要求输入一个 1582 年以后的年份判断该年份是不是闰年。 输入年份闰年输出True平年输出False Version: 1.0 Author: 骆昊 year int(input(请输入年份: )) is_leap year % 4 0 and year % 100 ! 0 or year % 400 0 print(f{is_leap })说明对于格里历Gregorian calendar即今天使用的公历判断闰年的规则是1. 公元年份非 4 的倍数是平年2. 公元年份为 4 的倍数但非 100 的倍数是闰年3. 公元年份为 400 的倍数是闰年。格里历由教皇格里高利十三世在 1582 年 10 月引入作为对儒略历Julian calendar的修改和替代输入年份时要注意这一点。上面的代码通过%判断year是不是4、100、400的倍数然后用and和or运算符将三个条件组装在一起前两个条件要同时满足year % 4 0 and year % 100 ! 0第三个条件与前两个条件的组合只需满足其中之一。这个例子堪称运算符综合应用的典范%求模、比较相等、!比较不等、and逻辑与、or逻辑或五个运算符协同工作并借助运算符优先级比较 逻辑非 逻辑与 逻辑或自动得到正确结果。需要特别强调的是该表达式之所以成立正是依赖于and的优先级高于or——这一顺序与优先级总表完全一致读者可在 Day01-20/05.分支结构.md 中看到比较运算符在if-elif多分支结构如 HTTP 状态码判断中的进一步应用。六、总结通过上面的讲解和例子相信大家已经感受到了运算符和表达式的力量。实际编程中的很多问题都需要通过构造表达式来解决所以变量、运算符、表达式对于任何一门编程语言都是极为重要的基础。掌握本课内容后建议回到 README.md 的 Day04 章节对照复习并继续进入 05.分支结构.md 学习如何基于比较和逻辑运算符构造程序的分支逻辑——在那里运算符将正式从计算工具升级为程序流程的决策引擎。赞分享文档教程【免费下载链接】Python-100-DaysPython - 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