Python与医药数据处理 第三章

第三章 基本数据类型

3.1 数字类型及操作

3.1.1 数字类型的表示

• 整数的表示：
  整数在Python中的数据类型为int
  十进制数不需要引导符，直接写正负号和十进制数字
  二进制整数由0b或0B引导，字母大小写完全等价，后接二进制数
  八进制整数由0o或0O引导，字母大小写完全等价，后接八进制数
  十六进制整数由0x或0X引导，字母大小写完全等价，后接八进制数
  Python 整数的取值范围理论上为 \([- \infty , + \infty ]\)，但实际上是受计算机内存制约和决定的

• 浮点数的表示：
  浮点数在Python中的数据类型为float

  虽然课本中没有介绍，但如果能够明白浮点数是什么，为什么不直接称其为“实数”或“小数”的一系列问题，可以更好地理解与其相关的很多问题，当然，如果不能理解，直接记忆结论，也不会带来任何问题

  事实上，float类型的数据在计算机中都由32位二进制数存储，这里面的信息包括：正负号，数字串，有效数位。

  通俗地讲，就是给定一串二进制数，并告诉你正负号和小数点在二进制数中的位置，来记录实数。因此，它的记数逻辑是先有一串数字，再在特定位置上点上小数点，与我们常规思维中的先写整数部分，再写小数点，最后写小数部分的逻辑不同。电脑中的存储方式，数字的位数是确定的，而小数点是不定的，可以移动的，因此我们称这类数字为“浮点数”。

  正因此，带来了新的问题，这种存储方式不能准确地记录数据，存在精度与误差的概念。同时，小数点的浮动导致数字的有效数位不同，也就是精度不同，对于精度不同的数字，在进行运算的过程中有它相应的修约规则，这就导致了所谓的浮点数运算误差：

  >>>0.1+0.2
  0.30000000000000004
  

  浮点数有两种表示方法：十进制法、类科学计数法：
  十进制法：就是我们日常书写的小数、实数格式
  类科学计数法：把一个浮点数表示为 \(a \times 10^{n}\) 的类科学计数法，在计算机中则记为aen或aEn，如68e4 8.6E-5
  浮点数可以表示的范围很大，但受到计算机系统影响，存在最大值，可以利用 sys 库中sys.float_info查看
  

• 复数的表示：
  复数在Python中的数据类型为complex

  Python中复数的格式为a+bj，其中 \(a\)，\(b\) 均为浮点数，如1.25e-6+5.68e+9j是一个合法的复数

  复数在Python中以class的模式存储，我们可以用命令z.real z.imag来获取实部和虚部
  print(z)输出命令输出复数是，外面会携带一个括号，返回(a+bj)
  对虚数使用abs()函数（绝对值函数），返回复数的模

3.1.2 数字类型的运算

• 基本运算操作符：
  

  求正数和负数的运算+ -只需要一个操作数，称为一元运算操作符，其他需要两个操作数的运算操作符，称为二元运算操作符

  其中关于结合性的这部分，左结合意味着同级符号从左往右结合，如1+2+3先计算1+2，再进行+3操作。而乘方等运算为右结合，即同级符号从右往左结合，如1**2**3，先进行右边的2**3，再计算1**(2**3的结果)

• 增强赋值运算操作符：
  通用格式为a <操作符>= b，等价于a = a <操作符> b，目的是记法简便，如a += b，即相当于a = a + b

• 运算操作符的优先级：
  
  表格中一些位运算相关的运算符事实上我们接触不多，常用的大致按优先顺序可分为五个层组：乘方，正负，乘除，加减，赋值

• 运算结果的类型：
  整数 和 浮点数：浮点数
  整数/浮点数 和 复数：复数
  相同类型之间：一般保持类型不变（除了整数的除法运算，结果为浮点数）

3.1.3 Python内置函数

• 数值运算函数：
  abs(x)：取绝对值
  divmod(x, y)：返回元组(x // y, x % y)
pow(x, y[, z])：返回x ** y % z，如 \(z\) 缺省，直接返回乘方计算值
  round(x[, ndigits])：返回对 \(x\) 精确到 \(ndigits\) 位的小数，缺省时默认保留到整数，保留时遵守“四舍六入五成双”的规则
  max(x1, x2, ...)：求最大值
  min(x1, x2, ...)：求最小值

• 类型转换函数：
  bin(x)：返回 \(x\) 对应二进制整数的字符串（注意是字符串！）
  oct(x)：返回 \(x\) 对应八进制整数的字符串（注意是字符串！）
  hex(x)：返回 \(x\) 对应十六进制整数的字符串（注意是字符串！）
  int(x)：返回 \(x\) 对应的十进制整数（注意不是字符串！）
  float(x)：返回 \(x\) 对应的浮点数（注意不是字符串！）
  complex(re[, im])：返回一个实部为 \(re\) 虚部为 \(im\) 的复数，\(re\) 可以是整数、浮点数及整数字符串、浮点数字符串、复数字符串，但\(im\) 只能是整数或浮点数
  

3.1.4 math 库的使用方法

• 常数：
  math.pi：\(\pi\)
  math.e：\(e\)
  math.inf：\(\infty\)

• 数值计算函数（选取可能比较实用的部分函数）：
  math.fsum[x, y, ...]：浮点数精确求和
  math.ceil(x)：向上取整
  math.floor(x)：向下取整
  math.gcd(a, b)：求最大公约数
  math.pow(x, y)：\(x^y\)
  math.exp(x)：\(e^x\)
  math.log(x[, base])：\(log_{base}x\)，当 \(base\) 缺省时，默认计算自然对数（\(base = 10\)）
  math.sin(x) math.cos(x) math.tan(x)：三角函数，无需多言
  math.asin(x) math.acos(x) math.atan(x)：反三角函数，无需多言

3.2 字符串类型及操作

3.2.1 存储方式

• 字符串的索引号：
  字符串，顾名思义，就是将一系列字符像串珠子一样穿在一起，形成一个有序的串，我们可以从串中提取其中的一个字符，也可以在串上以一个字符为单位进行操作、修改
  
  如图，从正向顺序来看，第一个字符的编号为 0，随后依次递增，范围为 \(0 \sim length-1\)
  其次，从反向逆序来看，倒数第一个编号为 -1，随后往前依次递减，范围为 \(-1 \sim -length\)
  例如，在如图字符串中，s[7]与s[-7]均指向空格 （空元素），s[8]与s[-6]均指向字母S
  其中的编号就称为索引号

3.2.2 表示方式

• 定界符：
  书写字符串类型的数据时，需要用一对单引号'abc'或一对双引号"abc"或一对三引号（'''abc'''或"""abc"""）来包括其内容，三引号一般用于多行注释语句，定界符在输出时不会出现在屏幕上
  如果输出内容中需要包含引号，单引号、双引号、三引号就需要混合交错使用，如输出：

  abc"def"ghi

  应使用命令：print('abc"def"ghi') 或 print(```abc"def"ghi```) 即内容中的引号类别应与外侧界定符相异，避免冲突

• 转义符：
  反斜杠 \ 引导转义符，\n 表示换行符，\t 表示制表符，\0 表示后续不输出，\r表示光标回退至行首，并且每输出一个新的字符就覆盖掉原先该位置的内容，\b表示光标回退1位，各转义符效果展示如下：
  （PS：后面两个语句在我的本地 IDLE 里跑不出正确结果，是配置在 VSCode 里的 Python 环境的运行结果的截图）
  
  
  
  
  
  那么很显然，在这种情况下，如果我们在输出文本里会有\n等内容出现时，会和转义符发生冲突，那么我们在输入此类内容时，应当使用\\表示一个反斜杠字符

  PS：我们在 2.1.2 就提到过 \ + 空格键 用来在语句太长时续行，要注意辨析

  
  有一种情况需要注意，当反斜杠与后面的字符不构成转义符时，当我们使用\\或\时，均代表一个斜杠
  

3.2.3 运算操作符

• 连接符 "+"
  返回由多个字符串按先后顺序连接后得到的字符串：

  >>>"abc" + "def" + "ghi"
  'abcdefghi'
  

• 复制符 "*"
  格式为 s * num 或 num * s，s 为字符串，\(num\) 为复制次数，最终返回的结果为 \(num\) 个字符串 s 相接的新字符串：

  >>>"abc" * 3
  'abcabcabc'
  

• 成员运算 in
  格式为 chr in s 其中 chr 为字符，s 为字符串，用于判断字符元素 chr 是否在串 s 中，返回值为 \(True\) 或 \(False\)：

  >>>s = "abc123"
  >>>'a' in s
  True
  >>>'4' in s
  False
  

• 索引取元素与切片
  <string>[i] 提取单个字符
  <string>[[start]:[end]:[step]] 切片，三个参数分别为起始索引、终止索引（左闭右开）、步长
  切片的具体过程：方向一致性判别、取字符
  其中在第一个过程中，如果起止方向与步长方向不一致，则返回空串

  P.S. 若 \(start\) 缺省或超出索引号范围，表示开始取字符无限制（从头开始）；若 \(end\) 缺省或超出索引号范围，表示结束取字符无限制（至尾结束）若 \(step\) 缺省，默认步长取1

3.2.4 内置函数

len(x) 返回字符串长度（字符个数）
str(x) 将其他类型的变量x转换为字符串形式并返回
chr(x) x为Unicode编码，将其转化为对应的字符并返回
ord(x) 返回字符对应的Unicode编码

注意后两个函数的主体是unicode编码与字符，而不是字符串
常用Unicode编码：' ' -- 32 , 'A' ~ 'Z' -- 65 ~ 90 , 'a' ~ 'z' -- 97 ~ 122

3.2.5 内置方法

简要介绍8个常用方法：
str.lower() str.upper() 将字符串全部转化为小写/大写
str.isspace() 判断字符串是否都为空白（空白包括 \r \t \n）
str.split(sep = None, maxsplit = -1) 以 \(sep\) 的值切分 \(str\) 得到若干字串，返回由这些子串组成的列表
str.join(iterable) 以 \(str\) 连接 \(iterable\) 列表（元素必须为字符串）中的元素，并形成新的字符串
str.replace(old, new[, count]) 返回 \(str\) 的副本（即原字符串不受改变），前 \(count\) 个 \(old\) 字串替换为 \(new\) 串
str.strip() 删除 \(str\) 最前和最后各一个字符
str.count(sub[, start[, end]]) 返回 str[start : end] 切片中 \(sub\) 子串的出现次数。若 \(start\) 与 \(end\) 缺省，则在全串中从头到尾检索
str.find(sub[, start[, end]]) 返回 str[start : end] 切片中 \(sub\) 子串第一次出现时的第一个字符的索引，若找不到，返回 -1。若 \(start\) 与 \(end\) 缺省，则在全串中从头到尾检索

详细介绍1个format()方法：
通用格式：

"text{[序号]:[填充符][对齐][宽度][,][.精度][类型]}text".format(c1, c2, ...)

{}及其内的部分称为槽，是嵌在文本内的内容，通过控制其中的参数来控制槽中内容的格式
一个槽对应 format(c1, c2, ...) 括号内的一个变量，这些变量都有相应的序号，依次为0, 1, 2，槽的格式内标明序号，就可以将槽和变量对应起来
[填充符]：如果输出的内容长度小于宽度，就用填充符补全
[对齐]：< 左对齐，> 右对齐，^ 居中
[宽度]：即规定的槽的内容的长度
[,]：是否需要千分位分隔符，有则需要，无则不需要
[.精度]：有效数字位数（若后续类型为科学计数法） / 小数位数（若后续类型为普通浮点数） / 字符串最大长度（若变量内容本身即为字符串）
[类型]：整数六种：b二进制，d十进制，o八进制，x十六进制小写，X十六进制大写，cUnicode码；浮点数4种：e类科学计数法（小写），E类科学计数法（大写），f浮点数十进制，%浮点数百分数

如 "{:*>15.5}".format{strPi} 填充符号为 *，右对齐，宽度15，字符串最大长5（对字符串截取前五个字符）
如 "{0:*>15.{1}}".format(pi, effD)，输出格式化后的 \(pi\) 格式化要求为：填充符*，右对齐，宽度15，\(effD\) 位有效数字输出

该方法的简写：
f<模板字符串str>
如 "{0:*>15.{1}}".format(pi, effD)，亦可写作：
f"{pi:*>15.{effD}}"

3.3 逻辑类型及操作

3.3.1 逻辑类型

逻辑类型数据只由两个：\(True\) 和 \(False\)

3.3.2 逻辑类型运算符

逻辑二元运算有三个，分别为and or not，中文名称分别为“与”、“或”、“非”，运算优先级为 not > and > or

3.3.3 返回值为逻辑类型的运算（判断运算符）

<=：小于等于； <：小于； >：大于； >=：大于等于； ==：等于； !=：不等于
is：是； is not：不是
in：是成员； not in：不是成员
not and or

这些运算符都是判断运算符，若判断的结果为正确，则运算返回 \(True\) 值，否则返回 \(False\)

字符串的大小比较：从两个字符串的第一个字符开始，比较Unicode码大小，大者其字符串则大；若相同，则比较下一位，直到比出为止

大小比较的连写：1>2<3>5 只要有一处符号处的比较结果为假则该表达式结果即为假；全部符号比较结果皆为真，原表达式结果才为真

大小比较符在不同类型的数据之间一般不能使用，如字符串和数字不能比较（浮点数与整数除外，因为本质都是数字的类型，这个其实也很好理解）。但是等于和不等于可以用在不同类型数据之间，两个数据类型都不相同的变量，那么他们的关系肯定是不等于

3.4 混合运算中的优先级

**（乘方）
+ -（求正负数）
* / % //（乘除）
+ -（加减）
<= < > >= == != is is not in not in（判断）
not（非）
and（与）
or（或）
= %= /= //= -= += *= **=（赋值与加强赋值）