運算這一概念起源於數學,即通過運算法使參與運算的元素得出確定且可重複的結果。
作為計算機的核心功能,運算架構起計算機系統的邏輯體系。
計算機運算並不侷限於普通的數學計算,它更貼近於“邏輯推算”這一概念,其根本目的就是實現邏輯推算。
運算符是運算法則的具體體現。
Python提供了算術運算符、賦值運算符、比較運算符、邏輯運算符、位運算符、身份運算符和成員運算符7類運算符,從而實現了豐富多樣的運算功能。
01 算術運算符
算術運算符是對運算數進行算術運算的一系列符號,能夠滿足一般的運算需求。
Python中的算術運算符如下所示。
+:加,兩個對象相加
-:減,得到負數或一個數減去另一個數
*:乘,兩個數相乘或返回一個被重複若干次的字符串
/:除,x除以y
%:取模,返回除法的餘數
**:冪,返回x的y次冪
//:取整除,返回商的整數部分
算術運算結果的數字類型與運算數的類型有關。
進行除法(/)運算時,不管商為整數還是浮點數,運算結果始終為浮點數。
要得到整型的商,需要用雙斜槓(//)做整除,且除數必須是整型的。
對於其他的運算,只要任一運算數為浮點數,運算結果就是浮點數。
Python算術運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int = 4
2. num_float = 4.0
3. print('整數與浮點數的和為:', num_int + num_float)
4. #Out[1]: 整數與浮點數的和為:8.0
5. print('整數與浮點數的差為:', num_int - num_float)
6. #Out[2]: 整數與浮點數的差為: 0.0
7. print('整數與浮點數的積為:', num_int * num_float)
8. #Out[3]: 整數與浮點數的積為:16.0
9. print('浮點數與整數的商為:', num_float / num_int)
10. #Out[4]: 浮點數與整數的商為:1.0
11. print('浮點數對整數取模結果為:', num_float % num_int)
12. #Out[5]: 浮點數對整數取模結果為: 0.0
13. print('浮點數的整數次冪為:', num_float ** num_int)
14. #Out[6]: 浮點數的整數次冪為:256.0 /<code>
02 賦值運算符
賦值運算符用於變量的賦值和更新。
Python的賦值運算符除基礎賦值運算符(=)外,還包括加法賦值運算符、減法賦值運算符等。
嚴格地說,除基礎賦值運算符外,其他都屬於特殊的賦值運算符。Python中的賦值運算符如下所示。
=:賦值運算
+=:加法賦值運算
-=:減法賦值運算
*=:乘法賦值運算
/=:除法賦值運算
%=:取模賦值運算
**=:冪賦值運算
//=:取整除賦值運算
表2-2中的特殊賦值運算符可以看作變量的快速更新,更新意味著該變量是存在的.
而對於一個之前不存在的變量,不能使用特殊的賦值運算符。
Python賦值運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int1 = 4
2. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
3. #Out[7]: 賦值後num_int1為:4
4. num_int1 = 4 + 6
5. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
6. #Out[8]: 賦值後num_int1為:10
7. num_int1 = 4 * 2
8. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
9. #Out[9]: 賦值後num_int1為:8
10. num_int1 = 4 / 2
11. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
12. #Out[10]: 賦值後num_int1為:2.0
13. num_int1 = 4 % 2
14. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
15. #Out[11]: 賦值後num_int1為: 0
16. num_int1 = 4 ** 2
17. print('賦值後num_int1為:', num_int1)
18. #Out[12]: 賦值後num_int1為:16 /<code>
03 比較運算符
比較運算符用於對比數之間的大小或是否相等。
Python中的比較運算符如下所示。
<code>* ==:表示等於,比較對象是否相等
* !=:表示不等於,比較兩個對象是否不等
* >:表示大於,返回x是否大於y
* * >=:表示大於等於,返回x是否大於等於y
* <=:表示小於等於,返回x是否小於等於y/<code>
比較運算符也可用於字符之間的比較。
Python中的字符使用ASCII編碼,每個字符都有屬於自己的ASCII碼,字符比較的本質是字符ASCII碼的比較。
Python比較運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int = 4
2. num_float = 4.0
3. print('num_int與num_float是否相等:', num_int == num_float)
4. #Out[13]: num_int與num_float是否相等:True
5. print('num_int與num_float是否不相等:', num_int != num_float)
6. #Out[14]: num_int與num_float是否不等:False
7. print('num_int是否大於num_float:', num_int > num_float)
8. #Out[15]: num_int是否大於num_float:False
9. print('num_int是否小於num_float:', num_int < num_float)
10. #Out[16]: num_int是否小於num_float:False
11. print('num_int是否大於等於numfloat:', num_int >= num_float)
12. #Out[17]: num_int是否大於等於numfloat:True
13. print('num_int是否小於等於num_float:', num_int <= num_float)
14. #Out[18]: num_int是否小於等於num_float:True /<code>
04 邏輯運算符
邏輯運算即判斷事物之間的“與”“或”“非”關係,Python中的邏輯運算符包含and、or、not,如下所示:
and,x and y:表示與,x為False時,“x and y”返回False,否則返回y的計算值
or,x or y:表示或,x為True時,“x or y”返回x的值,否則返回y的計算值
not,not x:表示非,x為True時,“not x”返回False,否則返回True
Python邏輯運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_bool1 = False
2. num_bool2 = True
3. print('num_bool1 and num_bool2返回值為:', num_bool1 and num_bool2)
4. #Out[19]: num_bool1 and num_bool2返回值為:False
5. print('num_bool1 or num_bool2返回值為:', num_bool1 or num_bool2)
6. #Out[20]: num_bool1 or num_bool2返回值為:True
7. print('not num_bool2的返回值為:', not (num_bool2))
8. #Out[21]: not num_bool2的返回值為:False /<code>
05 按位運算符
十進制數被人們廣泛使用,但對於計算機而言,二進制數反而是更重要的,計算機的一切計算都建立在二進制數計算的基礎上。
按位運算是一種將十進制數轉為二進制數再進行運算的過程。
Python中的位運算符如下所示。
<code>* &:表示按位與,參與運算的兩個值相應位都為1,則該位的結果為1,否則為0
* |:表示按位或,只要對應的兩個二進制位有一個為1,結果位就為1
* ^:表示按位異或,當兩個對應的二進制位相異時,結果為1
* ~:表示按位取反,對每個二進制位取反,把1變為0,把0變為1。~x類似於-x-1
* <* >>:表示右移,“>>”左邊運算數的二進制位全部右移,“>>”右邊的數指定移動的位數/<code>
Python按位運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int1 = 15 # 15 = 00001111
2. num_int2 = 23 # 23 = 00010111
3. # 按位與,num_int1 & num_int2 = 00000111
4. print('num_int1按位與num_int2結果為:', num_int1 & num_int2)
5. #Out[22]: num_int1按位與num_int2結果為:7
6. # 按位或,num_int1 | num_int2 = 00011111
7. print('num_int1按位或num_int2結果為:', num_int1 | num_int2)
8. #Out[23]: num_int1按位或num_int2結果為:31
9. # 按位異或,num_int1 ^ num_int2 = 00011000
10. print('num_int1按位異或num_int2結果為:', num_int1 ^ num_int2)
11. #Out[24]: num_int1按位異或num_int2結果為:24
12. # 按位取反,~ num_int1 = 11110000
13. print('num_int1按位取反結果為:', ~ num_int1)
14. #Out[25]: num_int1按位取反結果為: -16
15. # 左移動兩位,num_int1 << 22 = 00111100
16. print('num_int1左移動兩位結果為:', num_int1 << 2)
17. #Out[26]: num_int1左移動兩位結果為:60
18. # 右移動兩位,num_int1 >> 2 = 00000011
19. print('num_int1右移動兩位結果為:', num_int1 >> 2)
20. #Out[27]: num_int1右移動兩位結果為:3 /<code>
在按位運算中,取反運算較難理解,因為涉及補碼的計算。
十進制數的二進制原碼包括符號位和二進制值。
以“60”為例,其二進制原碼為“00111100”,第1位為符號位,0代表正數,1則代表負數。
正數的補碼與二進制原碼相同,負數的補碼則為二進制原碼符號位保持不變,其餘各位取反後再在最後一位上加1。
取反操作可以總結為以下5個步驟。
取十進制數的二進制原碼。
對原碼取補碼。
補碼取反(得到最終結果的補碼)。
取反結果再取補碼(得到最終結果的原碼)。
二進制原碼轉十進制數。
06 身份運算符
身份運算符用於比較兩個對象的儲存單位,如下所示。
- is:is用於判斷兩個對象的儲存單位是否相同
- is not:is not用於判斷兩個對象的儲存單位是否不同
Python身份運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int1 = 15
2. num_int3 = 15
3. print('num_int1與num_int3儲存單位是否相同:', num_int1 is num_int3)
4. #Out[28]: num_int1與num_int3儲存單位是否相同:True
5. num_int2 = 15.0
6. print('num_int1與num_int2儲存單位是否相同:', num_int1 is num_int2)
7. #Out[29]: num_int1與num_int2儲存單位是否相同:False
8. # 如果儲存單位相同就返回True,否則返回False
9. print('num_int1與num_int3儲存單位是否不同:', num_int1 is not num_int3)
10. #Out[30]: num_int1與num_int3儲存單位是否不同:False
11. print('num_int1與num_int2儲存單位是否不同:', num_int1 is not num_int2)
12. #Out[31]: num_int1與num_int2儲存單位是否不同:True /<code>
在身份運算中,內存地址相同的兩個變量進行is運算時,返回True;
內存地址不同的兩個變量進行is not運算時,返回True。
當a、b獲取到一樣的值時,
兩個變量就獲取同樣的內存地址。
07 成員運算符
成員運算符的作用是判斷某個指定值是否存在某一序列中,包括字符串、列表和元組,如下所示。
- in:如果在指定序列中找到指定值,返回True,否則返回False
- not in:如果在指定序列中沒找到指定值,返回True,否則返回False
Python成員運算的基礎使用方法如下所示。
<code>1. num_int1 = 15
2. list2 = [1, 'apple', 15]
3. print('num_int1是否在list2中:', num_int1 in list2)
4. #Out[32]: num_int1是否在list2中:True
5. array = ('orange', 6, 15)
6. print('num_int1是否不在array中:', num_int1 not in array)
7. #Out[33]: num_int1是否不在array中:False /<code>
08 運算符優先級
在Python中,運算符操作很常見,運算通常以表達式的形式進行。
表達式由運算符和運算數組成,比如“1+2”就是一個表達式,其中的“+”是運算符,“1”和“2”則是運算數。
一個表達式往往包含不止一個運算符,當一個表達式中存在多個運算符時,就需要考慮運算的順序,即運算符的優先級。
運算符的優先級如下所示,優先級從上往下依次降低,同一優先級的運算符按從左到右的順序進行運算。
<code>1. **:指數(最高優先級)
2. ~ + -:按位翻轉,一元加號和減號(最後兩個的方法名為+@和-@)
3. * / % //:乘、除、取模和取整除
4. + -:加法、減法
5. >> <6. &:位“AND”
7. ^ |:位運算符
8. <= < > >=:比較運算符
9. <> == !=:等於運算符
10. = %= /= //= -= += *= **=:賦值運算符
11. is is not:身份運算符
12. in not in:成員運算符
13. and or not:邏輯運算符/<code>
運算符優先級的基礎使用方法如下所示。
<code>1. # 先執行乘除法運算,再執行加減法運算
2. print('num_float + num_int1 / num_int3 =', num_float + num_int1 / num_int3)
3. #Out[34]: num_float + num_int1 / num_int3 = 5.0
4. # 先執行加減法運算,再執行比較運算
5. print('num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3:',
6. num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3)
7. #Out[35]: num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3:False
8. # 先執行加減法運算,再做身份判斷
9. print('num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1:',
10. num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1)
11. #Out[36]: num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1:True
12. # 先執行指數運算,再執行減法運算,最後做身份判斷
13. print('num_float ** 2 - 1 is not num_int2:',
14. num_float ** 2 - 1 is not num_int2)
15. #Out[37]: num_float ** 2 - 1 is not num_int2:True /<code>
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