人工智能之编程基础 Python 入门
第五章 基础数据类型（一）
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前言
本章节讲述python的基础数据类型，python的基础数据类型主要包括以下
-
不可变数据（3 个）：Number（数字）、String（字符串）、Tuple（元组）；
-
可变数据（3 个）：List（列表）、Dictionary（字典）、Set（集合）。
Number（数字）
number（数字）类型用于表示数值数据。Python 提供了多种内置的数字类型，主要包括：
1. 整数 (int)
int 类型用于表示整数，可以是正数、负数或零。Python 3 的 int 类型没有大小限制（仅受限于可用内存），因此可以处理非常大的整数。
特点：
- 无大小限制
- 可以用十进制、二进制、八进制或十六进制表示
示例：
# 十进制 x = 42 y = -17 z = 0 # 二进制 (以 0b 或 0B 开头) binary_num = 0b1010 # 等于十进制的 10 # 八进制 (以 0o 或 0O 开头) octal_num = 0o17 # 等于十进制的 15 # 十六进制 (以 0x 或 0X 开头) hex_num = 0xFF # 等于十进制的 255 # 大整数 big_num = 123456789012345678901234567890 print(type(big_num)) # <class 'int'> 2. 浮点数 (float)
float 类型用于表示带有小数点的数字（实数）。它们遵循 IEEE 754 双精度浮点数标准，通常有大约 17 位有效数字。
特点：
- 有精度限制
- 可能存在浮点数精度问题
- 可以用科学计数法表示
示例：
# 普通浮点数 pi = 3.14159 temperature = -12.5 price = 9.99 # 科学计数法 scientific = 1.5e-3 # 等于 0.0015 large_float = 2.5e8 # 等于 250000000.0 # 浮点数精度问题示例 print(0.1 + 0.2) # 输出: 0.30000000000000004 print(0.1 + 0.2 == 0.3) # 输出: False # 使用 decimal 模块解决精度问题 from decimal import Decimal print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2') == Decimal('0.3')) # True 3. 复数 (complex)
complex 类型用于表示复数，形式为 a + bj，其中 a 是实部，b 是虚部，j 表示虚数单位（√-1）。
特点：
- 实部和虚部都是浮点数
- 可以通过
.real和.imag属性访问实部和虚部
示例：
# 复数 z1 = 3 + 4j z2 = -2.5 + 1.7j z3 = 5j # 只有虚部 z4 = 3.0 + 0j # 只有实部 # 访问实部和虚部 print(z1.real) # 3.0 print(z1.imag) # 4.0 # 复数运算 z_sum = z1 + z2 print(z_sum) # (0.5+5.7j) # 获取模长 import cmath print(abs(z1)) # 5.0 print(cmath.phase(z1)) # 获取相位 4. 布尔值 (bool)
虽然 bool 类型通常被视为逻辑类型，但在 Python 中它是 int 的子类。True 和 False 分别等价于整数 1 和 0。
示例：
# 布尔值 is_active = True is_done = False # 布尔值是 int 的子类 print(isinstance(True, int)) # True print(True + 1) # 2 print(False * 10) # 0 # 在条件语句中的使用 if True: print("这总是会执行") if 1: print("非零数值被视为 True") 5. 数字类型的转换
Python 提供了内置函数在不同数字类型之间进行转换。
转换函数：
# int() - 转换为整数 print(int(3.7)) # 3 (向零取整) print(int("42")) # 42 print(int(True)) # 1 # float() - 转换为浮点数 print(float(42)) # 42.0 print(float("3.14")) # 3.14 print(float(True)) # 1.0 # complex() - 转换为复数 print(complex(3, 4)) # (3+4j) print(complex("2+3j")) # (2+3j) 6. 数字类型的检查和操作
# 检查类型 x = 42 y = 3.14 z = 2 + 3j print(type(x)) # <class 'int'> print(type(y)) # <class 'float'> print(type(z)) # <class 'complex'> # isinstance() 检查 print(isinstance(x, int)) # True print(isinstance(y, float)) # True print(isinstance(z, complex)) # True # 常用数学运算 a, b = 10, 3 print(a + b) # 13 print(a - b) # 7 print(a * b) # 30 print(a / b) # 3.333... (结果总是 float) print(a // b) # 3 (整除) print(a % b) # 1 (取余) print(a ** b) # 1000 (幂运算) 7. 内置数学函数
Python 提供了许多内置的数学函数：
# 基本数学函数 print(abs(-5)) # 5 print(round(3.14159, 2)) # 3.14 print(pow(2, 3)) # 8 print(max(1, 5, 3)) # 5 print(min(1, 5, 3)) # 1 # 需要导入 math 模块 import math print(math.pi) # 3.141592653589793 print(math.e) # 2.718281828459045 print(math.sqrt(16)) # 4.0 print(math.floor(3.7)) # 3 print(math.ceil(3.2)) # 4 print(math.log(10)) # 自然对数 print(math.log10(100)) # 以10为底的对数 String（字符串）
字符串（String） 在python中是一种用于表示文本数据的基本数据类型。字符串是由一系列字符组成的不可变序列。
1. 字符串的创建
Python 中有多种方式创建字符串：
# 使用单引号 s1 = 'Hello World' # 使用双引号 s2 = "Hello World" # 使用三重引号（可以跨行） s3 = """这是一个 多行字符串""" s4 = '''也可以 这样写''' # 空字符串 empty_str = "" 注意：单引号和双引号功能相同，选择一种风格并保持一致。三重引号常用于文档字符串（docstring）或多行文本。
2. 字符串的特性
- 不可变性（Immutable）：字符串一旦创建就不能被修改。任何“修改”操作实际上都会创建一个新的字符串对象。
- 有序性（Ordered）：字符串中的字符有固定的顺序，可以通过索引访问。
- 可迭代（Iterable）：可以使用
for循环遍历字符串中的每个字符。
3. 字符串索引与切片
索引（Indexing）
text = "Python" print(text[0]) # P (第一个字符) print(text[-1]) # n (最后一个字符) print(text[5]) # n 切片（Slicing）
语法：string[start:end:step]
text = "Hello World" # 基本切片 print(text[0:5]) # Hello (索引0到4) print(text[6:]) # World (从索引6到末尾) print(text[:5]) # Hello (从开头到索引4) # 步长 print(text[::2]) # HloWrd (每隔一个字符) print(text[::-1]) # dlroW olleH (反转字符串) # 负索引切片 print(text[-5:]) # World 4. 字符串的常用操作
拼接（Concatenation）
# 使用 + 操作符 greeting = "Hello" + " " + "World" # 使用 join() 方法（推荐，效率更高） words = ["Hello", "Beautiful", "World"] sentence = " ".join(words) # "Hello Beautiful World" 重复
repeat = "Ha" * 3 # "HaHaHa" 长度
length = len("Python") # 6 5. 常用字符串方法
Python 提供了丰富的内置方法来操作字符串：
text = " Hello World " # 大小写转换 print(text.upper()) # " HELLO WORLD " print(text.lower()) # " hello world " print(text.capitalize()) # " hello world " -> " hello world " (首字母大写) print(text.title()) # " Hello World " # 去除空白 print(text.strip()) # "Hello World" print(text.lstrip()) # "Hello World " (左) print(text.rstrip()) # " Hello World" (右) # 查找与替换 print(text.find("World")) # 8 (找到的索引，未找到返回-1) print(text.replace("World", "Python")) # " Hello Python " # 判断方法 print("Hello".isalpha()) # True (是否全是字母) print("123".isdigit()) # True (是否全是数字) print("hello".startswith("he")) # True print("world".endswith("ld")) # True # 分割与合并 sentence = "apple,banana,orange" fruits = sentence.split(",") # ['apple', 'banana', 'orange'] joined = "-".join(["a", "b", "c"]) # "a-b-c" 6. 字符串格式化
1. f-string（推荐，Python 3.6+）
name = "Alice" age = 25 message = f"我的名字是 {name}，今年 {age} 岁。" print(message) # 我的名字是 Alice，今年 25 岁。 2. .format() 方法
message = "我的名字是 {}，今年 {} 岁。".format(name, age) message = "我的名字是 {n}，今年 {a} 岁。".format(n=name, a=age) 3. % 格式化（较老的方式）
message = "我的名字是 %s，今年 %d 岁。" % (name, age) 7. 转义字符
使用反斜杠 来表示特殊字符：
| 转义字符 | 含义 |
|---|---|
\ |
反斜杠 |
' |
单引号 |
" |
双引号 |
n |
换行 |
t |
制表符 |
r |
回车 |
print("HellonWorld") # 换行 print("He said: "Hello"") # He said: "Hello" print("C:\Users\Name") # 路径 原始字符串（Raw String）：在字符串前加 r，忽略转义字符。
path = r"C:UsersNameDocuments" # 不需要双写反斜杠 8. 字符串的不可变性示例
text = "Hello" # text[0] = "h" # ❌ 错误！字符串不可变 # 正确的做法是创建新字符串 new_text = "h" + text[1:] # "hello" 9. 实用技巧
遍历字符串
for char in "Python": print(char) 检查子字符串
if "hello" in "hello world": print("找到了！") 统计字符
text = "hello" print(text.count("l")) # 2 Tuple（元组）
在 Python 中，元组（Tuple） 是一种有序、不可变的序列数据类型。它与列表（List）非常相似，但最大的区别在于一旦创建，元组的内容不能被修改。
1. 元组的创建
元组可以通过以下几种方式创建：
# 使用圆括号 () t1 = (1, 2, 3, 4, 5) t2 = ("apple", "banana", "cherry") t3 = (1, "hello", 3.14, True) # 单个元素的元组需要加逗号 single = (42,) # 注意逗号，否则会被当作普通括号 print(type(single)) # <class 'tuple'> # 省略括号（但不推荐，可读性差） t4 = 1, 2, 3 print(type(t4)) # <class 'tuple'> # 空元组 empty_tuple = () # 使用 tuple() 构造函数 t5 = tuple([1, 2, 3]) # 从列表创建 t6 = tuple("hello") # 从字符串创建 -> ('h', 'e', 'l', 'l', 'o') 2. 元组的特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 有序（Ordered） | 元素有固定的顺序，可以通过索引访问 |
| 不可变（Immutable） | 一旦创建，不能添加、删除或修改元素 |
| 可重复（Allow Duplicates） | 可以包含重复的元素 |
| 可哈希（Hashable） | 如果元组中的所有元素都是不可变的，那么元组本身是可哈希的，可以用作字典的键或集合的元素 |
3. 元组的访问
索引（Indexing）
t = (10, 20, 30, 40, 50) print(t[0]) # 10 print(t[-1]) # 50 (最后一个) 切片（Slicing）
print(t[1:4]) # (20, 30, 40) print(t[::2]) # (10, 30, 50) print(t[::-1]) # (50, 40, 30, 20, 10) 反转 4. 元组的操作
拼接（Concatenation）
t1 = (1, 2) t2 = (3, 4) t3 = t1 + t2 # (1, 2, 3, 4) 重复
t = (1, 2) * 3 # (1, 2, 1, 2, 1, 2) 成员检查
if 2 in t: print("2 在元组中") 长度
length = len(t) # 获取元组长度 5. 元组的常用方法
由于元组不可变，它的方法很少：
t = (1, 2, 3, 2, 4, 2) # count() - 统计某个元素出现的次数 print(t.count(2)) # 3 # index() - 查找元素第一次出现的索引 print(t.index(3)) # 2 # print(t.index(99)) # ValueError: tuple.index(x): x not in tuple 6. 元组的解包（Unpacking）
元组解包是 Python 中非常强大和常用的功能。
# 基本解包 coordinates = (3, 4) x, y = coordinates print(x, y) # 3 4 # 函数返回多个值 def get_name_age(): return "Alice", 25 name, age = get_name_age() # 忽略某些值 data = (1, 2, 3, 4, 5) a, b, *rest = data # a=1, b=2, rest=[3,4,5] print(rest) # [3, 4, 5] # 只取首尾 first, *middle, last = (1, 2, 3, 4, 5) print(first, middle, last) # 1 [2, 3, 4] 5 7. 元组的应用场景
- 作为字典的键
# ✅ 元组可以作为字典的键 locations = { (0, 0): "原点", (3, 4): "点A", (-1, 2): "点B" } - 函数返回多个值
def min_max(numbers): return min(numbers), max(numbers) minimum, maximum = min_max([1, 2, 3, 4, 5]) - 数据保护
# 防止意外修改 days_of_week = ("Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday") # days_of_week[0] = "Mon" # ❌ 会报错，保护数据 - 格式化字符串
print("坐标: %d, %d" % (3, 4)) 8. 注意事项
- 不可变性是浅层的：如果元组包含可变对象（如列表），那么该对象的内容仍然可以被修改。
t = (1, [2, 3], 4) t[1].append(5) # ✅ 允许，因为修改的是列表 print(t) # (1, [2, 3, 5], 4) # t[1] = [2, 3, 4] # ❌ 不允许，因为要替换元组元素 总结
本文主要对python的基本数据类型中的不可变数据类型进行相关的学习，下章节针对可变数据类型继续相关的学习。希望大家一起努力学习，掌握基础才能更深的灵活运用后期的人工智能的实践工作。
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