第2章认识变量与基本数学运算_Python数据科学零基础一本通-QQ阅读男生历史网

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第2章　认识变量与基本数学运算

本章摘要

2-1　用Python做计算

2-2　认识变量

2-3　认识程序的意义

2-4　认识注释的意义

2-5　Python变量与其他程序语言的差异

2-6　变量的命名原则

2-7　基本数学运算

2-8　指派运算符

2-9　Python等号的多重指定使用

2-10　删除变量

2-11　Python的断行

2-12　专题——复利计算/计算圆面积与圆周长

本章将从基本数学运算开始，一步一步讲解变量的使用与命名，接着介绍Python的算术运算。

2-1　用Python做计算

假设读者到麦当劳打工，一小时可以获得120元，如果想计算一天工作8小时，可以获得多少工资，可以用计算器执行120×8，然后得到执行结果。在Python Shell中，可以使用下列方式计算。

如果一年实际工作天数是300天，可以用下列方式计算一年所得。

如果读者一个月的花费是9000元，可以用下列方式计算一年可以存储多少钱。

上述先计算一年的花费，再用一年的收入减去一年的花费，可以得到所存储的金额。本章将一步一步推导应如何以程序思想，处理一般的运算问题。

2-2　认识变量

2-2-1　基本概念

变量是一个暂时存储数据的地方，对于2-1节的内容而言，如果时薪从120元调整到125元，想要重新计算一年可以存储多少钱，将发现所有的计算需要重新开始。为了解决这个问题，可以考虑将时薪设为一个变量，未来如果调整薪资，直接更改变量内容即可。

在Python中可以用“=”设置变量的内容，在这个实例中，建立了一个变量x，然后用下列方式设置时薪。

如果想要用Python列出时薪，可以使用print( )函数。

如果时薪从120元调整到125元，那么可以用下列方式表达。

注　在Python Shell环境，也可以直接输入变量名称，即可获得执行结果。

一个程序中是可以使用多个变量的，如果想计算一天工作8小时，一年工作300天，可以赚多少钱，假设用变量y表示一年工作所赚的钱，可以用下列方式计算。

如果每个月花费是9000元，使用变量z表示每个月的花费，可以用下列方式计算每年的花费，使用a表示每年的花费。

如果想计算每年可以存储多少钱，使用b表示每年所存储的钱，可以使用下列方式计算。

上述语句顺利地使用Python Shell计算了每年可以存储多少钱，可是上述使用Python Shell做运算潜藏的最大问题是，只要过了一段时间，我们可能忘记当初所有设置的变量是代表什么意义。因此在设计程序时，如果可以为变量取个有意义的名称，未来看到程序时，可以比较容易记得。下列是笔者重新设计的变量名称。

时薪：hourly_salary，用此变量代替x，即每小时的薪资。

年薪：annual_salary，用此变量代替y，即一年工作所赚的钱。

月支出：monthly_fee，用此变量代替z，即每个月的花费。

年支出：annual_fee，用此变量代替a，即每年的花费。

年存储：annual_savings，用此变量代替b，即每年所存储的钱。

如果现在使用上述变量重新设计程序，可以得到下列结果。

相信经过上述说明，读者应该了解变量的基本意义了。

2-2-2　认识变量的地址

Python是一种动态语言，它处理变量的过程与一般静态语言不同。对于静态语言而言，例如C、C++，当声明变量时内存就会预留空间存储此变量的内容，例如，若声明与定义x=10, y=10时，内存内容如下方左图所示。

对于Python而言，变量所使用的是参照（reference）地址的观念，设置一个变量x等于10时，Python会在内存某个地址存储10，此时我们建立的变量x好像是一个标志（tags），标志内容是存储10的内存地址。如果有另一个变量y也是10，则变量y的标志内容也是存储10的内存地址，如上方右图所示。

使用Python可以使用id( )函数获得变量的地址，可参考下列语法。

实例：列出变量的地址，相同内容的变量会有相同的地址。

2-3　认识程序的意义

延续上一节的实例，如果时薪改变、工作天数改变或每个月的花费改变，所有输入与运算都要重新开始，而且每次都要重新输入程序代码，这是一件很费劲的事，同时很可能会输入错误，为了解决这个问题，可以使用Python Shell打开一个文件，将上述运算存储在文件内，这个文件就是所谓的程序。未来有需要时，再打开重新运算即可。

程序实例ch2_1.py：使用程序计算每年可以存储多少钱，下面是整个程序设计。

执行结果

未来时薪改变、工作天数改变或每个月的花费改变时，只要适度修改变量内容，就可以获得正确的执行结果。

2-4　认识注释的意义

程序ch2_1.py中尽管已经为变量设置了有意义的名称，但时间一久，常常还是会忘记各个指令的内涵。所以笔者建议，设计程序时，应适度地为程序代码加上注释。在1-10节已经讲解了注释的方法，下面将直接以实例说明。

程序实例ch2_2.py：重新设计程序ch2_1.py，为程序代码加上注释。

执行结果　与ch2_1.py相同。

相信经过上述注释后，即使再过10年，只要一看到程序也可轻松了解整个程序的意义。

2-5　Python变量与其他程序语言的差异

许多程序语言变量在使用前需要先声明，Python对于变量的使用则是可以在需要时，再直接设置使用。有些程序语言在声明变量时，需要设置变量的数据类型，Python则不需要设置，它会针对变量值的内容自行设置数据类型。

2-6　变量的命名原则

Python对于变量的命名，在使用时有一些规则要遵守，否则会造成程序错误。

（1）必须由英文字母、_（下画线）或中文开头，建议使用英文字母。

（2）变量名称只能由英文字母、数字、_（下画线）或中文组成。

（3）英文字母大小写是敏感的，例如，Name与name被视为不同变量名称。

（4）Python系统保留字（或称关键词）不可当作变量名称，会让程序产生错误，Python内建函数名称不建议当作变量名称。

注：虽然变量名称可以用中文，不过笔者不建议使用中文，将来可能会有兼容性的问题。

下列是不可当作变量名称的Python系统保留字。

下列是不建议当作变量名称的Python系统内建函数，若是不小心将系统内建函数名称当作变量，程序本身不会错误，但是原函数功能会丧失。

实例1：下列是一些不合法的变量名称。

实例2：下列是一些合法的变量名称。

    SUM
    _fg
    x5
    总和

实例3：下列3个代表不同的变量。

    SUM
    Sum
    sum

2-7　基本数学运算

2-7-1　四则运算

Python的四则运算是指加（ + ）、减（ - ）、乘（ * ）和除（ / ）。

实例1：下列是加法与减法运算实例。

实例2：乘法与除法运算实例。

2-7-2　余数和整除

余数（mod）所使用的符号是“%”，可计算出除法运算中的余数。整除所使用的符号是“//”，是指除法运算中只保留整数部分。

实例：余数和整除运算实例。

其实在程序设计中求余数是非常有用的，例如，如果要判断数字是奇数或偶数可以用%，例如"num % 2"，如果num是奇数，所得结果是1；如果num是偶数，所得结果是0。当读者学会更多指令后，笔者会做更多的应用说明。

2-7-3　次方

次方的符号是“**”。

实例：平方、次方的运算实例。

2-7-4　Python语言控制运算的优先级

Python语言碰上计算式同时出现在一个指令内时，除了括号“( )”内部运算最优先外，其余计算优先次序如下。

（1）次方；

（2）乘法、除法、求余数（%）、求整数（//），彼此依照出现顺序运算；

（3）加法、减法，彼此依照出现顺序运算。

实例：Python语言控制运算的优先级的应用。

2-8　指派运算符

常见的指派运算符如下。

实例：指派运算符的实例说明。

2-9　Python等号的多重指定使用

使用Python时，可以一次设置多个变量等于某一数值。

实例1：设置多个变量等于某一数值的应用。

Python也允许多个变量同时指定不同的数值。

实例2：设置多个变量，每个变量有不同值。

当执行上述多重设置变量值后，甚至可以执行更改变量内容。

实例3：将两个变量内容交换。

上述原先x, y分别设为10, 20，但是经过多重设置后变为20, 10。其实可以使用多重指定更灵活地应用Python，在2-7-2节有求商和余数的实例，可以使用divmod( )函数一次获得商和余数，可参考下列实例。

上述使用了divmod（9,5）方法一次获得了元组值（1,4），第8章会介绍元组，然后使用多重指定将此元组（1,4）分别设置给x和y变量。

2-10　删除变量

程序设计时，如果某个变量不再需要，可以使用del指令将此变量删除，相当于可以收回原变量所占的内存空间，以节省内存空间。删除变量的格式如下：

    del 变量名称

实例：验证变量名称回收后，将无法再使用。此例中尝试输出已删除的变量，然后程序出现错误消息。

2-11　Python的断行

2-11-1　一行有多个语句

在Python中允许一行有多个，彼此用“;”隔开即可，尽管Python有提供此功能，不过笔者不鼓励如此撰写程序代码。

程序实例ch2_3.py：一行有多个语句的实例。

执行结果

2-11-2　将一个语句分成多行

在设计大型程序时，常会碰上一个语句很长，需要分成两行或更多行撰写，此时可以在语句后面加上“\”符号，Python解释器会将下一行的语句视为这一行的语句。特别注意，在“\”符号右边不可以加上任何符号或文字，即使是注释符号也是不允许的。

另外，也可以在语句内使用小括号，如果使用小括号，就可以在语句右边加上注释符号。

程序实例ch2_4.py：将一个语句分成多行的应用。

执行结果

2-12　专题——复利计算/计算圆面积与圆周长

2-12-1　银行存款复利的计算

程序实例ch2_5.py：银行存款复利的计算。假设目前银行年利率是1.5%，复利公式如下：

    本金和 = 本金×(1 + 年利率）ⁿ     # n是年

现有一笔5万元存款，请计算5年后的本金和。

执行结果

2-12-2　计算圆面积与周长

程序实例ch2_6.py：假设圆半径是5cm，圆面积与圆周长计算公式分别如下：

执行结果

在程序语言的设计中，有一个概念是常量（named constant），这种常量是不可更改内容的。上述计算圆面积或圆周长所使用的PI是圆周率，这是一个固定的值，由于Python语言没有提供此常量（names constant）的语法，上述程序笔者用大写PI当作常量的变量，这是一种习惯，未来读者可以用这种方式处理固定内容的变量。