详解7类Python运算符及代码举例

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运算这一概念起源于数学,即通过运算法使参与运算的元素得出确定且可重复的结果。作为计算机的核心功能,运算架构起计算机系统的逻辑体系。计算机运算并不局限于普通的数学计算,它更贴近于“逻辑推算”这一概念,其根本目的就是实现逻辑推算。

 

运算符是运算法则的具体体现。Python提供了算术运算符、赋值运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符、身份运算符和成员运算符7类运算符,从而实现了丰富多样的运算功能。

 

 

作者:李明江 张良均 周东平 张尚佳

来源:大数据DT(ID:bigdatadt)

 

详解7类Python运算符及代码举例

01 算术运算符

 

算术运算符是对运算数进行算术运算的一系列符号,能够满足一般的运算需求。Python中的算术运算符如下所示。

 

  • +:加,两个对象相加

  • -:减,得到负数或一个数减去另一个数

  • *:乘,两个数相乘或返回一个被重复若干次的字符串

  • /:除,x除以y

  • %:取模,返回除法的余数

  • **:幂,返回x的y次幂

  • //:取整除,返回商的整数部分

 

算术运算结果的数字类型与运算数的类型有关。进行除法(/)运算时,不管商为整数还是浮点数,运算结果始终为浮点数。要得到整型的商,需要用双斜杠(//)做整除,且除数必须是整型的。对于其他的运算,只要任一运算数为浮点数,运算结果就是浮点数。Python算术运算的基础使用方法如下所示。

 

num_int = 4
num_float = 4.0
print('整数与浮点数的和为:', num_int + num_float)    

#Out[1]: 整数与浮点数的和为:8.0    

print('整数与浮点数的差为:', num_int - num_float)

#Out[2]: 整数与浮点数的差为: 0.0    

print('整数与浮点数的积为:', num_int * num_float)

#Out[3]: 整数与浮点数的积为:16.0    

print('浮点数与整数的商为:', num_float / num_int)

#Out[4]: 浮点数与整数的商为:1.0    

print('浮点数对整数取模结果为:', num_float % num_int)

#Out[5]: 浮点数对整数取模结果为: 0.0    

print('浮点数的整数次幂为:', num_float ** num_int)

#Out[6]: 浮点数的整数次幂为:256.0    

02 赋值运算符

 

赋值运算符用于变量的赋值和更新。Python的赋值运算符除基础赋值运算符(=)外,还包括加法赋值运算符、减法赋值运算符等。严格地说,除基础赋值运算符外,其他都属于特殊的赋值运算符。Python中的赋值运算符如下所示。

 

  • =:赋值运算

  • +=:加法赋值运算

  • -=:减法赋值运算

  • *=:乘法赋值运算

  • /=:除法赋值运算

  • %=:取模赋值运算

  • **=:幂赋值运算

  • //=:取整除赋值运算

 

表2-2中的特殊赋值运算符可以看作变量的快速更新,更新意味着该变量是存在的,而对于一个之前不存在的变量,不能使用特殊的赋值运算符。Python赋值运算的基础使用方法如所示。

 

num_int1 = 4
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[7]: 赋值后num_int1为:4

num_int1 = 4 + 6
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[8]: 赋值后num_int1为:10

num_int1 = 4 * 2
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[9]: 赋值后num_int1为:8

num_int1 = 4 / 2
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[10]: 赋值后num_int1为:2.0

num_int1 = 4 % 2
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[11]: 赋值后num_int1为: 0

num_int1 = 4 ** 2
print('赋值后num_int1为:', num_int1)

#Out[12]: 赋值后num_int1为:16

 

03 比较运算符

 

比较运算符用于对比数之间的大小或是否相等。Python中的比较运算符如下所示。

 

  • ==:表示等于,比较对象是否相等

  • !=:表示不等于,比较两个对象是否不等

  • >:表示大于,返回x是否大于y

  • <:表示小于,返回x是否小于y。所有比较运算符返回1表示真,返回0表示假。这分别与特殊的变量True和False等价。注意,这些变量名的首字母大写

  • >=:表示大于等于,返回x是否大于等于y

  • <=:表示小于等于,返回x是否小于等于y

 

比较运算符也可用于字符之间的比较。Python中的字符使用ASCII编码,每个字符都有属于自己的ASCII码,字符比较的本质是字符ASCII码的比较。Python比较运算的基础使用方法如所示。

 

num_int = 4
num_float = 4.0
print('num_int与num_float是否相等:', num_int == num_float)

#Out[13]: num_int与num_float是否相等:True

print('num_int与num_float是否不相等:', num_int != num_float)

#Out[14]: num_int与num_float是否不等:False

print('num_int是否大于num_float:', num_int > num_float)

#Out[15]: num_int是否大于num_float:False

print('num_int是否小于num_float:', num_int < num_float)

#Out[16]: num_int是否小于num_float:False

print('num_int是否大于等于numfloat:', num_int >= num_float)

#Out[17]: num_int是否大于等于numfloat:True

print('num_int是否小于等于num_float:', num_int <= num_float)

#Out[18]: num_int是否小于等于num_float:True

 

04 逻辑运算符

 

逻辑运算即判断事物之间的“与”“或”“非”关系,Python中的逻辑运算符包含and、or、not,如下所示。

 

  • and,x and y:表示与,x为False时,“x and y”返回False,否则返回y的计算值

  • or,x or y:表示或,x为True时,“x or y”返回x的值,否则返回y的计算值

  • not,not x:表示非,x为True时,“not x”返回False,否则返回True

 

Python逻辑运算的基础使用方法如所示。

 

num_bool1 = False
num_bool2 = True
print('num_bool1 and num_bool2返回值为:', num_bool1 and num_bool2)    

#Out[19]: num_bool1 and num_bool2返回值为:False    

print('num_bool1 or num_bool2返回值为:', num_bool1 or num_bool2)

#Out[20]: num_bool1 or num_bool2返回值为:True    

print('not num_bool2的返回值为:'not (num_bool2))

#Out[21]: not num_bool2的返回值为:False    

 

05 按位运算符

 

十进制数被人们广泛使用,但对于计算机而言,二进制数反而是更重要的,计算机的一切计算都建立在二进制数计算的基础上。按位运算是一种将十进制数转为二进制数再进行运算的过程。Python中的位运算符如下所示。

 

  • &:表示按位与,参与运算的两个值相应位都为1,则该位的结果为1,否则为0

  • |:表示按位或,只要对应的两个二进制位有一个为1,结果位就为1

  • ^:表示按位异或,当两个对应的二进制位相异时,结果为1

  • ~:表示按位取反,对每个二进制位取反,把1变为0,把0变为1。~x类似于-x-1

  • <<:表示左移,二进制位左移,由“<<”右边的数指定移动位数,高位丢弃,低位补0

  • >>:表示右移,“>>”左边运算数的二进制位全部右移,“>>”右边的数指定移动的位数

 

Python按位运算的基础使用方法如所示。

 

num_int1 = 15  # 15 = 00001111
num_int2 = 23  # 23 = 00010111
# 按位与,num_int1 & num_int2 = 00000111
print('num_int1按位与num_int2结果为:', num_int1 & num_int2)

#Out[22]: num_int1按位与num_int2结果为:7

# 按位或,num_int1 | num_int2 = 00011111
print('num_int1按位或num_int2结果为:', num_int1 | num_int2)

#Out[23]: num_int1按位或num_int2结果为:31    

# 按位异或,num_int1 ^ num_int2 = 00011000
print('num_int1按位异或num_int2结果为:', num_int1 ^ num_int2)

#Out[24]: num_int1按位异或num_int2结果为:24

# 按位取反,~ num_int1 = 11110000
print('num_int1按位取反结果为:', ~ num_int1)

#Out[25]: num_int1按位取反结果为: -16

# 左移动两位,num_int1 << 2 = 00111100
print('num_int1左移动两位结果为:', num_int1 << 2)

#Out[26]: num_int1左移动两位结果为:60

# 右移动两位,num_int1 >> 2 = 00000011
print('num_int1右移动两位结果为:', num_int1 >> 2)

#Out[27]: num_int1右移动两位结果为:3

 

在按位运算中,取反运算较难理解,因为涉及补码的计算。

 

十进制数的二进制原码包括符号位和二进制值。以“60”为例,其二进制原码为“00111100”,第1位为符号位,0代表正数,1则代表负数。正数的补码与二进制原码相同,负数的补码则为二进制原码符号位保持不变,其余各位取反后再在最后一位上加1。

 

取反操作可以总结为以下5个步骤。

 

  1. 取十进制数的二进制原码。

  2. 对原码取补码。

  3. 补码取反(得到最终结果的补码)。

  4. 取反结果再取补码(得到最终结果的原码)。

  5. 二进制原码转十进制数。

 

06 身份运算符

 

身份运算符用于比较两个对象的储存单位,如下所示。

 

  • is:is用于判断两个对象的储存单位是否相同

  • is not:is not用于判断两个对象的储存单位是否不同

 

Python身份运算的基础使用方法如所示。

 

num_int1 = 15
num_int3 = 15
print('num_int1与num_int3储存单位是否相同:', num_int1 is num_int3)

#Out[28]: num_int1与num_int3储存单位是否相同:True

num_int2 = 15.0
print('num_int1与num_int2储存单位是否相同:', num_int1 is num_int2)

#Out[29]: num_int1与num_int2储存单位是否相同:False

# 如果储存单位相同就返回True,否则返回False
print('num_int1与num_int3储存单位是否不同:', num_int1 is not num_int3)

#Out[30]: num_int1与num_int3储存单位是否不同:False

print('num_int1与num_int2储存单位是否不同:', num_int1 is not num_int2)

#Out[31]: num_int1与num_int2储存单位是否不同:True

 

在身份运算中,内存地址相同的两个变量进行is运算时,返回True;内存地址不同的两个变量进行is not运算时,返回True。当a、b获取到一样的值时,两个变量就获取同样的内存地址。

 

07 成员运算符

 

成员运算符的作用是判断某个指定值是否存在某一序列中,包括字符串、列表和元组,如下所示。

 

  • in:如果在指定序列中找到指定值,返回True,否则返回False

  • not in:如果在指定序列中没找到指定值,返回True,否则返回False

 

Python成员运算的基础使用方法如所示。

 

num_int1 = 15
list2 = [1'apple'15]

print('num_int1是否在list2中:', num_int1 in list2)

#Out[32]: num_int1是否在list2中:True

array = ('orange'615)
print('num_int1是否不在array中:', num_int1 not in array)

#Out[33]: num_int1是否不在array中:False

08 运算符优先级

 

在Python中,运算符操作很常见,运算通常以表达式的形式进行。表达式由运算符和运算数组成,比如“1+2”就是一个表达式,其中的“+”是运算符,“1”和“2”则是运算数。一个表达式往往包含不止一个运算符,当一个表达式中存在多个运算符时,就需要考虑运算的顺序,即运算符的优先级。

 

运算符的优先级如下所示,优先级从上往下依次降低,同一优先级的运算符按从左到右的顺序进行运算。

 

  1. **:指数(最高优先级)

  2. ~ + -:按位翻转,一元加号和减号(最后两个的方法名为+@和-@)

  3. * / % //:乘、除、取模和取整除

  4. + -:加法、减法

  5. >> <<:右移、左移运算符

  6. &:位“AND”

  7. ^ |:位运算符

  8. <= < > >=:比较运算符

  9. <> == !=:等于运算符

  10. = %= /= //= -= += *= **=:赋值运算符

  11. is is not:身份运算符

  12. in not in:成员运算符

  13. and or not:逻辑运算符

 

运算符优先级的基础使用方法如所示。

 

# 先执行乘除法运算,再执行加减法运算
print('num_float + num_int1 / num_int3 =', num_float + num_int1 / num_int3)
#Out[34]: num_float + num_int1 / num_int3 = 5.0

# 先执行加减法运算,再执行比较运算
print('num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3:',
num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3)

#Out[35]: num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3:False

# 先执行加减法运算,再做身份判断
print('num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1:',
num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1)

#Out[36]: num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1:True

# 先执行指数运算,再执行减法运算,最后做身份判断
print('num_float ** 2 - 1 is not num_int2:',
num_float ** 2 - 1 is not num_int2)

#Out[37]: num_float ** 2 - 1 is not num_int2:True

 

关于作者:李明江,资深大数据专家,贵州省计算机学会常务理事,黔南州大数据专家委员会委员,黔南州计算机学会会长,黔南州教育信息化建设专家库专家,黔南民族师范学院计算机与信息学院院长,全国高校大数据教育联盟理事。
张良均,资深大数据挖掘与分析专家、模式识别专家、AI技术专家。有10余年大数据挖掘与分析经验,擅长Python、R、Hadoop、Matlab等技术实现的数据挖掘与分析,对机器学习等AI技术驱动的数据分析也有深入研究。
 
本文摘编自Python3智能数据分析快速入门,经出版方授权发布。

 

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原文始发于微信公众号(大数据):详解7类Python运算符及代码举例

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