Python程序设计基础及应用（微课版）课件 -第4章 数值和字符串

Python程序设计基础及应用《Python程序设计基础及应用》配套课件第四章：数值和字符串Python程序设计基础及应用目录4.1数值类型4.2字符串4.3案例实战Python程序设计基础及应用4.1数值类型Python程序设计基础及应用1.数值类型概述▍数值类型定义数值类型是专门用于表示和处理数字的基础数据类型。▍主要特点类型丰富

内置多种数字类型以满足不同场景的需求：整型(int)、布尔型(bool)、浮点型(float)以及复数型(complex)。每种类型都有其特定的存储方式和适用范围。无符号本质特性

Python中的数字对象本身并不带有“正负号”属性。代码中的负号（如-5），本质上是一元减法运算符作用于正数的结果，而非数字本身的属性。原子性（不可分割）

数值类型的对象是“原子性”的，即它只能存储单一的、不可再分的数值。无法像列表、字典等容器类型那样，在一个对象内部存储多个独立的元素。Python程序设计基础及应用2.整型(int)▍定义Python中用于表示整数的内置数据类型，可以表示正数、负数或零，例如：5,-18,0等。它是编程中最基础、最常用的数据类型之一。▍特点任意大小

支持表示任意精度的整数。数值的大小仅受限于计算机的物理内存资源，完全没有“整数溢出”的风险，非常适合金融计算、大整数运算等场景。多进制原生支持

除了默认的十进制，还支持直接二进制、八进制和十六进制的字面量。如二进制：0b1010，八进制：0o12，十六进制：0x1A增强可读性

对于位数较多的超大整数，允许在数字中间使用下划线“_”作为千位分隔符，提升阅读体验。解释器在处理时会自动忽略下划线，不影响数值本身。例如：888_888_888等价于888888888。Python程序设计基础及应用2.整型(int)#代码清单：使用整型(int)#不同进制表示decimal_num=1234 #十进制整数(默认)binary_num=0b1010 #二进制(0b前缀)->等于10octal_num=0o12 #八进制(0o前缀)->等于10hex_num=0xA #十六进制(0x前缀)->等于10#正负号与可读性增强a=100 #正数b=-100 #负数(-为一元运算符)c=8888_888_888_888_888_888 #使用下划线分组数字，提升可读性#无限精度(Python独有优势)d=c**5 #支持任意大小整数，无溢出限制，仅受内存限制Python程序设计基础及应用2.整型(int)Python提供了一组直观、强大的内置函数，帮助开发者快速实现进制转换，无需手动计算。转换为二进制：bin(x)将整数x转换为以0b为前缀的二进制字符串。例如：bin(10)结果为'0b1010'。转换为八进制：oct(x)将整数x转换为以0o为前缀的八进制字符串。例如：oct(10)结果为'0o12'。转换为十六进制：hex(x)将整数x转换为以0x为前缀的十六进制字符串。例如：hex(10)结果为'0xa'。万能进制转换：int(s,base)将字符串s按照base指定的进制（范围2-36）解析为十进制整数。它是逆向转换的核心函数，能处理任意进制的数值字符串。例如：int('1010',2)结果为整数10。#代码清单：不同进制之间转换#十进制转其他进制(使用内置函数转换为字符串表示)decimal_to_binary=bin(10) #结果:'0b1010'(二进制前缀0b)decimal_to_octal=oct(10) #结果:'0o12'(八进制前缀0o)decimal_to_hex=hex(10) #结果:'0xa'(十六进制前缀0x)#其他进制转十进制(使用int()函数，指定基数)binary_to_decimal=int('0b1010',2) #结果:10(第二个参数指定输入是二进制)octal_to_decimal=int('0o12',8) #结果:10(第二个参数指定输入是八进制)hex_to_decimal=int('0xa',16) #结果:10(第二个参数指定输入是十六进制)Python程序设计基础及应用2.整型(int)Python程序设计基础及应用3.浮点型(float)▍定义用于表示包含小数部分的实数，是编程中处理小数数值的基础数据类型。▍表示方法小数形式：0.1,3.14,123.456（包含小数点的常规写法）科学计数法：1.609E-19,2.998E8（E/e代表底数10，如1.609E-19等价于1.609×10⁻¹⁹）▍浮点数精度陷阱受计算机二进制存储原理限制，十进制小数无法被精确表示，计算时会产生微小的舍入误差。例如：计算0.1+0.2的结果并非严格等于0.3，而是0.30000000000000004禁止直接使用比较运算符“==”比较两个浮点数是否相等。推荐使用Python标准库中的math.isclose(a,b)函数，判断两数值差是否在允许的误差范围内。Python程序设计基础及应用Python程序设计基础及应用3.浮点型(float)Python程序设计基础及应用#代码清单：使用浮点型与精度陷阱a=0.1+0.2 #注意：结果并非精确的0.3print(a) #实际输出：0.30000000000000004b=-1.609E-19 #科学计数法表示极小值cd=3.14_15_93 #数字中使用下划线分隔，增强可读性(Python3.6+)❓为什么0.1+0.2≠0.3？这是因为浮点数在计算机中是以二进制形式存储的。像十进制的0.1和0.2，在转换为二进制时，实际上是无限循环的小数。计算机无法存储无限长的数字，只能截取近似值（舍入处理）。这些微小的近似误差在运算时累积，最终导致结果与我们直觉上的十进制计算不同。Python程序设计基础及应用3.浮点型(float)▍避坑指南：避免直接使用==比较浮点数由于计算机二进制存储浮点数的精度限制，看似相等的浮点数（如0.1+0.2与0.3）在内存中的实际存储值可能存在微小差异。直接使用双等号`==`进行严格比较，极易导致逻辑错误。▍推荐方案：使用math.isclose()函数Python的`math`模块提供了`isclose()`函数，它会设定一个极小的可接受容差范围（epsilon），只要两个浮点数的差值在这个范围内，就判定为“相等”，能有效规避精度陷阱。▍代码验证示例importmathb=0.1+0.2print(b==0.3) #输出：False，直接比较失败，精度误差问题print(math.isclose(0.3,b)) #输出：True，基于容差的比较成功Python程序设计基础及应用4.复数型(complex)▍定义(Definition)用于表示数学中的复数，由实部和虚部两部分组成。虚部必须以小写字母j或大写字母J结尾。例如：3+4j、0.2-5.1j。▍核心特点(KeyFeatures)类型归属：复数的实部和虚部在Python内部默认被视为浮点数(float)类型。

运算支持：支持复数的常规数学运算，包括加、减、乘、除、求模(mod)等，无需额外库支持。▍主要应用(MainApplications)广泛应用于工程与科学计算领域，例如：波动分析、数字信号处理(DSP)、求解高阶代数方程的根、以及物理学中的电磁场计算等场景。c1=3+4j;c2=2-3j

#复数加法与乘法运算

sum_c=c1+c2 #结果:(5+1j)

prod_c=c1*c2 #结果:(18-1j)Python程序设计基础及应用4.复数型(complex)>>>x=3+4j#使用j或J表示复数虚部>>>y=5+6j>>>x+y#支持复数之间的加、减、乘、除以及幂乘等运算(8+10j)>>>x*y(-9+38j)>>>abs(x)#内置函数abs()可用来计算复数的模5.0>>>x.imag#虚部4.0>>>x.real#实部3.0Python程序设计基础及应用5.布尔型(bool)

▍定义一种特殊的逻辑数值类型，仅有两个字面量取值：True（真）和False（假）。注意：两个值的首字母必须大写。▍本质特性布尔类型本质上是整数（int）的子类。在参与算术运算时，逻辑值会自动转换为整数：True等价于整数1，而False等价于整数0。▍核心用途用于构建程序的逻辑控制流，是实现分支与循环结构的基石。条件判断(if/else)：根据布尔值的真假，决定程序执行哪一条分支代码。循环控制(while/for)：通过布尔值判断循环是否满足继续执行的条件。Python程序设计基础及应用#

布尔变量的定义与条件判断is_rainy=True #定义布尔变量，值为真is_hot=False#定义布尔变量，值为假ifis_rainy:print("记得带伞")

#条件判断：为True时执行代码块#类型转换：bool()函数将其他类型转为布尔值a=bool(0) #结果False(0/空值转为False)b=bool("Hello") #结果True(非空字符串转为True)#数值运算：True视为1，False视为0print(True+True) #输出:2print(True*5) #输出:55.布尔型(bool)Python程序设计基础及应用4.2字符串Python程序设计基础及应用1.字符串定义▍字符串字符串（str）是一种有序字符的集合，用于表示文本数据。字符串可以包含零个、一个或者多个字符。字符串可以使用ASCII字符、Unicode字符以及各种符号。▍界定符单引号：'Hello'(适合包含双引号的短文本)双引号："World"(适合包含单引号的短文本)三引号：'''Multi-line'''或"""Multi-line"""(支持直接书写多行文本内容)▍特点字符即字符串：Python中不单独设置“字符”类型，单个字母、汉字、数字或符号本质上均为长度为1的字符串。不可变性(Immutable)：字符串对象一旦在内存中创建，其内部包含的字符序列就无法被直接修改。若对字符串变量重新赋值，本质是在内存中创建了一个全新的字符串对象，而非改变原对象内容。Python程序设计基础及应用▍定义字符串内置函数str()：将其它数据类型转换为字符串使用引号：定义字符串。空字符串的定义方式是''或""。需要注意的是，引号表示的字符串里面不能包含同种引号。比如定义字符串'Let'sgo'，会被认为错误。b=str(12) #将整数12转换为'12'c=str([1,2,3]) #将列表[1,2,3]转换为'[1,2,3]'1.字符串定义Python程序设计基础及应用#使用不同引号定义字符串str1='Hello,World!' #单引号定义单行字符串str2="Pythonisfun." #双引号定义单行字符串str3='''Thisisa\nmulti-linestring.''' #三引号定义多行字符串#使用str()函数进行类型转换a=str(False)#结果:'False'b=str(12) #结果:'12'c=str([1,2,3])#结果:'[1,2,3]'#字符串的不可变性演示str1='HelloPython!' #创建一个新的字符串对象str1[0]='h' #错误！TypeError:字符串不支持元素修改str1="HiPython!" #合法，创建新对象并让变量指向它1.字符串定义Python程序设计基础及应用2.

字符串编码和解码随着信息技术的发展和信息交换的需要，各国的文字都必须进行编码。字符串str转换为字节串bytes（由字节组成的二进制数据序列）时，需要指定编码方式。不同的应用领域对字符串编码的要求也略有不同。常见编码方式主要有ASCII、UTF-8、Unicode、GB2312、GBK、CP936等。

▍编码(Encode)编码就是将人类可读的字符串(str)转换为计算机可存储/传输的字节序列(bytes)的过程。使用字符串对象的str.encode(encoding)方法实现。Python程序设计基础及应用字符串编码说明长度ASCII美国标准信息交换码ASCII，仅对10个数字、26个大写英文字母、26个小写英文字母及一些其他符号进行了编码1Byte表示英文GB2312是我国制定的简体中文编码1Byte表示英文2Byte表示中文GBK是GB2312的扩充（繁体字）1Byte表示英文2Byte表示中文CP936是微软在GBK基础上开发的编码方式，文本文件默认编码方式1Byte表示英文2Byte表示中文Unicode统一码、跨语种跨平台，一种定长编码方案，浪费空间4ByteUTF-8为节约Unicode编码存储空间，基于Unicode字符集的可变长编码方案，实现将Unicode编码转换成程序数据，是一种字符转换格式1Byte表示英文3Byte表示中文2或4Byte表示其它语言2.

字符串编码和解码Python程序设计基础及应用▍解码(Decode)将字节序列(bytes)转换回人类可读的字符串(str)。使用字节对象的bytes.decode(encoding)方法实现。▍编码和解码核心原则对同一文本内容进行操作时，编码和解码必须使用相同的编码格式（如都使用UTF-8），否则会导致乱码或抛出解码异常。代码示例(CodeExample)#

编码：字符串->字节utf8_bytes='Python语言'.encode('utf8') #输出:b'Python\xe8\xaf\xad\xe8\xa8\x80'#解码：字节->字符串(正确：编码解码格式一致)print(utf8_bytes.decode('utf8')) #输出:'Python语言'#错误示例(编码解码格式不一致，会报错)#print('Python语言'.encode('gb2312').decode('utf8'))2.

字符串编码和解码Python程序设计基础及应用3.

字符串格式化▌目的将变量、表达式的计算结果动态嵌入到字符串的指定位置，实现数据与文本的灵活拼接。str.format()方法占位符：使用大括号{}作为待填充内容的占位标记。

优势：支持按位置顺序、关键字参数、索引取值等多种填充方式，且支持数字格式化、对齐等丰富的格式说明符，兼容性强。f-strings(Python3.6+)语法特征：在字符串最左侧添加前缀f或F。

优势：直接在{}内部写入变量名或任意合法表达式，代码结构更简洁、可读性更直观，且底层执行效率更高。Python程序设计基础及应用3.

字符串格式化▍基本语法使用一对花括号{}作为占位符嵌入在模板字符串中，调用format()方法并传入参数，即可将参数按规则填充到占位符位置。"<模板字符串>".format(<参数1>,<参数2>,...)▍常用填充方式按位置索引：按参数的传入顺序填充，支持显式指定索引(如{0},{1})或隐式索引(如{})。"Hello,{0},youare{1}yearsold.".format("Alice",25)按关键字参数：占位符使用变量名(如{name})，填充时指定关键字参数，可读性更高。"Hello,{name},youare{age}.".format(name="Bob",age=30)高级用法：支持直接访问列表、字典、对象的属性进行填充，适合处理复杂数据结构。Python程序设计基础及应用3.

字符串格式化代码示例print('{}:计算机{}的CPU占用率为{}%.'.format('2025-01-30','Python',10))

#输出：2025-01-30:计算机Python的CPU占用率为10%.person={'name':'Liu','age':24}

print('Iam{p[name]},{p[age]}yearsold.'.format(p=person))

#输出：IamLiu,24yearsold.print("Thenumber{1:d,}inhexis:{1:#x},thenumber{0}inoctis{0:o}".format(5555,55))#输出：Thenumber55inhexis:0x37,thenumber5555inoctis12663'{:>30}'.format('rightaligned')#输出：'rightaligned''Correctanswers:{:.2%}'.format(19/22)#输出：'Correctanswers:86.36%'Python程序设计基础及应用3.

字符串格式化▍语法以f或F作为前缀的字符串，可直接在大括号{}内嵌入变量或表达式，Python解释器会自动计算并格式化输出。例如：f"Hello,{name}!"▍特点语法简洁：直接嵌入内容，相比传统的%-formatting和str.format()写法更直观、代码量更少。执行高效：底层实现更优化，运行速度通常优于其他格式化方法，适合处理大量字符串拼接场景。功能丰富：支持算术表达式、格式说明符（控制小数位数等），以及便于调试的“=”符号。Python程序设计基础及应用3.

字符串格式化>>>name='zhangsan'>>>age=18>>>f'Mynameis{name},andIam{age}yearsold.''Mynameiszhangsan,andIam18yearsold.'>>>width=10>>>precision=4>>>value=11/3>>>f'result:{value:{width}.{precision}}''result:3.667'>>>foo="bar">>>f"{foo=}""foo='bar'">>>score=0.23>>>print(f"{score:.2%}")23.00%Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍查找操作find/rfind/index/rindexfind()和rfind()方法分别用来查找一个字符串在另一个字符串指定范围（默认是整个字符串）中首次和最后一次出现的位置，如果不存在则返回-1；index()和rindex()方法用来返回一个字符串在另一个字符串指定范围中首次和最后一次出现的位置，如果不存在则抛出异常；▍统计操作(Count)count(sub)：统计子串在字符串中出现的次数，无匹配时返回0。Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法>>>mystr="Pythonisanexcellentlanguage">>>index=mystr.find("an")>>>print(index)10>>>index=mystr.find("programming")>>>print(index)-1>>>index=mystr.index("excellent",0,30)>>>print(index)13Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串分隔：split/rsplit、partiton/rpartitionsplit()、rsplit()方法分别用来以指定字符为分隔符，把当前字符串从左往右、从右往左分隔成多个字符串，并返回包含分隔结果的列表。对于split()和rsplit()方法，如果不指定分隔符，则字符串中的任何空白符号（空格\0、换行符\n\r、制表符\t等）都将被认为是分隔符，把连续多个空白字符看作一个分隔符。partition()和rpartition()用来以指定字符串为分隔符将原字符串分隔为3部分：分隔符前的字符串、分隔符字符串、分隔符后的字符串。如果指定的分隔符不在原字符串中，则返回原字符串和两个空字符串。Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法>>>str='WinXP||Win7||Win8||Win10'>>>print(str.split('||'))['WinXP','Win7','Win8','Win10']>>>print(str.split('||',2)) #指定最大分隔次数为2['WinXP','Win7','Win8||Win10']>>>str.partition("||")('WinXP','||','Win7||Win8||Win10')Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串的连接：joinjoin()方法用来将列表中的多个字符串进行连接，并且在相邻两个字符串之间插入指定字符。示例如下：>>>test=["I","love","Python"]>>>s="".join(test) #指定插入字符为空格>>>sIlovePython注意：使用“+”运算符也可以连接字符串，但是效率较低，应优先使用join()方法。Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串替换：replacereplace()方法把字符串中的old（旧字符串）替换成new(新字符串)，如果指定第三个参数max，则替换不超过max次。>>>str="thisisstringexample....wow!!!thisisreallystring">>>print(str.replace("is","was"))thwaswasstringexample....wow!!!thwaswasreallystring>>>print(str.replace("is","was",1))thwaswasstringexample....wow!!!thisisreallystringPython程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串删除：stripstrip()删除字符串两端指定的字符，rstrip()删除字符串右端指定字符，lstrip()删除字符串左端指定字符。>>>s="heisastudent\t\t">>>s.strip() #删除s左右两端的空白字符'heisastudent'>>>s.rstrip("\t") #删除s右端的\t的字符'heisastudent'>>>‘aabbccddeeeffg’.strip(‘gaef’) #删除字符串两端的g、a、e、f字符'bbccdd'Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串的大小写转换：lower/upper/swapcaselower()返回小写字符串，upper()返回大写字符串，capitalize()将字符串首字符大写、title()将字符串中每个单词首字符大写、swapcase()完成大小写互换。>>>s="iamateacher">>>s.upper()'IAMATEACHER'>>>s.capitalize()'Iamateacher'>>>s.title()'IAmATeacher'>>>s.swapcase()'IAMATEACHER'Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串测试isalnum()、isalpha()、isdigit()、isdecimal()、isnumeric()、isspace()、isupper()、islower()，分别测试字符串是否为数字或字母、是否为字母、是否为数字字符、是否为空白字符、是否为大写字母以及是否为小写字母。>>>'1234abcd'.isalnum()True>>>'1234abcd'.isalpha() #全部为英文字母时返回TrueFalse>>>'1234abcd'.isdigit() #全部为数字时返回TrueFalsePython程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串开始和结束判断：startswith/endswith用来判断字符串是否以指定字符串开始或者结束。>>>"test.py".endswith((".py",".cpp",".java"))True>>>“test.py”.startswith(“test”,1) #指定开始位置FalsePython程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符串对其：just()：

左靠边摆放 文字靠左，右边补空格 占满指定总宽度，文字贴左边，空余位置补空白rjust()：

右靠边摆放 文字靠右，左边补空格 占满指定总宽度，文字贴右边，空余位置补空白center() ：正中间摆放 文字居中，两边补空格 占满指定总宽度，文字放正中间，左右两边均分空白">>>"let'sbegin".center(20,"+")"++++let'sbegin+++++">>>"let'sbegin".ljust(20,"-")原函数 教学形象新名 通俗口诀 课堂解释话术llet'sbegin---------"Python程序设计基础及应用4.

字符串常用方法▍字符映射：maketrans、translate字符串对象的maketrans()方法用来生成字符映射表;translate()方法用来根据映射表中定义的对应关系转换字符串并替换其中的字符;使用这两个方法的组合可以同时处理多个字符。>>>table=''.maketrans('0123456789','〇一二三四五六七八九')>>>'2021年10月30日'.translate(table)'二〇二一年一〇月三〇日'Python程序设计基础及应用5.

字符串基本操作Python提供了5个字符串的基本操作符操作符描述x+y连接两个字符串x与y，产生新的字符串，效率低下x*n或n*x复制n次字符串xxins如果x是s的子串，返回True，否则返回Falsestr[i]索引，返回第i个字符str[N:M]切片，返回索引第N到M的子串，其中不包含MPython程序设计基础及应用5.

字符串基本操作▍访问方式字符串是序列结构，支持通过索引(Index)访问单个字符。正向索引：从序列头部开始计数，第一个字符索引为0，依次递增。反向索引：从序列尾部开始计数，最后一个字符索引为-1，依次递减。▍切片通过str[start:end:step]语法灵活截取任意连续或间隔的子字符串。str="Python大数据基础与实战"print(str[0],str[5],str[-1]) #输出：Pn战(正向与反向索引)print(str[2:6]) #输出：thon(从索引2开始，到索引6之前结束)print(str[0:14:2]) #输出：Pto大据础实(步长为2，间隔一个字符取)print(str[:6]) #输出：Python(省略start，从头截取)print(str[6:]) #输出：大数据基础与实战(省略end，截取到末尾)Python程序设计基础及应用▍转义字符(EscapeCharacters)使用反斜线`\`来表示字符串中的特殊字符，常见的转义字符有：\n:换行符 \t:水平制表符(Tab) \\:表示反斜线本身▍原始字符串(RawString)在字符串最左侧添加前缀`r`或`R`，即可忽略所有转义字符，将字符串“原样输出”。这在处理文件路径、正则表达式时非常实用。path='C:\Windows\twunk.exe' #普通字符串：\t被识别为制表符print(path) #输出：C:\Windowswunk.exe(出现异常)path=r'C:\Windows\twunk.exe' #原始字符串：忽略所有转义print(path) #输出：C:\Windows\twunk.exe(正确显示)5.

字符串基本操作Python程序设计基础及应用6.字符串常量▍来源Python标准库中的内置模块string。在使用前，需先使用importstring语句进行导入。▍用途模块中预定义了多种常用的字符集合，可直接调用使用，既避免了手动输入字符的繁琐，又能有效降低拼写错误的概率，是提升代码编写效率与准确性的实用工具。importstring #导入模块print(string.digits) #输出:'0123456789'(数字字符)print(string.punctuation) #输出:所有标点符号字符print(string.ascii_letters) #输出:所有大小写英文字母print(string.ascii_lowercase) #输出:所有小写英文字母'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'print(string.ascii_uppercase) #输出:所有大写英文字母'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'Python程序设计基础及应用6.字符串常量▍来源Python标准库中的内置模块string。在使用前，需先使用importstring语句进行导入。▍用途模块中预定义了多种常用的字符集合，可直接调用使用，既避免了手动输入字符的繁琐，又能有效降低拼写错误的概率，是提升代码编写效率与准确性的实用工具。importstring #导入模块print(string.digits) #输出:'0123456789'(数字字符)print(st