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Python四大数据类型的实例分析

基本数据类型数值型Python中的数据皆是对象,比如被熟知的int整型对象、float双精度浮点型、bool逻辑对象,它们都是单个元素。举两个例子。前缀加0x,创建一个十六进制的整数:0xa5#等于十进制的165使用e创建科学计数法表示的浮点数:1.05e3#1050.0容器型可容纳多个元素的容器对象,常用的比如:list列表对象、tuple元组对象、dict字典对象、set集合对象。Python定义这些类型的变量,语法非常简洁。举例如下。使用一对中括号[],创建一个list型变量:lst=[1,3,5]

本文目录

    基本数据类型

    数值型

    Python 中的数据皆是对象,比如被熟知的 int 整型对象、float 双精度浮点型、bool 逻辑对象,它们都是单个元素。举两个例子。

    前缀加 0x,创建一个十六进制的整数:

    0xa5 # 等于十进制的 165

    使用 e 创建科学计数法表示的浮点数:

    1.05e3 # 1050.0

    容器型

    可容纳多个元素的容器对象,常用的比如:list 列表对象、 tuple 元组对象、dict 字典对象、set 集合对象。Python 定义这些类型的变量,语法非常简洁。

    举例如下。

    使用一对中括号 [],创建一个 list 型变量:

    lst = [1,3,5] # list 变量

    示意图看出,右侧容器为开环的,意味着可以向容器中增加和删除元素:

    Python四大数据类型的实例分析

    使用一对括号 (),创建一个 tuple 型对象:

    tup = (1,3,5) # tuple 变量

    示意图看出,右侧容器为闭合的,意味着一旦创建元组后,便不能再向容器中增删元素:

    Python四大数据类型的实例分析

    但需要注意,含单个元素的元组后面必须保留一个逗号,才被解释为元组。

    tup = (1,) # 必须保留逗号

    否则会被认为元素本身:

    In [14]: tup=(1)
       ...: print(type(tup)) 
    

    使用一对花括号 {} 另使用冒号 :,创建一个 dict 对象:

    dic = {'a':1, 'b':3, 'c':5} # dict变量

    字典是一个哈希表,下面的示意图形象的表达出字典的 “形”。

    Python四大数据类型的实例分析

    仅使用一对花括号 {},创建一个 set 对象:

    s = {1,3,5} # 集合变量

    Python 的容器类型,list、dict、tuple、set 等能方便地实现强大的功能,下面给出几个案例。

    1. 去最求平均

    去掉列表中的一个最小值和一个最大值后,计算剩余元素的平均值。

    def score_mean(lst):
       lst.sort()
       lst2=lst[1:-1]
       return round((sum(lst2)/len(lst2)),1)
    
    lst=[9.1, 9.0,8.1, 9.7, 19,8.2, 8.6,9.8]
    score_mean(lst) # 9.1

    代码执行过程,动画演示:

    Python四大数据类型的实例分析

    2. 打印 99 乘法表

    打印出如下格式的乘法表:

    1*1=1
    1*2=2   2*2=4
    1*3=3   2*3=6   3*3=9
    1*4=4   2*4=8   3*4=12  4*4=16
    1*5=5   2*5=10  3*5=15  4*5=20  5*5=25
    1*6=6   2*6=12  3*6=18  4*6=24  5*6=30  6*6=36
    1*7=7   2*7=14  3*7=21  4*7=28  5*7=35  6*7=42  7*7=49
    1*8=8   2*8=16  3*8=24  4*8=32  5*8=40  6*8=48  7*8=56  8*8=64
    1*9=9   2*9=18  3*9=27  4*9=36  5*9=45  6*9=54  7*9=63  8*9=72  9*9=81

    一共有 10 行,第 i 行的第 j 列等于:j*i,其中:

    • i 取值范围:1<=i<=9

    • j 取值范围:1<=j<=i

    根据“例子分析”的语言描述,转化为如下代码:

    In [13]: for i in range(1,10):
       ...:     for j in range(1,i+1):
       ...:         print('%d*%d=%d'%(j,i,j*i),end='\t')
       ...:     print()

    3. 样本抽样

    使用 sample 抽样,如下例子从 100 个样本中随机抽样 10 个。

    from random import randint,sample
    lst = [randint(0,50) for _ in range(100)]
    print(lst[:5])# [38, 19, 11, 3, 6]
    lst_sample = sample(lst,10)
    print(lst_sample) # [33, 40, 35, 49, 24, 15, 48, 29, 37, 24]

    字符串

    注意 Python 中没有像 C++ 表示的字符类型(char),所有的字符或串都被统一为 str 对象。如单个字符 c 的类型也为 str。

    str 类型会被经常使用,先列举 5 个被高频使用的方法。

    strip 用于去除字符串前后的空格:

    In [1]: '  I love python\t\n  '.strip()
    Out[1]: 'I love python'

    replace 用于字符串的替换:

    In [2]: 'i love python'.replace(' ','_')
    Out[2]: 'i_love_python'

    join 用于合并字符串:

    In [3]: '_'.join(['book', 'store','count'])
    Out[3]: 'book_store_count'

    title 用于单词的首字符大写:

    In [4]: 'i love python'.title()
    Out[4]: 'I Love Python'

    find 用于返回匹配字符串的起始位置索引:

    In [5]: 'i love python'.find('python')
    Out[5]: 7

    举个应用字符串的案例,判断 str1 是否由 str2 旋转而来。

    字符串 stringbook 旋转后得到 bookstring,写一段代码验证 str1 是否为 str2 旋转得到。

    转化为判断:str1 是否为 str2+str2 的子串。

    下面函数原型中,注明了每个参数的类型、返回值的类型,增强代码的可读性和可维护性。

    def is_rotation(s1: str, s2: str) -> bool:
       if s1 is None or s2 is None:
           return False
       if len(s1) != len(s2):
           return False
    
       def is_substring(s1: str, s2: str) -> bool:
           return s1 in s2
       return is_substring(s1, s2 + s2)

    测试函数 is_rotation:

    r = is_rotation('stringbook', 'bookstring')
    print(r)  # True
    
    r = is_rotation('greatman', 'maneatgr')
    print(r)  # False

    代码执行过程,动画演示:

    55555

    字符串的匹配操作除了使用 str 封装的方法外,Python 的 re 正则模块功能更加强大,写法更为简便,广泛适用于爬虫、数据分析等。

    下面这个案例实现:密码安全检查,使用正则表达式非常容易实现。

    密码安全要求:

    • 要求密码为 6 到 20 位;

    • 密码只包含英文字母和数字。

    import re
    pat = re.compile(r'\w{6,20}') # 这是错误的,因为 \w 通配符匹配的是字母,数字和下划线,题目要求不能含有下划线
    # 使用最稳的方法:\da-zA-Z 满足“密码只包含英文字母和数字”
    # \d匹配数字 0-9
    # a-z 匹配所有小写字符;A-Z 匹配所有大写字符
    pat = re.compile(r'[\da-zA-Z]{6,20}')

    选用最保险的 fullmatch 方法,查看是否整个字符串都匹配。

    以下测试例子都返回 None,原因都在解释里。

    pat.fullmatch('qaz12') # 返回 None,长度小于 6
    pat.fullmatch('qaz12wsxedcrfvtgb67890942234343434') # None 长度大于 22
    pat.fullmatch('qaz_231') # None 含有下划线

    下面这个字符串 n0passw0Rd 完全符合:

    In [20]: pat.fullmatch('n0passw0Rd')
    Out[20]: 

    自定义类型

    Python 使用关键字 class 定制自己的类,self 表示类实例对象本身。

    一个自定义类内包括属性、方法,其中有些方法是自带的。

    类(对象):

    class Dog(object):
       pass

    以上定义一个 Dog 对象,它继承于根类 object,pass 表示没有自定义任何属性和方法。

    下面创建一个 Dog 类型的实例:

    wangwang = Dog()

    Dog 类现在没有定义任何方法,但是刚才说了,它会有自带的方法,使用 dir() 查看这些自带方法:

    In [26]: wangwang.__dir__()
    Out[26]:
    ['__module__',
    '__dict__',
    '__weakref__',
    '__doc__',
    '__repr__',
    '__hash__',
    '__str__',
    '__getattribute__',
    '__setattr__',
    '__delattr__',
    '__lt__',
    '__le__',
    '__eq__',
    '__ne__',
    '__gt__',
    '__ge__',
    '__init__',
    '__new__',
    '__reduce_ex__',
    '__reduce__',
    '__subclasshook__',
    '__init_subclass__',
    '__format__',
    '__sizeof__',
    '__dir__',
    '__class__']

    有些地方称以上方法为魔法方法,它们与创建类时自定义个性化行为有关。比如:

    • init 方法能定义一个带参数的类;

    • new 方法自定义实例化类的行为;

    • getattribute 方法自定义读取属性的行为;

    • setattr 自定义赋值与修改属性时的行为。

    类的属性:

    def __init__(self, name, dtype):
        self.name = name
        self.dtype = dtype

    通过 init,定义 Dog 对象的两个属性:name、dtype。

    类的实例:

    wangwang = Dog('wangwang','cute_type')

    wangwang 是 Dog 类的实例。

    类的方法:

    def shout(self):
       print('I\'m %s, type: %s' % (self.name, self.dtype))

    注意:

    • 自定义方法的第一个参数必须是 self,它指向实例本身,如 Dog 类型的实例 dog;

    • 引用属性时,必须前面添加 self,比如 self.name 等。

    总结以上代码:

    In [40]: class Dog(object):
       ...:     def __init__(self,name,dtype):
       ...:         self.name=name
       ...:         self.dtype=dtype
       ...:     def shout(self):
       ...:         print('I\'m %s, type: %s' % (self.name, self.dtype))
    
    In [41]: wangwang = Dog('wangwang','cute_type')
    
    In [42]: wangwang.name
    Out[42]: 'wangwang'
    
    In [43]: wangwang.dtype
    Out[43]: 'cute_type'
    
    In [44]: wangwang.shout()
    I'm wangwang, type: cute_type

    看到创建的两个属性和一个方法都被暴露在外面,可被 wangwang 调用。这样的话,这些属性就会被任意修改:

    In [49]: wangwang.name='wrong_name'
       
    In [50]: wangwang.name
    Out[50]: 'wrong_name'

    如果想避免属性 name 被修改,可以将它变为私有变量。改动方法:属性前加 2 个 _ 后,变为私有属性。如:

    In [51]: class Dog(object):
       ...:     def __init__(self,name,dtype):
       ...:         self.__name=name
       ...:         self.__dtype=dtype
       ...:     def shout(self):
       ...:         print('I\'m %s, type: %s' % (self.name, self.dtype))

    同理,方法前加 2 个 _ 后,方法变为“私有方法”,只能在 Dog 类内被共享使用。

    但是这样改动后,属性 name 不能被访问了,也就无法得知 wangwang 的名字叫啥。不过,这个问题有一种简单的解决方法,直接新定义一个方法就行:

    def get_name(self):
       return self.__name

    综合代码:

    In [52]: class Dog(object):
       ...:     def __init__(self,name,dtype):
       ...:         self.__name=name
       ...:         self.__dtype=dtype
       ...:     def shout(self):
       ...:         print('I\'m %s, type: %s' % (self.name, self.dtype))
       ...:     def get_name(self):
       ...:         return self.__name
       ...:
    
    In [53]: wangwang = Dog('wangwang','cute_type')
    
    In [54]: wangwang.get_name()
    Out[54]: 'wangwang'

    但是,通过此机制,改变属性的可读性或可写性,怎么看都不太优雅!因为无形中增加一些冗余的方法,如 get_name。

    下面,通过另一个例子,解释如何更优雅地改变某个属性为只读或只写。

    自定义一个最精简的 Book 类,它继承于系统的根类 object:

    class Book(object):
       def __init__(self,name,sale):
           self.__name = name
           self.__sale = sale

    使用 Python 自带的 property 类,就会优雅地将 name 变为只读的。

       @property
       def name(self):
           return self.__name

    使用 @property 装饰后 name 变为属性,意味着 .name 就会返回这本书的名字,而不是通过 .name() 这种函数调用的方法。这样变为真正的属性后,可读性更好。

    In [101]: class Book(object):
        ...:     def __init__(self,name,sale):
        ...:         self.__name = name
        ...:         self.__sale = sale
        ...:     @property
        ...:     def name(self):
        ...:         return self.__name
    
    In [102]: a_book = Book('magic_book',100000)
    
    In [103]: a_book.name
    Out[103]: 'magic_book'

    property 是 Python 自带的类,前三个参数都是函数类型。更加详细的讨论放在后面讨论装饰器时再展开。

    In [104]: help(property)
    Help on class property in module builtins:
    
    class property(object)
    |  property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None)

    如果使 name 既可读又可写,就再增加一个装饰器 @name.setter。

    In [105]: class Book(object):
        ...:     def __init__(self,name,sale):
        ...:         self.__name = name
        ...:         self.__sale = sale
        ...:     @property
        ...:     def name(self):
        ...:         return self.__name
        ...:     @name.setter
        ...:     def name(self,new_name):
        ...:         self.__name = new_name
    
    In [106]: a_book = Book('magic_book',100000)
    
    In [107]: a_book.name = 'magic_book_2.0'
    
    In [108]: a_book.name
    Out[108]: 'magic_book_2.0'

    注意这种装饰器写法:name.setter,name 已经被包装为 property 实例,调用实例上的 setter 函数再包装 name 后就会可写。对于 Python 入门者,可以暂时不用太纠结这部分理论,使用 Python 一段时间后,再回过头来自然就会理解。

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