阿里云Python训练营(day1)

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简介

Python 是一种通用编程语言，其在科学计算和机器学习领域具有广泛的应用。如果我们打算利用 Python 来执行机器学习，那么对 Python 有一些基本的了解就是至关重要的。本 Python 入门系列体验就是为这样的初学者精心准备的。

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一、变量、运算符与数据类型

1. 注释

在 Python 中，# 表示注释，作用于整行。

# 这是一个注释
print("Hello world")

# Hello world

Hello world

‘’’ ‘’’ 或者 “”" “”" 表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释

2. 运算符

算术运算符：

操作符	名称	示例	结果
+	加	1+1	2
-	减	8-7	1
*	乘	6*5	30
/	除	3/4	0.75
//	整除	3//4	0
%	取余	6%4	2
**	幂	2**4	16

比较运算符：

操作符	名称	示例	结果
>	大于	2>1	True
<=	名称	1<=1	True
<	名称	2<1	False
<=	名称	2<=9	True
==	名称	2==0	False
!=	名称	3!= 4	True

逻辑运算符：

操作符	名称	示例	结果
and	与	(3>2)and(4<5)	True
or	或	(3<2)and(4>5)	False
not	非	not(4==6)	False

位运算符:

操作符	名称	示例	结果
~	按位取反	~4	-5
&	按位与	4&5	4
^	按位异或	4^5	1
<<	左移	4<<2	16
>>	右移	4>>2	1

其他运算符：

操作符	名称	示例	结果
in	存在	‘A’ in [‘A’, ‘B’, ‘C’]	A exists
not in	不存在	‘h’ not in [‘A’, ‘B’, ‘C’]	h not exists
is	是	“hello” is “hello”	True
not is	不是	“hello” is not “hello”	False

注意:
(1) is, is not 对比的是两个变量的内存地址
(2) = =, != 对比的是两个变量的值
(3) 比较的两个变量，指向的都是地址不可变的类型（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等价的。
(4) 对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list，dict，tuple等），则两者是有区别的。

运算符的优先级:
(1) 一元运算符优于二元运算符。例如3 ** -2等价于3 ** (-2)。
(2) 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 (1 << (3 + 2)) & 7。
(3) 逻辑运算最后结合。例如3 < 4 and 4 < 5等价于(3 < 4) and (4 < 5)。

print(-3 ** 2)  # -9
print(3 ** -2)  # 0.1111111111111111
print(1 << 3 + 2 & 7)  # 0
print(-3 * 2 + 5 / -2 - 4)  # -12.5
print(3 < 4 and 4 < 5)  # True

3. 变量和赋值

1.在使用变量之前，需要先对其赋值.
2.变量名可以包括字母、数字、下划线、但变量名不能以数字开头。
3.Python 变量名是大小写敏感的，foo != Foo。

4. 数据类型与转换

类型	名称	示例
int	整型 <class ‘int’>	10
float	浮点型<class ‘float’>	11.11
bool	布尔型<class ‘bool’>	True,Flase

整型：
python里面用type方法查看类型,用bin方法查看对应的二进制数

a = 5
print( type(a))
print(bin(a))

<class ‘int’>
0b101

浮点型：

print(1., type(1.))
# 1.0 <class 'float'>

a = 0.00000023
b = 2.3e-7
print(a)  # 2.3e-07
print(b)  # 2.3e-07

有时候我们想保留浮点型的小数点后 n 位。可以用 decimal 包里的 Decimal 对象和 getcontext() 方法来实现。

小贴士：Python 里面有很多用途广泛的包 (package)，用什么你就引进 (import) 什么。包也是对象，也可以用上面提到的dir(decimal) 来看其属性和方法。

例子：使 1/3 保留 4 位，用 getcontext().prec 来调整精度。

decimal.getcontext().prec = 4
c = Decimal(1) / Decimal(3)
print(c)

# 0.3333

布尔型：
布尔 (boolean) 型变量只能取两个值，True 和 False。当把布尔型变量用在数字运算中，用 1 和 0 代表 True 和 False。

print(True + True)  # 2
print(True + False)  # 1
print(True * False)  # 0

除了直接给变量赋值 True 和 False，还可以用 bool(X) 来创建变量，其中 X 可以是
（1）.基本类型：整型、浮点型、布尔型
（2）.容器类型：字符串、元组、列表、字典和集合

例子：bool 作用在容器类型变量：X 只要不是空的变量，bool(X) 就是 True，其余就是 False。

print(type(''), bool(''), bool('python'))
# <class 'str'> False True

print(type(()), bool(()), bool((10,)))
# <class 'tuple'> False True

确定bool(X) 的值是 True 还是 False，就看 X 是不是空，空的话就是 False，不空的话就是 True。
（1）对于数值变量，0, 0.0 都可认为是空的。
（2）对于容器变量，里面没元素就是空的。获取类型信息获取类型信息 type(object)

类型判断：
如果要判断两个类型是否相同推荐使用 isinstance()。

类型转换：
转换为整型 int(x, base=10)
转换为字符串 str(object=’’)
转换为浮点型 float(x)

5. print()函数

print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

(1) 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件对象file里。其中所有(2) 非关键字参数都按str()方式进行转换为字符串输出；
(3) 关键字参数sep是实现分隔符，比如多个参数输出时想要输出中间的分隔字符；
(3) 关键字参数end是输出结束时的字符，默认是换行符\n；
(4) 关键字参数file是定义流输出的文件，可以是标准的系统输出sys.stdout，也可以重定义为别的文件；
(5) 关键字参数flush是立即把内容输出到流文件，不作缓存。

二、位运算

1.原码、反码和不补码

二进制有三种不同的表示形式：原码、反码和补码，计算机内部使用补码来表示。
(1) 原码：就是其二进制表示（注意，有一位符号位）。

00 00 00 11 -> 
310 00 00 11 -> -3

(2) 反码：正数的反码就是原码，负数的反码是符号位不变，其余位取反（对应正数按位取反）。

00 00 00 11 -> 
311 11 11 00 -> -3

(3) 补码：正数的补码就是原码，负数的补码是反码+1。

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3

符号位：最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。在位运算中符号位也参与运算。

2.按位运算

(1) 按位非操作~:

 ~1 = 0
 ~0 = 1

~ 把num的补码中的 0 和 1 全部取反（0 变为 1，1 变为 0）有符号整数的符号位在 ~ 运算中同样会取反。

(2) 按位与操作 &:

1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0

只有两个对应位都为 1 时才为 1

(3) 按位或操作 |

1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0

只要两个对应位中有一个 1 时就为 1

(4) 按位异或操作 ^:

1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

只有两个对应位不同时才为 1
异或操作的性质：满足交换律和结合律

(5) 按位左移操作 <<:

num << i 将num的二进制表示向左移动i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 << 3
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01 01 10 00 -> 88 

(6) 按位右移操作 >>:

num >> i 将num的二进制表示向右移动i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2 

3.用位运算实现快速计算

(1) 通过 <<，>> 快速计算2的倍数问题。

n << 1 -> 计算 n*2
n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用
n << m -> 计算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n

(2) 通过 ^ 快速交换两个整数。 通过 ^ 快速交换两个整数。

a ^= b
b ^= a
a ^= b

(3) 通过 a & (-a) 快速获取a的最后为 1 位置的整数。

00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1

00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2

4.利用位运算实现整数集合

一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。

比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。

元素与集合的操作：a | (1<<i) -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除
a & (1<<i) -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）

集合之间的操作：a 补 -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)

注意：整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。

例子：

class Program
{
    
    
    static void Main(string[] args)
    {
    
    
        string s1 = Convert.ToString(-3, 2);
        Console.WriteLine(s1); 
        // 11111111111111111111111111111101
        
        string s2 = Convert.ToString(-3, 16);
        Console.WriteLine(s2); 
        // fffffffd
    }
}

在根据bin()的输出，可以看出：
（1）Python中bin一个负数（十进制表示），输出的是它的原码的二进制表示加上个负号
（2）Python中的整型是补码形式存储的。
（3）Python中整型是不限制长度的不会超范围溢出。

所以为了获得负数（十进制表示）的补码，需要手动将其和十六进制数0xffffffff进行按位与操作，再交给bin()进行输出，得到的才是负数的补码表示。