人工智能之編程基礎 Python 入門

第五章基礎數據類型（一）

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目錄
人工智能之編程基礎 Python 入門
前言
Number（數字）
1. 整數 (int)
特點：
示例：
2. 浮點數 (float)
特點：
示例：
3. 復數 (complex)
特點：
示例：
4. 布爾值 (bool)
示例：
5. 數字類型的轉換
轉換函數：
6. 數字類型的檢查和操作
7. 內置數學函數
String（字符串）
1. 字符串的創建
2. 字符串的特性
3. 字符串索引與切片
索引（Indexing）
切片（Slicing）
4. 字符串的常用操作
拼接（Concatenation）
重復
長度
5. 常用字符串方法
6. 字符串格式化
1. f-string（推薦，Python 3.6+）
2. .format() 方法
3. % 格式化（較老的方式）
7. 轉義字符
8. 字符串的不可變性示例
9. 實用技巧
遍歷字符串
檢查子字符串
統計字符
Tuple（元組）
1. 元組的創建
2. 元組的特性
3. 元組的訪問
索引（Indexing）
切片（Slicing）
4. 元組的操作
拼接（Concatenation）
重復
成員檢查
長度
5. 元組的常用方法
6. 元組的解包（Unpacking）
7. 元組的應用場景
8. 注意事項
總結
資料關注

前言

本章節講述python的基礎數據類型，python的基礎數據類型主要包括以下

?不可變數據（3 個）：?Number（數字）、String（字符串）、Tuple（元組）；
?可變數據（3 個）：?List（列表）、Dictionary（字典）、Set（集合）。

Number（數字）

number（數字）類型用于表示數值數據。Python 提供了多種內置的數字類型，主要包括：

1. 整數 (`int`)

int 類型用于表示整數，可以是正數、負數或零。Python 3 的 int 類型沒有大小限制（僅受限于可用內存），因此可以處理非常大的整數。

特點：

無大小限制
可以用十進制、二進制、八進制或十六進制表示

示例：

# 十進制
x = 42
y = -17
z = 0

# 二進制 (以 0b 或 0B 開頭)
binary_num = 0b1010  # 等于十進制的 10

# 八進制 (以 0o 或 0O 開頭)
octal_num = 0o17     # 等于十進制的 15

# 十六進制 (以 0x 或 0X 開頭)
hex_num = 0xFF       # 等于十進制的 255

# 大整數
big_num = 123456789012345678901234567890
print(type(big_num))  # <class 'int'>

2. 浮點數 (`float`)

float 類型用于表示帶有小數點的數字（實數）。它們遵循 IEEE 754 雙精度浮點數標準，通常有大約 17 位有效數字。

特點：

有精度限制
可能存在浮點數精度問題
可以用科學計數法表示

示例：

# 普通浮點數
pi = 3.14159
temperature = -12.5
price = 9.99

# 科學計數法
scientific = 1.5e-3    # 等于 0.0015
large_float = 2.5e8    # 等于 250000000.0

# 浮點數精度問題示例
print(0.1 + 0.2)       # 輸出: 0.30000000000000004
print(0.1 + 0.2 == 0.3) # 輸出: False

# 使用 decimal 模塊解決精度問題
from decimal import Decimal
print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2') == Decimal('0.3'))  # True

3. 復數 (`complex`)

complex 類型用于表示復數，形式為 a + bj，其中 a 是實部，b 是虛部，j 表示虛數單位（√-1）。

特點：

實部和虛部都是浮點數
可以通過 .real 和 .imag 屬性訪問實部和虛部

示例：

# 復數
z1 = 3 + 4j
z2 = -2.5 + 1.7j
z3 = 5j           # 只有虛部
z4 = 3.0 + 0j     # 只有實部

# 訪問實部和虛部
print(z1.real)    # 3.0
print(z1.imag)    # 4.0

# 復數運算
z_sum = z1 + z2
print(z_sum)      # (0.5+5.7j)

# 獲取模長
import cmath
print(abs(z1))    # 5.0
print(cmath.phase(z1))  # 獲取相位

4. 布爾值 (`bool`)

雖然 bool 類型通常被視為邏輯類型，但在 Python 中它是 int 的子類。True 和 False 分別等價于整數 1 和 0。

示例：

# 布爾值
is_active = True
is_done = False

# 布爾值是 int 的子類
print(isinstance(True, int))  # True
print(True + 1)              # 2
print(False * 10)            # 0

# 在條件語句中的使用
if True:
    print("這總是會執行")

if 1:
    print("非零數值被視為 True")

5. 數字類型的轉換

Python 提供了內置函數在不同數字類型之間進行轉換。

轉換函數：

# int() - 轉換為整數
print(int(3.7))      # 3 (向零取整)
print(int("42"))     # 42
print(int(True))     # 1

# float() - 轉換為浮點數
print(float(42))     # 42.0
print(float("3.14")) # 3.14
print(float(True))   # 1.0

# complex() - 轉換為復數
print(complex(3, 4)) # (3+4j)
print(complex("2+3j")) # (2+3j)

6. 數字類型的檢查和操作

# 檢查類型
x = 42
y = 3.14
z = 2 + 3j

print(type(x))  # <class 'int'>
print(type(y))  # <class 'float'>
print(type(z))  # <class 'complex'>

# isinstance() 檢查
print(isinstance(x, int))      # True
print(isinstance(y, float))    # True
print(isinstance(z, complex))  # True

# 常用數學運算
a, b = 10, 3
print(a + b)   # 13
print(a - b)   # 7
print(a * b)   # 30
print(a / b)   # 3.333... (結果總是 float)
print(a // b)  # 3 (整除)
print(a % b)   # 1 (取余)
print(a ** b)  # 1000 (冪運算)

7. 內置數學函數

Python 提供了許多內置的數學函數：

# 基本數學函數
print(abs(-5))        # 5
print(round(3.14159, 2))  # 3.14
print(pow(2, 3))      # 8
print(max(1, 5, 3))   # 5
print(min(1, 5, 3))   # 1

# 需要導入 math 模塊
import math

print(math.pi)        # 3.141592653589793
print(math.e)         # 2.718281828459045
print(math.sqrt(16))  # 4.0
print(math.floor(3.7)) # 3
print(math.ceil(3.2))  # 4
print(math.log(10))    # 自然對數
print(math.log10(100)) # 以10為底的對數

String（字符串）

字符串（String） 在python中是一種用于表示文本數據的基本數據類型。字符串是由一系列字符組成的不可變序列。

1. 字符串的創建

Python 中有多種方式創建字符串：

# 使用單引號
s1 = 'Hello World'

# 使用雙引號
s2 = "Hello World"

# 使用三重引號（可以跨行）
s3 = """這是一個
多行字符串"""

s4 = '''也可以
這樣寫'''

# 空字符串
empty_str = ""

?注意?：單引號和雙引號功能相同，選擇一種風格并保持一致。三重引號常用于文檔字符串（docstring）或多行文本。

2. 字符串的特性

?不可變性（Immutable）?：字符串一旦創建就不能被修改。任何“修改”操作實際上都會創建一個新的字符串對象。
?有序性（Ordered）?：字符串中的字符有固定的順序，可以通過索引訪問。
?可迭代（Iterable）?：可以使用 for 循環遍歷字符串中的每個字符。

3. 字符串索引與切片

索引（Indexing）

text = "Python"
print(text[0])    # P (第一個字符)
print(text[-1])   # n (最后一個字符)
print(text[5])    # n

切片（Slicing）

語法：string[start:end:step]

text = "Hello World"

# 基本切片
print(text[0:5])      # Hello (索引0到4)
print(text[6:])       # World (從索引6到末尾)
print(text[:5])       # Hello (從開頭到索引4)

# 步長
print(text[::2])      # HloWrd (每隔一個字符)
print(text[::-1])     # dlroW olleH (反轉字符串)

# 負索引切片
print(text[-5:])      # World

4. 字符串的常用操作

拼接（Concatenation）

# 使用 + 操作符
greeting = "Hello" + " " + "World"

# 使用 join() 方法（推薦，效率更高）
words = ["Hello", "Beautiful", "World"]
sentence = " ".join(words)  # "Hello Beautiful World"

重復

repeat = "Ha" * 3  # "HaHaHa"

長度

length = len("Python")  # 6

5. 常用字符串方法

Python 提供了豐富的內置方法來操作字符串：

text = "  Hello World  "

# 大小寫轉換
print(text.upper())           # "  HELLO WORLD  "
print(text.lower())           # "  hello world  "
print(text.capitalize())      # "  hello world  " -> "  hello world  " (首字母大寫)
print(text.title())           # "  Hello World  "

# 去除空白
print(text.strip())           # "Hello World"
print(text.lstrip())          # "Hello World  " (左)
print(text.rstrip())          # "  Hello World" (右)

# 查找與替換
print(text.find("World"))     # 8 (找到的索引，未找到返回-1)
print(text.replace("World", "Python"))  # "  Hello Python  "

# 判斷方法
print("Hello".isalpha())      # True (是否全是字母)
print("123".isdigit())        # True (是否全是數字)
print("hello".startswith("he")) # True
print("world".endswith("ld"))   # True

# 分割與合并
sentence = "apple,banana,orange"
fruits = sentence.split(",")  # ['apple', 'banana', 'orange']

joined = "-".join(["a", "b", "c"])  # "a-b-c"

6. 字符串格式化

1. f-string（推薦，Python 3.6+）

name = "Alice"
age = 25
message = f"我的名字是 {name}，今年 {age} 歲。"
print(message)  # 我的名字是 Alice，今年 25 歲。

2. `.format()` 方法

message = "我的名字是 {}，今年 {} 歲。".format(name, age)
message = "我的名字是 {n}，今年 {a} 歲。".format(n=name, a=age)

3. % 格式化（較老的方式）

message = "我的名字是 %s，今年 %d 歲。" % (name, age)

7. 轉義字符

使用反斜杠 \ 來表示特殊字符：

轉義字符	含義
`\\`	反斜杠
`\'`	單引號
`\"`	雙引號
`\n`	換行
`\t`	制表符
`\r`	回車

print("Hello\nWorld")   # 換行
print("He said: \"Hello\"")  # He said: "Hello"
print("C:\\Users\\Name")     # 路徑

?原始字符串（Raw String）?：在字符串前加 r，忽略轉義字符。

path = r"C:\Users\Name\Documents"  # 不需要雙寫反斜杠

8. 字符串的不可變性示例

text = "Hello"
# text[0] = "h"  # ? 錯誤！字符串不可變

# 正確的做法是創建新字符串
new_text = "h" + text[1:]  # "hello"

9. 實用技巧

遍歷字符串

for char in "Python":
    print(char)

檢查子字符串

if "hello" in "hello world":
    print("找到了！")

統計字符

text = "hello"
print(text.count("l"))  # 2

Tuple（元組）

在 Python 中，元組（Tuple） 是一種有序、不可變的序列數據類型。它與列表（List）非常相似，但最大的區別在于?一旦創建，元組的內容不能被修改?。

1. 元組的創建

元組可以通過以下幾種方式創建：

# 使用圓括號 ()
t1 = (1, 2, 3, 4, 5)
t2 = ("apple", "banana", "cherry")
t3 = (1, "hello", 3.14, True)

# 單個元素的元組需要加逗號
single = (42,)  # 注意逗號，否則會被當作普通括號
print(type(single))  # <class 'tuple'>

# 省略括號（但不推薦，可讀性差）
t4 = 1, 2, 3
print(type(t4))  # <class 'tuple'>

# 空元組
empty_tuple = ()

# 使用 tuple() 構造函數
t5 = tuple([1, 2, 3])      # 從列表創建
t6 = tuple("hello")        # 從字符串創建 -> ('h', 'e', 'l', 'l', 'o')

2. 元組的特性

特性	說明
有序（Ordered）	元素有固定的順序，可以通過索引訪問
不可變（Immutable）	一旦創建，不能添加、刪除或修改元素
可重復（Allow Duplicates）	可以包含重復的元素
可哈希（Hashable）	如果元組中的所有元素都是不可變的，那么元組本身是可哈希的，可以用作字典的鍵或集合的元素

3. 元組的訪問

索引（Indexing）

t = (10, 20, 30, 40, 50)
print(t[0])    # 10
print(t[-1])   # 50 (最后一個)

切片（Slicing）

print(t[1:4])    # (20, 30, 40)
print(t[::2])    # (10, 30, 50)
print(t[::-1])   # (50, 40, 30, 20, 10) 反轉

4. 元組的操作

拼接（Concatenation）

t1 = (1, 2)
t2 = (3, 4)
t3 = t1 + t2  # (1, 2, 3, 4)

重復

t = (1, 2) * 3  # (1, 2, 1, 2, 1, 2)

成員檢查

if 2 in t:
    print("2 在元組中")

長度

length = len(t)  # 獲取元組長度

5. 元組的常用方法

由于元組不可變，它的方法很少：

t = (1, 2, 3, 2, 4, 2)

# count() - 統計某個元素出現的次數
print(t.count(2))  # 3

# index() - 查找元素第一次出現的索引
print(t.index(3))  # 2
# print(t.index(99))  # ValueError: tuple.index(x): x not in tuple

6. 元組的解包（Unpacking）

元組解包是 Python 中非常強大和常用的功能。

# 基本解包
coordinates = (3, 4)
x, y = coordinates
print(x, y)  # 3 4

# 函數返回多個值
def get_name_age():
    return "Alice", 25

name, age = get_name_age()

# 忽略某些值
data = (1, 2, 3, 4, 5)
a, b, *rest = data  # a=1, b=2, rest=[3,4,5]
print(rest)  # [3, 4, 5]

# 只取首尾
first, *middle, last = (1, 2, 3, 4, 5)
print(first, middle, last)  # 1 [2, 3, 4] 5

7. 元組的應用場景

作為字典的鍵

# ? 元組可以作為字典的鍵
locations = {
    (0, 0): "原點",
    (3, 4): "點A",
    (-1, 2): "點B"
}

函數返回多個值

def min_max(numbers):
    return min(numbers), max(numbers)

minimum, maximum = min_max([1, 2, 3, 4, 5])

數據保護

# 防止意外修改
days_of_week = ("Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday")
# days_of_week[0] = "Mon"  # ? 會報錯，保護數據

格式化字符串

print("坐標: %d, %d" % (3, 4))

8. 注意事項

?不可變性是淺層的?：如果元組包含可變對象（如列表），那么該對象的內容仍然可以被修改。

t = (1, [2, 3], 4)
t[1].append(5)  # ? 允許，因為修改的是列表
print(t)        # (1, [2, 3, 5], 4)

# t[1] = [2, 3, 4]  # ? 不允許，因為要替換元組元素

總結

本文主要對python的基本數據類型中的不可變數據類型進行相關的學習，下章節針對可變數據類型繼續相關的學習。希望大家一起努力學習，掌握基礎才能更深的靈活運用后期的人工智能的實踐工作。

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posted on 2025-11-01 14:50 咚咚王者閱讀(125) 評論(0) 收藏舉報

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1. 整數 (int)

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示例：

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特點：

示例：

3. 復數 (complex)

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示例：

4. 布爾值 (bool)

示例：

5. 數字類型的轉換

轉換函數：

6. 數字類型的檢查和操作

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1. 字符串的創建

2. 字符串的特性

3. 字符串索引與切片

索引（Indexing）

切片（Slicing）

4. 字符串的常用操作

拼接（Concatenation）

重復

長度

5. 常用字符串方法

6. 字符串格式化

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2. .format() 方法

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4. 元組的操作

拼接（Concatenation）

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