2.2 Python的基础对象

Python的基础对象包括一些内建的数据类型和结构，它们是构成Python编程的基本元素

Markdown by 李文铠

(1) 数字

Python支持以下数字类型：

• int（整数）
• float（浮点数）
• complex（复数）

内置的type()函数、isinstance()函数可以分别用来查询、判断变量所指的对象类型

Python 数据类型不需事先声名，变量随定义随用，其类型仅与赋予的对象有关

整数类型
与数学中整数的概念一致，Python中的整数没有取值范围限制，其运算与其它计算机语言类同
四种进制表示形式

• 十进制：1010, 99, -217
• 二进制，以0b或0B开头：0b010, -0B101
• 八进制，以0o或0O开头：0o123, -0O456
• 十六进制，以0x或0X开头：0x9a, -0X89

整数除法运算后是浮点数

print(type(10/9))

<class 'float'>

print(isinstance(10/9,float))

True

type()函数可查看Python对象的类型

浮点数类型
与数学中实数的概念一致
浮点数取值范围和小数精度都存在限制，但常规计算可忽略
取值范围数量级约$-10^{307}$至$10^{308}$，精度数量级$10^{-16}$（通过使用Decimal和mpmath模块，甚至可以给出内存允许的最大数字）
Python在进行浮点运算时有时会产生不确定尾数

0.3/6

0.049999999999999996

from decimal import *
print(Decimal('0.3')/Decimal('6'))

0.05

判断两个浮点数是否相等时，要考虑不确定尾数问题。

(2) 字符串

字符串是由单引号（或双引号）括起来的，由字符组成的顺序序列，如：‘Nanjing’，“Beijing”等。
字符串的创建

str1 = 'Hello'
str2 = "World"
str3 = '''This is a 
multi-line string'''
print(str1,str2,str3)

Hello World This is a 
multi-line string

反斜杠\是转义符

print("Nanjing")

Nanjing

print("Na\njing")

Na
jing

print(r"Na\njing")

Na\njing

字符串前加r或R使转义符失效

a = 'Nanjing'
print(dir(a))

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'removeprefix', 'removesuffix', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

print(a.split('n'))

['Na', 'ji', 'g']

数字的格式化输出

a='%02i' %(3)
print(a)

03

date='%04i-%02i-%02i' %(2025,2,17)
print(date)

2025-02-17

pi=3.1415926
print('%4.2f' %(pi))

3.14

字符串的长度
使用len()函数（也可用于列表、元组集合等对象）

str1='Nanjing'
print(len(str1))

7

字符串的基本操作
拼接（+），常用于路径字符串的定义

path = r"C:\Windows\Fonts"
path = path+'\\'+'simsun.ttc'
print(path)

C:\Windows\Fonts\simsun.ttc

重复（*）

result = "Ha " * 5  
print(result)

Ha Ha Ha Ha Ha 

切片式引用（[:]）
字符串的切片（slicing）是一种获取字符串子串的方法，使用方括号 [] 和 冒号 : 来指定起始、结束和步长。

基本语法
substring = string[start:stop:step]

• start：起始索引（包含）
• stop：结束索引（不包含）
• step：步长（默认为 1，可为负数）

注意字符串的不可变性

text = "Python"
first_char = text[0]   # 'P'
last_char = text[-1]   # 'n'
print(first_char)
print(last_char)

P
n

substring = text[1:4]   # 'yth'
print(substring)

yth

反序排列

print(text[::-1])

nohtyP

text[:2]='Mara' #字符串具有不可变性

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[185], line 1
----> 1 text[:2]='Mara' #字符串具有不可变性

TypeError: 'str' object does not support item assignment

text='Mara'+text[2:]
print(text)

Marathon

字符串中进行字符替换，使用字符加法，或使用附带函数。

字符串的属性和函数

print(dir(text))

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'removeprefix', 'removesuffix', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

text = text.replace('Mara','Py')
print(text)

Python

print(text.split('t'))

['Py', 'hon']

(3) 列表

列表（List）是 Python 中最常用的数据结构之一，它是一个有序、可变、可存储不同类型元素的集合，使用方括号 [] 表示，元素之间用逗号 , 分隔。

my_list = [1, 2, 3, "Python", True,print]
print(my_list)

[1, 2, 3, 'Python', True, <built-in function print>]

直接创建列表

empty_list = []  # 空列表
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
strings = ["apple", "banana", "cherry"]
mixed = [1, "hello", 3.14, True,strings]

使用 list() 函数创建

list_from_string = list("hello")  # ['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
print(list_from_string)
list_from_tuple = list((1, 2, 3)) # [1, 2, 3]
print(list_from_tuple)

['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
[1, 2, 3]

访问列表元素
与字符串访问方式相同，切片式索引，需注意列表只能一维索引。

print(list_from_string[0:2])

['h', 'e']

b = [1,[2,3],4]
print(b[1])

[2, 3]

print(b[1,1])

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[195], line 1
----> 1 print(b[1,1])

TypeError: list indices must be integers or slices, not tuple

print(b[1][1])

3

列表的可变性1

list_from_string[2:] = 'avy'
print(list_from_string)

['h', 'e', 'a', 'v', 'y']

print(''.join(list_from_string))

heavy

使用空字符串可将字符列表粘成一个字符串。
加法、乘法与字符串中的作用相似。

hr = list_from_string+list(' rainfall')
print(hr)

['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 'r', 'a', 'i', 'n', 'f', 'a', 'l', 'l']

print(''.join(hr))

heavy rainfall

列表的可变性2

hs = hr
print(hr,''.join(hr))
hs[-8:] = list('snowfall')
print(hr,''.join(hr))

['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 'r', 'a', 'i', 'n', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy rainfall
['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 's', 'n', 'o', 'w', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy snowfall

避免上述问题的两种方式

print(hs,''.join(hs))
print(hr,''.join(hr))
hr = hs.copy() #或hs[:]

['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 's', 'n', 'o', 'w', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy snowfall
['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 's', 'n', 'o', 'w', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy snowfall

hr[-8:] = list('rainfall')
print(hs,''.join(hs))
print(hr,''.join(hr))

['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 's', 'n', 'o', 'w', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy snowfall
['h', 'e', 'a', 'v', 'y', ' ', 'r', 'a', 'i', 'n', 'f', 'a', 'l', 'l'] heavy rainfall

列表附带函数，常用append和extend。

hs = ''.join(hr).split()
print(hs)

['heavy', 'rainfall']

I = ['I','dislike']
I.append(hs[0])
print(I)
I.append(hs[1])
print(I)
print(' '.join(I))

['I', 'dislike', 'heavy']
['I', 'dislike', 'heavy', 'rainfall']
I dislike heavy rainfall

J = ['I','like']
J.extend(hs)
print(J)
print(' '.join(J))

['I', 'like', 'heavy', 'rainfall']
I like heavy rainfall

(4) 元组

元组（Tuple）是 Python 中的一种数据结构，它与列表类似，但元组是不可变的（即创建后不能修改）。元组使用圆括号 () 表示，元素之间用逗号 , 分隔。

tuple1 = (1, 2, 3, "Python", True)

单元素元组（注意逗号）

print((5),(5,))  # 需要逗号，否则它是一个整数

5 (5,)

使用 tuple()建立元组，即将其它类型转换为元组

print(tuple('hello'))

('h', 'e', 'l', 'l', 'o')

元组的索引方式与字符串、列表相同。
注意元组的不可变性。

tuple1[0] = 0

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[214], line 1
----> 1 tuple1[0] = 0

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

元组是不可变的，不能直接修改元素，可以通过重新赋值来改变整个元组，或通过变成列表后进行修改。

(5) 字典

字典（Dictionary）是Python的另一个重要对象。它通过键名（key，一般是字符串，也可以是整数）对键值（keyvalue，可以是Python的任意对象）进行索引，可通过多种方式定义。

dict1 = dict(name="Alice", age=25)
print(dict1)

{'name': 'Alice', 'age': 25}

dict2 = {"name": "Alice", "age": 25}
print(dict2)

{'name': 'Alice', 'age': 25}

keys = ["name", "age"]
values = ["Alice", 25]
dict3 = dict(zip(keys,values))
print(dict3)

{'name': 'Alice', 'age': 25}

zip函数可将不同的顺序序列进行一一配对，生成一个zip对象。 注意：字典的键名具有唯一性，相同的键名会被去重。

dict2 = {"name": "Alice", "age": 25,"name":"Ben"}
print(dict2)

{'name': 'Ben', 'age': 25}

字典的索引，键值索引，通过索引可对键值进行修改。

print(dict2['name'])

Ben

字典的附带属性和函数

print(dir(dict2))

['__class__', '__class_getitem__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__ior__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__reversed__', '__ror__', '__setattr__', '__setitem__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'clear', 'copy', 'fromkeys', 'get', 'items', 'keys', 'pop', 'popitem', 'setdefault', 'update', 'values']

常用到.keys()、.update()和.pop()，分别为字典的所有键名、增加字典元素和删除字典元素。

print(dict2.keys())

dict_keys(['name', 'age'])

dict2.update({'gender':'male'})
print(dict2)

{'name': 'Ben', 'age': 25, 'gender': 'male'}

dict2.pop('age')
print(dict2)

{'name': 'Ben', 'gender': 'male'}

(6) 集合

集合（set）是 Python 内置的数据结构之一，是无序、不可重复的元素集合，使用 大括号 {} 或 set() 函数进行创建。集合是无序的，因此不能使用索引访问。

a = {1,1,1,1,2,3,4,5}
print(a)

{1, 2, 3, 4, 5}

b = set([3,4,5,6,7,8,9])
print(b)

{3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

集合运算

print(a & b)  #交集

{3, 4, 5}

print(a | b) #并集

{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

print(a ^ b) #异或

{1, 2, 6, 7, 8, 9}

(7) 布尔型

• 布尔型有 True 和 False 两个值
• 非0整数也是True，0是False
• 比较运算、成员运算和逻辑运算可产生布尔值，布尔值间用逻辑运算

print(1<2)

True

'N' in 'Nanjing'

True

a = [1,2]
b = a  #b和a共用了内存
print(a is not b)

False

print(bool(-1),bool(100),bool(0))

True True False

(8) 其他类型

Python 中还包括“None”，即空型。也可使用“class”语句自定义类型，后面学习的各类模 块均广泛涉及各类模块的自定义类型，比如：Nnumpy 的 Ndarray、Xarray 的 DataArray、Pandas的 DataFrame 等，均属于自定义类型。