从零开始学Python之数据结构（字符串以及数字）
一、字符串
1.1 怎么定义字符串
字符串是Python最常用的数据结构之一。在 Python 里是用于处理文本数据的，比如存储姓名、文章内容等文本信息 。
- 定义方式：
- 单引号：用单引号
' '包裹文本，如name = 'Alice'，单引号内可正常包含除单引号之外的字符，若要包含单引号，需进行转义，像sentence = 'He said, \'Hello!\''。 - 双引号：用双引号
" "包裹文本，例如message = "Hello, world!"，在需要包含单引号时较为方便，如quote = "He said, 'Hello!'"。 - 三重单引号：分为三重单引号
''' '''和三重双引号""" """。常用于定义多行字符串。
- 单引号：用单引号
使用的时候两种方式：
- 一种双引号里有双引号，那么里面的双引号就用\进行转译。
- 另一种直接最外面使用单引号，里面也可以直接使用双引号。见下图。
1.2 如何使用字符串中的变量
- 使用场景：当我们需要在字符串中插入变量的值时，可采用 f - strings 这种方式。比如有变量存储姓名、年龄等信息，想把这些信息整合到一个描述性字符串中，就会用到。
- 语法格式：f - strings 以
f开头，后面跟着用大括号{}包裹的变量名，即f"{变量名}"。示例如下： -
name = "Alice" age = 25 message = f"My name is {name} and I'm {age} years old." print(message) # 输出：My name is Alice and I'm 25 years old.
1.3 字符串的基本操作
in ：表达式 x in s ，其中 x 是要查找的元素，s 是目标字符串。如果 x 是 s 的子字符串或字符，返回 True ，否则返回 False 。例如：
s = "hello world"
print('ll' in s) # 输出 True
print('abc' in s) # 输出 Falsenot in ：表达式 x not in s ，功能与 in 相反，当 x 不是 s 的子字符串或字符时，返回 True ，否则返回 False 。例如：
s = "hello world"
print('abc' not in s) # 输出 True
print('ll' not in s) # 输出 False+ 运算符：用于连接两个字符串。将 s 和 t 两个字符串首尾相连，生成一个新的字符串。例如：
s = "Hello"
t = "World"
result = s + t
print(result) # 输出 HelloWorld* 运算符：用于字符串重复。s * t 表示将字符串 s 重复 t 次，t 必须是整数。例如：
s = "Hi"
t = 3
result = s * t
print(result) # 输出 HiHiHi
s[i]：用于获取字符串 s 中索引为 i 的单个字符。在 Python 中，字符串索引从 0 开始。例如：
s = "hello"
print(s[1:3]) # 输出 'el'
# 如果索引为负数，则从字符串末尾开始计数，-1 表示最后一个字符 ，如 print(s[-1]) 会输出 'o' 。s[i:j]：获取字符串 s 的子串，范围是从索引 i （包含）到索引 j （不包含）。例如：
s = "hello"
print(s[1:3]) # 输出 'el'
# 如果 i 省略，默认从字符串开头（索引 0 ）开始；如果 j 省略，默认到字符串末尾 。比如 s[:3] 等价于 s[0:3] ，s[1:] 等价于 s[1:len(s)] 。s[i:j:k]：在 s[i:j] 的基础上，增加了步长 k ，表示每隔 k - 1 个字符取一个字符。例如：
s = "hello"
print(s[::2]) # 输出 'hlo' ，从开头到结尾，每隔1个字符取一个
# k 为负数时，表示反向切片。比如 s[::-1] 可以将字符串 s 反转 ，对于 s = "hello" ，s[::-1] 输出为 'olleh' 。1.4 字符串的常用方法
4.1 str.count(sub[, start[, end]])
- 功能：统计子字符串
sub在指定字符串str中，位于start（起始索引，包含）到end（结束索引，不包含）范围内非重叠出现的次数 。start和end为可选参数，若省略，默认在整个字符串中统计。 - 示例：
s = "hello world hello"
print(s.count('hello')) # 输出 2
print(s.count('l', 0, 5)) # 在索引0到4范围内统计'l'出现次数，输出 24.2 str.isalnum()
- 功能：判断字符串
str中的所有字符是否都是字母或数字，且字符串至少有一个字符。满足条件返回True，否则返回False。 - 示例：
s1 = "abc123"
s2 = "abc!123"
s3 = ""
print(s1.isalnum()) # 输出 True
print(s2.isalnum()) # 输出 False ，因包含'!'非字母数字字符
print(s3.isalnum()) # 输出 False ，字符串为空4.3 str.isalpha()
- 功能：判断字符串
str中的所有字符是否都是字母，且字符串至少有一个字符。满足条件返回True，否则返回False。 - 示例：
s1 = "abc"
s2 = "abc123"
s3 = ""
print(s1.isalpha()) # 输出 True
print(s2.isalpha()) # 输出 False ，因包含数字
print(s3.isalpha()) # 输出 False ，字符串为空4.4 str.join(iterable)
- 功能：以
str作为分隔符，将可迭代对象iterable（如列表、元组等，其中元素需为字符串）中的字符串拼接起来，返回拼接后的新字符串。 - 示例：
s = "-"
lst = ["apple", "banana", "cherry"]
result = s.join(lst)
print(result) # 输出 apple-banana-cherry4.5 str.split(sep=None, maxsplit=-1)
- 功能：根据分隔符
sep对字符串str进行分割。若sep为None，则按空白字符（空格、换行符等）分割；maxsplit限制最多分割次数，-1表示无限制。返回分割后的字符串列表。 - 示例：
s = "hello world python"
print(s.split()) # 输出 ['hello', 'world', 'python']
print(s.split('l', 1)) # 按'l'分割，最多分割1次，输出 ['he', 'lo world python']4.6 str.startswith(prefix[, start[, end]])
- 功能：检查字符串
str从索引start（包含）到索引end（不包含）的部分是否以指定的prefix开头，满足则返回True，否则返回False。start和end为可选参数，省略时检查整个字符串。 - 示例：
s = "hello world"
print(s.startswith('he')) # 输出 True
print(s.startswith('wo', 6)) # 从索引6开始检查是否以'wo'开头，输出 True二、数字类型
2.1 数字类型介绍
用途：Python 的数字类型在数学计算（如加减乘除、幂运算等）和统计（如求均值、方差等）场景中广泛应用 。
种类：
-
- 整数：表示没有小数部分的数，像
1、-5等。Python 中的整数没有大小限制，可表示非常大或非常小的整数。 - 浮点数：用于表示带有小数部分的数，如
3.14、-2.5。在计算机中，浮点数采用二进制表示，可能存在精度问题，例如0.1 + 0.2并不精确等于0.3。 - 复数：形式为
a + bj，其中a是实部，b是虚部 ，j表示虚数单位（在 Python 中用j表示），例如3 + 4j。复数常用于科学计算、信号处理等领域。
- 整数：表示没有小数部分的数，像
创建方式：可以通过直接写数字字面值（如 5、3.14 ）创建数字，也能通过内置函数（如 int()、float() 等）和运算符（如 +、* 等）的运算结果来创建 。比如 a = int('5') ，b = 2 + 3 。
2.2 数字类型函数介绍
关于 Python 中数字类型常见运算如下：
算术运算：
- 加法（
x + y）：计算x和y两个数字的总和。例如3 + 5结果为8，可以用于整数、浮点数运算，也支持不同数字类型混合运算，如3 + 2.5结果为5.5。 - 减法（
x - y）：求x与y的差值。比如7 - 4结果是3。 - 乘法（
x * y）：计算x和y的乘积。像4 * 6等于24。 - 除法（
x / y）：返回x除以y的商，结果是浮点数。例如9 / 2结果为4.5。 - 整除（
x // y）：得到x除以y的商的整数部分，舍去小数部分。如9 // 2结果是4。 - 取余（
x % y）：求出x除以y的余数。例如9 % 2结果为1。
符号运算：
- 取反（
-x）：改变数字x的符号，正数变为负数，负数变为正数 。比如x = 5，-x就是-5；x = -3，-x则是3。 - 保持不变（
+x）：对数字x不做任何改变，x是多少，+x就是多少 。例如x = 7，+x依然是7。
数值处理运算：
abs(x)：返回数字x的绝对值，若x是整数或浮点数，就是其到原点的距离；若x是复数，则返回复数的模。例如abs(-5)结果为5，abs(3 + 4j)结果为5.0。int(x)：将x转换为整数。若x是浮点数，会向下取整，如int(3.8)结果是3；若x是字符串，只要字符串内容是合法整数形式（如'5'），就能转换为对应整数。float(x)：把x转换为浮点数。若x是整数，会在末尾添加.0，如float(5)结果是5.0；若x是字符串，只要字符串内容是合法数字形式（如'3.14'），就能转换为浮点数。complex(re, im)：创建一个复数，实部为re，虚部为im，im默认为0。比如complex(3)得到3+0j，complex(3, 4)得到3 + 4j。c.conjugate()：对于复数c，返回其共轭复数，即实部不变，虚部取反。例如复数c = 3 + 4j，c.conjugate()结果是3 - 4j。
2.3 数字类型转换
Python 是 强类型编程语言，意味着变量的类型一旦确定，就不会自动进行类型转换（除非是显式操作），不同类型的数据在进行运算时，不会像弱类型语言那样自动隐式转换，以保证数据类型的安全性和严谨性 。
（1）类型查看
使用 type() 函数可以获取对象的类型。例如：
a = 5
print(type(a)) # 输出 <class 'int'>
b = 3.14
print(type(b)) # 输出 <class 'float'>（2）类型转换
int()：用于将符合条件的值转换为整数。可以将浮点数转换为整数（向下取整，如int(3.8)结果为3）；也能将表示整数的字符串（如'5'）转换为整数 ，但字符串内容必须是合法整数形式，否则会报错。float()：可把整数或表示数字的字符串转换为浮点数。整数转换时会在末尾添加.0，如float(5)结果是5.0；只要字符串内容是合法数字形式（如'3.14'）就能转换为浮点数。
2.4 数字与字符串转换
（1）数字转字符串
使用 str() 函数可以将数字转换为字符串。无论是整数、浮点数还是复数，都能通过该函数转换。例如：
num_int = 5
num_float = 3.14
num_complex = 2 + 3j
print(str(num_int)) # 输出 '5'
print(str(num_float)) # 输出 '3.14'
print(str(num_complex)) # 输出 '(2+3j)'（2）字符串转整数
int() 函数用于将字符串转换为整数，但要求字符串的内容必须是合法的整数表示形式，比如 '123' 。如果字符串中包含非数字字符（除了正负号 ），转换时就会报错。示例如下：
s1 = '10'
s2 = 'abc'
print(int(s1)) # 输出 10
# print(int(s2)) # 会报错，因为 'abc' 不是合法整数形式注意：int()只能将只含整数的字符串转换，否则报错。
三、补充
Python、Java 都属于强类型编程语言。在这类语言中，每个变量都有明确且固定的数据类型，一旦定义好就不能随意改变。
3.1 类型稳定性
数据类型不会因为运算等操作而自动改变。例如在 Python 中，整数 5 与浮点数 3.14 相加，5 不会自动转换为浮点数再运算，而是系统会根据规则将整数隐式转换为浮点数后进行运算，但这不是变量类型中途改变，而是遵循语言的运算规则。又如在 Java 中，定义 int a = 5; ，a 的类型始终是 int ，不会因为参与运算就变成其他类型。
3.2 类型转换方式
若要改变数据类型，必须通过显式的类型转换操作。在 Python 中，使用 int()、float()、str() 等函数进行转换；在 Java 中，使用强制类型转换（如 (int)3.14 把 3.14 强制转换为整数 ）或者自动装箱拆箱机制（针对基本数据类型和包装类之间）等方式。 显式转换能让开发者清楚知道类型变化，增强代码的可读性和稳定性。
