4.Python 数字类型

Python 数字类型总结

Python 提供了多种数字类型来存储和操作数值数据。这些类型包括整数、浮点数、长整数（在 Python 3 中已与整数合并）和复数。每种类型都有其特定的特性和使用场景。以下是关于 Python 数字类型的详细总结，包括它们的特点、转换方法以及常用的数学和随机数函数。

1. 数字类型概述

Python 支持以下四种主要的数字类型：

• 整型 (int)：表示整数，可以是正数或负数，没有小数部分。
• 浮点型 (float)：表示带有小数部分的实数，支持科学计数法。
• 复数 (complex)：由实部和虚部组成，用 a + bj 或 complex(a, b) 表示。
• 长整型 (long)：在 Python 2 中用于表示无限大小的整数，但在 Python 3 中已被移除，统一为 int 类型。

特点

• 不可变性：所有数字类型都是不可变的，这意味着一旦创建，它们的值就不能被修改。如果需要改变一个数字的值，实际上是创建了一个新的对象。
• 内存管理：当一个数字对象不再被引用时，Python 的垃圾回收机制会自动释放其占用的内存。

2. 数字类型的创建与赋值

# 整型
x = 42
y = -1000# 浮点型
pi = 3.14159
e = 2.71828
inf = float('inf')  # 正无穷大
ninf = float('-inf')  # 负无穷大
nan = float('nan')  # 非数字# 复数
c = 3 + 4j
d = complex(1, 2)# 长整型（Python 3 中与 int 合并）
z = 123456789012345678901234567890  # 自动处理为 int

3. 数字类型转换

Python 提供了多种内置函数来在不同数字类型之间进行转换：

• int(x[, base])：将 x 转换为整数，base 可选参数指定进制，默认为 10。
• float(x)：将 x 转换为浮点数。
• complex(real[, imag])：创建一个复数，real 和 imag 分别是实部和虚部。
• str(x)：将 x 转换为字符串。
• repr(x)：将 x 转换为表达式字符串。
• eval(str)：计算字符串中的有效 Python 表达式，并返回结果。
• hex(x)：将整数 x 转换为十六进制字符串。
• oct(x)：将整数 x 转换为八进制字符串。

# 类型转换
int_value = int(3.5)        # 输出: 3
float_value = float("12.34")  # 输出: 12.34
str_value = str(42)          # 输出: '42'
complex_value = complex(1, 2)  # 输出: (1+2j)
hex_value = hex(255)         # 输出: '0xff'
oct_value = oct(64)          # 输出: '0o100'

4. 数学运算与函数

Python 提供了丰富的数学运算函数，主要位于 math 和 cmath 模块中。

math 模块

math 模块提供了对浮点数的数学运算函数，如三角函数、指数函数、对数函数等。

import math# 常用数学函数
print(math.sqrt(16))      # 输出: 4.0
print(math.sin(math.pi / 2))  # 输出: 1.0
print(math.log(10))       # 输出: 2.302585092994046
print(math.exp(1))        # 输出: 2.718281828459045
print(math.floor(4.9))    # 输出: 4
print(math.ceil(4.1))     # 输出: 5
print(math.fabs(-10))     # 输出: 10.0
print(math.pow(2, 3))     # 输出: 8.0
print(math.pi)            # 输出: 3.141592653589793
print(math.e)             # 输出: 2.718281828459045

cmath 模块

cmath 模块提供了对复数的数学运算函数，类似于 math 模块，但适用于复数。

import cmath# 复数数学函数
print(cmath.sqrt(-1))     # 输出: 1j
print(cmath.sin(1))       # 输出: (0.8414709848078965+0j)
print(cmath.log10(100))   # 输出: (2+0j)

5. 随机数生成

random 模块提供了生成随机数的功能，广泛应用于模拟、游戏开发等领域。

import random# 生成随机数
print(random.random())          # 输出: [0, 1) 之间的随机浮点数
print(random.uniform(1, 10))    # 输出: [1, 10] 之间的随机浮点数
print(random.randint(1, 10))    # 输出: [1, 10] 之间的随机整数
print(random.choice(['apple', 'banana', 'cherry']))  # 随机选择一个元素
print(random.randrange(0, 10, 2))  # 从 0 到 10 之间按步长 2 选择一个随机整数
items = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(items)           # 随机打乱列表顺序
print(items)

6. 三角函数

math 模块还提供了常见的三角函数，用于角度和弧度之间的转换以及三角运算。

import math# 三角函数
print(math.sin(math.pi / 2))  # 输出: 1.0
print(math.cos(math.pi / 2))  # 输出: 6.123233995736766e-17 (接近 0)
print(math.tan(math.pi / 4))  # 输出: 0.9999999999999999 (接近 1)
print(math.degrees(math.pi))   # 输出: 180.0
print(math.radians(180))       # 输出: 3.141592653589793

7. 数学常量

math 模块中定义了一些常用的数学常量：

• math.pi：圆周率 π，约等于 3.141592653589793。
• math.e：自然常数 e，约等于 2.718281828459045。

import mathprint(math.pi)  # 输出: 3.141592653589793
print(math.e)   # 输出: 2.718281828459045

总结

通过上述详细的解释，我们全面介绍了 Python 中的数字类型及其特点、类型转换方法、数学运算函数、随机数生成和三角函数等内容。这些知识不仅涵盖了 Python 数字类型的使用，还包括了许多实用的内置模块和函数，帮助你在编程中更高效地处理数值数据。

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