Python 基礎詳解：數據類型（Data Types）—

一、引言：為什么數據類型如此重要？

在 Python 編程中，數據類型決定了：

數據的存儲方式
可以對數據執行的操作
數據的取值范圍
不同類型之間的運算規則

理解數據類型是編寫正確、高效程序的基礎。Python 是動態類型語言，雖然你不需要顯式聲明類型，但必須清楚每個變量的類型及其行為。

二、Python 內置核心數據類型概覽

Python 提供了豐富的內置數據類型，主要分為以下幾類：

類別	數據類型	說明
數字類型	`int`, `float`, `complex`	數值計算
文本類型	`str`	字符串處理
布爾類型	`bool`	邏輯判斷
序列類型	`list`, `tuple`, `range`	有序數據集合
映射類型	`dict`	鍵值對存儲
集合類型	`set`, `frozenset`	無序唯一元素集合
二進制類型	`bytes`,`bytearray`,`memoryview`	二進制數據處理

💡 本文將重點講解最常用的核心類型。

三、數字類型（Numeric Types）

1. 整數（int）

表示整數值，沒有大小限制（僅受內存限制）。

age = 25
temperature = -10
big_number = 123456789012345678901234567890

常用操作：

a = 10
b = 3print(a + b)   # 13  加法
print(a - b)   # 7   減法
print(a * b)   # 30  乘法
print(a / b)   # 3.333...  除法（結果為 float）
print(a // b)  # 3   整除
print(a % b)   # 1   取余
print(a ** b)  # 1000  冪運算

?? 注意：/ 運算符總是返回浮點數，即使結果是整數（如 4 / 2 返回 2.0）。

2. 浮點數（float）

表示帶小數點的數字，遵循 IEEE 754 標準。

price = 19.99
pi = 3.1415926535
scientific = 1.5e-4  # 科學計數法，等于 0.00015

浮點數精度問題：

print(0.1 + 0.2)  # 輸出：0.30000000000000004
print(0.1 + 0.2 == 0.3)  # False！

? 解決方案：使用 decimal 模塊進行高精度計算（如金融計算）：

from decimal import Decimal
print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2') == Decimal('0.3'))  # True

3. 復數（complex）（了解即可）

用于數學和工程計算，形式為 a + bj。

z = 3 + 4j
print(z.real)  # 3.0
print(z.imag)  # 4.0

四、文本類型：字符串（str）

字符串是字符的序列，用單引號、雙引號或三引號包圍。

name = "Alice"
message = 'Hello, World!'
multi_line = """這是一個
多行字符串"""

字符串的常用操作

1. 字符串拼接

first = "Hello"
last = "World"
full = first + " " + last  # "Hello World"

? 推薦使用 f-string（Python 3.6+）：

name = "Alice"
age = 25
print(f"我是{name}，今年{age}歲。")

2. 字符串索引與切片

text = "Python"print(text[0])    # 'P'  第一個字符
print(text[-1])   # 'n'  最后一個字符
print(text[1:4])  # 'yth'  切片 [start:end)
print(text[:3])   # 'Pyt'  從開頭到索引3（不含）
print(text[3:])   # 'hon'  從索引3到結尾

3. 常用字符串方法

方法	說明	示例
`.upper()`	轉大寫	`"hello".upper()` → `"HELLO"`
`.lower()`	轉小寫	`"HELLO".lower()` → `"hello"`
`.strip()`	去除首尾空白	`" abc ".strip()` → `"abc"`
`.replace(old, new)`	替換	`"abc".replace("a", "x")` → `"xbc"`
`.split(sep)`	分割	`"a,b,c".split(",")` → `['a', 'b', 'c']`
`.join(list)`	連接	`"-".join(['a','b','c'])` → `"a-b-c"`
`.find(sub)`	查找位置	`"abc".find("b")` → `1`
`.startswith()`	是否以某字符串開頭	`"abc".startswith("a")` → `True`

email = "  Alice@EXAMPLE.COM  "
clean_email = email.strip().lower()
print(clean_email)  # "alice@example.com"

五、布爾類型（bool）

布爾值只有兩個：True 和 False，用于邏輯判斷。

is_student = True
has_permission = False

布爾值的來源：

比較運算的結果
條件判斷的結果
任何對象都可以被“真值測試”

print(5 > 3)           # True
print(10 == 10)        # True
print("hello" != "")   # True# 真值測試（Truthiness）
print(bool(1))         # True
print(bool(0))         # False
print(bool("abc"))     # True
print(bool(""))        # False
print(bool([1, 2]))    # True
print(bool([]))        # False

? 規則：空值（0, "", [], {}, None）為 False，其他為 True。

六、序列類型

1. 列表（list）—— 有序、可變

列表是最常用的數據結構，可以存儲不同類型的數據。

fruits = ["蘋果", "香蕉", "橙子"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = ["Alice", 25, True, 3.14]

列表的常用操作：

# 訪問元素
print(fruits[0])     # "蘋果"
print(fruits[-1])    # "橙子"# 修改元素
fruits[1] = "葡萄"# 添加元素
fruits.append("草莓")      # 末尾添加
fruits.insert(1, "芒果")   # 在索引1處插入# 刪除元素
fruits.remove("蘋果")      # 刪除指定值
del fruits[0]             # 刪除索引0的元素
popped = fruits.pop()     # 彈出并返回末尾元素# 列表長度
print(len(fruits))# 列表切片（同字符串）
print(numbers[1:4])  # [2, 3, 4]# 遍歷列表
for fruit in fruits:print(fruit)

列表推導式（List Comprehension）

一種簡潔創建列表的方式：

# 普通方式
squares = []
for x in range(1, 6):squares.append(x**2)# 推導式方式（推薦）
squares = [x**2 for x in range(1, 6)]
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]# 帶條件的推導式
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]

2. 元組（tuple）—— 有序、不可變

元組與列表相似，但創建后不能修改。

coordinates = (10, 20)
person = ("張三", 25, "北京")
single_item = (42,)  # 單個元素的元組，必須加逗號

元組的特點：

更安全：防止意外修改
性能略高：占用內存更少
可作為字典的鍵（列表不行）

# 訪問元素（同列表）
print(person[0])  # "張三"# 不可修改
# person[0] = "李四"  # TypeError!

3. range 對象

表示一個不可變的數字序列，常用于 for 循環。

r1 = range(5)        # 0, 1, 2, 3, 4
r2 = range(1, 6)     # 1, 2, 3, 4, 5
r3 = range(0, 10, 2) # 0, 2, 4, 6, 8 （步長為2）for i in range(3):print(i)  # 0, 1, 2

💡 range 不是列表，但可以轉換：

list(range(5))  # [0, 1, 2, 3, 4]

七、映射類型：字典（dict）

字典是鍵值對（key-value）的集合，類似于現實生活中的“字典”。

student = {"name": "王五","age": 22,"city": "上海","grades": [85, 90, 78]
}

字典的常用操作：

# 訪問值
print(student["name"])        # "王五"
print(student.get("age"))     # 22
print(student.get("phone", "未知"))  # 安全訪問，鍵不存在時返回默認值# 修改/添加值
student["age"] = 23           # 修改
student["major"] = "計算機"    # 添加新鍵值對# 刪除鍵值對
del student["city"]
popped = student.pop("grades")  # 彈出并返回值# 遍歷字典
for key in student:print(f"{key}: {student[key]}")# 推薦的遍歷方式
for key, value in student.items():print(f"{key}: {value}")# 獲取所有鍵、值、鍵值對
print(student.keys())    # dict_keys(['name', 'age', 'major'])
print(student.values())  # dict_values(['王五', 23, '計算機'])
print(student.items())   # dict_items([('name', '王五'), ...])

字典推導式

# 創建平方數字典
squares_dict = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(squares_dict)  # {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

八、集合類型

1. 集合（set）—— 無序、唯一

集合存儲不重復的元素，且無序。

unique_numbers = {1, 2, 3, 3, 4}
print(unique_numbers)  # {1, 2, 3, 4}  重復的3被自動去除

集合的常用操作：

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}# 并集
print(set1 | set2)  # {1, 2, 3, 4, 5}
print(set1.union(set2))# 交集
print(set1 & set2)  # {3}
print(set1.intersection(set2))# 差集
print(set1 - set2)  # {1, 2}
print(set1.difference(set2))# 對稱差集
print(set1 ^ set2)  # {1, 2, 4, 5}# 添加/刪除
set1.add(4)
set1.remove(1)  # 元素必須存在
set1.discard(10)  # 元素不存在也不會報錯

2. 凍結集合（frozenset）

不可變的集合，可以作為字典的鍵。

fset = frozenset([1, 2, 3])
# fset.add(4)  # AttributeError!

九、類型轉換（Type Casting）

Python 允許在不同類型之間轉換。

函數	說明	示例
int(x)	將參數轉換為整數類型	int("123") → 123
float(x)	將參數轉換為浮點數類型	float("3.14") → 3.14
str(x)	將參數轉換為字符串類型	str(100) → "100"
bool(x)	將參數轉換為布爾值類型	bool(1) → True
list(x)	將參數轉換為列表類型	list("abc") → ['a', 'b', 'c']
tuple(x)	將參數轉換為元組類型	tuple([1, 2]) → (1, 2)
set(x)	將參數轉換為集合類型，去除重復元素	set([1, 2, 2]) → {1, 2}
dict(x)	將一系列鍵值對轉換為字典類型	需要提供鍵值對序列

請注意，對于`dict(x)`函數的具體示例，通常需要給出一個由鍵值對組成的可迭代對象作為輸入。例如，可以使用列表中的元組來創建字典：dict([("key1", "value1"), ("key2", "value2")])將會得到{"key1": "value1", "key2": "value2"}這樣的結果。

# 示例：用戶輸入通常是字符串，需要轉換
age_str = input("請輸入年齡：")  # "25"
age_int = int(age_str)
print(age_int + 5)  # 30

?? 轉換失敗會拋出異常：

int("abc")  # ValueError!

十、總結：Python 數據類型核心要點

類型	可變性	有序性	唯一性	典型用途
`int`/ `float`	?	?	?	數值計算
`str`	?	?	?	文本處理
`bool`	?	?	?	邏輯判斷
`list`	?	?	?	存儲有序數據列表
`tuple`	?	?	?	存儲不可變數據序列
`dict`	?	?（Python 3.7+）	鍵唯一	存儲鍵值對映射
`set`	?	?	?	存儲唯一元素集合

學習建議：

熟練掌握 int, float, str, bool, list, dict —— 這是最常用的五種類型。
理解可變與不可變的區別：list 可變，tuple 不可變。
善用推導式：讓代碼更簡潔高效。
注意類型轉換：特別是用戶輸入和文件讀取時。

📌 動手練習：

創建一個包含你個人信息的字典（姓名、年齡、城市等）。
創建一個列表，存儲你喜歡的電影，并用 for 循環打印。
使用 set 找出兩個列表的共同元素。

# 示例練習
my_info = {"name": "你的名字", "age": 20, "hobbies": ["閱讀", "編程"]}
print(f"我叫{my_info['name']}，愛好是{', '.join(my_info['hobbies'])}。")