Python 基础详解：数据类型（Data Types）—— 程序的“数据基石”

一、引言：为什么数据类型如此重要？

在 Python 编程中，数据类型决定了：

• 数据的存储方式
• 可以对数据执行的操作
• 数据的取值范围
• 不同类型之间的运算规则

理解数据类型是编写正确、高效程序的基础。Python 是动态类型语言，虽然你不需要显式声明类型，但必须清楚每个变量的类型及其行为。

二、Python 内置核心数据类型概览

Python 提供了丰富的内置数据类型，主要分为以下几类：

💡 本文将重点讲解最常用的核心类型。

三、数字类型（Numeric Types）

1. 整数（int）

表示整数值，没有大小限制（仅受内存限制）。

age = 25
temperature = -10
big_number = 123456789012345678901234567890

常用操作：

a = 10
b = 3

print(a + b)   # 13  加法
print(a - b)   # 7   减法
print(a * b)   # 30  乘法
print(a / b)   # 3.333...  除法（结果为 float）
print(a // b)  # 3   整除
print(a % b)   # 1   取余
print(a ** b)  # 1000  幂运算

⚠️ 注意：/ 运算符总是返回浮点数，即使结果是整数（如 4 / 2 返回 2.0）。

2. 浮点数（float）

表示带小数点的数字，遵循 IEEE 754 标准。

price = 19.99
pi = 3.1415926535
scientific = 1.5e-4  # 科学计数法，等于 0.00015

浮点数精度问题：

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

✅ 解决方案：使用 decimal 模块进行高精度计算（如金融计算）：

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

3. 复数（complex）（了解即可）

用于数学和工程计算，形式为 a + bj。

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

四、文本类型：字符串（str）

字符串是字符的序列，用单引号、双引号或三引号包围。

name = "Alice"
message = 'Hello, World!'
multi_line = """这是一个
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"

✅ 推荐使用 f-string（Python 3.6+）：

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

2. 字符串索引与切片

text = "Python"

print(text[0])    # 'P'  第一个字符
print(text[-1])   # 'n'  最后一个字符
print(text[1:4])  # 'yth'  切片 [start:end)
print(text[:3])   # 'Pyt'  从开头到索引3（不含）
print(text[3:])   # 'hon'  从索引3到结尾

3. 常用字符串方法

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

五、布尔类型（bool）

布尔值只有两个：True 和 False，用于逻辑判断。

is_student = True
has_permission = False

布尔值的来源：

• 比较运算的结果
• 条件判断的结果
• 任何对象都可以被“真值测试”

print(5 > 3)           # True
print(10 == 10)        # True
print("hello" != "")   # True

# 真值测试（Truthiness）
print(bool(1))         # True
print(bool(0))         # False
print(bool("abc"))     # True
print(bool(""))        # False
print(bool([1, 2]))    # True
print(bool([]))        # False

✅ 规则：空值（0, "", [], {}, None）为 False，其他为 True。

六、序列类型

1. 列表（list）—— 有序、可变

列表是最常用的数据结构，可以存储不同类型的数据。

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

列表的常用操作：

# 访问元素
print(fruits[0])     # "苹果"
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处插入

# 删除元素
fruits.remove("苹果")      # 删除指定值
del fruits[0]             # 删除索引0的元素
popped = fruits.pop()     # 弹出并返回末尾元素

# 列表长度
print(len(fruits))

# 列表切片（同字符串）
print(numbers[1:4])  # [2, 3, 4]

# 遍历列表
for fruit in fruits:
    print(fruit)

列表推导式（List Comprehension）

一种简洁创建列表的方式：

# 普通方式
squares = []
for x in range(1, 6):
    squares.append(x**2)

# 推导式方式（推荐）
squares = [x**2 for x in range(1, 6)]
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]

# 带条件的推导式
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]

2. 元组（tuple）—— 有序、不可变

元组与列表相似，但创建后不能修改。

coordinates = (10, 20)
person = ("张三", 25, "北京")
single_item = (42,)  # 单个元素的元组，必须加逗号

元组的特点：

• 更安全：防止意外修改
• 性能略高：占用内存更少
• 可作为字典的键（列表不行）

# 访问元素（同列表）
print(person[0])  # "张三"

# 不可修改
# person[0] = "李四"  # TypeError!

3. range 对象

表示一个不可变的数字序列，常用于 for 循环。

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 （步长为2）

for i in range(3):
    print(i)  # 0, 1, 2

💡 range 不是列表，但可以转换：

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

七、映射类型：字典（dict）

字典是键值对（key-value）的集合，类似于现实生活中的“字典”。

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

字典的常用操作：

# 访问值
print(student["name"])        # "王五"
print(student.get("age"))     # 22
print(student.get("phone", "未知"))  # 安全访问，键不存在时返回默认值

# 修改/添加值
student["age"] = 23           # 修改
student["major"] = "计算机"    # 添加新键值对

# 删除键值对
del student["city"]
popped = student.pop("grades")  # 弹出并返回值

# 遍历字典
for key in student:
    print(f"{key}: {student[key]}")

# 推荐的遍历方式
for key, value in student.items():
    print(f"{key}: {value}")

# 获取所有键、值、键值对
print(student.keys())    # dict_keys(['name', 'age', 'major'])
print(student.values())  # dict_values(['王五', 23, '计算机'])
print(student.items())   # dict_items([('name', '王五'), ...])

字典推导式

# 创建平方数字典
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、集合类型

1. 集合（set）—— 无序、唯一

集合存储不重复的元素，且无序。

unique_numbers = {1, 2, 3, 3, 4}
print(unique_numbers)  # {1, 2, 3, 4}  重复的3被自动去除

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))

# 对称差集
print(set1 ^ set2)  # {1, 2, 4, 5}

# 添加/删除
set1.add(4)
set1.remove(1)  # 元素必须存在
set1.discard(10)  # 元素不存在也不会报错

2. 冻结集合（frozenset）

不可变的集合，可以作为字典的键。

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

九、类型转换（Type Casting）

Python 允许在不同类型之间转换。

请注意，对于`dict(x)`函数的具体示例，通常需要给出一个由键值对组成的可迭代对象作为输入。例如，可以使用列表中的元组来创建字典：dict([("key1", "value1"), ("key2", "value2")])将会得到{"key1": "value1", "key2": "value2"}这样的结果。

# 示例：用户输入通常是字符串，需要转换
age_str = input("请输入年龄：")  # "25"
age_int = int(age_str)
print(age_int + 5)  # 30

⚠️ 转换失败会抛出异常：

int("abc")  # ValueError!

十、总结：Python 数据类型核心要点

学习建议：

1. 熟练掌握 int, float, str, bool, list, dict —— 这是最常用的五种类型。
2. 理解可变与不可变的区别：list 可变，tuple 不可变。
3. 善用推导式：让代码更简洁高效。
4. 注意类型转换：特别是用户输入和文件读取时。

📌 动手练习：

1. 创建一个包含你个人信息的字典（姓名、年龄、城市等）。
2. 创建一个列表，存储你喜欢的电影，并用 for 循环打印。
3. 使用 set 找出两个列表的共同元素。

# 示例练习
my_info = {"name": "你的名字", "age": 20, "hobbies": ["阅读", "编程"]}
print(f"我叫{my_info['name']}，爱好是{', '.join(my_info['hobbies'])}。")