【基础】Python基础语法：数据类型和变量

# 1. Python数据类型和变量基础**

Python是一种动态类型语言，这意味着变量在运行时可以存储不同类型的数据。Python中的基本数据类型包括数字、字符串、布尔值和空值。此外，Python还提供了丰富的序列数据类型，如列表、元组和字典，以及集合数据类型，如集合和无序字典。这些数据类型为存储和处理各种类型的数据提供了灵活性。

# 2. Python数据类型高级应用

### 2.1 Python的序列数据类型

#### 2.1.1 列表（list）

列表是一种可变的有序数据类型，用于存储一组元素。它可以包含任何类型的数据，包括其他列表。列表使用方括号（[]）表示，元素之间用逗号（,）分隔。

# 创建一个列表
my_list = [1, 2, 3, 'a', 'b', 'c']

# 访问列表中的元素
print(my_list[0])  # 输出：1

# 修改列表中的元素
my_list[0] = 'one'

# 添加元素到列表
my_list.append('d')

# 删除元素
my_list.remove('b')

**逻辑分析：**

* `my_list`是一个列表，包含各种类型的数据。
* `my_list[0]`访问列表中的第一个元素，即`1`。
* `my_list[0] = 'one'`将第一个元素修改为字符串`'one'`。
* `my_list.append('d')`在列表末尾添加元素`'d'`。
* `my_list.remove('b')`从列表中删除元素`'b'`。

#### 2.1.2 元组（tuple）

元组是一种不可变的有序数据类型，用于存储一组元素。它与列表类似，但不能修改。元组使用小括号（()）表示，元素之间用逗号（,）分隔。

# 创建一个元组
my_tuple = (1, 2, 3, 'a', 'b', 'c')

# 访问元组中的元素
print(my_tuple[0])  # 输出：1

# 无法修改元组中的元素
# my_tuple[0] = 'one'  # 会报错

**逻辑分析：**

* `my_tuple`是一个元组，包含各种类型的数据。
* `my_tuple[0]`访问元组中的第一个元素，即`1`。
* 由于元组不可变，因此无法修改其元素。

#### 2.1.3 字典（dict）

字典是一种无序的数据类型，用于存储键值对。键是唯一的，值可以是任何类型的数据。字典使用大括号（{}）表示，键和值之间用冒号（:）分隔。

# 创建一个字典
my_dict = {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}

# 访问字典中的值
print(my_dict['name'])  # 输出：John

# 添加键值对
my_dict['job'] = 'Software Engineer'

# 删除键值对
del my_dict['age']

**逻辑分析：**

* `my_dict`是一个字典，包含键值对。
* `my_dict['name']`访问键`'name'`对应的值，即`'John'`。
* `my_dict['job'] = 'Software Engineer'`添加键值对`'job'`和`'Software Engineer'`。
* `del my_dict['age']`删除键`'age'`及其对应的值。

# 3.1 Python变量的作用域和生存期

#### 3.1.1 局部变量和全局变量

在Python中，变量的作用域决定了变量的可见性和生存期。变量的作用域分为两种：局部变量和全局变量。

* **局部变量：**局部变量只在函数或代码块内可见，当函数或代码块执行完毕后，局部变量将被销毁。
* **全局变量：**全局变量在整个程序中可见，可以在任何函数或代码块中访问。

局部变量和全局变量可以通过以下方式声明：

# 声明局部变量
def my_function():
    local_variable = 10

# 声明全局变量
global_variable = 20

#### 3.1.2 变量的生存周期

变量的生存周期是指变量从创建到销毁的时间段。变量的生存周期与作用域密切相关。

* **局部变量：**局部变量的生存周期与函数或代码块的执行周期相同。当函数或代码块执行完毕后，局部变量将被销毁。
* **全局变量：**全局变量的生存周期与程序的执行周期相同。当程序执行完毕后，全局变量将被销毁。

### 3.2 Python变量的特殊类型

除了基本数据类型外，Python还提供了两种特殊类型的变量：空值（None）和布尔值（bool）。

#### 3.2.1 空值（None）

空值（None）表示一个未定义或不存在的值。它是一个特殊的值，不是任何其他数据类型的实例。空值通常用于表示没有值或未知值。

# None 的类型
print(type(None))  # <class 'NoneType'>

#### 3.2.2 布尔值（bool）

布尔值（bool）表示真或假。它只有两个值：True和False。布尔值通常用于条件语句和逻辑运算。

# 布尔值的类型
print(type(True))  # <class 'bool'>
print(type(False))  # <class 'bool'>

# 4. Python变量操作技巧

### 4.1 Python变量的类型转换

变量类型转换是指将一个变量从一种数据类型转换为另一种数据类型。Python提供了多种内置函数来实现类型转换，常见的有：

- `int()`：将变量转换为整数
- `float()`：将变量转换为浮点数
- `str()`：将变量转换为字符串
- `bool()`：将变量转换为布尔值
- `list()`：将变量转换为列表
- `tuple()`：将变量转换为元组
- `dict()`：将变量转换为字典

**代码块：**

# 将整数转换为浮点数
num = 10
num_float = float(num)
print(num_float)  # 输出：10.0

# 将字符串转换为整数
num_str = "10"
num_int = int(num_str)
print(num_int)  # 输出：10

**逻辑分析：**

* 第一个代码块将整数变量 `num` 转换为浮点数 `num_float`。
* 第二个代码块将字符串变量 `num_str` 转换为整数 `num_int`。

### 4.1.1 基本数据类型的转换

基本数据类型之间的转换相对简单，直接使用相应的内置函数即可。例如：

**代码块：**

# 将整数转换为字符串
num = 10
num_str = str(num)
print(num_str)  # 输出：'10'

# 将布尔值转换为字符串
flag = True
flag_str = str(flag)
print(flag_str)  # 输出：'True'

**逻辑分析：**

* 第一个代码块将整数 `num` 转换为字符串 `num_str`。
* 第二个代码块将布尔值 `flag` 转换为字符串 `flag_str`。

### 4.1.2 序列数据类型的转换

序列数据类型之间的转换需要考虑元素的类型转换。例如，将列表转换为元组时，需要逐个转换列表中的元素。

**代码块：**

# 将列表转换为元组
my_list = [1, 2, 3]
my_tuple = tuple(my_list)
print(my_tuple)  # 输出：(1, 2, 3)

# 将元组转换为列表
my_tuple = (1, 2, 3)
my_list = list(my_tuple)
print(my_list)  # 输出：[1, 2, 3]

**逻辑分析：**

* 第一个代码块使用 `tuple()` 函数将列表 `my_list` 转换为元组 `my_tuple`。
* 第二个代码块使用 `list()` 函数将元组 `my_tuple` 转换为列表 `my_list`。

### 4.2 Python变量的格式化输出

格式化输出是指将变量以特定的格式输出到控制台或文件中。Python提供了 `format()` 函数和 `f-string` 语法来实现格式化输出。

**4.2.1 字符串格式化**

`format()` 函数使用占位符 `{变量名}` 来指定变量的位置，并使用 `format()` 方法进行格式化。例如：

**代码块：**

# 使用 format() 函数格式化字符串
name = "John"
age = 30
print("My name is {name} and I am {age} years old.".format(name=name, age=age))
# 输出：My name is John and I am 30 years old.

**逻辑分析：**

* 使用 `format()` 函数将变量 `name` 和 `age` 插入到字符串中。
* 占位符 `{name}` 和 `{age}` 分别对应变量 `name` 和 `age` 的值。

**4.2.2 数字格式化**

`f-string` 语法使用 `f` 前缀和花括号 `{}` 来指定变量的位置，并使用表达式进行格式化。例如：

**代码块：**

# 使用 f-string 格式化数字
num = 1234.567
print(f"The number is {num:.2f}")
# 输出：The number is 1234.57

**逻辑分析：**

* 使用 `f-string` 语法将变量 `num` 插入到字符串中。
* 格式化表达式 `{num:.2f}` 指定保留两位小数。

# 5.1 Python变量在数据处理中的应用

变量在数据处理中扮演着至关重要的角色，它们存储着数据，并允许我们对其进行操作。Python提供了广泛的数据处理库，使我们能够高效地处理各种数据。

### 5.1.1 数据的读取和写入

#### 读取数据

import csv

with open('data.csv', 'r') as f:
    reader = csv.reader(f)
    for row in reader:
        print(row)

此代码从CSV文件中读取数据，并将每一行作为一个列表存储在变量`row`中。

#### 写入数据

import csv

with open('data.csv', 'w') as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerow(['Name', 'Age', 'City'])
    writer.writerow(['John', '30', 'New York'])

此代码将数据写入CSV文件，每一行由一个列表表示。

### 5.1.2 数据的排序和筛选

#### 排序数据

data = [5, 2, 8, 3, 1]
data.sort()
print(data)  # [1, 2, 3, 5, 8]

此代码对列表`data`中的元素进行升序排序。

#### 筛选数据

data = [5, 2, 8, 3, 1]
filtered_data = list(filter(lambda x: x > 3, data))
print(filtered_data)  # [5, 8]

此代码使用`filter`函数从列表`data`中筛选出大于3的元素，并将结果存储在`filtered_data`中。