Числа в Python 3: целые, вещественные, комплексные. Работа с числами и операции над ними.
Целые числа (int)
Числа в Python 3 ничем не отличаются от обычных чисел. Они поддерживают набор самых обычных математических операций:
Также нужно отметить, что целые числа в python 3, в отличие от многих других языков, поддерживают длинную арифметику (однако, это требует больше памяти).
Битовые операции
Над целыми числами также можно производить битовые операции
x | y
Побитовое или
x ^ y
Побитовое исключающее или
x & y
Побитовое и
x > y
Битовый сдвиг вправо
Дополнительные методы
Системы счисления
Те, у кого в школе была информатика, знают, что числа могут быть представлены не только в десятичной системе счисления. К примеру, в компьютере используется двоичный код, и, к примеру, число 19 в двоичной системе счисления будет выглядеть как 10011. Также иногда нужно переводить числа из одной системы счисления в другую. Python для этого предоставляет несколько функций:
Вещественные числа (float)
Вещественные числа поддерживают те же операции, что и целые. Однако (из-за представления чисел в компьютере) вещественные числа неточны, и это может привести к ошибкам:
Для высокой точности используют другие объекты (например Decimal и Fraction)).
Также вещественные числа не поддерживают длинную арифметику:
Простенькие примеры работы с числами:
Дополнительные методы
Помимо стандартных выражений для работы с числами (а в Python их не так уж и много), в составе Python есть несколько полезных модулей.
Модуль math предоставляет более сложные математические функции.
Модуль random реализует генератор случайных чисел и функции случайного выбора.
Комплексные числа (complex)
В Python встроены также и комплексные числа:
Для работы с комплексными числами используется также модуль cmath.
О принципах работы Decimal и Fraction и пойдет речь в данном обзоре.
Для чего нужен модуль Decimal?
Некоторые пользователи задаются вопросом, зачем нам нужен модуль для выполнения простейшей арифметики с десятичными числами, когда мы вполне можем сделать то же самое с помощью чисел с плавающей точкой 🤷♂️?
Перед тем, как мы ответим на данный вопрос, мы хотим, чтобы вы сами посчитали в Python, какой результат будет в данном примере: 0.1+0.2? Вы будете удивлены, когда узнаете, что правильный ответ — это не 0,3, а 0,30000000000000004.
Чтобы понять, почему в расчетах возникла ошибка, попробуйте представить 1/3 в десятичной форме. Тогда вы заметите, что число на самом деле не заканчивается в базе 10. Так как все числа должны быть каким-то образом представлены, при их сохранении в консоли делается несколько приближений, что и приводит к ошибкам.
Cпециально для читателей-гуманитариев, у нас есть объяснение принципов работы модулей Питона: «Она на долю секунды отвела взгляд» и «Она отвела взгляд на короткое время» — чувствуете разницу?
Чтобы получить точные результаты, подобные тем, к которым мы привыкли при выполнении расчетов вручную, нам нужно что-то, что поддерживает быструю, точно округленную, десятичную арифметику с плавающей запятой, и модуль Decimal отлично справляется с этой задачей. Теперь, когда мы разобрались с теорией, переходим к принципам работы десятичного модуля.
Модуль Decimal
Синтаксис
С помощью Decimal вы можете создавать десятичные числа.
Decimal обеспечивает поддержку правильного округления десятичной арифметики с плавающей точкой.
Контекстом в Deciaml можно управлять, устанавливая свои значения. Например, для того, чтобы управлять точностью Decimal, необходимо изменить параметр контекста prec (от англ. precision — точность):
>>> from decimal import Decimal >>> getcontext().prec = 4 # установим точность округление >>> number = Decimal(«2.1234123») >>> print(number.quantize(Decimal(‘1.000’))) 2.123 # округление до 3 чисел в дробной части >>> print(number.quantize(Decimal(‘1.00’))) 2.12 # округление до 2 чисел в дробной части >>> print(number.quantize(Decimal(‘1.0’))) 2.1 # округление до 1 числа в дробной части
Потребность в максимальной точности расчетов на практике чаще всего возникает в отраслях и ситуациях, где некорректно выбранная точность расчетов может обернуться серьезными финансовыми потерями:
Таким образом, этих двух модулей должно быть достаточно, чтобы помочь вам выполнять общие операции как с десятичными, так и с дробными числами. Как мы уже говорили, вы можете использовать эти модули вместе с математическим модулем для вычисления значения всех видов математических функций в желаемом формате.
Модуль Decimal незаменим, если нужно считать деньги: с его помощью вы сможете подсчитать точную сумму, вплоть до копеек.
Fraction считает просто и честно: любители онлайн-игр приспособили его для подсчетов в игровой математике.
Ч исла в Python (как и в других языках программирования) чрезвычайно простое понятие. В Python все переменные представляют собой объекты и размещаются в динамической памяти.
Базовый набор Python содержит следующие типы чисел:
Целые числа (int)
Любое целое число состоит из массива цифр переменной длины, поэтому в Python 3 в переменную типа int может быть записано число неограниченной длины. Единственное ограничение длины — это размер оперативной памяти.
Целые числа могут записываться не только как десятичные, но и как двоичные, восьмеричные или шестнадцатеричные. Для этого перед числом нужно написать символы:
Вещественные числа (float)
Числа типа float — неточны (из-за представления чисел с плавающей запятой в компьютере).
>>> 0.3 + 0.3 + 0.3 + 0.1 0.9999999999999999
Информацию о точности и внутреннем представлении float для вашей системы можно получить из sys.float_info
Если нужен список чисел, введите несколько чисел через пробел и выполните:
my_list = [int(x) for x in input().split()] print(my_list) > [1, 2, 3]
Вывод чисел
Для вывода числа используйте print() :
На практике возникают ситуации, когда нужно вывести число вместе со строкой (например пояснить, что означает число). Существует несколько вариантов сделать это:
>>> print(«int variable = » + str(1)) int variable = 1 >>> print(«int variable = <>«.format(1)) int variable = 1 >>> print(f’int variable = <1>‘) # f-строки работаюв в Python 3.6+ int variable = 1
Числа бывают целыми и дробными. Для десятичных дробей, или чисел с плавающей запятой, в Python есть специальный тип данных — float (от англ. floating point, «плавающая точка»).
Дробные числа, как и целые, преобразуют к строкам вызовом функции str() :
Такой похожий код — и такой разный результат! Превратив числа в строки, мы получили один из IP-адресов серверов.
Можно и наоборот. Преобразуем строки в числа функцией float() :
Также можно сделать несколько преобразований в одной строчке. Попробуем сначала сделать дробь целым числом, а затем преобразовать ее в строку:
Что значит «плавающая запятая» и куда она плывет? Грубо говоря, дробные числа называются «числами с плавающей запятой», потому что запятая «плавает» по числу, когда его представляют в виде произведения значащей части и степени.
Например, число 3,14159 можно записать следующим образом:
В англоязычной литературе запятая называется точкой, floating point, потому что принято писать десятичные дроби через точку.
# Упражнения
Очеловечим Виту. Пусть она округляет точные значения так, как это делают люди. Точное значение — дробь — хранится в переменной temperature_exact (англ. exact, «точный»). Выведите на экран строку вида За окном 39.3 градусов Цельсия. Это почти 40 Вита должна взять точное значение, отбросить знаки после запятой, добавить единицу и сообщить примерное значение, округлённое «вверх» — до ближайшего большего целого числа. Его Вита сохраняет в переменной temperature_approx(от англ. approximate, «примерный»). При другом значении temperature_exact должна изменяться и возвращаемая строка.
# Упражнения tkinter
Создайте оконное приложение «Вита», в которое выводятся данные о температуре. Пусть она округляет точные значения так, как это делают люди. Точное значение — дробь — хранится в переменной temperature_exact (англ. exact, «точный»). Выведите на экран строку вида За окном 17.3 градусов Цельсия. Это почти 18 Вита должна взять точное значение, отбросить знаки после запятой, добавить единицу и сообщить примерное значение, округлённое «вверх» — до ближайшего большего целого числа. Его Вита сохраняет в переменной temperature_approx (от англ. approximate, «примерный»). При другом значении temperature_exact должна изменяться и возвращаемая строка.
В этом материале рассмотрим работу с числами в Python. Установите последнюю версию этого языка программирования и используйте IDE для работы с кодом, например, Visual Studio Code.
В Python достаточно просто работать с числами, ведь сам язык является простым и одновременно мощным. Он поддерживает всего три числовых типа:
Хотя int и float присутствуют в большинстве других языков программирования, наличие типа комплексных чисел — уникальная особенность Python. Теперь рассмотрим в деталях каждый из типов.
Целые и числа с плавающей точкой в Python
Создание int и float чисел
Для создания целого числа нужно присвоить соответствующее значение переменной. Возьмем в качестве примера следующий код:
Здесь также не стоит использовать кавычки.
В Python также можно создавать крупные числа, но в таком случае нельзя использовать запятые.
Если попытаться запустить этот код, то интерпретатор Python вернет ошибку. Для разделения значений целого числа используется нижнее подчеркивание. Вот пример корректного объявления.
Значение выведем с помощью функции print :
Арифметические операции над целыми и числами с плавающей точкой
Сложение
Результатом будет сумма двух чисел, которая выведется в терминале.
Теперь запустим такой код.
В нем было выполнено сложение целого и числа с плавающей точкой. Можно обратить внимание на то, что результатом также является число с плавающей точкой. Таким образом сложение двух целых чисел дает целое число, но если хотя бы один из операндов является числом с плавающей точкой, то и результат станет такого же типа.
Вычитание
Положительные числа получаются в случае вычитания маленького числа из более крупного. Если же из маленького наоборот вычесть большое, то результатом будет отрицательно число. По аналогии с операцией сложения при вычитании если один из операндов является числом с плавающей точкой, то и весь результат будет такого типа.
Умножение
Если перемножить два целых числа, то результатом будет целое число. Если же использовать число с плавающей точкой, то результатом будет также число с плавающей точкой.
Деление
Деление без остатка
При обычном делении с использованием оператора / результатом будет точное число с плавающей точкой. Но иногда достаточно получить лишь целую часть операции. Для этого есть операции интегрального деления. Стоит рассмотреть ее на примере.
Результатом такой операции становится частное. Остаток же можно получить с помощью модуля, о котором речь пойдет дальше.
Остаток от деления
На этих примерах видно, как это работает.
Возведение в степень
Комплексные числа
Комплексные числа — это числа, которые включают мнимую часть. Python поддерживает их «из коробки». Их можно запросто создавать и использовать. Пример:
