一、Python 变量基础

1.1 变量的定义

Python 变量不需要声明类型。直接赋值即可。Python 是动态类型语言。变量的类型在运行时确定：

# 变量定义 - 无需声明类型
name = "Python"        # 字符串
version = 3.12         # 浮点数
is_awesome = True      # 布尔值
count = 100            # 整数

# 查看变量类型
print(type(name))      # <class 'str'>
print(type(version))   # <class 'float'>
print(type(count))     # <class 'int'>

# 变量可以重新赋值为不同类型
count = "一百"         # 现在变成字符串了
print(type(count))     # <class 'str'>

1.2 命名规则

遵循良好的命名规范可以让代码更易读：

• 基本规则：只能包含字母、数字、下划线
• 不能以数字开头：如 1name 是非法的
• 区分大小写：Name 和 name 是不同的变量
• 不能使用 Python 关键字：如 if、for、while 等
• 推荐使用小写字母和下划线：如 user_name、total_count

# 合法的变量名
user_name = "张三"
age = 25
_total = 100

# 非法的变量名（会报错）
# 1name = "李四"      # 不能以数字开头
# class = "Python"    # 不能使用关键字
# my-name = "王五"    # 不能包含连字符

# 查看 Python 关键字
import keyword
print(keyword.kwlist)  # 打印所有关键字

二、基本数据类型

2.1 数值类型

Python 支持多种数值类型。包括整数、浮点数和复数：

# 整数（int）- 任意精度
age = 25
population = 1400000000  # 14 亿
big_num = 10 ** 100      # 1 后面 100 个零。Python 能处理

# 浮点数（float）- 带小数点
price = 99.99
pi = 3.141592653589793
scientific = 1.23e-4     # 科学计数法。等于 0.000123

# 复数（complex）- 用于科学计算
complex_num = 3 + 4j
print(complex_num.real)  # 3.0（实部）
print(complex_num.imag)  # 4.0（虚部）

# 数值运算
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。结果总是浮点数）
print(a // b)  # 3（整除。只取整数部分）
print(a % b)   # 1（取余）
print(a ** b)  # 1000（幂运算。10 的 3 次方）

2.2 字符串类型

字符串是 Python 中最常用的数据类型之一：

# 字符串定义 - 可以用单引号或双引号
text1 = 'Hello'
text2 = "World"

# 多行字符串（使用三引号）
multiline = '''第一行
第二行
第三行'''

# 字符串拼接
greeting = "Hello" + " " + "Python"
print(greeting)  # Hello Python

# 字符串重复
line = "-" * 50
print(line)  # --------------------------------------------------

# 字符串索引和切片
text = "Python"
print(text[0])    # 'P'（第一个字符）
print(text[-1])   # 'n'（最后一个字符）
print(text[0:3])  # 'Pyt'（切片。不包含结束位置）
print(text[:3])   # 'Pyt'（省略开始位置）
print(text[3:])   # 'hon'（省略结束位置）

# 常用字符串方法
name = "  Python  "
print(name.strip())      # 'Python'（去除两端空格）
print(name.upper())      # '  PYTHON  '（转大写）
print(name.lower())      # '  python  '（转小写）
print(len(name))         # 10（字符串长度）

# 字符串格式化
name = "张三"
age = 25
# f-string（Python 3.6+ 推荐）
print(f"我叫{name}。今年{age}岁")
# format 方法
print("我叫{}。今年{}岁".format(name, age))

2.3 布尔类型

# 布尔值 - 只有 True 和 False
is_valid = True
is_error = False

# 布尔运算
print(True and False)   # False（与）
print(True or False)    # True（或）
print(not True)         # False（非）

# 比较运算返回布尔值
print(5 > 3)    # True
print(5 == 5)   # True
print(5 != 3)   # True

# 真值测试 - 以下值为 False
print(bool(0))        # False
print(bool(""))       # False
print(bool(None))     # False
print(bool([]))       # False
print(bool({}))       # False

# 其他值都为 True
print(bool(1))        # True
print(bool("a"))      # True
print(bool([1]))      # True

三、容器数据类型

3.1 列表（List）

列表是最常用的容器类型。可以存储有序的元素集合：

# 列表定义
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]  # 可以包含不同类型

# 访问元素
print(fruits[0])    # '苹果'
print(fruits[-1])   # '橙子'（最后一个）

# 修改元素
fruits[1] = "葡萄"
print(fruits)  # ['苹果', '葡萄', '橙子']

# 添加元素
fruits.append("西瓜")      # 末尾添加
fruits.insert(1, "香蕉")   # 指定位置插入
fruits.extend(["梨", "桃"])  # 扩展列表

# 删除元素
fruits.remove("苹果")      # 删除指定值
del fruits[0]              # 删除指定位置
last = fruits.pop()        # 弹出最后一个元素

# 列表切片
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
print(numbers[1:4])   # [1, 2, 3]
print(numbers[:3])    # [0, 1, 2]
print(numbers[::2])   # [0, 2, 4]（步长为 2）

# 列表推导式（强大功能）
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 常用列表方法
nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
print(len(nums))     # 8（长度）
print(max(nums))     # 9（最大值）
print(min(nums))     # 1（最小值）
print(sum(nums))     # 31（求和）
nums.sort()          # 排序
print(nums)          # [1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]
print(nums.count(1)) # 2（计数）

3.2 元组（Tuple）

元组是不可变的列表。适合存储不应改变的数据：

# 元组定义
coordinates = (10, 20)
colors = ("red", "green", "blue")
single = (42,)  # 单元素元组需要逗号

# 访问元素（和列表一样）
print(coordinates[0])  # 10
print(colors[-1])      # 'blue'

# 元组解包
x, y = coordinates
print(x, y)  # 10 20

# 交换变量值
a, b = 1, 2
a, b = b, a
print(a, b)  # 2 1

# 元组不可变（尝试修改会报错）
# coordinates[0] = 100  # TypeError!

# 元组的应用场景
# 1. 函数返回多个值
def get_user():
    return ("张三", 25, "北京")

name, age, city = get_user()

# 2. 字典的键（元组可哈希）
location = {(39.9, 116.4): "北京"}

# 3. 保护数据不被修改
RGB_RED = (255, 0, 0)

3.3 字典（Dictionary）

字典是键值对的集合。用于存储映射关系：

# 字典定义
person = {
    "name": "张三",
    "age": 25,
    "city": "北京",
    "skills": ["Python", "Java", "Linux"]
}

# 访问值
print(person["name"])        # '张三'
print(person.get("age"))     # 25
print(person.get("email"))   # None（键不存在不报错）
print(person.get("email", "未提供"))  # '未提供'（默认值）

# 添加/修改键值对
person["email"] = "zhangsan@example.com"  # 添加
person["age"] = 26  # 修改

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

# 遍历字典
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

# 常用操作
print("name" in person)      # True（检查键是否存在）
print(person.keys())         # 所有键
print(person.values())       # 所有值
print(len(person))           # 字典大小

# 字典推导式
squares = {x: x**2 for x in range(5)}
print(squares)  # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 实际应用 - 统计词频
text = "python is great python is fun"
words = text.split()
freq = {}
for word in words:
    freq[word] = freq.get(word, 0) + 1
print(freq)  # {'python': 2, 'is': 2, 'great': 1, 'fun': 1}

3.4 集合（Set）

集合是无序且不重复的元素集合：

# 集合定义
unique_nums = {1, 2, 3, 3, 4}
print(unique_nums)  # {1, 2, 3, 4}（自动去重）

# 创建空集合（注意：{}是空字典）
empty_set = set()

# 从列表创建集合（去重）
nums = [1, 2, 2, 3, 3, 3]
unique = set(nums)
print(unique)  # {1, 2, 3}

# 集合运算
a = {1, 2, 3, 4}
b = {3, 4, 5, 6}

print(a | b)  # {1, 2, 3, 4, 5, 6}（并集）
print(a & b)  # {3, 4}（交集）
print(a - b)  # {1, 2}（差集）
print(a ^ b)  # {1, 2, 5, 6}（对称差集）

# 集合方法
a.add(5)           # 添加元素
a.remove(1)        # 删除元素（不存在会报错）
a.discard(10)      # 删除元素（不存在不报错）
print(3 in a)      # True（成员检查）

四、类型转换

# 显式类型转换
num_str = "123"
num_int = int(num_str)      # 字符串转整数：123
num_float = float("3.14")   # 字符串转浮点：3.14
num_str = str(456)          # 整数转字符串："456"

# 列表、元组、集合互转
my_list = [1, 2, 3]
my_tuple = tuple(my_list)   # 列表转元组
my_set = set(my_list)       # 列表转集合

# 实际应用
# 1. 用户输入处理
age_str = input("请输入年龄：")
age = int(age_str)  # 转整数进行计算

# 2. 数据去重
ids = [1, 2, 2, 3, 3, 3]
unique_ids = list(set(ids))  # [1, 2, 3]

# 3. 数字格式化
price = 99.99
print(f"价格：{int(price)}元")  # 价格：99 元

五、实战示例

5.1 学生信息管理系统

# 使用字典和列表管理学生信息
students = [
    {"name": "张三", "age": 20, "score": 85},
    {"name": "李四", "age": 21, "score": 92},
    {"name": "王五", "age": 19, "score": 78}
]

# 添加学生
new_student = {"name": "赵六", "age": 20, "score": 88}
students.append(new_student)

# 计算平均分
total = sum(s["score"] for s in students)
average = total / len(students)
print(f"平均分：{average:.2f}")

# 找出最高分
best_student = max(students, key=lambda s: s["score"])
print(f"最高分：{best_student['name']} - {best_student['score']}")

# 筛选及格学生
passed = [s for s in students if s["score"] >= 60]
print(f"及格人数：{len(passed)}")

5.2 购物车程序

# 购物车数据结构
cart = {
    "items": [
        {"name": "iPhone 15", "price": 7999, "quantity": 1},
        {"name": "AirPods", "price": 1299, "quantity": 2}
    ],
    "discount": 0.9  # 9 折优惠
}

# 计算总价
total = 0
for item in cart["items"]:
    item_total = item["price"] * item["quantity"]
    total += item_total

# 应用折扣
final_price = total * cart["discount"]
print(f"原价：{total}元")
print(f"折后价：{final_price:.2f}元")

# 添加商品
cart["items"].append({"name": "充电器", "price": 149, "quantity": 1})

六、常见错误与解决

6.1 类型错误

# 错误：字符串和整数不能直接相加
# result = "年龄：" + 25  # TypeError

# 正确做法
result = "年龄：" + str(25)
result = f"年龄：{25}"  # 推荐

6.2 索引越界

fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
# print(fruits[5])  # IndexError!

# 安全访问
if len(fruits) > 5:
    print(fruits[5])
    
# 或使用切片（不会报错）
print(fruits[5:6])  # []

6.3 键不存在

person = {"name": "张三"}
# print(person["age"])  # KeyError!

# 安全访问
print(person.get("age"))  # None
print(person.get("age", 0))  # 0（默认值）

七、最佳实践

1. 使用有意义的变量名：user_name 比 un 更好
2. 遵循命名规范：变量用小写 + 下划线
3. 选择合适的数据类型：不变数据用元组。需要去重用集合
4. 使用类型提示（Python 3.5+）：

   def greet(name: str) -> str:
       return f"Hello, {name}"

5. 善用列表推导式：简洁但不要太复杂

八、总结与练习

今天我们学习了 Python 变量和数据类型的核心知识。建议：

1. 理解不同数据类型的特点：何时用列表、元组、字典、集合
2. 掌握容器的使用方法：增删改查、遍历、推导式
3. 熟练进行类型转换：int()、str()、float()、list() 等
4. 多写代码巩固知识：实践是最好的老师

课后练习

1. 创建一个包含 5 个学生信息的列表。每个学生有姓名、年龄、成绩
2. 计算平均分、最高分、最低分
3. 筛选出成绩大于 80 的学生
4. 将学生按成绩排序

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Python 变量与数据类型完全指南 – 基础篇最先出现在帝讯博客。