Типи даних та їх перетворення

Огляд

Викладання: 10 хв
Вправи: 10 хв

Питання

• Які типи даних зберігають програми?

• Як перетворити один тип в інший?

Цілі

• Зʼясувати, чим відрізняються цілі числа від чисел з плаваючою крапкою.

• Зʼясувати, чим відрізняються числа та рядки символів.

• Використовувати вбудовані функції для перетворень між цілими числами, числами з плаваючою крапкою та рядками.

Кожне значення має тип.

• Кожне значення, яке використовує програма, має деякий тип.
• Ціле число (int): зображує додатні або від’ємні цілі числа, наприклад 3 або -512.
• Число з плаваючою крапкою (float): зображує дійсні числа, наприклад 3.14159 або -2.5.
• Рядки символів (звичайно просто “рядки”, str): представляють текст.
  • Укладені в одинарні або подвійні лапки (тип лапок має збігатися).
  • Під час відображення рядку лапки не друкуються.

Вбудована функція type повертає тип значення.

• Використовуйте вбудовану функцію type, щоб з’ясувати, який тип має значення.
• Це також працює зі змінними.
  • Але запамʼятайте: значення має свій тип, а змінна тільки вказує на деяке значення.

print(type(52))

<class 'int'>

fitness = 'average'
print(type(fitness))

<class 'str'>

Тип визначає, які операції (або методи) можна виконувати із даним значенням.

• Тип значення визначає, що може робити з ним програма.

print(5 - 3)

2

print('hello' - 'h')

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-2-67f5626a1e07> in <module>()
----> 1 print('hello' - 'h')

TypeError: unsupported operand type(s) for -: 'str' and 'str'

Ви можете використовувати оператори “+” та “*” для дій над рядками.

• “Додавання” рядків виконує їх конкатенацію.

full_name = 'Ahmed' + ' ' + 'Walsh'
print(full_name)

Ahmed Walsh

• Якщо рядок помножити на ціле число N, то це створить новий рядок, який буде містити вихідний рядок, повторений N разів.
  • Оскільки множення - це повторюване додавання.

separator = '=' * 10
print(separator)

==========

Рядки мають довжину (але числа її не мають).

• Вбудована функція len повертає кількість символів у рядку.

print(len(full_name))

11

• Але числа не мають довжини (навіть нуль).

print(len(52))

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-3-f769e8e8097d> in <module>()
----> 1 print(len(52))

TypeError: object of type 'int' has no len()

Деякі операції вимагають перетворення числа у рядок або навпаки.

• Додавання чисел та рядків неможливе.

print(1 + '2')

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-fe4f54a023c6> in <module>()
----> 1 print(1 + '2')

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

• Таке додавання не дозволено, тому що воно не визначене: чи має 1 + '2' повертати 3 чи '12'?
• Перетворення типу виконується за допомогою функції, яка має те ж саме імʼя, що і потрібний тип.

print(1 + int('2'))
print(str(1) + '2')

3
12

Цілі та дійсні числа можна використовувати разом.

• Цілі та дійсні числа можна використовувати разом для арифметичних дій.
  • Python 3 автоматично перетворить цілі числа у дійсні, якщо це потрібно. (У Python 2 ділення цілих чисел поверне ціле число, яке буде цілою частиною відповідного дійсного числа).

print('half is', 1 / 2.0)
print('three squared is', 3.0 ** 2)

half is 0.5
three squared is 9.0

Змінні можуть набути своє значення тільки через присвоювання.

• В електроних таблицях, якщо одна клітинка залежить від іншої, то у разі зміни у останній, залежна клітинка оновиться автоматично.
• Це не трапляється у мовах програмування.

first = 1
second = 5 * first
first = 2
print('first is', first, 'and second is', second)

first is 2 and second is 5

• Компʼютер використовує значення змінної first коли виконує множення, створює нове значення, та присвоює його змінній second.
• Після цього значення second встановлюється на нове значення і не залежить від first, тому його значення не змінюється автоматично, коли змінюється значення first.

Дроби

Який тип має число 3.4? Як це можна встановити?

Рішення

Це - дійсне число (або число з плаваючою крапкою).

print(type(3.4))

<class 'float'>

Автоматичне перетворення типів

Який тип має 3.25 + 4?

Рішення

Це - дійсне число: цілі числа автоматично перетворюються у дійсні, коли це необхідно.

result = 3.25 + 4
print(result, 'is', type(result))

7.25 is <class 'float'>

Вибір типу

Який тип (ціле число, дійсне число, рядок символів) ви будете використовувати для зберігання наступних значень? Спробуйте надати більш ніж одну відповідь у кожному випадку. Наприклад, в питанні # 1, коли для рахування днів дійсні числа можуть бути більш доречними, ніж цілі?

1. Кількість днів з початку року.
2. Час, який пройшов з початку року до поточного моменту, у днях.
3. Серійний номер лабораторного обладнання.
4. Вік лабораторного зразка.
5. Чисельність населення міста.
6. Середня чисельність населення міста за певний час.

Рішення

Ці питання мають наступні відповіді:

1. Ціле число, оскільки кількість днів приймає значення від 1 до 365.
2. Дійсне число, оскільки треба використовувати частини дня.
3. Рядок символів, якщо серійний номер містить букви та цифри; ціле число, якщо він містить тільки цифри.
4. Це залежить від багатьох факторів! Як вимірюється вік зразка? Кількість днів з моменту, коли його було виготовлено (ціле число)? Дата і час (рядок)?
5. Виберіть дійсне число, щоб представити приблизну кількість населення за допомогою округлення (наприклад, до мільйонів), або ціле число, щоб представити точну кількість населення.
6. Дійсне число, оскільки результат усереднення, швидше за все, буде мати дрібну частину.

Типи операцій ділення

У Python 3 оператор // виконує ціле ділення (повертає цілу частину результату), оператор / виконує ділення з плаваючою крапкою, та оператор ‘%’ (або модуль) повертає залишок від цілого ділення:

print('5 // 3:', 5//3)
print('5 / 3:', 5/3)
print('5 % 3:', 5%3)

5 // 3: 1
5 / 3: 1.6666666666666667
5 % 3: 2

Але у Python 2 (та інших мовах) оператор / для двох цілих чисел буде виконувати ціле (//) ділення. Щоб виконати ділення з плаваючою крапкою, треба перетворити одне з цілих чисел на дійсне.

print('5 // 3:', 1)
print('5 / 3:', 1 )
print('5 / float(3):', 1.6666667 )
print('float(5) / 3:', 1.6666667 )
print('float(5 / 3):', 1.0 )
print('5 % 3:', 2)

Нехай num_subjects - це загальне число людей, які беруть участь у дослідженні, а num_per_survey - це число людей, які можуть взяти участь у одному опитуванні. Як обчислити кількість досліджень, необхідну, щоб опитати кожного один раз?

Рішення

Нам треба знайти мінімальну кількість опитувань, необхідну, щоб опитати кожного один раз, тобто округлити до більшого цілого числа num_subjects / num_per_survey. Це еквивалентно виконанню цілого ділення за допомогою // з додаванням 1.

num_subjects = 600
num_per_survey = 42
num_surveys = num_subjects // num_per_survey + 1

print(num_subjects, 'subjects,', num_per_survey, 'per survey:', num_surveys)

600 subjects, 42 per survey: 15

Перетворення рядків у числа

Коли доцільно, float() перетворить рядок на число з плаваючою крапкою, а int() перетворить число з плаваючою крапкою на ціле:

print("string to float:", float("3.4"))
print("float to int:", int(3.4))

string to float: 3.4
float to int: 3

Однак якщо перетворення не має сенсу, то зʼявиться повідомлення про помилку

print("string to float:", float("Hello world!"))

---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-df3b790bf0a2> in <module>()
----> 1 print("string to float:", float("Hello world!"))

ValueError: could not convert string to float: 'Hello world!'

Беручи це до уваги, чого ви чекаєте від наступної програми?

Що вона робить насправді?

Як це пояснити?

print("fractional string to int:", int("3.4"))

Рішення

Чого можна очікувати від цієї програми? Чому б не очікувати, що у Python 3 команда int перетворить рядок “3.4” на 3.4 та виконає додаткове перетворення у ціле число 3. Зрештою, Python 3 створює багато іншої магії - хіба це не частина його чарівності?

Однак Python 3 видає помилку. Чому? Можливо, щоб бути послідовним. Якщо ви просите Python виконати два послідовних перетворення типу, ви маєте явним чином вказати це у коді програми.

int("3.4")
int(float("3.4"))

In [2]: int("3.4")
---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-2-ec6729dfccdc> in <module>()
----> 1 int("3.4")
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '3.4'
3

Арифметичні дії з різними типами

Яка з наступних команд поверне дійсне число 2.0? Примітка: це питання може мати декілька коректних відповідей.

first = 1.0
second = "1"
third = "1.1"

1. first + float(second)
2. float(second) + float(third)
3. first + int(third)
4. first + int(float(third))
5. int(first) + int(float(third))
6. 2.0 * second

Рішення

Відповідь: 1 та 4

Комплексні числа

Python підтримує комплексні числа, які записуються як 1.0+2.0j. Якщо val - комплексне число, то до його дійсної та уявної частин можна отримати доступ за допомогою крапкової нотації як val.real та val.imag.

complex = 6 + 2j
print(complex.real)
print(complex.imag)

6.0
2.0

1. Чому, на вашу думку, Python використовує j замість i для уявної частини?
2. Що ви очікуєте отримати від 1+2j + 3?
3. Що ви очікуєте від 4j? А що від 4 j або 4 + j?

Рішення

1. Стандартні математичні позначення зазвичай використовують i для позначення комплексного числа. Однак, судячи з різних джерел, це було раннє позначення, яке використовувалось у електротехніці, та зараз було б дуже дорого його змінити. Stack Overflow містить додаткові пояснення та обговорення.
2. (4+2j)
3. 4j, Syntax Error: invalid syntax, у цьому випадку j вважається змінною, і це залежить від того, чи визначене j, і якщо так, то його присвоєне значення

Ключові моменти

• Кожне значення має тип.

• Використовуйте вбудовану функцію type для визначення типу значення.

• Типи контролюють, які операції можуть бути виконані над значеннями.

• Рядки можна додавати та множити.

• Рядки мають довжину (а числа - ні).

• Деякі операції вимагають перетворення числа у рядок або навпаки.

• Цілі та дійсні числа можна використовувати разом для арифметичних дій.

• Змінні можуть змінити своє значення тільки через присвоювання.