使用运算符：算术运算

Python 编程涉及到数值数据，这些数据可以存储在变量中，例如整数（如 10、-5、0）和浮点数（如 3.14、-0.5、2.0）。为了对这些数字执行计算，Python 提供了一套算术运算符。这些运算符就像计算器一样，是您在程序中执行数学任务的基本工具。

基本算术运算

Python 支持您熟悉的标准算术运算：

• 加法 (+)： 将两个数字相加。

  apples = 5
  oranges = 10
  total_fruit = apples + oranges
  print(total_fruit) # Output: 15
  
  price = 9.99
  tax = 0.80
  total_cost = price + tax
  print(total_cost) # Output: 10.79
  

• 减法 (-)： 从第一个数字中减去第二个数字。

  budget = 100
  spent = 35.50
  remaining = budget - spent
  print(remaining) # Output: 64.5
  

• 乘法 (*)： 将两个数字相乘。

  width = 8
  height = 12
  area = width * height
  print(area) # Output: 96
  

• 除法 (/)： 用第一个数字除以第二个数字。需要注意的是，Python 中的标准除法总是产生一个浮点数，即使除法结果是整数。

  total_distance = 100 # kilometers
  time_hours = 2 # hours
  speed = total_distance / time_hours
  print(speed) # Output: 50.0
  
  items = 10
  people = 4
  items_per_person = items / people
  print(items_per_person) # Output: 2.5
  

  请注意 100 / 2 的结果是 50.0，而不仅仅是 50。这种一致的行为有助于避免当您预期小数结果时可能出现的小问题。

整数除法和取余

Python 提供了另外两种专门的除法运算符，它们在处理整数时特别有用：

• 整除 (//)： 与标准 / 运算符一样执行除法，但它会丢弃小数部分，向下取整到最接近的整数。这也称为整数除法。

  cookies = 10
  friends = 3
  cookies_per_friend = cookies // friends
  print(cookies_per_friend) # Output: 3 (Each friend gets 3 whole cookies)
  
  value = 7
  divisor = 2
  result = value // divisor
  print(result) # Output: 3 (7 divided by 2 is 3.5, rounded down is 3)
  
  # Compare with standard division
  print(10 / 3)  # Output: 3.3333333333333335
  print(10 // 3) # Output: 3
  

• 取余 (%)： 此运算符不给出除法的结果，而是给出除法后剩余的余数。它通常被称为“余数运算符”。

  total_cookies = 10
  friends = 3
  leftover_cookies = total_cookies % friends
  print(leftover_cookies) # Output: 1 (After giving 3 cookies each, 1 is left)
  
  number = 17
  divisor = 5
  remainder = number % divisor
  print(remainder) # Output: 2 (17 divided by 5 is 3 with a remainder of 2)
  

  取余运算符常用于检查数字是偶数还是奇数。如果 number % 2 等于 0，则该数字为偶数，否则为奇数。

  num = 6
  print(num % 2) # Output: 0 (So, 6 is even)
  
  num = 7
  print(num % 2) # Output: 1 (So, 7 is odd)
  

幂运算

要将一个数字提高到另一个数字的幂，您可以使用双星号 (**) 运算符。

• 幂运算 (**)： 将第一个数字提高到第二个数字的幂。$x^{y}$ 写为 x ** y。

  base = 2
  exponent = 3
  power_result = base ** exponent # Equivalent to 2 * 2 * 2
  print(power_result) # Output: 8
  
  side = 5
  area_square = side ** 2 # Equivalent to 5 * 5 (5 squared)
  print(area_square) # Output: 25
  

运算顺序

当一个表达式包含多个运算符时，Python 遵循标准的运算顺序，这与数学中的顺序相似（通常通过缩写词 PEMDAS/BODMAS 记忆：括号/方括号、指数/幂、乘法和除法、加法和减法）。

1. 括号 ()： 括号内的运算首先执行。
2. 幂运算 **： 接下来执行。
3. 乘法 *、除法 /、整除 //、取余 %： 它们具有相同的优先级，从左到右计算。
4. 加法 +、减法 -： 它们具有相同的优先级，最后从左到右计算。

请看这个例子：

result = 2 + 3 * 4
print(result) # Output: 14 (Multiplication is done before addition: 2 + 12)

如果您希望加法首先执行，请使用括号：

result = (2 + 3) * 4
print(result) # Output: 20 (Parentheses force addition first: 5 * 4)

另一个例子：

calculation = 100 - 20 / 5 * 2 + 3**2
# Step-by-step evaluation:
# 1. Exponentiation: 3**2 becomes 9
#    Expression: 100 - 20 / 5 * 2 + 9
# 2. Division/Multiplication (from left to right):
#    20 / 5 becomes 4.0
#    Expression: 100 - 4.0 * 2 + 9
#    4.0 * 2 becomes 8.0
#    Expression: 100 - 8.0 + 9
# 3. Addition/Subtraction (from left to right):
#    100 - 8.0 becomes 92.0
#    Expression: 92.0 + 9
#    92.0 + 9 becomes 101.0
print(calculation) # Output: 101.0

使用括号可以使复杂的表达式更加清晰，即使根据优先级规则它们并非严格必要。当不确定时，使用括号来确保计算按照您预期的顺序进行。

简写：增广赋值运算符

在编程中，根据变量的当前值修改变量是非常常见的。例如，增加计数器或累加总和：

count = 0
count = count + 1 # Increment count by 1
print(count) # Output: 1

total_cost = 50
item_price = 15.50
total_cost = total_cost + item_price # Add item_price to total_cost
print(total_cost) # Output: 65.5

Python 提供了简写运算符，称为增广赋值运算符，使这类操作更简洁：

count = 0
count += 1 # Equivalent to count = count + 1
print(count) # Output: 1

score = 100
score -= 10 # Equivalent to score = score - 10
print(score) # Output: 90

multiplier = 5
multiplier *= 2 # Equivalent to multiplier = multiplier * 2
print(multiplier) # Output: 10

total = 50.0
total /= 4 # Equivalent to total = total / 4
print(total) # Output: 12.5

这些简写运算符（+=、-=、*=、/=、//=、%=、**=）适用于所有算术运算符，并将操作与赋值结合起来。一旦您熟悉它们，它们很方便，并且通常使代码更容易阅读。

您现在拥有在 Python 中执行各种计算的工具。通过结合变量、数值数据类型和这些算术运算符，您可以开始编写有效处理数字的程序。请记住，在需要时使用括号来阐明或控制运算顺序。