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运算符与表达式

学习目标​

  • 掌握算术运算符、比较运算符、逻辑运算符
  • 理解运算符的优先级
  • 学会使用赋值运算符和成员运算符
  • 能写出正确的条件表达式

先看一个场景​

你在开发一个 AI 数据处理脚本，需要：

  • 计算模型准确率：correct / total * 100
  • 判断是否及格：accuracy >= 60
  • 检查两个条件：accuracy >= 60 and loss < 0.5

这些操作都离不开运算符。运算符就是告诉 Python "对数据做什么操作"的符号。

算术运算符​

最基础的数学运算：

运算符含义示例结果
+加法5 + 38
-减法5 - 32
*乘法5 * 315
/除法5 / 31.6667
//整除5 // 31
%取余5 % 32
**幂运算5 ** 3125

实际案例​

# 场景：计算 AI 模型训练的一些指标

total_samples = 1000     # 总样本数
correct = 873            # 正确预测数
epochs = 50              # 训练轮数
batch_size = 32          # 批次大小

# 计算准确率
accuracy = correct / total_samples * 100
print(f"准确率: {accuracy}%")  # 87.3%

# 计算需要多少个批次才能跑完一个 epoch
batches_per_epoch = total_samples // batch_size
remaining = total_samples % batch_size

print(f"每个 epoch 有 {batches_per_epoch} 个完整批次")  # 31
print(f"最后一个批次有 {remaining} 个样本")              # 8

# 计算指数衰减的学习率
initial_lr = 0.01
decay = 0.95
current_lr = initial_lr * (decay ** epochs)
print(f"第 {epochs} 轮的学习率: {current_lr:.6f}")  # 0.000769

除法的两种形式​

这是新手常混淆的地方：

print(7 / 2)    # 3.5   ← 普通除法，结果是 float
print(7 // 2)   # 3     ← 整除，丢掉小数部分
print(-7 // 2)  # -4    ← 注意！向下取整，不是向零取整

# 取余的妙用
print(10 % 3)   # 1    ← 10 除以 3 余 1
print(15 % 5)   # 0    ← 整除时余数为 0

# 判断奇偶数
number = 42
if number % 2 == 0:
    print(f"{number} 是偶数")  # 42 是偶数

比较运算符​

比较运算符的结果总是布尔值（True 或 False）：

运算符含义示例结果
==等于5 == 5True
!=不等于5 != 3True
>大于5 > 3True
<小于5 < 3False
>=大于等于5 >= 5True
<=小于等于5 <= 3False
# 场景：判断模型表现
accuracy = 87.3
loss = 0.35

print(accuracy > 90)      # False —— 准确率没超过 90
print(accuracy >= 80)      # True  —— 准确率达到了 80 以上
print(loss < 0.5)          # True  —— 损失值低于 0.5
print(accuracy == 87.3)    # True  —— 准确率恰好是 87.3
常见错误：= 和 == 的区别
  • = 是赋值：x = 5 把 5 赋给 x
  • == 是比较：x == 5 判断 x 是否等于 5

初学者最容易犯的错误就是在判断时写成 = 而不是 ==。

链式比较（Python 特有）​

Python 允许链式比较，这在其他语言中是做不到的：

age = 25

# 判断 age 是否在 18 到 65 之间
print(18 <= age <= 65)   # True

# 等价于
print(18 <= age and age <= 65)   # True，但上面的写法更简洁

# 更多示例
x = 5
print(1 < x < 10)      # True
print(1 < x < 3)       # False

逻辑运算符​

逻辑运算符用来组合多个条件：

运算符含义说明
and与两个都为真才是真
or或至少一个为真就是真
not非取反，真变假，假变真
age = 25
has_id = True
has_ticket = False

# and：两个条件都满足
can_enter = age >= 18 and has_id
print(f"能否入场: {can_enter}")   # True（年龄够了，也有证件）

# or：至少满足一个条件
has_pass = has_id or has_ticket
print(f"有通行凭证: {has_pass}")  # True（有证件就行）

# not：取反
is_minor = not (age >= 18)
print(f"是否未成年: {is_minor}")   # False

实际案例：AI 模型评估​

accuracy = 92.5
loss = 0.15
training_time = 3.5  # 小时

# 好模型的标准：准确率 > 90 且 损失 < 0.3
is_good_model = accuracy > 90 and loss < 0.3
print(f"是好模型吗: {is_good_model}")  # True

# 需要重新训练：准确率太低 或 损失太高
need_retrain = accuracy < 80 or loss > 1.0
print(f"需要重新训练吗: {need_retrain}")  # False

# 实用模型：好模型 且 训练时间合理
is_practical = is_good_model and not (training_time > 24)
print(f"是否实用: {is_practical}")  # True

短路求值​

Python 的 and 和 or 有一个聪明的特性——短路求值：

# and：如果第一个条件是 False，不会检查第二个条件
# 因为第一个已经是 False 了，结果必然是 False
False and print("这句话不会被执行")

# or：如果第一个条件是 True，不会检查第二个条件
# 因为第一个已经是 True 了，结果必然是 True
True or print("这句话也不会被执行")

这个特性在实际编程中经常用来做安全检查：

# 先检查列表是否为空，再访问元素（避免报错）
data = []
# 如果 data 为空，len(data) > 0 是 False，后面的不会执行
if len(data) > 0 and data[0] > 10:
    print("第一个元素大于 10")

赋值运算符​

除了基本的 =，还有一些简写形式：

运算符等价写法示例
+=a = a + ba += 5
-=a = a - ba -= 3
*=a = a * ba *= 2
/=a = a / ba /= 4
//=a = a // ba //= 3
%=a = a % ba %= 2
**=a = a ** ba **= 3
score = 0

score += 10   # score = 0 + 10 = 10
score += 20   # score = 10 + 20 = 30
score -= 5    # score = 30 - 5 = 25
score *= 2    # score = 25 * 2 = 50

print(f"最终分数: {score}")  # 50

这些简写在循环中特别常用：

# 累加 1 到 100
total = 0
for i in range(1, 101):
    total += i
print(f"1 到 100 的和: {total}")  # 5050

成员运算符​

in 和 not in 用来检查某个值是否在一个集合中：

# 在字符串中查找
print("Python" in "I love Python")     # True
print("Java" in "I love Python")       # False
print("Java" not in "I love Python")   # True

# 在列表中查找
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
print("苹果" in fruits)      # True
print("西瓜" in fruits)      # False

# 实际应用：检查文件扩展名
filename = "model.py"
if ".py" in filename:
    print("这是一个 Python 文件")

身份运算符​

is 和 is not 用来检查两个变量是否是同一个对象（不是值相等，而是内存中的同一个东西）：

a = None

# 检查是否是 None（推荐用 is，不用 ==）
print(a is None)       # True
print(a is not None)   # False

# is 和 == 的区别
x = [1, 2, 3]
y = [1, 2, 3]
z = x

print(x == y)    # True  —— 值相等
print(x is y)    # False —— 不是同一个对象（两个不同的列表）
print(x is z)    # True  —— z 指向 x，是同一个对象
什么时候用 is？

99% 的情况下你用 == 就够了。is 主要用于和 None 比较：

  • 好：if x is None:
  • 不好：if x == None:

运算符优先级​

当一个表达式里有多个运算符时，Python 按照优先级从高到低计算：

优先级（高→低）运算符
1（最高）** 幂运算
2+x, -x 正负号
3*, /, //, %
4+, -
5==, !=, >, <, >=, <=
6not
7and
8（最低）or
# 不加括号
result = 2 + 3 * 4      # 先乘后加：2 + 12 = 14
result = 2 ** 3 ** 2     # 幂运算从右到左：2 ** 9 = 512

# 加括号更清晰（推荐）
result = (2 + 3) * 4     # 20
result = (2 ** 3) ** 2   # 64
实用建议

不确定优先级的时候，加括号！ 括号不仅能确保计算顺序正确，还能让代码更容易读懂。没人会因为你多写了括号而笑话你。

综合案例：BMI 计算器​

把今天学的运算符综合运用一下：

# BMI 计算器
name = "小明"
weight = 70      # 公斤
height = 1.75    # 米

# 计算 BMI：体重 / 身高的平方
bmi = weight / height ** 2  # 先算 height**2，再算除法
print(f"{name} 的 BMI: {bmi:.1f}")  # 22.9

# 判断体重范围
is_underweight = bmi < 18.5
is_normal = 18.5 <= bmi < 24
is_overweight = 24 <= bmi < 28
is_obese = bmi >= 28

print(f"体重过轻: {is_underweight}")  # False
print(f"体重正常: {is_normal}")        # True
print(f"超重: {is_overweight}")        # False
print(f"肥胖: {is_obese}")            # False

# 综合判断
is_healthy = is_normal and not is_underweight
print(f"健康: {is_healthy}")           # True

动手练习​

练习 1：成绩等级判断​

用比较运算符和逻辑运算符判断成绩等级：

score = 85

is_excellent = score >= 90               # 优秀
is_good = score >= 80 and score < 90     # 良好
is_pass = score >= 60 and score < 80     # 及格
is_fail = score < 60                     # 不及格

# 打印结果
print(f"分数: {score}")
print(f"优秀: {is_excellent}")
print(f"良好: {is_good}")
print(f"及格: {is_pass}")
print(f"不及格: {is_fail}")

修改 score 的值，试试不同分数的结果。

练习 2：闰年判断​

闰年规则：能被 4 整除但不能被 100 整除，或者能被 400 整除。

year = 2024

# 提示：用 % 判断能否整除，用 and、or 组合条件
is_leap = ___  # 补全这个表达式

print(f"{year} 是闰年吗？{is_leap}")

练习 3：三角形判断​

判断三条边能否构成三角形（任意两边之和大于第三边）：

a, b, c = 3, 4, 5

# 补全判断条件
is_triangle = ___

print(f"边长 {a}, {b}, {c} 能构成三角形吗？{is_triangle}")

小结​

运算符类型常用符号用途
算术+, -, *, /, //, %, **数学计算
比较==, !=, >, <, >=, <=条件判断，结果是 True/False
逻辑and, or, not组合多个条件
赋值=, +=, -=, *= 等给变量赋值
成员in, not in检查元素是否在集合中
身份is, is not检查是否是同一个对象
核心理解

运算符是编程的基础"动词"。变量和数据是"名词"，运算符是"动词"，它们组合在一起构成"表达式"——也就是你告诉计算机要做什么。