项目3 计 算 能 手 本项目首先学习在编辑器中直接输入算式，练习键盘输入， 熟悉算式的编写。然后，通过编写程序实现互动：询问出题、 获取题目、打印答案。在学习数学的时候，数字有哪些类型呢？ 有整数、小数、分数等。Python的数字类型涉及整数、浮点数等。 除了学习算式的输入和数字的表达，还需要巩固变量的使 用，学习while循环的基本用法。 任务3.1 在解释器中做计算题 进入Python Shell解释器就可以自由出题了，输入题目，按下Enter键， Python马上就能给出答案。 对照图3-1，在键盘上找一找Python能认识的运算符号。表3-1列出了 键盘输入方式以及常见算式举例。 图3-1 键盘示意图 表3-1 运算符号及示例 名 称 符 号 键盘输入方式 算 式 举 例 加法 + Shift++ 3+2 减法 – – 10–8 乘法 * Shift+* 8*3 除法 / / 20/5 小括号 （） Shift+（） （8+2）*2 取余 % Shift+% 10%7 由易到难，试试输入如图3-2所示算式，然后接着出题，试着输入你认 为最复杂的算式。看起来，Python做计算题似乎不需要思考时间！ 图3-2 数字计算 还能想到哪些算式？跟同学一起输入同样的算式，每一台计算机里的 Python计算出来的结果都是一样的吗？ 任务3.2 X=X+2 如果用变量表示一个数，怎样写加法算式呢？例如，X=2，X=X+7，这 两个等式，按照数学课学习的计算方法，是不成立的。如图3-3所示，试试 输入这两个算式，看看X是多少？ Python是怎样计算的呢？尽可能多地写一写类似的算式，自己先算一算 答案，再让Python算一算，比较答案是否一致。 图3-3 变量X的运算 随着算式的改变，变量X表示的数值也在变化，并通过=符号存放到 变量X中。这个过程叫作赋值。例如，把数字2赋值给X，再将X+7的运 算结果赋值给X，其实就是把2+7的计算结果赋值给X，此时变量X的值是9。 从图3-3中可以发现，所有的计算结果是没有分数形式的，只有整数或 者小数。可是，明明计算结果是整数81，为何Python却显示81.0呢？ 任务3.3 给Python出计算题 能够熟练地输入算式以后，本任务学习编写一个完整的程序。当给计 算机出一道计算题后，按下Enter键，屏幕即显示结果。学习中，按照由易 到难的过程，首先是简单的一次问答，然后是多次问答，以及循环结构。 1. 单次运行 想要保存编写的程序，就需要创建一个**.py的文件。编写完成的程序 可以保存、打开、调试和修改。首先需要明确任务是什么，思考用什么办法 实现，再动手编写。 （1）任务描述。 屏幕显示“输入一道计算题：”，等待输入计算题之后，屏幕打印出“正 确答案是：”。 （2）任务分析。 需要使用input函数获取问题信息，使用print函数输出答案，使用 problem作为变量，存储获取的计算题。 （3）解锁新技能。 使用eval函数，可以将字符串转化为一个数值，并返回这个数值。可 以简单地理解为“去掉最外层引号”。例如，输入算式3+2，程序将运行代 码problem=“3+2”，当eval剥去了“3+2”外面的引号后，会对它进行解析， 满足要求后进行计算，并返回计算结果。 相反地，如果输入了一个不正确的算式，Python解析后，认为它不能计算， 还会判断它是不是一个变量，如果是就会输出这个变量的内容，如果不是就 会报错。这是Python在给你提示，需要重新检查代码了。 （4）代码编写和调试。 ① 打开IDLE，依次选择File→New File命令，新建一个文件。 ② 输入程序代码，还可以为其增加注释，一般以红色显示，用#开头， 如图3-4所示。 ③ 依次选择Run→Run Module命令后，提示保存文件，保存后自动弹 出运行窗口。 ④ 输入一道计算题，输入完成，按下Enter键，显示计算结果，如图3-5 所示。 ⑤ 重复步骤③和④，可以再次运行程序。 图3-4 计算题代码编写（单次） 图3-5 计算题代码调试 2. 按顺序执行（多次重复） 通过调试可以发现，输入一道计算题，计算完成后，程序就运行结束了。 如果要实现连续多次做不同的计算题，可以多次重复编写上面的两行代码， 如图3-6所示。想要做几次不同的计算，就需要重复编写几组代码。 对于重复或相似的代码，采用逐行复制、粘贴的方法，只对一些参数略 加修改即可，甚至不需要修改，就可以快速写完很长的代码，如图3-6所示。 图3-6 计算题代码编写（多次） 任务3.4 程序优化：while循环 从任务3.3论述可见，需要做3次计算，就要重复3次编写计算代码， 若需要做30次计算，就要重复30次。遇到这种有规律的、反复执行某段功 能程序的情况时，可以对程序进行优化，引入新指令，为程序增加循环结构， 让程序看起来更简洁。 1. 任务描述 通过编程，实现输入一道计算题，显示答案后，再次输入一道计算题， 显示答案，如此循环，直到输入q字符结束出题。 2. 任务分析 将重复的顺序结构简化为循环结构。计算机能够循环执行任务，需要知 道什么时候开始循环，什么时候结束循环。也就是什么时候要求出题，什么 时候停止出题。如果不想出题的时候，按某个键“退出”就可以了。“退出” 的英文单词是quit。因此，取首字母，将循环条件设置为判断输入的内容是 否是q。当输入内容是字母q时，就结束循环。 3. 解锁新技能 while指令可以实现类似的循环结构。它的意思是“当……时候就……”。 语法格式如下： while（循环条件）: 循环主体 首先画出流程图，理清思路，如图3-7所示。 图3-7 计算题while循环流程图 4. 代码编写和调试 为了简化字母拼写，可以用字母p作为变量名，存储输入的计算题。 （1）打开IDLE，依次选择File→New File命令，新建一个文件。 （2）输入程序代码，还可以为其增加注释，一般以红色显示，用#开头， 如图3-8所示。 图3-8 计算题的while循环代码 （3）依次选择Run→Run Module命令后，提示保存文件，保存后自动 弹出运行窗口。 （4）运行结果：在运行窗口中出现“请出题，或按'q'结束：”的一行 文字，在冒号后输入要计算的数学式子，再按Enter键，在下一行显示计算 结果；显示结果后又自动弹出“请出题，或按'q'键结束：”的一行文字，可 以继续出题或输入q后结束程序运行，图3-9中是连续输入4个计算题后的 界面。 图3-9 计算题while运行结果 5. 关键技能 （1）语法格式：while语句后有“：”，循环主体代码要缩进，可以理解为 “逢冒号必缩进”。 （2）“！=”是不等于符号，它包括一个“！”和一个“=”。 （3）屏幕出现光标>>>，表示程序结束。 （4）18**2，表示18的平方，也就是18*18。注意与18*2进行区分。 任务3.5 扩展阅读：Python的基本数据类型 Python中有6个基本数据类型，分别是Number（数字）、String（字符 串）、List（列表）、Tuple（元组）、Set（集合）、Dictionary（字典）。其中， 不可变数据类型有3个：Number（数字）、String（字符串）、Tuple（元组）； 可变数据类型有3个：List（列表）、Set（集合）、Dictionary（字典）。 1. 数字型 Python 3支持整型（int）、浮点型（float）、布尔型（bool）、复数（complex） 4种数字类型。 （1）整型。Python中的整数没有长度限制，如输入代码：print（9**999）， 计算9的999次方，观察运行结果。恐怕任何语言都不能允许如此长的整 型数。 整数类型有十进制、二进制、八进制和十六进制，每种写法使用不同的 前缀进行区别。最常见的就是十进制写法，如32000、898等。无论写代码 时使用哪种进制，运行时，Python都会自动转换为十进制输出。 十六进制写法：加前缀0x，出现 0~9 和A~F的数字和字母组合。 八进制写法：加前缀0o，出现0~7的数字组合。 二进制写法：加前缀0b，只有0和1的数字组合。 可以使用print指令输入这些数据类型，体会进制的书写规范和Python 的执行结果。例如，可以使用下面这些语句，观察运行结果。 print (0x10) print (0o10) print (0b10) （2）浮点型。Python语言中带小数点的数都可以称为浮点数，一般把 长度短的叫作小数。浮点数只能以十进制表示，不能加前缀，否则会报语法 错误。 与整型不同，浮点数有长度限制，边界值为max=1.7976931348623157e+308， min=2.2250738585072014e–308。 （3）布尔型。布尔型就是通常说的逻辑，使用比较运算符连接，表示对 和错。例如，print（100==100.0），就是比较两个值是否相等，运行结果为 true，而不是括号中的内容。 （4）复数。Python 中的复数这样来表示：1 + 1j，虚部为 1，仍不可省略。 例如： print((1 + 2j).real) # 输出实部 float 类型 print((1 + 2j).imag) # 输出虚部 float 类型 运行结果是 1.0 2.0 2. 字符串 通俗来说，字符串就是字符组成的一串内容，Python 中用成对的单引号 或双引号括起来，用3个单引号或双引号可以使字符串内容保持原样输出， 可以包含Enter等特殊字符，在 Python 中字符串是不可变对象。 最为熟悉的是input（“……”)，引号内部的数据就是字符串类型。如 果没有外面的引号，Python会认为这可能是一个没有定义的变量，然后报错。 字符串可以进行很多操作，常见的有字符串长度、字符串连接、字符串 索引、字符串切片等。伴随着编程学习的深入，这些操作方法可以解决更多 问题。 3. 其他几种基本数据类型 其他几种基本数据类型，在基础入门阶段只做了解就可以，因为比较少 用到，理解起来也较为复杂。其中的列表数据类型，在后续的for循环学习 中会有一些浅显的应用。 此外，Python的数据类型还可以相互转换，如str(x)，就是将对象x转 换为字符串eval（str），用来计算在字符串中的有效Python表达式，并返回 一个值。 总之，数据类型是所有计算机语言中必不可少的基础知识，也是非常重 要的组成成分。按照Python的规则，正确使用这些数据类型，才能编写出 完美的代码，从而进行各种各样的控制，完成各种各样的任务。 任务3.6 总结和评价 （1）展示程序运行结果。 （2）谈谈自己对每一行程序代码的理解。 （3）项目3已完成，在表3-2中画☆，最多画3个☆。 表3-2 项目3评价表 评 价 描 述 评 价 结 果 我能正确输入算式 我能编写项目中的“单次运行”程序，并调试成功 我能熟练地使用键盘输入代码，细致且有耐心 我能说出对项目中的while语句的理解 我能编写项目中的“while循环”，并调试成功 （4）编程挑战如下。 ① a=3，b=5，编写程序并交换a、b的值，使a=5，b=3。 提示：交换两个变量中的数值，不是简单地给变量赋值。试想：要把两 个杯子里的溶液互换，需要使用第三个杯子。用类似的思路可以完成这个编 程挑战！ ② 设计程序，用while循环交换a、b的值。 提示：首先要进行变量初始化。while循环可以做到输入任意两个数值， 都可以进行数值交换，需要用到input函数和print函数。打印时，应保证格 式清晰。