📦 变量和计算

一、变量和数据类型

在编程里，表达式是指能够被计算出具体值的语句。简单说，就是“算式”，可以是一个数字、变量，也可以是变量和数字的组合、加减乘除、函数调用等。

1. 什么是变量？

变量就像一个盒子，用来存储数据。 我们需要给这个盒子起个名字，以便后面使用：

age = 10
name = "小明"

这里的 age 和 name 就是变量名，分别保存了一个数字 10 和一个字符串 "小明"。

变量的赋值不只是数值和字符串，还可以是一个表达式：

a = 10
b = 20 + 10
c = a + b # 计算机将a的值10和b的值30赋值给c，最终c得到40的值

💬: 为什么需要变量？

2. 常见的变量类型

Python 中的变量不需要声明类型，直接赋值就可以了，系统会自动识别变量的类型。

类型	示例	说明
整数：int	age = 10	不带小数点的数
浮点： float	pi = 3.14	带小数点的数
字符串： str	name = "弦子"	用引号括起来的文字
布尔： bool	is_happy = True	只有 True 和 False 两个值

你可以使用 type() 来查看变量的类型：

x = "hello"
print(type(x))  # 输出：<class 'str'>

3. 变量的命名规则（必须遵守）

Python 对变量的命名有严格规则：

• 合法的命名：

• 只能用**字母、数字、下划线（_）**组成

• 不能以数字开头

• 不能用 Python 的关键字（比如 if, class, for 等）

• 错误示例：

2name = "错误"     # 不能以数字开头
class = "也错误"   # class 是关键字

一般来说，我们可以使用英文名字来对一个变量进行命名，比如存放数量的变量可以用number，如果需要多个单词表示，则使用下划线来分开，比如学生名字变量则可以用 student_name来保存，对于一些有关联的变量，也可以使用数字作为后缀，通过这种方法命名的变量基本不会违反命名规则，对于变量名要能体现出这个变量的作用，这样才有助于我们阅读程序。

4. 变量命名风格（建议遵守）

为了让代码更容易阅读，大家通常遵守以下命名风格：

风格名称	示例	使用场景
小写加下划线	user_name	✅ 推荐用于普通变量
小驼峰命名	userName	有些 Java 程序员习惯这样写
全大写加下划线	MAX_SIZE	✅ 推荐用于常量（虽然 Python 没有真正的常量机制）

5. 同时给多个变量赋值

Python 支持一行同时给多个变量赋值，非常方便！

x, y = 1, 2
print(x)  # 输出：1
print(y)  # 输出：2

也可以让多个变量拥有相同的值：

a = b = c = 0
print(a, b, c)  # 输出：0 0 0

6. 交换变量

Python 交换变量的值比C/C++都要方便很多，比如交换变量a和变量b的值：

a,b = b,a

以下程序定了一个a和b的值，并交换他们初始的值，最后打印出来

a = 10
b = 20
a,b = b,a
print(a,b)   # 输出：20 10

2个变量的交换比较常见，但是 Python 也支持多个变量的交换：

a = 10
b = 20
c = 12
a,b,c = b,c,a
print(a,b,c)

7. 变量的类型转换

Python 有多种变量类型，他们之间可以进行转换，比如字符串的"123"可以转换成数值的123，这样我们就可以进行数学的运算，对于数据的转换，我们需要用到 Python 提供的库函数：

函数	作用说明	示例
int()	把数据转换成整数	int("123") → 123
float()	转换成小数	float("3.14") → 3.14
str()	转换成字符串	str(456) → "456"
bool()	转换成布尔值（True/False）	bool(0) → False

二、数学表达式

对于任何编程语言，都必须提供数学运算，使用 Python 可以非常方便的对不同的数值进行常规的数值运算，比如加，简，乘，除，甚至求幂，取整，取余等等，以下是基本的数学运算符：

运算符	含义	示例	结果
+	加法	3 + 2	5
-	减法	5 - 2	3
*	乘法	4 * 3	12
/	除法（小数）	7 / 2	3.5
//	整除	7 // 2	3
%	取余	7 % 2	1
**	幂运算	2 ** 3	8

Python 的数学运算和我们日常使用一致，也有优先级（比如先乘除后加减）:

优先级	运算符	说明
1	**	幂运算（最高）
2	* / // %	乘、除、整除、取余
3	+ -	加法、减法

()的优先级是最高的，可以使用括号来指定你需要先计算的部分，通常由于多种运算符（Python 不只有数学运算符）的加入会让程序变得比较复杂，可直接用括号来保证运算的顺序。

三、输入和输出

输出print函数和输出input函数的内容比较多，我们后续再深入的学习，这里由于编程需要，简单地介绍最基础的用法。

1. 输入函数：input()

用来从键盘获取数据。输入的内容会以字符串的形式返回。

x = input("请输入一个数字：")
print(x)

说明：

• input() 会显示括号里的提示文字
• 返回值总是字符串，所以要做数学计算，得用 int() 或 float() 转换

2. 输出函数： print()

用来把内容显示在屏幕上。

name = "小明"
print("你好，" + name)

也可以一次输出多个变量：

a = 10
b = 20
print("a =", a, "b =", b)

3. 示例

以下程序输入一个数字，并输出它的平方：

x = input("请输入一个数字：")
x = float(x)   # 转换成小数
print("它的平方是：", x ** 2)

四、练习

1. 定义一个变量a和b,将变量a赋值10,b赋值"Python"

2. 使用 input()函数输入一个数值存放到变量num中，打印出num * 2 的值

3. 输入一个整数，计算并输出它的平方数

4. 输入两个整数，计算并输出它们的平均值

5. 输入一个整数，计算它的算数平方根

6. 输入长和宽，输出矩形的面积和周长

7. ---

   挑战题：求一元二次方程的两个解（保证有解）：

   对一元二次方程有：

$$a{x}^2+bx+c=0$$

• 判别式（delta）：

$$\mathrm{\Delta }=b^2-4ac$$

• 两个解的公式：

$$x_1=\frac{-b+\sqrt{\mathrm{\Delta }}}{2a},x_2=\frac{-b-\sqrt{\mathrm{\Delta }}}{2a}$$

• 本题输入保证 $\mathrm{\Delta }>0$，所以一定有两个不相等的实数解。

参考数据：

a	b	c	delta	解1（较大）	解2（较小）
1	-3	2	1	2.0	1.0
1	-5	6	1	3.0	2.0
2	-7	3	25	3.0	0.5
1	-1	-6	25	3.0	-2.0
4	-4	-3	64	1.5	-0.5
1	-4	3	4	3.0	1.0