# 第 1-4 课：运算符

## 一、本课目标

完成本课后，你应该能够：

1. 解释运算符和操作数是什么；
2. 使用算术运算符完成基础计算；
3. 区分普通除法、整除和取余；
4. 使用比较运算符得到布尔值；
5. 使用复合赋值运算符更新变量；
6. 使用 `and`、`or` 和 `not` 组合或反转条件；
7. 使用括号明确计算顺序；
8. 编写一个包含输入、计算和判断结果的学习进度程序。

## 二、前置知识

开始本课前，你应该已经掌握：

- 创建和使用变量；
- 区分字符串、整数、浮点数和布尔值；
- 使用 `input()` 接收输入；
- 使用 `int()` 和 `float()` 转换输入；
- 使用 f-string 输出变量和计算结果。

## 三、运算符与操作数

运算符（Operator）是告诉 Python 执行某种运算的符号或关键字。

观察下面的代码：

```python
total_hours = daily_hours * learning_days
```

其中：

- `*` 是乘法运算符；
- `daily_hours` 和 `learning_days` 是参与运算的数据，称为操作数（Operand）；
- 计算结果赋值给 `total_hours`。

运算不只是数学计算。比较两个数据、组合两个条件，也需要使用运算符。

## 四、算术运算符

算术运算符主要用于数字计算。

| 运算符 | 含义 | 示例 | 结果 |
| --- | --- | --- | --- |
| `+` | 加法 | `10 + 3` | `13` |
| `-` | 减法 | `10 - 3` | `7` |
| `*` | 乘法 | `10 * 3` | `30` |
| `/` | 普通除法 | `10 / 3` | `3.333...` |
| `//` | 整除 | `10 // 3` | `3` |
| `%` | 取余 | `10 % 3` | `1` |
| `**` | 幂运算 | `10 ** 3` | `1000` |

### 4.1 加、减、乘

```python
completed_tasks = 5
new_tasks = 3

total_tasks = completed_tasks + new_tasks
remaining_tasks = total_tasks - completed_tasks
estimated_minutes = total_tasks * 20
```

这些运算与日常数学中的含义基本一致。

### 4.2 普通除法 `/`

```python
average_hours = 10 / 4
print(average_hours)
```

输出：

```text
2.5
```

Python 3 中，普通除法 `/` 的结果通常是浮点数。即使能够整除，结果也会带小数：

```python
print(10 / 2)
```

输出：

```text
5.0
```

### 4.3 整除 `//`

整除会得到向下取整后的商：

```python
full_weeks = 17 // 7
print(full_weeks)
```

输出：

```text
2
```

这表示 17 天中包含 2 个完整的 7 天周期。

对于正数，可以暂时理解为“只保留能完整分出的份数”。负数整除存在额外规则，将来遇到实际场景时再详细学习。

### 4.4 取余 `%`

取余得到除法中没有被完整分掉的余数：

```python
remaining_days = 17 % 7
print(remaining_days)
```

输出：

```text
3
```

因此 17 天可以表示为 2 个完整星期加 3 天。

取余还常用于判断一个整数是奇数还是偶数：

```python
remainder = 8 % 2
print(remainder)
```

结果为 `0`，说明 8 可以被 2 整除。

### 4.5 幂运算 `**`

```python
result = 2 ** 3
print(result)
```

输出为 `8`，表示 2 的 3 次方，即 `2 × 2 × 2`。

注意：Python 的幂运算不是 `^`。符号 `^` 在 Python 中有其他含义，当前阶段不要用它表示乘方。

## 五、字符串也能使用部分算术运算符

### 5.1 字符串拼接

两个字符串可以使用 `+` 连接：

```python
first_name = "Agent"
second_name = "开发者"
role_name = first_name + second_name

print(role_name)
```

输出：

```text
Agent开发者
```

如果需要空格或其他符号，必须明确写入字符串：

```python
role_name = first_name + " " + second_name
```

### 5.2 重复字符串

字符串乘以整数可以重复多次：

```python
separator = "=" * 20
print(separator)
```

这会输出 20 个等号。

字符串不能与整数直接相加：

```text
"学习天数：" + 3
```

如果确实要拼接，需要先使用 `str(3)` 转换；不过通常推荐使用更清晰的 f-string。

## 六、比较运算符

比较运算符用于比较两个数据，结果一定是布尔值 `True` 或 `False`。

| 运算符 | 含义 | 示例 |
| --- | --- | --- |
| `==` | 等于 | `score == 100` |
| `!=` | 不等于 | `score != 0` |
| `>` | 大于 | `score > 60` |
| `<` | 小于 | `score < 60` |
| `>=` | 大于或等于 | `score >= 60` |
| `<=` | 小于或等于 | `score <= 100` |

示例：

```python
completed_hours = 12
target_hours = 10

is_target_reached = completed_hours >= target_hours
print(is_target_reached)
```

输出：

```text
True
```

### 6.1 `=` 与 `==` 的区别

这是初学者必须掌握的区别：

- `=` 表示赋值，把右边的数据交给左边的变量；
- `==` 表示比较，判断左右两边是否相等。

```python
learning_days = 4
is_four_days = learning_days == 4
```

第一行创建或更新变量，第二行得到布尔值 `True`。

### 6.2 不要把布尔结果写成字符串

```python
is_finished = completed_tasks == total_tasks
```

这里的 `is_finished` 保存真正的布尔值。

下面写法只是保存普通文字：

```python
is_finished = "True"
```

两者的数据类型和用途不同。

## 七、赋值运算符与复合赋值

普通赋值使用 `=`：

```python
completed_tasks = 3
```

如果完成了一个新任务，可以这样更新：

```python
completed_tasks = completed_tasks + 1
```

Python 提供了更简洁的复合赋值写法：

```python
completed_tasks += 1
```

两种写法在这个场景中作用相同。

常见复合赋值运算符：

| 运算符 | 示例 | 等价写法 |
| --- | --- | --- |
| `+=` | `value += 2` | `value = value + 2` |
| `-=` | `value -= 2` | `value = value - 2` |
| `*=` | `value *= 2` | `value = value * 2` |
| `/=` | `value /= 2` | `value = value / 2` |
| `//=` | `value //= 2` | `value = value // 2` |
| `%=` | `value %= 2` | `value = value % 2` |

复合赋值会更新变量本身，因此执行前变量必须已经存在。

## 八、逻辑运算符

逻辑运算符用于组合或反转布尔条件。

Python 中最常用的三个逻辑运算符是：

- `and`：并且；
- `or`：或者；
- `not`：取反。

### 8.1 `and`

`and` 两边的条件都为 `True` 时，整体才为 `True`。

```python
has_completed_course = True
has_finished_practice = True

can_start_next_course = has_completed_course and has_finished_practice
print(can_start_next_course)
```

输出为 `True`。

如果其中任何一个条件为 `False`，整体就是 `False`。

### 8.2 `or`

`or` 两边至少有一个条件为 `True` 时，整体就是 `True`。

```python
uses_pycharm = True
uses_vscode = False

has_code_editor = uses_pycharm or uses_vscode
print(has_code_editor)
```

输出为 `True`。

### 8.3 `not`

`not` 会反转布尔值：

```python
is_finished = False
is_still_learning = not is_finished

print(is_still_learning)
```

输出为 `True`。

### 8.4 组合比较条件

```python
daily_hours = 2.5
completed_tasks = 4

is_plan_healthy = daily_hours >= 1 and completed_tasks >= 3
```

这个结果表示“每天至少学习 1 小时，并且至少完成 3 个任务”是否同时成立。

本课只计算并输出布尔结果。下一课学习条件判断后，程序可以根据结果执行不同代码。

## 九、运算优先级

Python 会按照一定优先级计算表达式。

最基础的规则与数学类似：

1. 先计算括号；
2. 再计算幂运算；
3. 再计算乘、除、整除和取余；
4. 最后计算加减。

```python
result = 2 + 3 * 4
print(result)
```

结果是 `14`，因为先计算 `3 * 4`。

加入括号：

```python
result = (2 + 3) * 4
print(result)
```

结果是 `20`。

比较和逻辑运算组合时也有优先级规则，但不要依赖记忆复杂规则。推荐使用括号明确表达意图：

```python
can_continue = (score >= 60) and (practice_finished == True)
```

上面代码中的 `== True` 可以省略，写成下面这样更自然：

```python
can_continue = (score >= 60) and practice_finished
```

括号不仅影响运算顺序，也能帮助人更快读懂代码。

## 十、浮点数精度现象

运行下面代码：

```python
print(0.1 + 0.2)
```

你可能看到：

```text
0.30000000000000004
```

这不是 Python 随意算错，而是计算机使用二进制保存部分小数时产生的精度限制。

现阶段知道这种现象即可。涉及金额等要求精确的业务数据时，不能随意使用普通浮点数直接计算，后续数据库和项目课程会介绍合适的处理方式。

## 十一、运行本课示例

在 PowerShell 中执行：

```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_4_运算符
python operators.py
```

请边看源代码边观察输出，重点比较：

- `/`、`//`、`%` 的不同结果；
- `=` 与 `==` 的不同用途；
- `and`、`or`、`not` 的布尔结果；
- 添加括号前后的计算结果。

## 十二、常见错误

### 12.1 使用 `^` 表示乘方

Python 使用 `**` 进行幂运算，不使用 `^`。

### 12.2 混淆 `=` 和 `==`

需要比较时使用 `==`，需要给变量保存数据时使用 `=`。

### 12.3 除数为零

```text
10 / 0
```

会产生 `ZeroDivisionError`，因为普通数字不能除以零。

### 12.4 字符串与数字直接相加

```text
"总数：" + 10
```

会产生 `TypeError`。推荐使用 f-string：

```python
print(f"总数：{10}")
```

### 12.5 复杂表达式没有括号

即使程序结果正确，难以阅读的表达式也容易在维护时产生问题。优先使用括号和含义清晰的中间变量。

## 十三、课堂练习

打开 `practice.py`，完成“Agent 学习进度计算器”。它会接收计划数据，计算完成率相关信息，并输出多个布尔判断结果。

运行命令：

```powershell
python practice.py
```

本课重点是自己选择正确的运算符。请先不要参考示例文件逐行照抄。

## 十四、思考题

1. `17 / 7`、`17 // 7`、`17 % 7` 分别表示什么？
2. `score = 80` 与 `score == 80` 有什么区别？
3. `True and False` 的结果是什么？
4. `True or False` 的结果是什么？
5. `not True` 的结果是什么？
6. 为什么复杂表达式推荐使用括号？
7. `2 + 3 * 4` 和 `(2 + 3) * 4` 为什么结果不同？

## 十五、本课小结

- 算术运算符用于数字计算；
- `/` 是普通除法，`//` 是整除，`%` 用于取得余数；
- `**` 用于幂运算；
- 比较运算的结果是布尔值；
- `=` 表示赋值，`==` 表示比较是否相等；
- 复合赋值可以简洁地更新已有变量；
- `and` 要求两个条件都成立；
- `or` 要求至少一个条件成立；
- `not` 用于反转布尔结果；
- 括号可以改变或明确运算顺序。

## 十六、验收标准

- [ ] 能正确使用七种基础算术运算符；
- [ ] 能解释 `/`、`//` 和 `%` 的区别；
- [ ] 能使用比较运算符得到布尔值；
- [ ] 能区分赋值与相等比较；
- [ ] 能使用至少一种复合赋值运算符；
- [ ] 能使用 `and`、`or` 和 `not`；
- [ ] 能使用括号明确计算顺序；
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
- [ ] 能回答七道思考题。