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# 第 1-4 课：运算符
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## 一、本课目标
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完成本课后，你应该能够：
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1. 解释运算符和操作数是什么；
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2. 使用算术运算符完成基础计算；
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3. 区分普通除法、整除和取余；
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4. 使用比较运算符得到布尔值；
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5. 使用复合赋值运算符更新变量；
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6. 使用 `and`、`or` 和 `not` 组合或反转条件；
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7. 使用括号明确计算顺序；
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8. 编写一个包含输入、计算和判断结果的学习进度程序。
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## 二、前置知识
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开始本课前，你应该已经掌握：
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- 创建和使用变量；
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- 区分字符串、整数、浮点数和布尔值；
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- 使用 `input()` 接收输入；
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- 使用 `int()` 和 `float()` 转换输入；
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- 使用 f-string 输出变量和计算结果。
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## 三、运算符与操作数
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运算符（Operator）是告诉 Python 执行某种运算的符号或关键字。
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观察下面的代码：
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```python
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total_hours = daily_hours * learning_days
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```
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其中：
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- `*` 是乘法运算符；
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- `daily_hours` 和 `learning_days` 是参与运算的数据，称为操作数（Operand）；
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- 计算结果赋值给 `total_hours`。
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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。
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## 四、算术运算符
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算术运算符主要用于数字计算。
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| 运算符 | 含义 | 示例 | 结果 |
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| --- | --- | --- | --- |
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| `+` | 加法 | `10 + 3` | `13` |
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| `-` | 减法 | `10 - 3` | `7` |
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| `*` | 乘法 | `10 * 3` | `30` |
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| `/` | 普通除法 | `10 / 3` | `3.333...` |
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| `//` | 整除 | `10 // 3` | `3` |
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| `%` | 取余 | `10 % 3` | `1` |
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| `**` | 幂运算 | `10 ** 3` | `1000` |
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### 4.1 加、减、乘
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```python
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completed_tasks = 5
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new_tasks = 3
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total_tasks = completed_tasks + new_tasks
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remaining_tasks = total_tasks - completed_tasks
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estimated_minutes = total_tasks * 20
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```
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这些运算与日常数学中的含义基本一致。
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### 4.2 普通除法 `/`
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```python
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average_hours = 10 / 4
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print(average_hours)
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```
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输出：
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```text
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2.5
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```
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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：
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```python
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print(10 / 2)
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```
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输出：
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```text
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5.0
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```
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### 4.3 整除 `//`
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整除会得到向下取整后的商：
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```python
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full_weeks = 17 // 7
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print(full_weeks)
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```
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输出：
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```text
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2
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```
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这表示 17 天中包含 2 个完整的 7 天周期。
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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。
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### 4.4 取余 `%`
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取余得到除法中没有被完整分掉的余数：
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```python
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remaining_days = 17 % 7
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print(remaining_days)
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```
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输出：
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```text
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3
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```
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因此 17 天可以表示为 2 个完整星期加 3 天。
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取余还常用于判断一个整数是奇数还是偶数：
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```python
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remainder = 8 % 2
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print(remainder)
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```
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结果为 `0`，说明 8 可以被 2 整除。
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### 4.5 幂运算 `**`
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```python
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result = 2 ** 3
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print(result)
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```
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输出为 `8`，表示 2 的 3 次方，即 `2 × 2 × 2`。
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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。
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## 五、字符串也能使用部分算术运算符
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### 5.1 字符串拼接
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两个字符串可以使用 `+` 连接：
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```python
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first_name = "Agent"
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second_name = "开发者"
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role_name = first_name + second_name
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print(role_name)
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```
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输出：
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```text
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Agent开发者
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```
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如果需要空格或其他符号，必须明确写入字符串：
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```python
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role_name = first_name + " " + second_name
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```
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### 5.2 重复字符串
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字符串乘以整数可以重复多次：
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```python
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separator = "=" * 20
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print(separator)
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```
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这会输出 20 个等号。
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字符串不能与整数直接相加：
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```text
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"学习天数：" + 3
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```
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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。
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## 六、比较运算符
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比较运算符用于比较两个数据，结果一定是布尔值 `True` 或 `False`。
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| 运算符 | 含义 | 示例 |
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| --- | --- | --- |
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| `==` | 等于 | `score == 100` |
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| `!=` | 不等于 | `score != 0` |
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| `>` | 大于 | `score > 60` |
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| `<` | 小于 | `score < 60` |
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| `>=` | 大于或等于 | `score >= 60` |
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| `<=` | 小于或等于 | `score <= 100` |
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示例：
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```python
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completed_hours = 12
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target_hours = 10
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is_target_reached = completed_hours >= target_hours
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print(is_target_reached)
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```
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输出：
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```text
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True
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```
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### 6.1 `=` 与 `==` 的区别
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这是初学者必须掌握的区别：
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- `=` 表示赋值，把右边的数据交给左边的变量；
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- `==` 表示比较，判断左右两边是否相等。
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```python
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learning_days = 4
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is_four_days = learning_days == 4
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```
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第一行创建或更新变量，第二行得到布尔值 `True`。
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### 6.2 不要把布尔结果写成字符串
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```python
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is_finished = completed_tasks == total_tasks
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```
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这里的 `is_finished` 保存真正的布尔值。
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下面写法只是保存普通文字：
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```python
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is_finished = "True"
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```
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两者的数据类型和用途不同。
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## 七、赋值运算符与复合赋值
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普通赋值使用 `=`：
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```python
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completed_tasks = 3
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```
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如果完成了一个新任务，可以这样更新：
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```python
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completed_tasks = completed_tasks + 1
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```
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Python 提供了更简洁的复合赋值写法：
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```python
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completed_tasks += 1
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```
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两种写法在这个场景中作用相同。
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常见复合赋值运算符：
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| 运算符 | 示例 | 等价写法 |
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| --- | --- | --- |
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| `+=` | `value += 2` | `value = value + 2` |
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| `-=` | `value -= 2` | `value = value - 2` |
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| `*=` | `value *= 2` | `value = value * 2` |
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| `/=` | `value /= 2` | `value = value / 2` |
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| `//=` | `value //= 2` | `value = value // 2` |
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| `%=` | `value %= 2` | `value = value % 2` |
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复合赋值会更新变量本身，因此执行前变量必须已经存在。
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## 八、逻辑运算符
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逻辑运算符用于组合或反转布尔条件。
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Python 中最常用的三个逻辑运算符是：
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- `and`：并且；
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- `or`：或者；
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- `not`：取反。
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### 8.1 `and`
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`and` 两边的条件都为 `True` 时，整体才为 `True`。
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```python
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has_completed_course = True
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has_finished_practice = True
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can_start_next_course = has_completed_course and has_finished_practice
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print(can_start_next_course)
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```
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输出为 `True`。
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如果其中任何一个条件为 `False`，整体就是 `False`。
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### 8.2 `or`
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`or` 两边至少有一个条件为 `True` 时，整体就是 `True`。
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```python
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uses_pycharm = True
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uses_vscode = False
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has_code_editor = uses_pycharm or uses_vscode
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print(has_code_editor)
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```
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输出为 `True`。
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### 8.3 `not`
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`not` 会反转布尔值：
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```python
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is_finished = False
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is_still_learning = not is_finished
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print(is_still_learning)
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```
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输出为 `True`。
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### 8.4 组合比较条件
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```python
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daily_hours = 2.5
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completed_tasks = 4
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is_plan_healthy = daily_hours >= 1 and completed_tasks >= 3
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```
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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。
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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。
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## 九、运算优先级
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Python 会按照一定优先级计算表达式。
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最基础的规则与数学类似：
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1. 先计算括号；
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2. 再计算幂运算；
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3. 再计算乘、除、整除和取余；
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4. 最后计算加减。
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```python
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result = 2 + 3 * 4
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print(result)
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```
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结果是 `14`，因为先计算 `3 * 4`。
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加入括号：
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```python
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result = (2 + 3) * 4
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print(result)
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```
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结果是 `20`。
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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：
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```python
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can_continue = (score >= 60) and (practice_finished == True)
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```
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上面代码中的 `== True` 可以省略，写成下面这样更自然：
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```python
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can_continue = (score >= 60) and practice_finished
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```
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括号不仅影响运算顺序，也能帮助人更快读懂代码。
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## 十、浮点数精度现象
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运行下面代码：
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```python
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print(0.1 + 0.2)
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```
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你可能看到：
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```text
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0.30000000000000004
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```
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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。
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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。
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## 十一、运行本课示例
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在 PowerShell 中执行：
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```powershell
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cd D:\Code\Python\01_python基础\1_4_运算符
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python operators.py
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```
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请边看源代码边观察输出，重点比较：
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- `/`、`//`、`%` 的不同结果；
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- `=` 与 `==` 的不同用途；
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- `and`、`or`、`not` 的布尔结果；
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- 添加括号前后的计算结果。
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## 十二、常见错误
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### 12.1 使用 `^` 表示乘方
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Python 使用 `**` 进行幂运算，不使用 `^`。
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### 12.2 混淆 `=` 和 `==`
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需要比较时使用 `==`，需要给变量保存数据时使用 `=`。
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### 12.3 除数为零
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```text
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10 / 0
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```
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会产生 `ZeroDivisionError`，因为普通数字不能除以零。
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### 12.4 字符串与数字直接相加
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```text
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"总数：" + 10
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```
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会产生 `TypeError`。推荐使用 f-string：
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```python
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print(f"总数：{10}")
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```
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### 12.5 复杂表达式没有括号
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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。
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## 十三、课堂练习
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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。
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运行命令：
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```powershell
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python practice.py
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```
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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。
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## 十四、思考题
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1. `17 / 7`、`17 // 7`、`17 % 7` 分别表示什么？
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2. `score = 80` 与 `score == 80` 有什么区别？
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3. `True and False` 的结果是什么？
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4. `True or False` 的结果是什么？
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5. `not True` 的结果是什么？
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6. 为什么复杂表达式推荐使用括号？
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7. `2 + 3 * 4` 和 `(2 + 3) * 4` 为什么结果不同？
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## 十五、本课小结
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- 算术运算符用于数字计算；
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- `/` 是普通除法，`//` 是整除，`%` 用于取得余数；
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- `**` 用于幂运算；
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- 比较运算的结果是布尔值；
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- `=` 表示赋值，`==` 表示比较是否相等；
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- 复合赋值可以简洁地更新已有变量；
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- `and` 要求两个条件都成立；
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- `or` 要求至少一个条件成立；
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- `not` 用于反转布尔结果；
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- 括号可以改变或明确运算顺序。
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## 十六、验收标准
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- [ ] 能正确使用七种基础算术运算符；
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- [ ] 能解释 `/`、`//` 和 `%` 的区别；
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- [ ] 能使用比较运算符得到布尔值；
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- [ ] 能区分赋值与相等比较；
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- [ ] 能使用至少一种复合赋值运算符；
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- [ ] 能使用 `and`、`or` 和 `not`；
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||
- [ ] 能使用括号明确计算顺序；
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||
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
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- [ ] 能回答七道思考题。
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