⚖️Python 運算子與運算式介紹~邱允文

Python 中的運算式 (Expression) 是由 運算元 (Operands) 和 運算子 (Operators) 組成的程式碼片段，經計算後會產生一個值 (Value)。

下面將為您介紹 Python 中主要的運算子類型及其在建構運算式中的作用。

一、Python 主要運算子類型 🛠️

1. 數學運算子 (Arithmetic Operators) 🧮

用於執行基本的算術運算，運算元通常是數字型態 (int 或 float)。

運算子	說明	範例
`+`	加法	`5 + 2` $\rightarrow 7$
`-`	減法	`5 - 2` $\rightarrow 3$
`*`	乘法	`5 * 2` $\rightarrow 10$
`/`	除法 (結果為浮點數)	`5 / 2` $\rightarrow 2.5$
`//`	取整除 (Floor Division，向下取整)	`5 // 2` $\rightarrow 2$
`%`	取餘數 (Modulo)	`5 % 2` $\rightarrow 1$
`**`	指數 (Power)	`5 ** 2` $\rightarrow 25$ (即 $5^2$ )

2. 比較運算子 (Comparison/Relational Operators) ⚖️

用於比較兩個運算元的值，結果總是 布林值 (True 或 False)。

運算子	說明	範例
`==`	等於	`a == b`
`!=`	不等於	`a != b`
`>`	大於	`a > b`
`<`	小於	`a < b`
`>=`	大於等於	`a >= b`
`<=`	小於等於	`a <= b`

3. 邏輯運算子 (Logical Operators) 💡

用於組合條件判斷或操作布林值，結果是 True 或 False。

運算子	說明	範例 (假設 `x=True`, `y=False`)
`and`	邏輯且：兩邊都為 `True` 時，結果為 `True`	`x and y` $\rightarrow$ `False`
`or`	邏輯或：至少一邊為 `True` 時，結果為 `True`	`x or y` $\rightarrow$ `True`
`not`	邏輯非：反轉布林值	`not x` $\rightarrow$ `False`

4. 賦值運算子 (Assignment Operators) ➡️

用於將值指定給變數，或執行運算後再將結果指定回去。最基本的是單獨的 = 符號。

運算子	說明	範例 (假設 `x = 10`)	等效於
`=`	簡單賦值	`x = 5`	-
`+=`	加法賦值	`x += 2`	`x = x + 2`
`-=`	減法賦值	`x -= 2`	`x = x - 2`
`*=`	乘法賦值	`x *= 2`	`x = x * 2`
`/=`	除法賦值	`x /= 2`	`x = x / 2`
`**=`	指數賦值	`x **= 2`	`x = x ** 2`

二、運算子優先順序 (Operator Precedence)

在一個運算式中有多個運算子時，Python 會依循以下優先順序來決定執行的先後次序：

優先級	運算子	說明
最高	`()`	括號 (用於強制改變順序)
	`**`	指數
	`*, /, //, %`	乘法、除法、取整除、取餘數
	`+, -`	加法、減法
	比較 (`==, !=, >, <, >=, <=`)
	`not`	邏輯非
	`and`	邏輯且
最低	`or`	邏輯或
	賦值 (`=, +=, -=`, etc.)

提示： 如果不確定優先順序，或為了程式碼的清晰度，請一律使用括號 () 來明確指定您想要的計算順序。

優先順序範例

Python
result = 10 + 2 * 3**2 # 優先順序: 指數(3**2) -> 乘法(2*9) -> 加法(10+18)

# 1. 3**2 = 9
# 2. 2 * 9 = 18
# 3. 10 + 18 = 28
print(result) # 輸出: 28

您想進一步了解如何結合這些運算子來編寫條件判斷式（例如在 if 語句中）嗎？

⚖️如何結合這些運算子來編寫條件判斷式

在 Python 中，結合運算子來編寫條件判斷式 (Conditional Expressions) 是 if 語句、while 迴圈以及其他控制流程的核心。您主要會使用到比較運算子和邏輯運算子來建立這些判斷式。

1. 條件判斷式的結構 🧱

一個條件判斷式必須是一個最終會被計算為 布林值 (True 或 False) 的運算式。

範例：基本的 `if` 語句

Python
age = 20
if age >= 18:
    print("您已成年。")

在這個例子中，age >= 18 就是條件判斷式，它使用了比較運算子 (>=)，計算結果為 True。

2. 結合運算子編寫複雜條件 🧩

當您需要檢查多個條件同時成立，或只需其中一個條件成立時，就需要結合使用邏輯運算子 (and, or, not)。

📌 範例一：使用 `and` (邏輯且)

and 要求所有條件都必須為 True，整個判斷式才為 True。

情境： 檢查變數 score 是否在 80 到 90 之間（包含 80 和 90）。

Python
score = 85

if score >= 80 and score <= 90:
    print("分數合格，且在優秀範圍內。")
else:
    print("分數不在特定範圍內。")

在這個運算式中：

檢查 score >= 80 $\rightarrow$ 85 >= 80 $\rightarrow$ True
檢查 score <= 90 $\rightarrow$ 85 <= 90 $\rightarrow$ True
True and True $\rightarrow$ True

📌 範例二：使用 `or` (邏輯或)

or 要求只要其中任何一個條件為 True，整個判斷式就為 True。

情境： 檢查變數 day 是否為週末 (Saturday 或 Sunday)。

Python
day = "Saturday"

if day == "Saturday" or day == "Sunday":
    print("今天是週末，可以休息。")
else:
    print("今天是平日。")

在這個運算式中：

檢查 day == "Saturday" $\rightarrow$ "Saturday" == "Saturday" $\rightarrow$ True
檢查 day == "Sunday" $\rightarrow$ "Saturday" == "Sunday" $\rightarrow$ False
True or False $\rightarrow$ True

📌 範例三：使用 `not` (邏輯非)

not 會反轉布林值。

情境： 檢查列表 users 是否為空（即列表裡沒有任何元素）。

Python
users = [] # 假設目前沒有使用者

if not users:
    print("使用者列表為空，請新增用戶。")

在這個運算式中：

在 Python 中，空的列表 [] 被視為布林值 False。
not users 相當於 not False $\rightarrow$ True

3. 複合判斷與優先順序

當您在一個判斷式中使用多種運算子時，請注意優先順序：

括號 () (最高)
比較運算子 (==, >, etc.)
not
and
or (最低)

範例：結合所有運算子

Python
is_admin = False
is_member = True
balance = 1000

# 複雜條件：如果「不是會員」或「餘額低於 500」，但「不是管理員」
if (not is_member or balance < 500) and (not is_admin):
    print("需要提醒用戶狀態或儲值。")
else:
    print("用戶狀態良好。")

由於 is_member 是 True，所以 not is_member 是 False。運算步驟：

not is_member $\rightarrow$ False
balance < 500 $\rightarrow$ 1000 < 500 $\rightarrow$ False
False or False $\rightarrow$ False
not is_admin $\rightarrow$ not False $\rightarrow$ True
(False) and (True) $\rightarrow$ False

最終判斷結果為 False，所以會執行 else 區塊。

⚖️編寫一個包含這三種邏輯運算子的條件判斷式

編寫一個包含三種邏輯運算子（and, or, not）的條件判斷式範例。

我們來設定一個虛擬的電影票購買條件。

邏輯運算子綜合範例 🎬

情境： 決定某位顧客是否可以獲得一張學生優惠票。

條件設定：

顧客必須是 學生 (is_student = True)。
顧客必須是 成人 (age >= 18) 或 非兒童 (not is_child)。
非黃金時段 (not is_premium_time) 才能使用優惠。

Python 條件判斷式

Python
# 運算元 (變數)
is_student = True     # 顧客是否為學生
age = 20              # 顧客的年齡
is_child = False      # 顧客是否為兒童
is_premium_time = False # 是否為黃金時段 (例如假日晚上)

# 條件判斷式
if is_student and (age >= 18 or not is_child) and (not is_premium_time):
    print("恭喜！您符合條件，可購買學生優惠票。")
else:
    print("抱歉，您不符合購買優惠票的所有條件。")

運算分析 (逐步拆解)

我們來看看 Python 是如何計算這個複雜運算式的：

\text{is\_student}\ \mathbf{and}\ (\text{age} \ge 18\ \mathbf{or}\ \mathbf{not}\ \text{is\_child})\ \mathbf{and}\ (\mathbf{not}\ \text{is\_premium\_time})

處理 not 運算子 (優先級最高)：
- $\mathbf{not}\ \text{is\_child} \rightarrow \mathbf{not}\ \text{False} \rightarrow \text{True}$
- $\mathbf{not}\ \text{is\_premium\_time} \rightarrow \mathbf{not}\ \text{False} \rightarrow \text{True}$
處理括號內的 or 運算子：
- $\text{age} \ge 18 \rightarrow 20 \ge 18 \rightarrow \text{True}$
- $(\text{True}\ \mathbf{or}\ \text{True}) \rightarrow \text{True}$
處理所有 and 運算子 (從左到右)：
- $(\text{is\_student})\ \mathbf{and}\ (\text{True})\ \mathbf{and}\ (\text{True})$
- $(\text{True})\ \mathbf{and}\ (\text{True})\ \mathbf{and}\ (\text{True}) \rightarrow \text{True}$

由於整個判斷式最終結果為 True，程式將會輸出 "恭喜！您符合條件，可購買學生優惠票。"

⚖️修改任一個變數（例如將 is_premium_time = True），觀察結果如何變為 False

先前範例中的變數 is_premium_time 從 False 修改為 True，並觀察整個條件判斷式的最終結果。

邏輯運算子範例修改及分析 💡

原始設定 (結果為 True)

Python
is_student = True
age = 20
is_child = False
is_premium_time = False # 原始設定

# 運算式: is_student and (age >= 18 or not is_child) and (not is_premium_time)
# 結果: True and (True or True) and (True)  -> True
# 輸出: 恭喜！您符合條件，可購買學生優惠票。

修改設定 (結果變為 False)

現在，我們將 is_premium_time 設為 True，模擬在「黃金時段」購買電影票的情況。

Python
is_student = True
age = 20
is_child = False
is_premium_time = True # <-- 變更此變數

# 條件判斷式：
if is_student and (age >= 18 or not is_child) and (not is_premium_time):
    print("恭喜！您符合條件，可購買學生優惠票。")
else:
    print("抱歉，您不符合購買優惠票的所有條件。")

運算步驟拆解

我們再次拆解判斷式：

\text{is\_student}\ \mathbf{and}\ (\text{age} \ge 18\ \mathbf{or}\ \mathbf{not}\ \text{is\_child})\ \mathbf{and}\ (\mathbf{not}\ \text{is\_premium\_time})

處理 not 運算子 (優先級高)：
- $\mathbf{not}\ \text{is\_child} \rightarrow \mathbf{not}\ \text{False} \rightarrow \text{True}$
- $\mathbf{not}\ \text{is\_premium\_time} \rightarrow \mathbf{not}\ \text{True} \rightarrow \mathbf{False}$
處理括號內的 or 運算子：
- $\text{age} \ge 18 \rightarrow 20 \ge 18 \rightarrow \text{True}$
- $(\text{True}\ \mathbf{or}\ \text{True}) \rightarrow \text{True}$
處理所有 and 運算子 (從左到右)：
- $(\text{is\_student})\ \mathbf{and}\ (\text{True})\ \mathbf{and}\ (\mathbf{False})$
- $(\text{True})\ \mathbf{and}\ (\text{True})\ \mathbf{and}\ (\mathbf{False})$
- $\text{True}\ \mathbf{and}\ \mathbf{False} \rightarrow \mathbf{False}$

執行結果

由於整個運算式最終的結果是 False，因此程式會執行 else 區塊：

抱歉，您不符合購買優惠票的所有條件。

結論：由於 is_premium_time 變為 True，導致運算式中的最後一個邏輯部分 (not is_premium_time) 變為 False。在 and 運算中，只要有一個部分是 False，整個判斷式就會變成 False。

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