آموزش رایگان پایتون (python) – آشنایی با نوع های داده‌ای در پایتون

برای مطالعه بخش ششم آموزش رایگان پایتون اینجا کلیک کنید

در شماره گذشته آموزش پایتون به شما گفتیم که متغیرها عملکردی شبیه به جعبه‌ها در دنیای واقعی دارند. درست همانند یک جعبه که ظرفیت محدود و مشخصی دارد، در دنیای برنامه‌نویسی نیز متغیرها دارای ظرفیت مشخص و محدودی هستند. اگر سعی کنید فراتر از ظرفیت یک متغیر مقداری درون آن قرار دهید با پیغام خطایی روبرو می‌شوید که باعث می‌شود اجرای برنامه شما ناتمام باقی بماند.

مقدار صحیح (Integers)

مقادیر صحیح از نام‌آشناترین نوع‌های داده‌ای دنیای برنامه‌نویسی هستند، زیرا شما در طول شبانه‌روز بارها و بارها از آن‌ها استفاده می‌کنید. هر عدد کاملی یک مقدار صحیح است. به‌طور مثال، 1 یک عدد کامل است، در نتیجه عدد 1 یک مقدار صحیح است. در طرف دیگر مقدار 1.0 را داریم که یک مقدار کامل نیست، زیرا یک بخش اعشاری دارد، در نتیجه عدد 1.0 یک مقدار صحیح نیست. مقادیر صحیح در پایتون با نوع داده‌ای int نشان داده می‌شوند. نوع داده‌ای Int بیان‌گر این موضوع است که شما می‌توانید هر مقدار صحیحی را در بازه –9,223,372,036,854,775,808 و 9,223,372,036,854,775,807 درون یک مقدار صحیح قرار دهید. رقم فوق حداکثر مقداری است که یک متغیر 64 بیتی می‌تواند ذخیره‌سازی کند. دقت کنید بازه فوق یک محدوده خیلی بزرگ است، اما بینهایت نیست. هنگام کار با نوع داده‌ای int پایتون یکسری ویژگی‌های کاربردی در اختیارتان قرار می‌دهد که در شماره‌های آتی با آن‌ها آشنا خواهیم شد. به‌کارگیری مبناهای عددی مختلف یکی از این موارد است.

مبناهای عددی چه هستند؟

کامپیوترها برای آن‌که بتوانند کدهایی نوشته شده به زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی را اجرا کنند، باید این کدها را به زبان ماشین تبدیل کنند. همان‌گونه که گفتیم کامپیوترها تنها صفرها و یک‌ها را می‌شناسند. در نتیجه هر داده‌ای که وارد کامپیوتر می‌کنید، ابتدا به زبان صفر و یک تبدیل شده و سپس تغییراتی روی داده‌ها انجام می‌شود. در دنیای دیجیتال و کامپیوترها شما انواع مختلفی از سیستم‌های عددی و مبناها را دارید. این مبناها به شرح زیر هستند:

• سیستم دهدهی اعداد از 0 تا 9 را شامل می‌شوند. شما این سیستم را به خوبی می‌شناسید، زیرا در زندگی روزمره خود همه ارقام را بر مبنای سیستم 10 به زبان می‌آورید و محاسبات خود را نیز بر مبنای این سیستم انجام می‌دهید.
• سیستم دودویی که به آن باینری هم گفته می‌شود بر مبنای دو مقدار 0 و 1 کار می‌کند. هر عددی که از این سیستم خارج یا وارد می‌شود باید به مبنای باینری تبدیل شود. در این سیستم شما با دو مقدار 0 و 1 سروکار دارید. به‌طور مثال مقدار 101 در سیستم باینری برابر با مقدار 5 در سیستم دهدهی است.
• سیستم اوکتال که به آن مبنای هشت گفته می‌شود بر مبنای مقادیر 0 تا 7 کار می‌کند. به‌طور مثال مقدار 1234 در سیستم اوکتال برابر با 668 در سیستم دهدهی است.
• در سیستم هگزادسیمال که به آن مبنای 16 گفته می‌شود اعداد شما در بازه 0 تا 15 قرار دارند که البته از مقدار 10 به بعد اعداد به شکل A،B،C،D،E و F نشان داده می‌شوند. به‌طور مثال مقدار 1A در سیستم هگزادسیمال برابر با 26 در سیستم دهدهی است.

چرا باید با سیستم اعداد مختلف و مبناها آشنا باشیم؟

همان‌گونه که گفتیم همه کامپیوتر بر مبنای سیسم باینری کار می‌کنند. در زندگی روزمره و زمانی که درس ریاضی را یاد گرفتید به شما گفته شد که اعداد به ترتیب از 1 شروع می‌شوند و تا بینهایت ادامه پیدا می‌کنند، اما به‌کارگیری یک چنین سیستمی در دنیای دیجیتال امکان‌پذیر نیست، زیرا شما با مدارهای منطقی و گیت‌هایی سروکار دارید که می‌توانند یکی از دو وضعیت باز یا بسته را داشته باشند. توالی این صفرها و یک‌ها و هرگونه تغییری در آن‌ها به پردازنده مرکزی سیستم شما اعلام می‌دارند که باید دستوری را اجرا کند. درون پردازنده‌های کامپیوتر مولفه‌هایی به نام ثبات وجود دارد. این ثبات‌ها که انواع مختلفی همچون AX،، BX، DS و.... را دارند برای کار مشخصی در نظر گرفته شده‌اند. در نتیجه به عنوان یک برنامه‌نویس باید با مبناهای مختلف آشنایی داشته باشید. در این میان دو سیستم باینری و هگزادسیمال اهمیت بالایی دارند. اعداد برای آن‌که در سیستم‌های مختلف قابل استفاده باشند باید به مبنای مقصد تبدیل شوند. تبدیل مبناها به یکدیگر خود مقوله مفصلی است که بیشتر از سوی برنامه‌نویسانی که در زمینه ساخت برنامه‌های سطح پایین به فعالیت اشتغال دارند استفاده می‌شود. اما برای آشنایی اولیه با مبناهای مختلف، کافی است ماشین حساب کامپیوتر خود را اجرا کرده، روی دکمه سه خط افقی ماشین حساب کلیک کرده و گزینه Programmer را انتخاب کنید. در صفحه ظاهر شده، گزینه‌های HEX، DEC، OCT و BIN را مشاهده می‌کنید که با کلیک روی هر یک از این گزینه‌ها، دکمه‌های ماشین حساب به آن مبنا تغییر حالت می‌دهد. اکنون هر عددی که تایپ کنید در مبناهای مختلف نشان داده می‌شود. در تصویر زیر مقدار 10 را مشاهده می‌کنید که در مبناهای مختلف چگونه نشان داده می‌شود.

زمانی که در نظر دارید از مبناهایی به غیر از مبنای 10 در پایتون استفاده کنید، باید به پایتون این موضوع را اطلاع دهید. شما می‌توانید با اضافه کردن 0 و کاراکتر معرف هر مبنا از آن مبنا استفاده کنید. این کاراکترها به شرح زیر هستند:

B:مبنای 2

O:مبنای 8

X:مبنای 16

پایتون به شما اجازه می‌دهد که مقادیر عددی را به سایر مبنای دیگر تبدیل کنید. برای این منظور فرمان‌های bin()، oct() و hex() در اختیارتان قرار دارد. هر مقداری که درون هر یک از این فرمان‌ها قرار دهید به مبنای مقصد تغییر پیدا می‌کنند. در شکل زیر نحوه استفاده از این فرمان‌ها را مشاهده می‌کنید. سعی کنید خودتان هم این تمرین را انجام دهید تا با نحوه کار مبناها بهتر آشنا شوید. تبدیل مبناها از آن جهت مهم است که در برخی موارد کارها را ساده‌تر می‌کند. در حال حاضر همین که بدانید مبناهای مختلفی وجود دارند که برای کارهای مختلفی استفاده می‌شوند کافی است.

مقادیر نقطه شناور

هر عددی که همراه با یک بخش اعشاری ظاهر شد یک مقدار نقطه شناور (floating-point) است. به‌طور مثال مقدار 1.0 دارای یک بخش اعشاری است، در نتیجه یک مقدار نقطه شناور است. بیشتر مردم این اعداد را با اعداد کامل اشتباه گرفته و تصور می‌کنند هر دو مقدار یکسان هستند. در حالی که باید بدانید این دو مقدار با یکدیگر متفاوت هستند. هر عددی که همراه با مقدار اعشاری ظاهر شود یک مقدار نقطه شناور است. پایتون مقادیر نقطه شناور را در نوع داده‌ای float ذخیره‌سازی می‌کند. مقادیر نقطه شناور در مقایسه با مقادیر صحیح یک مزیت دارند، به شما اجازه می‌دهند اعداد فوق‌العاده کوچک یا بزرگ را در آن‌ها ذخیره‌سازی کنید. درست همانند متغیرهای صحیح، متغیرهای نقطه شناور نیز دارای یک ظرفیت ذخیره‌سازی هستند. بیشترین مقداری که یک متغیر نقطه شناور می‌تواند ذخیره کند برابر با مقدار زیر است.

±1.7976931348623157 × 10308

 کمترین مقداری که این متغیرها می‌توانند ذخیره کنند برابر با مقدار زیر است.

±2.2250738585072014 × 10-308

بیشتر پلتفرم‌ها از این حداقل و حداکثر پشتیبانی می‌کنند.

هنگام کار با مقادیر نقطه شناور، شما می‌توانید مقادیر را به روش‌های مختلفی درون این متغیرها قرار دهید. در این میان دو روش تخصیص مستقیم مقدار و استفاده از نماد علمی جزء رایج‌ترین روش‌ها هستند. زمانی که از نماد علمی استفاده می‌کنید، باید یک e را به عنوان جداکننده عدد استفاده کنید. دقت کنید که یک علامت منفی بیان‌گر مقدار کسری است. تصویر زیر نحوه تخصیص مقادیر را نشان می‌دهد.

اعداد مختلط

اگر به یاد داشته باشید در مدرسه با اعداد مختلط آشنا شدید. یک عدد مختلط شامل یک بخش حقیقی و یک بخش موهومی است. اگر به‌طور کامل دنیای اعداد مختلط را فراموش کرده‌اید پیشنهاد می‌کنم به آدرس زیر مراجعه کنید. در این آدرس اطلاعات مفصل و کاملی در ارتباط با اعداد مختلط به دست می‌آورید.

http://www.mathsisfun.com/numbers/ complex-numbers.html

در دنیای واقعی ما از اعداد مختلط در رشته‌های زیر استفاده می‌کنیم:

✓ مهندسی برق

✓ دینامیک سیالات

✓ مکانیک کوانتوم

✓ گرافیک کامپیوتری

✓ سیستم‌های پویا

✓ برنامه‌نویسی هوش مصنوعی

اعداد مختلط کاربردهای دیگری نیز دارند که در این فهرست به آن‌ها اشاره‌ای نشد. در حالت کلی، اگر حوزه کاری شما مرتبط با هیچ‌‌یک از موارد فهرست بالا نیست، به احتمال زیاد هیچ‌گاه با اعداد مختلط کار نخواهید کرد. با این حال، پایتون یکی از معدود زبان‌های برنامه‌نویسی است که برای کار با اعداد مختلط نوع داده‌ای ویژه‌ای در نظر گرفته است. بخش موهومی یک عدد مختلط همیشه پس از کاراکتر j ظاهر می‌شود. به‌طور مثال، اگر در نظر دارید یک عدد مختلط 3 را همراه با بخش موهومی 4 تعریف کنید، مثال زیر این موضوع را نشان می‌دهد.

myComplex = 3 + 4j

اگر عبارت بالا را IDLE وارد کنید، خروجی زیر را مشاهده خواهید کرد.

برای مشاهده مقدار موهومی یک عدد باید بعد ازز وارد کردن نام متغیر (در اینجا myComplex) مقدار .imag را وارد کنید. مثال زیر این مسئله را نشان می‌دهد.

در شماره آینده آموزش پایتون نوع‌های داده‌ای دیگر را بررسی خواهیم کرد.