Python每日一学 03——计算半径为r的圆的面积

文章目录

Python每日一学 03——计算半径为r的圆的面积
- 一、计算半径为r的圆的面积
- 二、按IPO模式解决
- 三、输入转数值
- 四、精度问题
- 五、精度问题解决方法
- 六、变量命名规范
- 七、注释

一、计算半径为r的圆的面积

最早的电脑是用来破译敌军密码用的，因为靠人去破译密码耗时耗力，而且还达不到理想的效果，所以后来就创造了电脑，希望这个机器能够代替人脑去进行运算。
可以这样说，电早计算机的产生就是为了解决计算问题。

计算机解决计算问题可以分为三个步骤：

输入(I:input): input()

输出(O:output): print()

这种模式也称为IPO模式

融入输入、数学运算、输出、精度控制、字符串重复、math模块、异常处理的分析、命名规范、注释等知识。

圆的面积计算公式为： s=πr2s = \pi r^2s=πr2

二、按IPO模式解决

r = input()
s = pi * r * r
print(s)

3---------------------------------------------------------------------------NameError                                 Traceback (most recent call last)<ipython-input-1-d22d639b6bc9> in <module>1 r=input()
----> 2 s = pi * r * r3 print(s)NameError: name 'pi' is not defined

运行程序，当我们输入一个数字时，程序出现异常：

NameError: name ‘pi’ is not defined命名错误，pi 这个变量名没有定义就先使用了。

在python中，一定是先有对象，任何变量都是依附在某个实际存在的对象上的，或者说，任何变量名首次出现，一定是出现的赋值符号“=”的左侧。pi 这里表示圆周率，我们可以设为3.14，并用pi这个名字访问这个对象，将以下语句加到程序中：
pi = 3.14

r = input()
pi = 3.14
s = pi * r * r
print(s)

3---------------------------------------------------------------------------TypeError                                 Traceback (most recent call last)<ipython-input-2-ff6f2196ef50> in <module>1 r=input()2 pi = 3.14
----> 3 s = pi * r * r4 print(s)TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'

再次输入一个数值，发现又触发了另一个异常：

TypeError: can’t multiply sequence by non-int of type ‘float’ 类型错误：不能够将非整数的浮点数乘到序列类型上

因为在Python中，input()接收到的数据都做为字符串类型，字符串与整数可以相乘，但不能与浮点数相乘。

三、输入转数值

有两种解决方法

将pi的值变为整数3，但结果是将输入的字符串’3’重复了3次，结果仍是字符串’333’

r = input()
pi = 3
s = pi * r * r
print(s)

3---------------------------------------------------------------------------TypeError                                 Traceback (most recent call last)<ipython-input-3-7c02e13ebdec> in <module>1 r = input()2 pi = 3
----> 3 s = pi * r * r4 print(s)TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'str'

运行程序时发现又触发了一个异常：

TypeError: can’t multiply sequence by non-int of type ‘str’
类型错误：序列不能与非整数类型字符串相乘

出错的原因是前面3 * ‘3’结果是字符串’333’，'333’只能与整数相乘，不能与字符串相乘

将input()得到的字符串转为数值类型，将字符串转数值类型有3个函数可以使用。
int(s): 将整数字符串转为整数，如：int(‘3’)转为 3
float(s): 将数字字符串转为浮点数，如：float(‘3’)转为3.0
eval(s): 将整数字符串转为整数，将浮点数的字符串转为浮点数，如eval(‘3’)转为3；eval(3.0)转为3.0
可以将程序修改为以下三种表述：

r = int(input())
pi = 3
s = pi * r * r
print(s)

3.5---------------------------------------------------------------------------ValueError                                Traceback (most recent call last)<ipython-input-5-6de2512c0733> in <module>
----> 1 r = int(input())2 pi = 33 s = pi * r * r4 print(s)ValueError: invalid literal for int() with base 10: '3.5'

3
27

r = float(input())
pi = 3
s = pi * r * r
print(s)

4
48.0

r = eval(input())
pi = 3
s = pi * r * r
print(s)

4
48

尝试运行上面三个程序，分别输入整数和浮点数，观察运行结果。
可以发现，float()和eval()可以接收整数和浮点数输入并正确完成计算。int()只能接收整数输入，当输入浮点数3.5时，会触发异常：ValueError: invalid literal for int() with base 10: ‘3.5’

四、精度问题

在一般的计算中，圆周率值取为3.14即可，有浮点数参与乘法运算，结果仍为浮点数，所以输入的数据一般用float()转为浮点数，这样输入整数和浮点数都可以正确完成运算。

r = float(input())
pi = 3.14
s = pi * r * r
print(s)

3.4
36.2984

不同用户、不同应用场景下，圆周率取值可能不同，这时会得到不同的处理结果：

r = float(input())
pi = 3.1416
s = pi * r * r
print(s)

3
28.2744

r = float(input())
pi = 3.14159265
s = pi * r * r
print(s)

3
28.274333850000005

r = float(input())
pi = 3.141592653589793
s = pi * r * r
print(s)

3
28.274333882308138

上面三个程序，在输入为3时的输出分别为：

28.2744
28.274333850000005
28.274333882308138

五、精度问题解决方法

这种精度不同导致的结果不同是我们在程序设计中应该避免的问题，一般有以下两种方法处理：

使用相同的圆周率值

例如约定都使用math库中圆周率的值：3.141592653589793
math库中的圆周率值可以用以下语句获取：

import mathprint()

3.141592653589793

上面程序可修改为：

import mathr = float(input())
PI = math.pi   # 用大写字符做变量名，表示这是一个符号常量，确定值3.141592653589793
s = PI * r * r
print(s)

使用相同输出精度

python中精度控制主要有三种方法：

round(digit, n): 浮点数digit保留n位小数，n省略时保留0位小数的最短表示(省略小数末尾无意义的0)，返回整数。
‘{:.nf}’.format(digit)：round(digit, n): 浮点数digit精确保留n位小数，n省略时保留0位小数，返回整数。
f’{digit:.nf}':浮点数digit精确保留n位小数(保留小数末尾无意义的0)，n省略时保留0位小数，返回整数。

import mathr = float(input())
PI = math.pi   # 用大写字符做变量名，表示这是一个符号常量，确定值3.141592653589793
s = PI * r * r
print(s)                  # 输出完整浮点数
print(round(s, 3))        # 保留小数点后3位，省略末尾无意义的0，可能少于3位，至少保留1位小数
print('{:.3f}'.format(s)) # 精确保留小数点后3位
print(f'{s:.3f}')         # 精确保留小数点后3位

5
78.53981633974483
78.54
78.540
78.540

六、变量命名规范

上述程序中r和s为单字母变量名，语义不清晰，一般建议用具有明确语义的单词或单词组合做变量名，修改程序如下：

import mathradius = float(input())
PI = math.pi
area = PI * radius * radius
print(f'{area:.3f}')

4
50.265

import math
# import 一般放在程序开头，后面空1到2行diameter = float(input())
PI = math.pi
area = PI * (diameter/2) ** 2
print(f'{area:.3f}')

4
12.566

七、注释

注释就是对代码的解释和说明，其目的是让人们能够更加轻松地了解代码。注释是编写程序时，写程序的人给一个语句、程序段、函数等的解释或提示，能提高程序代码的可读性。

python中注释一般建议用 “#” 开头，可放行首或语句末尾，放在语句末尾时，至少与语句间空2个字符

import math
# import 一般放在程序开头，后面空1到2行radius = float(input())      # 输入半径
PI = math.pi                 # 用大写字符做变量名，表示这是一个符号常量，确定值3.141592653589793
area = PI * radius * radius  # 输入为半径时直接参与运行
print(f'{area:.3f}')         # 精确保留小数点后3位

4
50.265

import math
# import 一般放在程序开头，后面空1到2行diameter = float(input())       # 输入直径
PI = math.pi                    # 用大写字符做变量名，表示这是一个符号常量，确定值3.141592653589793
area = PI * (diameter/2) ** 2  # diameter是直径，需先除以2再计算面积
print(f'{area:.3f}')            # 精确保留小数点后3位

4
12.566