Bài 3. Các Phép Toán Trong Python - O₂ Education

Các phép toán trong Python

Biểu thức trong Python là một tập hợp các toán hạng và các toán tử được sắp xếp theo thứ tự nhất định. Toán hạng ở đây chính là các biến số, hằng số, các tên hàm hoặc các con số cụ thể. Còn toán tử chính là các phép toán, gồm có phép gán giá trị, các phép toán số học, phép toán logic, phép so sánh hoặc các phép toán trên các kiểu dữ liệu đặc biệt. Ví dụ trong biểu thức sau

2 + 3 * sin(pi)

thì 2 3 sin(pi) là các toán hạng, còn + * là các toán tử.

Trong phần này, chúng ta chưa tìm hiểu sâu về các kiểu dữ liệu cơ bản của Python. Do đó, nếu có nói đến kiểu số thì bạn hiểu đó là các con số thông thường như số thực, số nguyên,… còn nếu nói đến dữ liệu kiểu xâu str thì bạn hiểu đó chính là các chữ cái, các từ, các câu… được đặt trong cặp ngoặc nháy đơn, nháy kép.

Lưu ý rằng Python sử dụng dấu chấm để ngăn cách phần nguyên và phần thập phân, chẳng hạn số π có giá trị gần đúng là π = 3.1415926

Tải ebook đầy đủ tại đây: 15 Cuốn sách học Python miễn phí

Xem thêm: 20 Bài tập Python cơ bản có lời giải

1. Phép gán giá trị trong Python

Khái niệm biến số, hằng số được hiểu giống như trong toán học, chúng ta sẽ không đi sâu vào các khái niệm này. Mỗi một biến, hằng đều mang một giá trị nào đó. Phép gán assignment được dùng để gán giá trị value cho biến số hoặc hằng số có tên name, chúng ta sử dụng cú pháp:

name = value

Ví dụ sau đây (thực hiện trực tiếp trên trình thông dịch Python) gán giá trị bằng 3 vào biến có tên là a và giá trị 3.14 vào biến có tên là pi. Sau đó thực hiện phép cộng số học a + pi. Ví dụ tiếp theo gán giá trị kiểu xâu str “Phu” vào biến có tên là ho, giá trị “Ong” vào biến có tên là ten và thực hiện phép cộng hai xâu  ho + ten

>>> a = 3 >>> pi = 3.14 >>> a + pi 6.140000000000000 >>> ho = "Phu" >>> ten = "Ong" >>> ho + ten 'PhuOng'

Chú ý cần phân biệt phép gán = với phép so sánh bằng nhau, so sánh đồng nhất ==.

Về biến số, ta có các khái niệm biến toàn cục và biến địa phương. Phần này sẽ thảo luận sau khi tìm hiểu về hàm function và lớp class.

Chúng ta có thể gán đồng thời nhiều giá trị cho nhiều biến cùng một lúc, ta gọi là phép gán đa biến (multiple assignment), sử dụng cú pháp sau

name1, name2 = value1, value2

Chẳng hạn, hãy xem ví dụ sau

>>> a, b = 10, 5 >>> ten, tuoi, sdt = 'Phu Ong', 31, '0123456789'

Chính nhờ ưu điểm này, mà để hoán đổi giá trị của hai biến, ta có thể chỉ sử dụng một câu lệnh và cũng không cần phải sử dụng thêm các biến trung gian như các ngôn ngữ khác, chỉ đơn giản như sau

>>> a, b = b, a

Chúng ta cũng có thể gán một giá trị cho đồng thời nhiều biến

>>> a = b = c = 300 >>> print(a, b, c) 300 300 300

Kiểu dữ liệu của biến trong Python

Nhiều ngôn ngữ lập trình như C, Dart,…, sử dụng kiểu dữ liệu tĩnh (static), tức là một biến chỉ có thể nhận các giá trị của cùng một kiểu. Python thì trái lại, các biến trong Python có thể nhận mọi giá trị thuộc bất kì kiểu nào.

>>> var = 23.5 >>> print(var) 23.5 >>> var = "Đây là một xâu này" >>> print(var) Đây là một xâu này

Bài tập

Hãy tự đặt 10 tên biến khác nhau và sử dụng trình thông dịch Python để kiểm tra xem tên đó có hợp lệ không.

Gợi ý. Sử dụng phép gán để kiểm tra tên có hợp lệ không, nếu gán thành công là hợp lệ, ngược lại là không hợp lệ.

Ngoài phép gán trực tiếp như trên, chúng ta còn có thể kết hợp phép gán với các phép toán khác như trong bảng dưới đây:

Toán tử	Giải thích	Ví dụ
+=	Cộng giá trị của toán hạng bên trái với toán hạng bên phải và gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c += a tương đương với c=c+a
-=	Trừ giá trị của toán hạng bên trái đi toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c -= a tương đương với c=c-a
*=	Nhân giá trị của toán hạng bên trái với toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c *= a tương đương với c=c*a
/=	Chia giá trị của toán hạng bên trái cho toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c /= a tương đương với c=c/a
%=	Chia lấy dư toán hạng bên trái cho toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c %= a tương đương với c=c%a
**=	Lũy thừa toán hạng bên trái với số mũ là toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c **= a tương đương với c=c**a
//=	Chia lấy phần nguyên toán hạng bên trái cho toán hạng bên phải rồi gán kết quả vào toán hạng bên trái.	c //= a tương đương với c=c//a

2. Phép toán số học trong Python

Python cung cấp các phép toán số học sau:

• Phép cộng + Tùy vào các toán hạng là kiểu số hay xâu mà phép cộng có tác dụng như phép cộng trong toán học, hoặc sẽ có tác dụng nối hai xâu str lại với nhau (phép cộng xâu), hoặc phép lấy hợp hai tập hợp. Ví dụ:

>>> 1 + 2 3 >>> "Phu" + "Ong" 'PhuOng'

• Phép trừ - Phép trừ có tác dụng như phép trừ trong toán học, áp dụng cho kiểu số. Nếu áp dụng phép trừ cho các toán hạng kiểu tập hợp set thì ta có phép lấy hiệu hai tập hợp.

>>> 3 - 6 -3

• Phép nhân * Nếu cả hai toán hạng là kiểu số thì phép nhân có tác dụng như phép nhân trong toán học. Còn nếu một trong hai toán hạng là xâu str, toán hạng còn lại là một số nguyên dương k thì phép nhân sẽ có tác dụng lặp lại xâu str đó thêm k lần.

>>> 2*3 6 >>> "Phu Ong"*3 'Phu OngPhu Ong Phu Ong' >>> 3*"Phu Ong" 'Phu OngPhu Ong Phu Ong'

• Phép chia / Phép chia áp dụng cho kiểu số. Nếu các toán hạng là số thực hoặc số nguyên thì kết quả trả về luôn là số thực. Lưu ý, trong Python 2 thì phép chia này có tác dụng như phép chia lấy phần nguyên. Khi đó, muốn kết quả là một số thực bạn phải ép kiểu một trong hai toán hạng sang kiểu số thực float, chẳng hạn thay vì viết 1/2 bạn phải viết 1/2. hoặc 1./2

>>> 1/2 0.5 >>> 1/7 0.14285714285714285

• Phép chia lấy phần nguyên // Phép chia // này tương ứng với phép toán div trong toán học và các ngôn ngữ khác. Khi chia số nguyên a cho số nguyên b ta được thương là q và số dư là r.

a = b*q + r

Kết quả của phép chia // này chính là thương q trong định nghĩa trên.

>>> 12//4 3 >>> 13//4 3 >>> 15//4 3

• Phép chia lấy phần dư %

Khi chia số nguyên a cho số nguyên b ta được thương là q và số dư là r. Thì kết quả của phép chia lấy dư % chính là số r trong biểu thức đã nêu ở phần trước.

>>> 12 % 4 0 >>> 13 % 4 1 >>> 15 % 4 3

• Phép lũy thừa **

Đây chính là phép tính lũy thừa trong toán học, a**b trả về kết quả là ab.

>>>2**10 1024

Chú ý, a^b trong Python không phải là phép tính lũy thừa hoặc mũ, mà là phép toán dịch chuyển bit, xem phần sau để rõ hơn.

Bài tập

Sử dụng trình thông dịch Python và các phép toán số học để kiểm tra xem năm 2017 có là năm nhuận hay không.

3. Phép toán logic

Phép toán logic làm việc trên các toán tử logic, tức là các biến, biểu thức chỉ có hai khả năng đúng True hoặc sai False. Xin xem kiểu dữ liệu logic bool để hiểu rõ. Python cung cấp các phép toán logic and or not.

• Phép toán and sẽ trả về kết quả True nếu cả hai toán hạng đều là True. Bảng giá trị chân lý của phép toán and như sau:

A	B	A and B
True	True	True
True	False	False
False	True	False
False	False	False

• Phép toán or sẽ trả về kết quả True nếu một trong hai toán hạng là True. Bảng giá trị chân lý của phép toán or như sau:

A	B	A or B
True	True	True
True	False	True
False	True	True
False	False	False

• Phép toán not được sử dụng để đảo ngược giá trị chân lý của một biểu thức. Bảng giả trị chân lý của phép toán not như sau:

A	not A
True	False
False	True

Sau đây là một vài ví dụ minh họa, tất cả đều chạy trực tiếp trong trình thông dịch của Python.

>>> True and False False >>> True or False True >>> not False True

4. Phép toán so sánh trong Python

Kết quả trả về của một phép toán so sánh là True (đúng) hoặc False (sai), hai giá trị này thuộc kiểu dữ liệu logic bool. Python cung cấp các phép toán so sánh sau đây:

• So sánh đồng nhất (giống nhau, bằng nhau) == Cần chú ý rằng phép so sánh đồng nhất khác với phép toán is
• So sánh lớn hơn >
• So sánh lớn hơn hoặc bằng >=
• So sánh nhỏ hơn <
• So sánh nhỏ hơn hoặc bằng <=
• So sánh không bằng (khác nhau) !=

Giả sử biến a có giá trị 10 và biến b có giá trị 20, thì:

Toán tử	Giải thích	Thí dụ
==	Nếu giá trị của hai toán hạng bằng nhau thì trả về kết quả True	(a == b) có kết quả False
!=	Nếu giá trị của hai toán hạng không bằng nhau thì trả về kết quả True	(a != b) có kết quả True
>	Nếu giá trị của toán hạng bên trái lớn hơn giá trị của toán hạng bên phải, thì trả về kết quả True	(a > b) có kết quả False
<	Nếu giá trị của toán hạng bên trái nhỏ hơn giá trị của toán hạng bên phải, thì trả về kết quả True	(a < b) có kết quả True
>=	Nếu giá trị của toán hạng bên trái lớn hơn hoặc bằng giá trị của toán hạng bên phải, thì trả về kết quả True	(a >= b) có kết quả False
<=	Nếu giá trị của toán hạng bên trái nhỏ hơn hoặc bằng giá trị của toán hạng bên phải, thì trả về kết quả True	(a <= b) có kết quả True

 5. Phép toán thao tác bit

Thông thường, trong cuộc sống chúng ta sử dụng hệ đếm thâp phân, cơ số 10 gồm các 10 chữ số từ 0 đến 9. Nhưng để biểu diễn thông tin trong máy tính, chúng ta sử dụng các bóng bán dẫn, chỉ có hai trạng thái bật hoặc tắt, tương ứng với hai giá trị 1 và 0 của hệ đếm cơ số 2, tức hệ nhị phân.

Theo wiki thì “Các phép toán trên thao tác bit (bitwise operation) được thực hiện trên một hoặc nhiều chuỗi bit hoặc số nhị phân tại cấp độ của từng bit riêng biệt. Các phép toán này được thực hiện nhanh, ưu tiên, được hỗ trợ trực tiếp bởi vi xử lý, và được dùng để điều khiển các giá trị dùng cho so sánh và tính toán. Đối với các loại vi xử lý rẻ tiền, thường thì các phép toán trên thao tác bit nhanh hơn phép chia đáng kể, đôi khi nhanh hơn phép nhân, và đôi khi nhanh hơn phép cộng đáng kể. Trong khi các vi xử lý hiện đại thường thực hiện phép nhân và phép cộng nhanh tương đương các phép toán trên thao tác bit nhờ vào cấu trúc đường ống lệnh của chúng dài hơn và cũng nhờ vào các lựa chọn trong thiết kế cấu trúc, các phép toán trên thao tác bit thường sử dụng ít năng lượng hơn vì sử dụng ít tài nguyên hơn.”

Tuy nhiên, trong Python chúng ta ít khi sử dụng các phép toán thao tác trên bit. Chẳng hạn xét trong hệ nhị phân a = 0011 1100 và b = 0000 1101 thì kết quả của một số phép toán như sau:

a&b = 0000 1100 a|b = 0011 1101 a^b = 0011 0001 ~a = 1100 0011

Để chuyển một số sang hệ nhị phân, chúng ta dùng hàm bin(), chẳng hạn với a = 60 và b = 13

>>> a = 60 >>> b= 13 >>> bin(a) '0b111100' >>> bin(b) '0b1101'

Chúng ta có các phép toán chuyển đổi bit như sau:

• Phép nghịch đảo ~ có tác dụng đổi các bit từ 0 sang 1 và ngược lại.

>>> a = 1988 >>> ~a -1989 >>> bin(a) '0b11111000100' >>> bin(~a) '-0b11111000101'

• Phép dịch chuyển bit. Xét dãy bit 00110 khi dịch sang trái sẽ được 01100, còn dịch sang phải sẽ được 00011. Phép dịch bit sang trái còn mang ý nghĩa là nhân một số cho 2, còn dịch sang phải mang ý nghĩa chia một số cho 2. 

>>>a=2021 >>>bin(a) '0b11111100101' >>>bin(a^2) '0b11111100111' >>>bin(a>>1) '0b1111110010' >>>bin(a>>2) '0b111111001' >>>bin(a<<3) '0b11111100101000'

6. Các phép toán membership

Các phép toán chính là phép kiểm tra một phần tử có thuộc/không thuộc tập (set, List…) nào đó hay không.

Toán tử	Mô tả
in	Trả về True nếu một (nhiều) phần tử thuộc tập hợp, chuỗi cần kiểm tra.
not in	Trae về True nếu một (nhiều) phần tử có trong tập, chuỗi cần kiểm tra.

>>>a = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10] >>>1 in a True >>>[1,3] in a False >>>[1,2,3] in a False >>>b = (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10) >>>1 in b True >>>2 in b True >>>(1,2) in b False >>>c = 'PHUONG' >>>'H' in c True >>>'PH' in c True >>>'UN' in c False

Phép toán kiểm tra in còn được sử dụng trong vòng lặp for. Xin mời xem chi tiết tại Bài 6. Câu lệnh vòng lặp for trong Python

Ngoài ra, còn có các phép toán trên tập hợp, xin mời các bạn xem thêm trong bài Kiểu dữ liệu tập hợp set trong Python.

7. Thứ tự ưu tiên các phép toán

Khi thực hiện một câu lệnh Python, các phép toán được thực hiện theo một thứ tự nhất định. Thứ tự ưu tiên các phép toán, lần lượt từ ưu tiên cao xuống thấp, trong Python như sau:

Toán tử	Giải thích
(expressions...), [expressions...], {key: value...}, {expressions...}	Các nhóm biểu thức trong ngoặc đơn, biểu thức trong các phần tử của danh sách, từ điển, tập hợp.
x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute	Phép truy cập phần tư, cắt khoảng phần tử và lời gọi đến các phương thức, thuộc tính
await x	Biểu thức await
**	Phép lũy thừa
+x, -x, ~x	Phép cộng thêm, trừ bớt, phép lấy số đối và phép toán bitwise NOT
*, @, /, //, %	Phép nhân, phép nhân ma trận, phép chia, chia lấy phần nguyên, chia lấy phần dư
+, -	Phép cộng, phép trừ
<<, >>	Phép dịch bit
&	Phép toán bitwise AND
^	Phép toán bitwise XOR
|	Phép toán bitwise OR
in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, ==	Phép toán so sánh, kiểm tra thành viên…
not x	Phép toán logic NOT
and	Phép toán logic AND
or	Phép toán logic OR
if – else	Câu lệnh điều kiện được thực hiện sau khi các biểu thức điều kiện của nó thực hiện xong
lambda	Hàm nặc danh
:=	Phép gán

Trong bảng trên, nằm cùng hàng với nhau có mức độ ưu tiên bằng nhau, khi đó chúng sẽ được thực hiện lần lượt từ trái qua phải.