Python Datentypumwandlung: Ein Leitfaden mit Beispielen

Im Beispiel wurde ein Integer-Wert a_int zu einem Float-Wert b_float addiert und das Ergebnis automatisch in einen Float-Wert c_sum umgewandelt, ohne dass du es dem Compiler mitteilen musst. Das ist die implizite Datenumwandlung.

Warum wurde der Float-Wert nicht in eine Ganzzahl umgewandelt?

Dies ist auf ein breiteres Konzept der Typförderung in der Informatik zurückzuführen. Einfach ausgedrückt, ist dies ein Schutzmechanismus des Compilers, der es dir ermöglicht, Operationen durchzuführen, wann immer es möglich ist, indem du deine Daten in einen anderen Supertyp umwandelst, ohne dass Informationen verloren gehen.

Das bedeutet, dass die Umwandlung von Float in Integer nicht erfolgt, weil der Compiler dann den Nachkommateil entfernen müsste, was zu einem Informationsverlust führt.

Python explizite Datentypkonvertierung

Eine explizite Datentypkonvertierung, oft auch als Typ-Casting bezeichnet, liegt vor, wenn du einen Wert absichtlich von einem Datentyp in einen anderen umwandelst. Bei diesem Ansatz hast du direkte Kontrolle über die Konvertierung, da du den Zieldatentyp in deinem Code explizit angibst. Sie wird häufig verwendet, wenn die automatische (implizite) Konvertierung, die Python bietet, deinen Anforderungen nicht genügt.

Die Syntax für die explizite Umwandlung lautet:

target_data_type(expression)

Wenn du zum Beispiel eine Fließkommazahl in eine Ganzzahl umwandeln willst, würdest du schreiben:

int(3.14)  # Converts 3.14 to 3

Hinweis: Explizite Konvertierungen sind zwar sehr nützlich, können aber zu Informationsverlusten führen. Wenn du zum Beispiel eine Fließkommazahl in eine ganze Zahl umwandelst, werden die Nachkommastellen verworfen. Es ist wichtig, diese Folgen zu verstehen, um unbeabsichtigte Ergebnisse in deinen Programmen zu vermeiden.

Schauen wir uns einige häufig verwendete explizite Datentypkonvertierungen an.

Python Primitive versus nicht-primitive Datenstrukturen

Primitive Datenstrukturen sind die Bausteine für die Datenmanipulation und enthalten reine, einfache Datenwerte. Python hat vier primitive Variablentypen:

• Integers
• Schwimmer
• Strings
• Boolesche

Nicht-primitive Datenstrukturen speichern nicht nur einen Wert, sondern vielmehr eine Sammlung von Werten in verschiedenen Formaten. In Python gibt es die folgenden nicht-primitiven Datenstrukturen:

• Listen
• Tupel
• Wörterbücher
• Sets

Mit dem DataCamp-Tutorial "Datenstrukturen in Python" kannst du mehr darüber erfahren .

Primitive Datenstrukturen Konvertierungen

Python Ganzzahl- und Fließkomma-Umwandlungen

Integer und Float sind Datentypen, die mit Zahlen umgehen.

Um eine ganze Zahl in eine Fließkommazahl umzuwandeln, verwendest du in Python die Funktion float(). Wenn du eine Fließkommazahl in eine ganze Zahl umwandeln willst, kannst du die Funktion int() verwenden.

a_int = 3
b_int = 2

# Explicit type conversion from int to float
c_float_sum = float(a_int + b_int)
print(c_float_sum)

5.0

a_float = 3.3
b_float = 2.0

# Explicit type conversion from float to int
c_int_sum = int(a_float + b_float)
print(c_int_sum)

c_float_sum = a_float + b_float
print(c_float_sum)

5
5.3

Probleme mit der Genauigkeit von Floats und die Decimal Modul

Die Fließkommaarithmetik in Python kann zu Problemen mit der Genauigkeit führen:

print(0.1 + 0.2)  # Output: 0.30000000000000004

Um dies zu vermeiden, verwende das Modul Decimal:

from decimal import Decimal

print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2'))  # Output: 0.3

Umwandlung von realen in komplexe Datentypen in Python

Du kannst ganze Zahlen in komplexe Zahlen umwandeln, indem du complex(real,imag) benutzt. Sie benötigt zwei ganze Zahlen (reale und imaginäre Zahlen) und wandelt reale Zahlen in komplexe Zahlen um.

real = 2
imag = 5
print(complex(real, imag))

(2+5j)

Python Datentypumwandlung mit Strings

Ein String ist eine Sammlung von einem oder mehreren Zeichen (Buchstaben, Zahlen, Symbole). Es kann sein, dass du ziemlich oft Zeichenketten in Zahlen oder Zahlen in Zeichenketten umwandeln musst.

price_cake = 15
price_cookie = 6
total = price_cake + price_cookie
print("The total is: " + total  + "$")

 
---------------------------------------------------------------------------

TypeError                                 Traceback (most recent call last)

<ipython-input-12-54bd76b9b4bd> in <module>()
      2 price_cookie = 6
      3 total = price_cake + price_cookie
----> 4 print("The total is: " + total  + "$")


TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

Das obige Beispiel gibt eine TypeError aus, die besagt, dass der Compiler einen Integer-Wert nicht implizit in einen String umwandeln kann.

Was das Programm hier tun soll, erscheint dir vielleicht intuitiv. Da der Compiler aber nicht immer sicher ist, bietet er einen Mechanismus mit explizitem Type Casting, damit du klar sagen kannst, was du willst. So kannst du in Python mit der Funktion str() eine ganze Zahl in eine Zeichenkette umwandeln:

price_cake = 15
price_cookie = 6
total = price_cake + price_cookie
print("The total is: " + str(total)  + "$")

The total is: 21$

Genauso funktioniert es, wenn du Float- in String-Werte umwandelst.

In Python kannst du auch Strings in Integer- und Float-Werte umwandeln, wann immer das möglich ist. Lass uns sehen, was das bedeutet:

price_cake = '15'
price_cookie = '6'

# String concatenation
total = price_cake + price_cookie
print("The total is: " + total + "$")

# Explicit type conversion to integer
total = int(price_cake) + int(price_cookie)
print("The total is: " + str(total)  + "$")

The total is: 156$
The total is: 21$

Lass uns den Code aufschlüsseln.

price_cake und price_cookie sind zunächst Strings. Dann musst du die Gesamtsumme ermitteln, was bedeutet, dass sie zuerst in ihre entsprechenden ganzzahligen Werte umgewandelt werden müssen. Andernfalls nimmt der Compiler an, dass es sich bei der gewünschten Operation um eine String-Verkettung und nicht um eine numerische Addition handelt. Diesen Wert musst du dann in den endgültigen Anzeigestring einfügen und folglich die Summe in einen String umwandeln, um sie mit dem Rest der Anzeige zu verketten.

Hoffentlich hilft dir dieses Beispiel, die Bedeutung von Datentypkonvertierungen zu erkennen. Auch wenn dies nur ein kleines Beispiel für die Umwandlung von Datentypen ist, kannst du schon sehen, wie nützlich sie sein kann.

Hinweis: Hast du das "wann immer möglich" bei der Konvertierung einer Zeichenkette in Ganzzahlen oder Fließkommazahlen bemerkt? Das liegt daran, dass es nicht immer möglich ist, Zeichenketten in Zahlen umzuwandeln und numerische Operationen auf sie anzuwenden. Der Compiler ist sich dessen bewusst und wird dir daher einen Fehler anzeigen, wenn du das versuchst. Schau dir das Beispiel unten an:

price_cake = 'fifteen'
price_cookie = 'six'
total = int(price_cake) + int(price_cookie)

---------------------------------------------------------------------------

ValueError                                Traceback (most recent call last)

<ipython-input-25-80591b8accda> in <module>()
      1 price_cake = 'fifteen'
      2 price_cookie = 'six'
----> 3 total = int(price_cake) + int(price_cookie)


ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'fifteen'

Zusammenfassung: Python Primitive Datentyp-Konvertierungen

Nicht-primitive Datenstrukturumwandlungen

Python Typumwandlung in Tupel und Listen

Wie bei Ganzzahlen und Fließkommazahlen kannst du auch Listen in Tupel und Tupel in Listen umwandeln.

Weißt du noch, was Tupel und Listen sind? Listen und Tupel werden in Python verwendet, um eine Sammlung von homogenen Elementen zu speichern. Der Unterschied zwischen Tupeln und Listen besteht darin, dass Tupeln unveränderlich sind, d. h., wenn sie einmal definiert sind, kannst du keine Werte darin löschen, hinzufügen oder bearbeiten.

Warum solltest du Listen in Tupel umwandeln?

Das liegt daran, dass Tupel unveränderliche Datentypen sind und die Programme, die du erstellst, erheblich optimieren können.

Und warum solltest du Tupel in Listen umwandeln?

Vielleicht möchtest du Änderungen an dem ursprünglichen Tupel vornehmen. So kannst du sie in Listen umwandeln, die Änderung vornehmen und sie dann wieder in Tupel umwandeln.

In Python kannst du die Funktion tuple() verwenden, um eine Tupel-Version des übergebenen Wertes zurückzugeben, und die Funktion list(), um ein Tupel in eine Liste umzuwandeln:

a_tuple = ('a', 1) ,('f', 2), ('g', 3)
b_list = [1,2,3,4,5]

print(tuple(b_list))
print(list(a_tuple))

(1, 2, 3, 4, 5)
[('a', 1), ('f', 2), ('g', 3)]

So konvertierst du in Python einen String in eine Liste oder ein Tupel:

dessert = 'Cake'

# Convert the characters in a string to individual items in a tuple
print(tuple(dessert))

# Convert a string into a list
dessert_list = list(dessert)
dessert_list.append('s')
print(dessert_list)

('C', 'a', 'k', 'e')
['C', 'a', 'k', 'e', 's']

Python Typumwandlung in Wörterbücher und Mengen

Du kannst die Funktion dict() verwenden, um ein Tupel in ein Wörterbuch umzuwandeln, und set(), um eine Liste in eine Menge umzuwandeln. 

print(dict(a_tuple))
print(set(b_list))

{'a': 1, 'f': 2, 'g': 3}
{1, 2, 3, 4, 5}

Einfacher als andere Konvertierungsfunktionen musst du nur einen Funktionsnamen angeben, um einen beliebigen Datentyp in Dictionaries und Sets zu konvertieren.

Mit dataclasses für strukturierte Daten (Python 3.7+)

Anstatt Wörterbücher oder Tupel zu verwenden, bietet dataclasses eine bessere Möglichkeit, strukturierte Daten zu verarbeiten.

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Product:
    name: str
    price: float
    in_stock: bool

item = Product("Laptop", 799.99, True)
print(item)  # Output: Product(name='Laptop', price=799.99, in_stock=True)

Zusammenfassung: Python Nicht-Primitive Datenstrukturen Konvertierungen

Unicode-, Binär-, Oktal- und Hexadezimal-Ganzzahlen in Python

Die Zahlensysteme beziehen sich auf die Anzahl der Symbole oder Zeichen, die einen numerischen Wert darstellen. Das Zahlensystem, das du normalerweise jeden Tag benutzt, heißt Dezimalzahl. Im Dezimalsystem verwendest du zehn verschiedene Symbole: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9. Mit diesen zehn Symbolen kannst du jede beliebige Menge darstellen. Unicode, Binär, Hexadezimal und Oktal beziehen sich auf unterschiedliche Zahlensysteme.

Du gehst zur nächsten Stelle, wenn du keine Symbole mehr hast. Im Dezimalsystem verwendet man 10, um eine höhere Zahl als 9 darzustellen, was eine Einheit von zehn und null Einheiten von eins bedeutet. In anderen Zahlensystemen ist das jedoch anders. Wenn du zum Beispiel ein binäres System betrachtest, das nur zwei Symbole, 0 und 1, verwendet, musst du zur nächsten Stelle gehen, wenn du keine Symbole mehr hast. So zählst du also im Binärformat: 0, 1, 10, 11, 100, 101, etc.

In den nächsten Abschnitten werden wir uns einige der Zahlensysteme genauer ansehen.

Binär in Dezimal in Python umwandeln

Binäre Zahlen sind die Zahlen, die mit der Basis zwei dargestellt werden. Das bedeutet, dass es im binären Zahlensystem nur zwei Symbole gibt, um Zahlen darzustellen: 0 und 1. Wenn du im Binärsystem von Null aufwärts zählst, gehen dir die Symbole schneller aus: 0, 1, ???

Außerdem gibt es keine weiteren Symbole mehr. Du gehst nicht zur Ziffer 2, weil es die 2 im Binärsystem nicht gibt. Stattdessen verwendest du eine spezielle Kombination aus 1en und 0en. In einem binären System ist 1000 gleich 8 in Dezimalzahlen. Im Binärsystem verwendest du Zweierpotenzen, d.h. 8 ist im Grunde genommen: (1(2^3)) + (0(2^2)) + (0(2^1)) + (0(2^0))= 8. Die Position der 1 und der 0 bestimmt die Potenz, auf die die 2 erhöht werden soll.

Lass uns das an einem komplexeren Beispiel sehen, um es zu verdeutlichen:

Binary Number = 1001111
Decimal value = (1*(2^6)) + (0*(2^5)) + (0*(2^4)) + (1*(2^3)) + (1*(2^2)) + (1*(2^1)) + (1*(2^0))
              = 79

In Python kannst du einfach die Funktion bin() verwenden, um einen Dezimalwert in den entsprechenden Binärwert umzuwandeln.

Ähnlich verhält es sich mit der Funktion int(), mit der du einen Binärwert in seinen Dezimalwert umwandeln kannst. Die Funktion int() benötigt als zweites Argument die Basis der umzurechnenden Zahl, die im Fall von Binärzahlen 2 ist.

a = 79

# Base 2(binary)
bin_a = bin(a)
print(bin_a)
print(int(bin_a, 2)) #Base 2(binary)

0b1001111
79

Oktal in Dezimal in Python umwandeln

Oktal ist ein weiteres Zahlensystem mit weniger Symbolen als das herkömmliche Dezimalsystem. Es ist zur Basis acht, was bedeutet, dass acht Symbole verwendet werden, um alle Größen darzustellen. Sie lauten 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7. Nach der 7 kommt die 10, denn die 8 gibt es nicht.

Genauso wie du im Binärsystem Zweierpotenzen verwendet hast, um den Wert einer Zahl zu bestimmen, wirst du auch Potenzen von 8 verwenden, da dies die Basis Acht ist.

In einem binären System ist 10 gleich 8 in oktal. Lass uns das mal aufschlüsseln: (1(8^1)) + (0(8^0))= 8.

Ein etwas komplexeres Beispiel:

Octal Number = 117
Decimal value = (1*(8^2)) + (1*(8^1)) + (7*(8^0))
              = 79

In Python kannst du die Funktion oct() verwenden, um einen Dezimalwert in den entsprechenden Oktalwert umzuwandeln. Alternativ kannst du auch die Funktion int() und die richtige Basis verwenden, die im Oktalsystem 8 ist.

a = 79

# Base 8(octal)
oct_a = oct(a)
print(oct_a)
print(int(oct_a, 8))

0o117
79

Hexadezimal in dezimal umwandeln in Python

Hexadezimal ist ein Zahlensystem zur Basis 16. Im Gegensatz zu binär und oktal verwendet es sechs zusätzliche Symbole, die über die Zahlen des Dezimalsystems hinausgehen.

Aber was kommt nach 9?

Sobald zusätzliche Symbole über die normalen Zahlenwerte hinaus benötigt werden, werden Buchstaben verwendet. Im Hexadezimalsystem ist die Liste der verwendeten Symbole also 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E und F.

Nimm das gleiche Beispiel wie zuvor:

Hexadecimal Number = 4F
Decimal value = (4*(16^1)) + (F*(16^0))
              = 79

In Python kannst du die Funktion hex() verwenden, um einen dezimalen Wert in den entsprechenden hexadezimalen Wert umzuwandeln, oder die Funktion int() mit der Basis 16 für das hexadezimale Zahlensystem.

a = 79

# Base 16(hexadecimal)
hex_a = hex(a)
print(hex_a)
print(int(hex_a, 16))

0x4f
79

Unicode in Zeichen umwandeln

Python chr() wandelt Unicode-Ganzzahlen in eine Zeichenkette um. Unicode ist eine allgemein akzeptierte Zeichenkodierung für die Darstellung von geschriebenen Texten in verschiedenen Sprachen.

Wir haben der Funktion chr() verschiedene Unicode-Ganzzahlen zur Verfügung gestellt, um "DATACAMP" anzuzeigen. Du kannst auch ord() verwenden, um ein einzelnes Zeichen in eine Unicode-Ganzzahl umzuwandeln. 

print(
    chr(68),
    chr(65),
    chr(84),
    chr(65),
    chr(67),
    chr(65),
    chr(77),
    chr(80),
)

D A T A C A M P

Zusammenfassung: Python Zahlensysteme Umrechnungen

Du hast es geschafft!

Herzlichen Glückwunsch! Du hast gelernt, wie man in Python Datentypen umwandelt, vor allem mit Hilfe eingebauter Methoden. Das hilft dir bei der Arbeit mit verschiedenen Datentypen und gibt dir mehr Flexibilität beim Schreiben deiner Programme.

In unserem Kurs Intermediate Python for Data Science lernst du, wie du deine Daten mit matplotlib darstellst und mit Wörterbüchern und dem berühmten DataFrame von Pandas arbeitest. Du wirst auch sehen, wie du den Ablauf deines Programms mit Schleifen steuern kannst. Am Ende des Kurses gibt es außerdem eine Fallstudie, in der du das Gelernte anwenden und dein Wissen in die Praxis umsetzen kannst!