یکی از عملیاتهای محساباتی مهمی که در همان دوره ابتدایی مدرسه، یاد میگیریم، ضرب است. عمل ضرب برای درک زبان برنامهنویسی (بدون توجه به زبان برنامه نویسی که یاد میگیرید.) ضروری است. در زبانِ برنامه نویسی پایتون، راههای مختلفی برای ضرب اعداد یا حتی دیگر انواع دادهها، وجود دارد. در این مقاله، روشهای مختلف ضرب در پایتون را بررسی خواهیم کرد. ابتدا از اصول اولیه شروع میکنیم و بعد به سراغِ تکنیکهای پیشرفتهتر میرویم. همچنین با کدهای زیادی در طول مسیر آشنا میشوید تا با مفاهیم به صورت عملی، آشنا شوید. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه تا پایان این نوشته از دسته آموزش پایتون با ما همراه باشید.
ضرب پایه در پایتون
سادهترین راه برای ضرب دو عدد در پایتون، استفاده از عملگر * است. این عملگر برای اعداد صحیح، اعشاری و حتی اعداد مختلط کاربرد دارد.
در اینجا یک مثال ساده آوردهایم:
a = 5
b = 3
result = a * b
print(result) # Output: 15
در این مثال از ضرب در پایتون، دو متغیر a و b اعدادی هستند که میخواهیم در هم ضرب کنیم. از عملگر * برای ضرب این اعداد استفاده میشود و نتیجه (result )را در متغیر دیگری ذخیره میکنیم. در نهایت نتیجه را روی کنسول چاپ میکنیم.
مثال دیگری از ضرب عدد در پایتون با استفاده از اعداد اعشاری شناور:
a = 5.5
b = 3.2
result = a * b
print(result) # Output: 17.6
همانطور که میبینید، عملگر * به طور یکنواخت با اعداد اعشاری شناور نیز عمل میکند.
ضرب لیست و رشته اعداد
در پایتون، میتوانید از عملگرِ *، نه تنها برای ضرب کردن اعداد، بلکه برای لیستها و رشتهها نیز استفاده میشود. هنگامی که یک لیست یا یک رشته را در یک عدد صحیح ضرب میکنید، پایتون محتوای آن لیست یا رشته را به تعداد مشخصشده، تکرار میکند. بیایید نگاهی به نحوه عملکردِ این موضوع بیاندازیم.
ضرب لیست اعداد:
My_ list = [1 , 2 , 3]
result = my_list * 3
print(result) # Output : [1 , 2 , 3 , 1 , 2 , 3 , 1 , 2 , 3]
در این مثال، لیستی به نام my_list حاوی سه عدد صحیح تعریف کردیم. سپس این لیست را در ۳ ضرب خواهیم کرد. در مرحله بعد لیست را سه بار تکرار کردیم. نتیجه، یک لیست جدید بوده که محتوای اصلی آن سه بار تکرار شده است.
ضرب رشته اعداد:
My_list= “hello”
print(result) # Output: hellohellohello
در این مثال از ضرب در پایتون، رشتهای به نام my string تعریف کرده و آن را در ۳ ضرب میکنیم که این کار، رشته را سه بار تکرار میکند. نتیجهی آن، یک رشته جدید خواهد بود که محتوای اصلی آن، سه بار تکرار شده است.
در برخی موارد، ممکن است لازم باشد ضرب عنصری یا ماتریسی را روی آرایهها (array) یا ماتریسها انجام دهید، که ساختارهای داده رایج در محاسبات علمی، علم داده و یادگیری ماشین هستند. کتابخانه NumPy پایتون یک ابزار قدرتمند برای کار با آرایه ها و ماتریسها است و توابع داخلی را برای انجام انواع مختلف ضرب فراهم میکند. شما برای آشنایی کامل با این کتابخانه قدرتمند می توانید دوره آموزش Numpy در پایتون مکتب خونه را مشاهده کنید.
پیشنهاد مطالحه: کار با دیکشنری در پایتون
ضرب عنصری
ضرب عنصری فرآیندِ ضرب عناصر متناظر از دو آرایه یا ماتریس است. در اینجا یک مثال با استفاده از NumPy آورده شده است:
import numpy as np
array1 = np.array ([1 , 2 , 3])
array2 = np.array ([4 , 5 , 6])
result = np.multiply(array1, array2)
print(result) # Output: [4 10 18]
در این مثال، ابتدا کتابخانه NumPy را وارد کرده و سپس دو آرایه array1 و array2 سپس از تابع (np.multiply) برای انجام ضرب عنصری بر روی این آرایهها استفاده میکنیم که در نتیجه یک آرایه جدید با حاصلضرب عناصر مربوطه، ایجاد میشود.
ضرب ماتریس
ضرب در پایتون هم یکی از موارد پرکاربرد است. ضرب ماتریس (حاصلضرب نقطهای)، عملیات پیچیدهتری دارد که شامل ضرب دو ماتریس بر اساس قوانین خاص انجام میشود. در اینجا یک مثال با استفاده از NumPy آوردهایم:
import numpy as np
matrix1 = np.array ([[1,2], [3,4]])
matrix2 = np.array([[5,6], [7,8]])
result = np.dot(matrix1, matrix2)
print(result)
Output:
# [[۱۹ ۲۲]
[۴۳ ۵۰]] #
در این مثال، ما دو ماتری 2x یعنی matrix1 و matrix2، ایجاد میکنیم و تابع (np.dot) را برای انجام ضرب ماتریس روی آنها به کار میبریم. نتیجه یک ماتریس ۲×۲جدید با حاصلضرب نقطهای ماتریسهای ورودی است.
اگرچه روشهایی که تاکنون در مورد ضرب در پایتون، توضیح دادیم برای اکثر وظایف ضرب عدد در پایتون کافی هستند، اما بیاید با چند نکته و ترفندِ کاربردی دیگر آشنا شوید:
استفاده از عملگر ** برای نماها
از عملگر ** میتوان برای بالا بردن یک عدد به توان معین استفاده کرد. بهعنوان مثال، برای محاسبه ۲ به توان ۳، میتوانید از کد زیر استفاده کرد:
result = 2 ** 3
print(result) # Output: 8
استفاده از pow برای تابع نمایی و توان مدولار
تابع داخلی pow را میتوان برای توان و توان مدولار استفاده کرد. به عنوان مثال، برای محاسبه ۲ به توان ۳، میتوانید از کد زیر استفاده کنید:
result = pow(2, 3)
print(result) # Output: 8
برای انجام توان مدولار (یعنی یافتن باقیمانده یک عدد افزایش یافته به توان رساندن معین و سپس تقسیم بر یک مقسومعلیهِ مشخص)، میتوانید از تابع powبا آرگومان سوم استفاده کنید. بهعنوان مثال برای محاسبه (۲ ** ۳) % ۵ میتوانید از کد زیر استفاده کنید:
result = pow(2, 3, 5)
print(result) # Output: 3
کلام نهایی
در این مقاله، روشهای مختلفِ انجام ضرب در پایتون را بررسی کردهایم. از ضرب پایه با استفاده از عملگر * شروع کردیم و به تکنیکهای پیشرفتهتری مانند ضرب فهرستها، رشتهها، آرایهها و ماتریسها پرداختیم. همچنین نکات و ترفندهای مفیدی برای کار با توان و قدرت مدولار ارائه کردیم. حالا که درک کاملی از نحوه ضرب در زبان برنامه نویسی پایتون دارید، میتوانید این مفاهیم را در پروژههای خود به کار بگیرید.
