2주차 · 변수와 연산자

• 웹 실행 환경에서 코드를 넣고 결과를 확인하는 흐름을 이해한다.
• 변수와 자료형의 역할을 정확히 구분한다.
• int(), float(), str()를 이용한 기본 형변환을 직접 수행할 수 있다.
• = 대입과 +, -, *, / 같은 기본 연산을 식 순서대로 읽을 수 있다.
• 괄호와 중간 변수를 사용해 계산 의도를 분명하게 표현한다.
• 단위 변환을 안전하게 수행하는 기본 패턴을 익힌다.
• C와 Python의 변수/연산자 차이 중 처음 배우는 학생이 많이 헷갈리는 지점을 비교할 수 있다.

변수는 단순한 상자가 아니라 값의 의미를 고정하는 이름표입니다.

• distance_m: 거리(m)
• time_s: 시간(s)
• speed_mps: 속도(m/s)

• 공학 계산은 값 자체보다 무엇의 값인지가 더 중요합니다.
• 단위가 빠진 이름은 나중에 다시 볼 때 큰 함정을 만듭니다.
• 변수명 자체가 짧은 설명문 역할을 해 디버깅 시간을 줄여 줍니다.

1. 물리적 의미가 드러난다.
2. 단위를 포함한다.
3. 다시 읽어도 혼동이 없다.

Good

radar_frequency_ghz = 24.0
c_m_per_s = 3.0e8
wavelength_m = c_m_per_s / (radar_frequency_ghz * 1e9)

Bad

x = 24.0
y = 3.0e8
z = y / (x * 1e9)

설명: x, y, z는 처음 작성한 사람도 며칠 뒤에는 의미를 잊기 쉽습니다.

자주 쓰는 자료형:

• int: 정수 (예: 샘플 개수)
• float: 실수 (예: 주파수, 전압)
• str: 문자열 (예: 장비 이름)
• bool: 참/거짓 (예: 측정 성공 여부)

sample_count = 128        # int
voltage_v = 3.3           # float
sensor_name = "RX-A1"     # str
is_valid = True           # bool

• 숫자형(int, float)은 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기 같은 계산이 중심입니다.
• 문자열(str)은 이어 붙이기, 길이 확인, 일부 잘라내기가 중심입니다.
• 불리언(bool)은 조건 판단이 중심입니다.

즉, 값과 자료형은 항상 함께 생각해야 합니다.

형변환은 값의 자료형을 계산 목적에 맞게 바꾸는 것입니다.

• "12" → 12 : 문자열을 정수로
• "3.14" → 3.14 : 문자열을 실수로
• 24 → "24" : 숫자를 문자열로

처음 배우는 학생 입장에서 가장 중요한 상황은 입력값은 문자열인데 계산은 숫자로 해야 할 때입니다.

Bad

voltage_v = "12.5"
current_a = "0.8"
power_w = voltage_v * current_a

Good

voltage_v = float("12.5")
current_a = float("0.8")
power_w = voltage_v * current_a
print(power_w)

설명: 문자열끼리는 공학 계산이 되지 않습니다. float()로 바꾼 뒤 곱해야 전력 계산이 가능합니다.

frequency_ghz = 24
label = "Radar frequency = " + str(frequency_ghz) + " GHz"
print(label)

설명: 숫자는 계산에 편하지만, 화면에 설명문과 함께 붙일 때는 str()로 문자열로 바꾸면 연결하기 쉽습니다. 실무에서는 f-string도 많이 쓰지만, 지금은 str()가 하는 일을 먼저 이해하는 것이 중요합니다.

• int(3.9)의 결과는 3입니다. 소수점 아래가 사라집니다.
• "12.0"은 int("12.0")로 바로 바꿀 수 없습니다. 먼저 float("12.0")처럼 해석해야 합니다.
• 입력이 숫자처럼 보여도 따옴표가 있으면 문자열입니다.

처음 배우는 학생이 가장 먼저 정확히 이해해야 할 기호는 =입니다.

distance_m = 120.0
time_s = 4.0
speed_mps = distance_m / time_s

이 코드는 아래 순서로 읽습니다.

1. distance_m = 120.0
   • 오른쪽의 120.0 값을 왼쪽 변수 distance_m에 저장합니다.
2. time_s = 4.0
   • 오른쪽의 4.0 값을 왼쪽 변수 time_s에 저장합니다.
3. speed_mps = distance_m / time_s
   • 먼저 오른쪽 식 distance_m / time_s를 계산합니다.
   • 계산 결과를 왼쪽 변수 speed_mps에 저장합니다.

핵심은 오른쪽에서 값이나 식을 준비하고, 왼쪽 변수에 넣는다는 점입니다.

base_voltage_v = 5.0
extra_voltage_v = 1.2
total_voltage_v = base_voltage_v + extra_voltage_v
print(total_voltage_v)

• +는 두 값을 합칩니다.
• 위 코드는 5.0 + 1.2를 계산한 뒤 결과 6.2를 total_voltage_v에 저장합니다.
• 공학 계산에서는 여러 기여분을 합쳐 전체 값을 만들 때 자주 씁니다.

target_temp_c = 80.0
measured_temp_c = 74.5
error_temp_c = target_temp_c - measured_temp_c
print(error_temp_c)

• -는 앞의 값에서 뒤의 값을 뺍니다.
• 위 코드는 목표 온도 target_temp_c에서 실제 측정 온도 measured_temp_c를 빼서 차이 5.5를 계산합니다.
• 제어 오차, 거리 차이, 손실량 계산에서 자주 등장합니다.

power_w = 2.5
time_s = 8.0
energy_j = power_w * time_s
print(energy_j)

• *는 두 값을 곱합니다.
• 위 코드는 전력 × 시간으로 에너지 20.0 J를 계산합니다.
• 비율 확대, 면적 계산, 전력·에너지 계산에서 기본적으로 사용합니다.

distance_m = 120.0
time_s = 4.0
speed_mps = distance_m / time_s
print(speed_mps)

• /는 나눗셈입니다.
• 위 코드는 거리 120 m를 시간 4 s로 나누어 속도 30.0 m/s를 계산합니다.
• 평균, 속도, 밀도, 비율 계산에 매우 자주 쓰입니다.

voltage_v = 3.0
power_like_value = voltage_v ** 2
print(power_like_value)

• **는 거듭제곱입니다.
• 위 코드는 3.0 × 3.0과 같은 값인 9.0을 계산합니다.
• 제곱거리, 분산, 에너지식처럼 같은 값을 여러 번 곱할 때 사용합니다.

total_samples = 10
group_size = 4
remain_samples = total_samples % group_size
print(remain_samples)

• %는 나머지를 구합니다.
• 위 코드는 10개를 4개씩 묶었을 때 2개가 남는다는 뜻입니다.
• 짝수/홀수 판정, 블록 처리, 남은 데이터 수 확인에 유용합니다.

score = 90
print(score == 90)

• ==는 “왼쪽 값과 오른쪽 값이 같은가?”를 묻는 비교 연산자입니다.
• 결과는 True 또는 False입니다.
• =는 저장, ==는 비교입니다. 둘은 역할이 완전히 다릅니다.

Python은 숫자 앞에 접두어를 붙여 2진수, 8진수, 16진수 리터럴을 바로 쓸 수 있습니다.

변환 함수도 함께 알아 두세요.

reg_value = 0b11010110   # 2진수 리터럴
addr = 0x1F4             # 16진수 리터럴
color = 0xFF8800         # 16진수 색상 코드

print(reg_value)         # 214
print(bin(reg_value))    # 0b11010110
print(hex(addr))         # 0x1f4

비트 연산자는 정수를 비트(0/1) 단위로 직접 다룹니다.

EE 응용: 레지스터의 특정 비트를 추출할 때 마스킹과 시프트를 조합합니다.

# 상태 레지스터에서 팬 비트(bit 2) 추출
status_reg = 0b11010110
fan_bit = (status_reg >> 2) & 1
print("fan_bit:", fan_bit)   # 1 또는 0

• status_reg >> 2: 오른쪽으로 2비트 밀어 bit 2를 최하위 자리로 가져옵니다.
• & 1: 최하위 비트만 남기고 나머지는 0으로 만듭니다.

Python의 float는 IEEE 754 표준을 따르며, 10진수 소수를 2진수로 표현하는 과정에서 미세한 오차가 생깁니다.

print(0.1 + 0.2)          # 0.30000000000000004
print(0.1 + 0.2 == 0.3)   # False

0.1과 0.2는 2진수로 정확히 표현할 수 없어 내부적으로 아주 작은 오차를 가집니다. 두 값을 더하면 오차가 누적돼 0.3과 완전히 같지 않습니다.

두 실수가 “충분히 같은지” 비교할 때는 == 대신 오차 허용 범위를 사용합니다.

a = 0.1 + 0.2
b = 0.3
print(abs(a - b) < 1e-9)   # True

기본적으로 *, /가 +, -보다 먼저 계산됩니다.

result1 = 10 + 2 * 3      # 16
result2 = (10 + 2) * 3    # 36

핵심 규칙: 헷갈리면 괄호로 계산 순서를 고정하세요.

Good

import math

signal_power_w = 0.08
noise_power_w = 0.002
snr_linear = signal_power_w / noise_power_w
snr_db = 10 * math.log10(snr_linear)

Bad

import math

signal_power_w = 0.08
noise_power_w = 0.002
snr_db = 10 * math.log10(signal_power_w / noise_power_w + 1)

설명: Bad 코드는 + 1이 왜 필요한지 드러나지 않아 해석 오류를 부르기 쉽습니다.

단위 실수는 결과를 10배에서 10억배까지 틀리게 만들 수 있습니다.

자주 쓰는 변환:

• GHz → Hz: f_hz = f_ghz * 1e9
• ms → s: t_s = t_ms / 1000
• cm → m: d_m = d_cm / 100
• mW → W: p_w = p_mw / 1000

1. c_m_per_s = 3.0e8
   • 빛의 속도를 표준 단위(m/s)로 저장합니다.
2. frequency_ghz = 24.0
   • 입력 주파수를 GHz 단위로 저장합니다.
3. frequency_hz = frequency_ghz * 1e9
   • 계산 전에 GHz를 Hz로 바꿉니다.
4. wavelength_m = c_m_per_s / frequency_hz
   • \(\lambda = c / f\) 식으로 파장을 계산합니다.
5. print(...)
   • 입력값과 결과값을 각각 출력해 사람이 바로 검산할 수 있게 합니다.

• frequency_hz = frequency_ghz * 1e9 줄을 지우면 결과가 얼마나 이상해지는지 확인해 보세요.
• print(type(frequency_ghz), type(frequency_hz), type(wavelength_m))로 자료형도 직접 확인해 보세요.

1. voltage_v = 12.0
   • 전압 값을 V 단위로 저장합니다.
2. resistance_ohm = 6.0
   • 저항 값을 ohm 단위로 저장합니다.
3. current_a = voltage_v / resistance_ohm
   • 옴의 법칙 I = V / R을 그대로 코드로 적습니다.
4. power_w = voltage_v * current_a
   • 전력 식 P = V × I를 계산합니다.
5. print(...)
   • 최종 결과를 값과 단위까지 붙여 출력합니다.

Bad

voltage_v = "12.0"
resistance_ohm = "6"
current_a = voltage_v / resistance_ohm

Good

voltage_v = float("12.0")
resistance_ohm = float("6")
current_a = voltage_v / resistance_ohm

설명: 문자열은 계산용 숫자가 아닙니다. 입력이 문자열이라면 float() 또는 int()로 먼저 바꿔야 합니다.

Bad

c_m_per_s = 3.0e8
frequency_ghz = 24.0
wavelength_m = c_m_per_s / frequency_ghz

Good

c_m_per_s = 3.0e8
frequency_ghz = 24.0
frequency_hz = frequency_ghz * 1e9
wavelength_m = c_m_per_s / frequency_hz

설명: 24.0 GHz를 24.0 Hz처럼 취급하면 결과가 완전히 틀어집니다. 계산에 들어가기 전에 표준 단위로 먼저 바꾸세요.

Bad

score = 90
print(score = 90)

Good

score = 90
print(score == 90)

설명: =는 값을 저장하는 기호이고, ==는 두 값이 같은지 비교하는 기호입니다. 저장과 비교는 완전히 다른 동작입니다.

Bad

value = 10 + 2 * 3 - 4 / 2

Good

value = (10 + (2 * 3)) - (4 / 2)

설명: 파이썬은 규칙대로 계산하지만, 사람은 긴 식을 읽다가 쉽게 실수합니다. 괄호를 쓰면 계산 순서와 의도가 바로 드러납니다.

Bad

a = 120.0
b = 4.0
c = a / b

Good

distance_m = 120.0
time_s = 4.0
speed_mps = distance_m / time_s

설명: a, b, c는 지금은 알아도 나중에는 거의 기억나지 않습니다. 변수명에 물리량과 단위를 넣으면 코드가 곧 설명문이 됩니다.

학생들이 다른 수업에서 C를 배우면, 같은 “변수”와 “연산자”라도 쓰는 방식이 조금 다릅니다. 여기서는 2주차 기준으로 가장 자주 헷갈리는 차이만 정리합니다.

C

int sample_count = 128;
float voltage_v = 3.3f;

Python

sample_count = 128
voltage_v = 3.3

설명: C는 자료형을 먼저 선언하고 세미콜론으로 문장을 끝냅니다. Python은 값이 들어가면서 자료형이 정해집니다. 대신 Python에서도 변수명은 더 명확하게 써야 합니다.

C

int value = 10;
/* value = "ten";  // 오류 */

Python

value = 10
value = "ten"
print(value)

설명: Python에서는 문법상 가능하지만, 학습 초기 코드에서는 한 변수에 숫자 역할과 문자열 역할을 섞지 않는 것이 좋습니다. 이름은 같아도 의미가 바뀌면 디버깅이 훨씬 어려워집니다.

C

int a = 5;
int b = 2;
/* a / b 의 결과는 2 */

Python

a = 5
b = 2
print(a / b)   # 2.5
print(a // b)  # 2

설명: Python의 /는 실수 결과를 주고, //는 몫만 남깁니다. C를 먼저 배운 학생은 이 차이를 특히 주의해야 합니다.

C

/* pow(x, 2) 사용 또는 x * x */

Python

x = 3
print(x ** 2)  # 9

설명: ^는 C와 Python 모두 거듭제곱이 아니라 비트 XOR입니다. “제곱”을 쓰고 싶을 때 ^를 쓰지 않도록 주의하세요.

C

/* printf("frequency = %d GHz\n", frequency_ghz); */

Python

frequency_ghz = 24
print("frequency =", frequency_ghz, "GHz")
print("frequency = " + str(frequency_ghz) + " GHz")

설명: Python은 출력이 훨씬 간단하지만, 문자열 연결을 할 때는 str() 같은 형변환이 여전히 필요합니다.