• 循环结构


    应用场景

    如果在程序中我们需要重复的执行某条或某些指令,例如用程序控制机器人踢足球,如果机器人持球而且还没有进入射门范围,那么我们就要一直发出让机器人向球门方向奔跑的指令。当然你可能已经注意到了,刚才的描述中不仅仅有需要重复的动作,还需要用到上一章讲的分支结构。再举一个简单的例子,我们要实现一个每隔1秒中在屏幕上打印一次"hello, world"并持续打印一个小时的程序,我们肯定不能够直接把print('hello, world')这句代码写3600遍,如果真的要这样做,那么编程的工作就太无聊乏味了。因此,我们还需要了解一下循环结构,有了循环结构我们就可以轻松的控制某件事或者某些事重复、重复、再重复的去执行。

    在Python中构造循环结构有两种做法,一种是for-in循环,一种是while循环。

    for-in循环

    如果明确的知道循环执行的次数或者要对一个容器进行迭代(后面会讲到),那么我们推荐使用for-in循环,例如下面代码中计算1~100求和的结果($displaystyle sum limits_{n=1}^{100}n$)。

    """
    用for循环实现1~100求和
    """
    sum = 0
    for x in range(101):
        sum += x
    print(sum)   # 5050
    

    需要说明的是上面代码中的range(101)可以用来构造一个从0到100的取值范围,这样就可以构造出一个整数的序列并用于循环中,例如:

    • range(101)可以产生一个0到100的整数序列。
    • range(1, 100)可以产生一个1到99的整数序列。
    • range(1, 100, 2)可以产生一个1到99的奇数序列,其中2是步长,即数值序列的增量。

    知道了这一点,我们可以用下面的代码来实现1~100之间的偶数求和

    """
    用for循环实现1~100之间的偶数求和
    """
    sum = 0
    for x in range(2, 101, 2):
        sum += x
    print(sum)   # 2550
    

    也可以通过在循环中使用分支结构的方式来实现相同的功能,代码如下所示。

    """
    用for循环实现1~100之间的偶数求和
    """
    sum = 0
    for x in range(1, 101):
        if x % 2 == 0:
            sum += x
    print(sum)   # 2550
    

    while循环

    如果要构造不知道具体循环次数的循环结构,我们推荐使用while循环。while循环通过一个能够产生或转换出bool值的表达式来控制循环,表达式的值为True循环继续,表达式的值为False循环结束。下面我们通过一个“猜数字”的小游戏(计算机出一个1~100之间的随机数,人输入自己猜的数字,计算机给出对应的提示信息,直到人猜出计算机出的数字)来看看如何使用while循环。

    """
    猜数字游戏
    计算机出一个1~100之间的随机数由人来猜
    计算机根据人猜的数字分别给出提示大一点/小一点/猜对了
    random.randint(a,b) 生成一个整数n,a <= n <= b
    """
    import random
    answer = random.randint(1, 100)
    counter = 0
    while True:
        counter += 1
        number = int(input('请输入:'))
        if number < answer:
            print('大一点')
        elif number > answer:
            print('小一点')
        else:
            print('恭喜你猜对了!')
            break
    print('你总共猜了%d次' % counter)
    if counter < 5:
        print('你太聪明了!!')
    

    上面的代码中使用了break关键字来提前终止循环,需要注意的是break只能终止它所在的那个循环,这一点在使用嵌套的循环结构(下面会讲到)需要引起注意。除了break之外,还有另一个关键字是continue,它可以用来放弃本次循环后续的代码直接让循环进入下一轮。

    和分支结构一样,循环结构也是可以嵌套的,也就是说在循环中还可以构造循环结构。下面的例子演示了如何通过嵌套的循环来输出一个九九乘法表

    """
    输出乘法口诀表(九九表)
    %d :表示整数
    end='	':	 代表制表符, end = “” 表示对象以什么结尾,默认是
    也就是换行
    """
    for i in range(1, 10):
        for j in range(1, i + 1):
            print('%d*%d=%d' % (i, j, i * j), end='	')
        print() # 这个主要是为了换行,默认是
    
    

    练习

    练习1:输入一个正整数判断是不是素数。

    参考答案:

    """
    输入一个正整数判断它是不是素数(指的是只能被1和自身整除的大于1的整数。)
    当一个数不是质数时,必定存在两个约数,一个大于等于sqrt(n),另一个小于sqrt(n)
    n不能被小于sqrt(n)的数整除就是素数
    """
    from math import sqrt
    num = int(input('请输入一个正整数:'))
    end = int(sqrt(num))
    is_prime = True
    for x in range(2, end + 1):
        if num % x == 0:
            is_prime = False
            break
    if is_prime and num != 1:
        print('%d是素数' % num)
    else:
        print('%d不是素数' % num)
    

    练习2:输入两个正整数,计算它们的最大公约数和最小公倍数。

    参考答案:

    """
    输入两个正整数计算它们的最大公约数和最小公倍数
    """
    x = int(input('x = '))
    y = int(input('y = '))
    # 如果x大于y就交换x和y的值
    if x > y:
        # 通过下面的操作将y的值赋给x, 将x的值赋给y
        x, y = y, x
    # 从两个数中较的数开始做递减的循环
    for factor in range(x, 0, -1):
        if x % factor == 0 and y % factor == 0:
            print('%d和%d的最大公约数是%d' % (x, y, factor))
            print('%d和%d的最小公倍数是%d' % (x, y, x * y // factor))
            break
    

    练习3:打印如下所示的三角形图案。

    参考答案:

    """
    练习3:打印三角形图案。
    """
    row = int(input('请输入行数: '))
    for i in range(row):
        for _ in range(i + 1):
            print('*', end='')
        print()
    
    
    for i in range(row):
        for j in range(row):
            if j < row - i - 1:
                print(' ', end='')
            else:
                print('*', end='')
        print()
    
    for i in range(row):
        for _ in range(row - i - 1):
            print(' ', end='')
        for _ in range(2 * i + 1):
            print('*', end='')
        print()
    
    

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