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一篇带你参透 Python 循环

Python

2023-04-18 12:57:38 时间

引言

在 Python 语法中有两类循环

while 循环
for 循环

并介绍关键字 continue 和 break 在循环中的作用。

程序的基本结构

在程序开发中，一共有三种基本结构：

顺序 —— 从上向下，顺序执行代码
分支 / 选择 —— 根据条件判断，决定执行代码的分支
循环 —— 让 特定的代码重复 执行

`while` 循环基本使用

循环的作用就是让 指定的代码 重复的执行
while 循环最常用的应用场景就是 让执行的代码 按照 指定的次数 重复执行

`while` 语句基本语法

while 判断条件:
    循环体语句

注意：while 语句以及缩进部分是一个 完整的代码块

while 循环流程图

while 循环案例

打印 5 遍 Hello Python

In [22]: 
In [23]: i = 1	# 定义重复次数计数器

In [24]: while i <= 5:
    ...:     print('Hello Python')
    ...:
    ...:     # 处理计数器 i
    ...:     i = i + 1
    ...:
Hello Python
Hello Python
Hello Python
Hello Python
Hello Python

打印小星星

需求

在控制台连续输出五行 *，每一行星号的数量依次递增

*
**
***
****
*****

使用字符串 * 打印

#!/usr/bin/python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# 定义一个计数器变量，从数字1开始，循环会比较方便
row = 1

while row <= 5:

    print("*" * row)

    row += 1

Python 中的计数方法

常见的计数方法有两种，可以分别称为：

自然计数法（从 1 开始）—— 更符合人类的习惯
程序计数法（从 0 开始）—— 几乎所有的程序语言都选择从 0 开始计数

作为程序员的我们，在编写程序时，尽量养成习惯：除非需求的特殊要求，否则循环的计数都从 0 开始

`while` 循环嵌套

while 嵌套就是：while 里面还有 while

基本语法

while 条件 1:
    外层循环体
    ...
    
    while 条件 2:
        内层循环体
        ...
   
	外层循环体
    ...

假设 Python 没有提供 字符串的 * 操作 拼接字符串

需求

在控制台连续输出五行 *，每一行星号的数量依次递增

*
**
***
****
*****

开发步骤

1）完成 5 行内容的简单输出
2）分析每行内部的 * 应该如何处理？
- 每行显示的星星和当前所在的行数是一致的
- 嵌套一个小的循环，专门处理每一行中 列 的星星显示

#!/usr/bin/python3
# -*- coding:utf-8 -*-

row = 1

while row <= 5:

    # 假设 python 没有提供字符串 * 操作
    # 在循环内部，再增加一个循环，实现每一行的 星星 打印
    col = 1

    while col <= row:
        print("*", end="")

        col += 1

    # 每一行星号输出完成后，再增加一个换行
    print()

    row += 1

print() 函数加强

在默认情况下，print 函数输出内容之后，会自动在内容末尾增加换行
如果不希望末尾增加换行，可以在 print 函数输出内容的后面增加 , end=""
其中 "" 中间可以指定 print 函数输出内容之后，继续希望显示的内容
语法格式如下：

# 向控制台输出内容结束之后，不会换行
print("*", end="")

print("*", end="  ")	# 末尾增加两个空格, 不换行

print("*", end="	")	# 末尾增加一个制表符位(tab), 不换行

# 单纯的换行
print()

print() 函数中 end="" 表示向控制台输出内容结束之后，不会换行

死循环

由于程序员的原因，忘记在循环内部 修改循环的判断条件，导致循环持续执行，程序无法终止！

# 一直输出 hello
i = 0
while i <= 10:
    print('hello')
    
    # i = i + 1

在控制台中可以按 Ctrl + C 来进行强制退出死循环。

`for` 循环基本使用

Python 中 for 循环可以遍历一切 可迭代对象（Iterable），例如一个列表、字符串等。

可迭代对象，在【Python 高级进阶】专栏有详细介绍，大家如果想具体了解，可以先移步到 Python 迭代器查看

for 语句基本语法

for 变量 in 可迭代对象:
    循环体

for 循环流程图

for 循环实例

遍历编程语言列表

In [1]: languages = ['C', 'Python', 'Java', 'C++', 'Php']

In [2]: for lang in languages:
   ...:     print(lang)
   ...:
C
Python
Java
C++
Php

In [3]:

遍历字符串

In [3]: message = '人生苦短，我用Python'

In [4]: for msg in message:
   ...:     print(msg)
   ...:
人
生
苦
短
，
我
用
P
y
t
h
o
n

In [5]:

遍历 `range()` 生成的数字序列

range() 语法

range(start, stop[, step])

参数说明：

start: 计数从 start 开始。默认是从 0 开始。例如 range(3)等价于 range(0, 3)
stop: 计数到 stop 结束，但不包括 stop。例如 range(0, 5) 是 [0, 1, 2, 3, 4] 没有5
step：步长，默认为 1。例如 range(0, 3) 等价于 range(0, 3, 1)

IPython 测验

In [10]: # 只指定 start
    
In [11]: list(range(6))
Out[11]: [0, 1, 2, 3, 4, 5]

In [12]: # start、stop都指定

In [13]: list(range(3, 10))
Out[13]: [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

In [14]: # start、stop、step都指定

In [15]: list(range(0, 10, 2))
Out[15]: [0, 2, 4, 6, 8]

这样要使用 list 才能展示其内部元素。

for 循环遍历 range()

In [16]: # for 循环遍历 range()

In [17]: for i in range(6):
    ...:     print(i)
    ...:
0
1
2
3
4
5

In [18]: for i in range(3, 9):
    ...:     print(i)
    ...:
3
4
5
6
7
8

In [19]: for i in range(0, 10, 2):
    ...:     print(i)
    ...:
0
2
4
6
8

In [20]:

for 循环嵌套

for 嵌套就是：for 里面还有 for

基本语法

for 变量 in 可迭代对象:
    外层循环体
    ...
    
    for 变量 in 可迭代对象:
        内层循环体
        ...
    
    外层循环体
    ...

案例： 求 1! + 2! + 3! + 4! + 5!，[1, 5] 之间的阶乘累加之和。

2的阶乘 2!，就是 1 * 2
3的阶乘 3!，就是 1 * 2 * 3
。。。

程序设计如下

#!/usr/bin/python3
# -*- coding:utf-8 -*-

total = 0

for i in range(1, 6):
    
    # 计算 i 的阶乘
    temp = 1
    for j in range(1, i+1):
        temp = temp * j
    
    # 每个阶乘累加
    total = total + temp
    
print(total)	# 结果为153

break 和 continue

break 和 continue 是专门在循环中使用的关键字，用于循环的中断。

break ，退出本层循环，不再执行后续的代码
continue ，终止本次循环，不执行后续的代码，再次进行循环条件判断

break 和 continue 只针对 当前所在循环 有效

break

在循环过程中，如果 某一个条件满足后，不再希望 循环继续执行，可以使用 break 退出循环

i = 0

while i < 10:

    # break 某一条件满足时，退出循环，不再执行后续重复的代码
    # i == 3
    if i == 3:
        break

    print(i)

    i += 1

print("over")

break 只针对当前所在循环有效

continue

在循环过程中，如果 某一个条件满足后，不希望 执行循环代码，但是又不希望退出循环，可以使用 continue
也就是：在整个循环中，只有某些条件，不需要执行循环代码，而其他条件都需要执行

i = 0

while i < 10:

    # 当 i == 7 时，不希望执行需要重复执行的代码
    if i == 7:
        # 在使用 continue 之前，同样应该修改计数器
        # 否则会出现死循环
        i += 1

        continue

    # 重复执行的代码
    print(i)

    i += 1

需要注意：使用 continue 时，条件处理部分的代码，需要特别注意，不小心会出现 死循环

continue 只针对当前所在循环有效

Python 循环的 else 语法

Python 循环语句 for, while 有可能带一个 else 分支，当一个 for 循环正常执行完毕时或者当一个while 循环正常执行完毕（循环条件变为False）时它被触发执行，但是如果这个循环被 break 语句非正常中止时，则这个 else 分支不执行。

while … else …

while 循环条件:
    
    循环体
    ...
else:
	循环正常结束

for … else …

for 变量 in 可迭代对象:
    
    循环体
    
else:
    循环正常结束

IPython 测验

# for 循环
In [1]: for i in range(5):
   ...:     print(i)
   ...: else:
   ...:     print('for 循环正常结束')
   ...:     print(i)
   ...:
0
1
2
3
4
for 循环正常结束
4


# while 循环
In [2]: num = 1
   ...:
   ...: while num <= 5:
   ...:     print(num)
   ...:     num = num + 1
   ...: else:
   ...:     print('while 循环正常结束')
   ...:     print(num)
   ...:
1
2
3
4
5
while 循环正常结束
6


# break中断
In [3]: for i in range(10):
   ...:     print(i)
   ...:     if i == 5:
   ...:         break
   ...: else:
   ...:     print('for 循环正常结束')
   ...:     print(i)
   ...:
0
1
2
3
4
5

应用场景

例如 Python 官方文档中的寻找素数的例子 - 打印10以内的素数

for n in range(2, 10):
	for x in range(2, n):
		if n % x == 0:
			print(n, 'equals', x, '*', n//x)
			break
	else:
		# loop fell through without finding a factor
		print(n, 'is a prime number')

运行结果如下：

2 is a prime number
3 is a prime number
4 equals 2 * 2
5 is a prime number
6 equals 2 * 3
7 is a prime number
8 equals 2 * 4
9 equals 3 * 3

循环实战小案例

`[0, 100]` 之间所有偶数的累加求和结果

# 0. 用于统计最终结果
result = 0

# 1. 计数器
i = 0

# 2. 开始循环
while i <= 100:

    # 判断偶数
    if i % 2 == 0:
        result += i  # 进行累加
        
    i += 1

print(result)	# 结果为: 2550

打印等腰三角形

需求

打印 n 层的等腰三角形
使用字符串 * 打印
每层 * 的数量按照 1, 3, 5, 7, 9 的方式依次递增，且构成等腰三角形

例如 5 层的等腰三角形如下显示：

    *
   ***
  *****
 *******
*********

程序设计如下

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

while True:
    level = input('请输入要打印等腰三角形的层数(输入q退出): ')

    if level == 'q':
        break

    # 转成 int 整型
    level = int(level)

    row = 1     # 层级计数器

    while row <= level:

        # 计算每层空格的数量
        space_count = level - row
        print(' ' * space_count, end='')    # 打印空格并不换行

        # 计算每层 * 的数量
        char_count = row * 2 - 1
        print('*' * char_count)             # 打印每层的 * 然后换行

        # 层级计数加 1
        row = row + 1

运行结果如下：

请输入要打印等腰三角形的层数(输入q退出): 3
  *
 ***
*****
请输入要打印等腰三角形的层数(输入q退出): 5
    *
   ***
  *****
 *******
*********
请输入要打印等腰三角形的层数(输入q退出): 7
      *
     ***
    *****
   *******
  *********
 ***********
*************
请输入要打印等腰三角形的层数(输入q退出): q

Process finished with exit code 0

打印 99乘法口诀表

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i + 1):
        # print(f'{j} * {i} = {j * i}', end='	')
        print('%d * %d = %d' % (j, i, j * i), end='	')  # 每行用使用tab制表符隔开
    print()

这样使用到了字符串的格式化输出，其中

f'{j} * {i} = {j * i}'，在字符串前面加上 f ，就是模板字符串，在字符串里面可以直接使用{xxx} 来引用变量或进行相应的运算。
'%d * %d = %d' % (j, i, j*i)'，则是格式化字符串，%d 代表格式整型数字 % 后面的数据会依次填充 %d 的占位。

这里只做一个初步介绍，在后续的 字符串 讲解中会进行详细介绍。

运行结果如下：

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