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Python基础之控制结构

互联网 diligentman 34分钟前 3次浏览

Python基础之控制结构

    • 0. 学习目标
    • 1. 代码块与缩进
    • 2. 条件语句
      • 2.1 if 语句
      • 2.2 if 语句的嵌套
      • 2.3 断言
    • 3. 循环
      • 3.1 while 循环
      • 3.2 for 循环
      • 3.3 中断循环
    • 4. 控制语句综合嵌套
    • 5. 列表解析式
    • Python基础相关链接
Python基础之控制结构

0. 学习目标

Python 是简洁、易学、面向对象的编程语言。它不仅拥有强大的原生数据类型,也提供了简单易用的控制语句。在《Python基础教程》的系列博文中,我们已经介绍了 Python 中的内置原生数据类型,并且也了解了程序如何利用输入、输出语句与用户进行交互。本节的主要目标是介绍 Python 的控制语句,为接下来的学习奠定基础,本文会完整的介绍学习数据结构和算法所需的 Python 基础知识及基本思想,并给出相应的实战示例及解释。

  • 理解并掌握 Python 条件语句与循环语句
  • 掌握 Python 条件语句与循环语句的复杂嵌套以及列表解析式

1. 代码块与缩进

代码块是一组语句,Python 中用于定义代码块的语法对于所有控制结构来说是相同的,可用于满足条件时执行代码( if 语句),也可用于代码多次执行(循环)等。代码块是通过缩进代码(可以使用空格或制表符)来创建的。在Python中,使用冒号 (:) 指出接下来是一个代码块,在同一个代码块中,各行代码的缩进量(一般每级缩进 4 个空格)必须相同:

if condition is True:
    print('this is a block')
    print('another line of this block')
print('escaped the previous block')

在指定函数体和类体时,代码块的原则同样适用。

2. 条件语句

以上示例语句都是逐条执行的,但实际应用中让程序选择执行特定的语句块是必备的。这时布尔类型就派上用场了。
用作布尔表达式时,标准值 FalseNone、数值 0、空序列(如空字符串、空元组和空字典等)都被视为假,而其他值均被视为真。这意味着任何 Python 值都可解释为真值,但 TrueFalse 为标准真值。在 C 语言中,标准真值为 0 (表示假)和 1 (表示真)。实际上,TrueFalse 是 0 和 1 的别名,其作用是完全相同的:

>>> bool('')
False
>>> bool([0])
True
>>> bool('Hello world')
True
>>> True == 1
True
>>> True + 2
3

程序运行时,Python 会在需要时自动将任意值转换为布尔值,而无需显式地进行转换:

# test_bool.py
string_test = 'Hello world'
if string_test:
    print('Automatic conversion ')

以上脚本执行结果如下,表明 Python 执行了自动转换:

Automatic conversion

需要注意的是,虽然值转换为真值后可能相等,例如 bool({}) == bool([]) == False,但本身它们并不相等,即 {} != []

>>> bool({}) == bool([])
True
>>> {} == []
False

2.1 if 语句

条件语句(也称 if 语句)能够有条件地执行代码,如果条件( if 和冒号之间的表达式)为真,就执行后续代码块;如果条件为假,就不执行:

if flag == True:
    flag = False
print(flag)

上示 if 语句也称单路分支结构,如果 flagTrue,则将其变为 False,再打印 flag 值。还有另一种条件结构称为二元分支(也称 if...else 语句):

answer = input('Please enter your answer: ')
if answer == 'A':
    print('Right!')
else:
    print('Error!')

在上述例子中,Python 会检查用户输入答案,如果输入为 A,则打印 “Right!”,否则,会执行else 分支打印 “Error!”。
要检查多个条件,可使用 elifelifelse if 的缩写,可以将其理解为包含条件的 else 子句:

num = int(input('Please enter a number: ')) 
if num > 0: 
    print('The number is positive') 
elif num < 0: 
    print('The number is negative') 
else: 
    print('The number is zero') 

需要注意的是,在使用 elif 时,最后的 else 是必需的,它用来在所有分支条件都不满足的情况下提供默认分支。
上述三种条件结构可以用以下流程图表示:

Python基础之控制结构

综上,我们可以总结出 Python 中,条件语句的最一般形式:

if first_condition:
    first_block
elif second_condition:
    second_block
elif third_condition:
    third_block
else:
    fourth_block

每个条件都是一个布尔表达式,每个代码块包含一个或多个满足条件时要执行的语句。如果第一个条件为真,则执行第一个代码块,而不会评估其他条件。如果第一个条件失败,则继续判断第二个条件,以此类推。if 语句可以包括任意数量的 elif 子句 (也可以为 0 个),最后一个 else 子句是可选的。

2.2 if 语句的嵌套

条件结构支持嵌套,即在 if 语句中调用任意数量的 if 语句:

if alcohol < 20:
    print('Does not constitute drinking behavior!')
else:
    if alcohol > 80:
        print('Already meet drinking and driving standards!')
    else:
        print('Has reached the standard for drunk driving!')

上述程序所表达的逻辑可以用流程图表示:

Python基础之控制结构

2.3 断言

为了让程序在错误条件出现时立即中止,Python 还提供了类似 if 语句的关键字:assert,使用此关键字可以要求某些条件必须得到满足。assert 语句类似检查点,当我们知道程序的执行必须满足特定条件,才能正确地运行时,使用assert 语句可以及时终止程序运行,类似网站注册时邮箱格式正确性的检查:

>>> mail_1 = 'test123456789@gmail.com'
>>> assert mail_1.endswith('.com')
>>> mail_2 = 'test123456789@gmail.con'
>>> assert mail_2.endswith('.com')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError

为了说明程序终止的原因,可以在 assert 语句后添加说明字符串:

>>> assert mail_2.endswith('.com'),' Email must end with .com '
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError:  Email must end with .com

3. 循环

我们已经学习了如何在条件为真(或假)时执行代码块,但如何重复操作代码块多次呢?例如,打印 1—100 内的所有的偶数。我们当然可以写出 50 行 print 语句,但如果是这样,我们就不需要 Python 了。
Python 提供了两种不同的循环结构。while 循环允许对布尔条件进行重复测试,直到条件不能得到满足。for 循环提供了遍历序列的迭代(例如字符串的字符、列表的元素或给定范围内的数字等)。
Python基础之控制结构

3.1 while 循环

while 语句会在给定条件为真时重复执行代码块。例如,在下面的示例中,变量 number 被初始化为 0,并且在 while 循环中,它每迭代一次就递增 1,每次执行循环体前,首先进行条件判断,因此直到 number 等于 5 时结束循环:

number = 0
while number < 5:
    print('A total of {} time(s)'.format(number))
    number += 1

程序运行结果如下:

A total of 0 time(s)
A total of 1 time(s)
A total of 2 time(s)
A total of 3 time(s)
A total of 4 time(s)

3.2 for 循环

while 语句可用于在条件为真时反复执行代码块,但有时候我们可能需要为序列中每个元素执行代码块。
为了介绍 for 循环,我们首先要了解可迭代对象,可迭代对象是可使用 for 循环进行遍历的对象,对于现阶段,我们可以只需将可迭代对象视为序列即可。
for 语句可以用于遍历一个序列中的每个元素:

fruits = ['apple', 'orange', 'banana', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)

for 语句将列表 fruits 中的每一个值依次赋给变量 fruit。然后,代码块就会被执行。for 语句的常见用法是在一定的值范围内进行有限次数的迭代。
我们已经在介绍数据类型 list 时,简单的介绍过内置函数 range 用于创建范围,range 语法类似于切片,包含起始位置,但不包含结束位置。实际上,如果只提供了一个位置,将把这个位置视为结束位置,而起始位置为 0。同时也可以为 range 函数提供步长参数,在范围内每隔若个元素提取一个元素:

for i in range(0, 10, 2):
    print('The square of {} equals {}'.format(i, i**2))

程序的输出结果如下:

The square of 0 equals 0
The square of 2 equals 4
The square of 4 equals 16
The square of 6 equals 36
The square of 8 equals 64

使用 for 循环还可以遍历字典,默认情况下,是遍历字典的键,如果需要遍历所有的值或键-值对,就需要用到字典的 valuesitems 方法了:

fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k in fruits:
    print(k, 'corresponds to', fruits[k])

上示代码等价于:

fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k, v in fruits.items():
    print(k, 'corresponds to', v)

3.3 中断循环

通常,循环会不断地执行代码块,直到条件为假或迭代完序列中的所有元素。但有时,我们可能需要开始新迭代(跳到下一次迭代开头,并不结束循环)或直接结束循环。
🔍 break
要结束循环,可使用 break,假设要找到最大的三位水仙花数(每个位上的数字的 3 次幂之和等于它本身的三位数),可以从 999 开始向下迭代,找到一个水仙花数后,无需继续迭代,直接跳出循环:

for i in range(999, 99, -1):
    b = i % 10
    t = (i // 10) % 10
    h = i // 100
    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 == i:
        print(i)
        break

运行此程序,将在打印 407 后结束,在上述示例中,可以看到通过将 range 的步长设置为负数,让 range 反向迭代。
常规的 while 循环会在循环开头时进行判断用来结束循环,但有时我们想要循环在循环体中结束,这时就需要用到 while True/break 语法了,使用 while True 可以使循环永不结束,然后在循环体内使用 if 语句,当 if 语句的条件得到满足时调用 break 结束循环,例如在登陆界面中,只有用户输入了正确的用户名才能进行下一步操作:

users = ['root', 'admin', 'user_1']
while True:
    user = input('Please enter your name: ')
    if user in users:
        break
    print('User does not exist!')
print('The user name is correct!')

🔍 continue
当指定语句 continue 时,它结束当前迭代,并跳到下一次迭代开头。这基本上意味着跳过循环体中余下的语句,但不结束循环,例如计算所有水仙花数,如果使用语句 continue,则可以写为:

for i in range(100, 1000):
    b = i % 10
    t = (i // 10) % 10
    h = i // 100
    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 != i:
        continue
    print(i)

程序输出结果如下:

153
370
371
407

4. 控制语句综合嵌套

控制语句可以进行复杂的综合嵌套,可以通过打印九九乘法表来综合使用控制语句:

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):
        if i > j:
            print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j), end = 't')
        elif i == j:
            print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j))
        else:
            continue

5. 列表解析式

列表推导是利用列表创建新列表的方式,列表推导的工作原理类似于 for 循环:

>>> [i**2 for i in range(10)]
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

在列表推导中也可以进行嵌套,例如添加更多的 for 循环和 if 语句:

>>> [[i, j] for i in range(10) for j in range(10) if i % 3 == 0 and j % 4 == 0]
[[0, 0], [0, 4], [0, 8], [3, 0], [3, 4], [3, 8], [6, 0], [6, 4], [6, 8], [9, 0], [9, 4], [9, 8]]

等价于:

new_list = []
for i in range(10):
    for j in range(1):
        if i % 3 == 0 and j % 4 == 0:
            new_list.append([i, j])

除了列表推导式外,还可以使用花括号来执行字典推导:

>>> print({i: i**3 for i in range(10)})
{0: 0, 1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125, 6: 216, 7: 343, 8: 512, 9: 729}

Python基础相关链接

Python基础之变量与内置数据类型
Python基础之输入、输出与高阶赋值
Python基础之控制结构


程序员灯塔
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