Python学习笔记（4）

第11节课 循环语句结构

11.1 循环概述

（1）循环能够解决的问题

如果需要重复执行一些代码的话，就选择使用循环结构（递归）

• 遍历一组数据：将一组数据中的每一个元素都进行访问
• 寻找特定数据：就是在遍历的基础上，对每一个元素进行判断，直到寻找到目标
• 批量处理数据：还是在遍历的基础上，对每一个元素都做相同的操作
• 重复指定次数：重复跟一组数据没关系，就是重复执行直到条件满足或者不满足
• 模拟数学规律：就是将数学当中的一些经典问题，可能需要用到循环来解决

（2）循环四要素

当我们在去分析一个循环问题时，必须先考虑以下四点：

• 循环的开始：循环从哪里开始，起点一般我们使用变量来标记的
• 循环的继续条件：反过来说就是结束条件，用于判断循环是否继续执行的；（循环全部执行完毕，中途结束）
• 循环体：需要被重复执行的内容
• 循环的控制变量：用于控制循环的进度

向前走10步

• 从第1步开始，计数
• 没到10步继续
• 向前走的1步
• 步数计数+1

向前走直到碰墙为止

• 距离
• 距离 > 0
• 向前走1步 距离递减
• 距离的数值

11.2 for循环语句

（1）for循环基本使用

for 可以用于遍历可迭代对象的（字符串、列表、元组等），最常见的就是和 range() 函数搭配使用。

range(start, stop, step)，产生一组数字，用于 for 进行遍历

• start：起点 必须是整数
• stop：终点 必须是整数 不取
• step：步长 必须是整数 默认就是1

range(10) # start = 0, stop = 10, step = 1 : [0,10) 	[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
range(2, 10) # start = 2, stop = 10, step = 1 :[2,10) 	[2,3,4,5,6,7,8,9]
range(1,10,2) # start = 1, stop = 10, step = 2: [1,10) 	[1,3,5,7,9] 

语法格式：

for 迭代变量 in range(a,b,c):
    循环体

for i in range(10):
    print(i, end = " ")
# 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
print()
# 循环的开始：i = 0
# 循环的继续条件：i < 10
# 循环体：print(i, end = " ")
# 循环控制变量：i = i + 2
for i in range(0, 10, 2):
    print(i, end = " ")
# 0 2 4 6 8

案例：寻找最值（for基本）

"""
提示用户输入n个数字
然后在n个数字当中,找到最小值和最大值
"""
# 1.输入一个 n
n = int(input())
min_value = None
max_value = None
# 2.开启循环 执行 n 次
for i in range(n):
    # 3. 输入数字
    num = int(input())
    # 4.将第1个数字充当最小值和最大值
    if min_value == None and max_value == None:
        min_value = num
        max_value = num
    else:
        # 5.开始对比
        if num < min_value:
            min_value = num
        else:
            max_value = num
print(min_value)
print(max_value)

案例：计算平均数（for基本）

"""
输入一个 n 表示要输入元素的个数
然后输入 n 次
"""
# 1.输入 n
n = int(input())

# 2.开启循环 执行 n 次
add_sum = 0
for _ in range(n):
    # 3.输入一个数字
    num = int(input())
    add_sum += num

print(add_sum / n)

案例：判断素数（for基本）

"""
除了1和本身之外,若还有其他除数则为合数
否则为素数
15
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  i
"""
num = int(input())
for i in range(2, num):
    if num % i == 0:
        print("不是素数")
        break
else: # 循环全部执行完毕后
    print("是素数")

案例：蒙特卡罗模拟（for基本）

"""
用统计学的思路来去估算 π

"""
import random
# 1.输入随机生成点的个数 n
n = int(input())

# 2.统计落在圆的点的个数
points = 0

# 3.随机生成n个点
for _ in range(n):
    # 随机生成-1~1之间的小数
    x = random.uniform(-1.0, 1.0)
    # 随机生成-1~1之间的小数
    y = random.uniform(-1.0, 1.0)
    distance = (x ** 2 + y ** 2) ** 0.5
    if distance <= 1:
        points += 1

pi = 4 * points / n
print(pi)

（2）循环控制语句

break 它可以在循环的执行当中来终止循环，也就意味着循环不一定非要完全执行完毕

num = int(input())
for i in range(5):
    if num == 3:
        break
    else:
        print(num)
    num = int(input())

一般break语句都会结合else语句来使用：

for ...
	if ...
    	break
else:
    # 循环没有被break中断时（正常执行完毕），执行的内容

案例：是否连续递增（for-break）

"""
意思就是说 让用户连续输入n个数字
判断这n个数字是否是连续递增的
1 2 3 4 5 OK
1 1 1 1 1 OK
1 1 2 3 3 OK
1 1 2 0 1 NO
"""
# 输入数据的个数 n
n = int(input())
# 前者变量
first = -99999999
# 连续输入n个数
for _ in range(n):
    # 输入数字
    num = int(input())
    if first == -99999999:
        first = num
    else:
        if first <= num:
            first = num
        else:
            print("不是连续递增")
            break
else:
    print("是连续递增")

案例：密码验证（for-break）

"""
比如在一个网页登录界面，需要输入用户名和密码
密码最多验证3次，超过3次则冻结账号
"""
# 假设一个密码
password = "123456"

# 定义一个剩余机会的变量
count = 3
# 循环指定3次
for _ in range(3):
    user_passwd = input()
    count -= 1
    if user_passwd != password:
        print(f"密码错误!你还剩{count}次机会！")
    else:
        print("密码正确，成功登录!")
        break
else:
    print("你的账号已被冻结!")

continue 跳过当前循环，开启下一次循环

for ...
	if ...
    	continue
    # 当执行continue时候 循环体中后面的代码 则不执行
    # 开启一下个循环

案例：100以内不能被3或5整除的数（for-continue）

# 开启循环来去遍历1~100的整数
# for num in range(1, 101):
#     if num % 3 == 0 or num % 5 == 0:
#         continue
#     print(num)

# for num in range(1, 101):
#     if not (num % 3 == 0 or num % 5 == 0):
#         print(num)

for num in range(1, 101):
    if num % 3 != 0 and num % 5 != 0:
        print(num)

案例：正数的平均值（for-continue）

"""
提示用户输入 n
提示用户输入 n个 整数 正/负
-2 2 -1 1 3
正数的个数 正数的和
"""
# 正数的个数
count = 0

# 正数的和
positive_sum = 0

# 提示用户输入一个 n
n = int(input("请输入n:"))

# 开启一个循环执行n次用于输出数据
for _ in range(n):
    num = int(input("请输入数字:"))
    if num < 0:
        # 是否必须要在这里写continue
        continue 
    else:
        count += 1
        positive_sum += num

if count == 0:
    print("0.0")
else:
    print(positive_sum / count)

pass 过，当你不太确定循环体怎么去写的时候，可以临时用pass来代替，为了避免程序报错

if-else语句当中也可以写pass 包括后面讲函数时 函数体也可以写pass

for i in range(1, 100):
    # 循环体先空着
print("别的代码") # IndentationError 非法缩进异常问题

for i in range(1, 100):
    # 循环体先空着
    pass
print("别的代码")

（3）循环嵌套

语法格式：

for ...			# O(n)
	for ...		# O(n^2)
    	for ...	# O(n^3)

我所说的时间复杂度指的是最坏情况，并不代表三层for循环的时间复杂度一定是O(n³)，还得看具体的执行次数

对于初学者而言，千万别一上来就构建循环嵌套，而是先把多个一层循环写完后，再找规律，依次将一层循环进行合并同类项，构建成最终的循环嵌套。

案例：打印矩形（for嵌套）

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

row = 5
col = 8
# for i in range(col):
#     print("*", end = "")
# print()

# for i in range(col):
#     print("*", end = "")
# print()

# for i in range(col):
#     print("*", end = "")
# print()

# for i in range(col):
#     print("*", end = "")
# print()

# for i in range(col):
#     print("*", end = "")
# print()

# 0 1 2 3 4
# i
for i in range(row):
    # 0 1 2 3 4 5 6 7
    #         j
    for j in range(col):
        print(f"{i},{j}")
        print("*", end = "")
    print()

案例：打印直角星（for嵌套）

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

# # 第1行
# for i in range(1):
#     print("*", end="")
# print()

# # 第2行
# for i in range(2):
#     print("*", end="")
# print()

# # 第3行
# for i in range(3):
#     print("*", end="")
# print()

# # 第4行
# for i in range(4):
#     print("*", end="")
# print()

# # 第5行
# for i in range(5):
#     print("*", end="")
# print()

# # 第6行
# for i in range(6):
#     print("*", end="")
# print()

for n in range(1, 7):
    for i in range(n):
        print("*", end="")
    print()

案例：打印反直角星（for嵌套）

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

"""
        #  *
####*   4   1
###**   3   2
##***   2   3
#****   1   4
*****   0   5
"""
# # Line 1
# for i in range(4):
#     print("#", end="")
# for i in range(1):
#     print("*", end="")
# print()

# # Line 2
# for i in range(3):
#     print("#", end="")
# for i in range(2):
#     print("*", end="")
# print()

# # Line 3
# for i in range(2):
#     print("#", end="")
# for i in range(3):
#     print("*", end="")
# print()

# # Line 4
# for i in range(1):
#     print("#", end="")
# for i in range(4):
#     print("*", end="")
# print()

# # Line 5
# for i in range(0):
#     print("#", end="")
# for i in range(5):
#     print("*", end="")
# print()

# k + n = 5
# n = 1 2 3 4 5
# k = 4 3 2 1 0
# k = 5 - n
for n in range(1, 6):
    for i in range(5 - n):
        print(" ", end="")
    for i in range(n):
        print("*", end="")
    print()

# k + n = 5
# n = 1 2 3 4 5
# k = 4 3 2 1 0
# k = 5 - n
for k in range(4, -1, -1):
    for i in range(k):
        print(" ", end="")
    for i in range(5 - k):
        print("*", end="")
    print()

案例：打印乘法口诀表（for嵌套）

"""
1 × 1 = 1
2 × 1 = 2 2 × 2 = 4
3 × 1 = 3 3 × 2 = 6 3 × 3 = 9
...
1:1
2:1 2
3:1 2 3
...
9:1 2 3 4 5 6 7 8 9
"""
# for i in range(1, 2):
#     print(f'1 × {i} = {1 * i}', end=" ")
# print()

# for i in range(1, 3):
#     print(f'2 × {i} = {2 * i}', end=" ")
# print()

# for i in range(1, 4):
#     print(f'3 × {i} = {3 * i}', end=" ")
# print()
for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i + 1):
        print(f'{i} × {j} = {i * j:2}', end=" ")
    print()

案例：找出2~100内所有素数（for嵌套）

count = 0 # 记录素数个数的
for num in range(2, 101):
    for i in range(2, num):
        if num % i == 0:
            break
    else:
        print(f'{num:2}', end=" ")
        count += 1
        # 每10个数换行
        if count % 10 == 0:
            print()

11.3 while循环语句

（1）while循环基本使用

如果循环问题能够直接看到循环次数，一般选择用for

循环问题摸不清执行次数，但至少有结束条件的话，一般选择用while 翻译 “一直执行，直到不满足条件时结束”

循环的开始
while 循环的继续条件:
    循环体
    更新循环控制变量

for i in range(1,10,2):
    print(i)
循环的开始：i = 1
循环的继续条件：i < 10
循环体：print(i)
更新循环控制变量： i = i + 2

当然了，while当中也可以结合 break、continue、pass去使用

案例：打印前50个素数（while基本）

count = 0 # 记录素数个数的
num = 2 # 从2开始找素数
while count < 50:
    # 素数判断
    for i in range(2, num // 2 + 1): # 也可以开根号
        if num % i == 0:
            break
    else:
        print(f'{num:3}', end=" ")
        count += 1 # 只有找到素数了 统计+1
        if count % 10 == 0:
            print()
    # 无论num当前是不是素数 都要向后进行遍历
    num += 1

（2）while-True结构

语法格式：

while True:
    循环内容

很容易出现死循环的问题，如何规避呢，注意 while-True当中必须出现break这个关键字

while True:
    循环的开始/更新循环的控制变量
    循环的结束条件
    if ...:
        break
    循环体
    更新循环的控制变量

案例：计算数学公式（while-True）

"""
一直询问计算机去计算一个数学公式 1+2+3
直到用户输入 quit 或者 exit 结束循环
"""
# expression = input("请输入一个公式：")
# while expression != "quit()" or expression != "exit()":
#     print(eval(expression))
#     expression = input("请输入一个公式：")

while True:
    expression = input("请输入一个公式：")
    if expression == "quit()" or expression == "exit()":
        print("结束")
        break # 千万别忘了 千万别忘了 千万别忘了
    print(eval(expression))