循环结构

循环结构的应用场景

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，刚才的描述中其实不仅仅有需要重复的动作，还有我们上一个章节讲到的分支结构。再举一个简单的例子，比如在我们的程序中要实现每隔1秒中在屏幕上打印一个"hello, world"这样的字符串并持续一个小时，我们肯定不能够将print('hello, world')这句代码写上3600遍，如果真的需要这样做那么编程的工作就太无聊了。因此，我们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、再重复的发生。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是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$\sum_{n=1}^{100}n$。

  1. """
  2. 用for循环实现1~100求和
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. """
  8. sum = 0
  9. for x in range(101):
  10.     sum += x
  11. print(sum)

需要说明的是上面代码中的range类型，range可以用来产生一个不变的数值序列，而且这个序列通常都是用在循环中的，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，其中的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。

  1. """
  2. 用for循环实现1~100之间的偶数求和
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. """
  8. sum = 0
  9. for x in range(2, 101, 2):
  10.     sum += x
  11. print(sum)

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。

  1. """
  2. 用for循环实现1~100之间的偶数求和
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. """
  8. sum = 0
  9. for x in range(1, 101):
  10.     if x % 2 == 0:
  11.         sum += x
  12. print(sum)

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。

  1. """
  2. 猜数字游戏
  3. 计算机出一个1~100之间的随机数由人来猜
  4. 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
  6. Version: 0.1
  7. Author: 骆昊
  8. """
  10. import random
  12. answer = random.randint(1, 100)
  13. counter = 0
  14. while True:
  15.     counter += 1
  16.     number = int(input('请输入: '))
  17.     if number < answer:
  18.         print('大一点')
  19.     elif number > answer:
  20.         print('小一点')
  21.     else:
  22.         print('恭喜你猜对了!')
  23.         break
  24. print('你总共猜了%d次' % counter)
  25. if counter > 7:
  26.     print('你的智商余额明显不足')

说明： 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。

  1. """
  2. 输出乘法口诀表(九九表)
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. """
  8. for i in range(1, 10):
  9.     for j in range(1, i + 1):
  10.         print('%d*%d=%d' % (i, j, i * j), end='\t')
  11.     print()

练习

练习1：输入一个数判断是不是素数。

  1. """
  2. 输入一个正整数判断它是不是素数
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. Date: 2018-03-01
  7. """
  8. from math import sqrt
  10. num = int(input('请输入一个正整数: '))
  11. end = int(sqrt(num))
  12. is_prime = True
  13. for x in range(2, end + 1):
  14.     if num % x == 0:
  15.         is_prime = False
  16.         break
  17. if is_prime and num != 1:
  18.     print('%d是素数' % num)
  19. else:
  20.     print('%d不是素数' % num)

练习2：输入两个正整数，计算最大公约数和最小公倍数。

  1. """
  2. 输入两个正整数计算最大公约数和最小公倍数
  4. Version: 0.1
  5. Author: 骆昊
  6. Date: 2018-03-01
  7. """
  9. x = int(input('x = '))
  10. y = int(input('y = '))
  11. if x > y:
  12.     x, y = y, x
  13. for factor in range(x, 0, -1):
  14.     if x % factor == 0 and y % factor == 0:
  15.         print('%d和%d的最大公约数是%d' % (x, y, factor))
  16.         print('%d和%d的最小公倍数是%d' % (x, y, x * y // factor))
  17.         break

练习3：打印三角形图案。

  1. """
  2. 打印各种三角形图案
  4. *
  5. **
  6. ***
  7. ****
  8. *****
  10.     *
  11.    **
  12.   ***
  13.  ****
  14. *****
  16.     *
  17.    ***
  18.   *****
  19.  *******
  20. *********
  22. Version: 0.1
  23. Author: 骆昊
  24. """
  26. row = int(input('请输入行数: '))
  27. for i in range(row):
  28.     for _ in range(i + 1):
  29.         print('*', end='')
  30.     print()
  33. for i in range(row):
  34.     for j in range(row):
  35.         if j < row - i - 1:
  36.             print(' ', end='')
  37.         else:
  38.             print('*', end='')
  39.     print()
  41. for i in range(row):
  42.     for _ in range(row - i - 1):
  43.         print(' ', end='')
  44.     for _ in range(2 * i + 1):
  45.         print('*', end='')
  46.     print()