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循環(huán)語句又稱為重復結構,用于反復執(zhí)行某一操作。面對大數量級的重復運算,即使借助計算機,重復編寫代碼也是費時的,這時就需要借助循環(huán)語句。使用循環(huán)語句一般要用到條件判斷,根據判斷式的返回值決定是否執(zhí)行循環(huán)體。

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循環(huán)分為兩種模式,一種是條件滿足時執(zhí)行循環(huán)體;另一種則相反,在條件不滿足時執(zhí)行循環(huán)體。前者稱為當型循環(huán),后者稱為直到型循環(huán)。
在圖1中,虛線框內是一個當型循環(huán)結構,此結構包含判斷條件和循環(huán)體,以及連接各部分的流向線。程序執(zhí)行時,先判斷條件的真假。判斷為真時,則執(zhí)行循環(huán)體;判斷為假時,不再執(zhí)行循環(huán)體,循環(huán)結束。當型循環(huán)先進行條件判斷,如果滿足循環(huán)條件,再執(zhí)行循環(huán)體,因此又被稱為前測試型循環(huán)。
▲圖1 當型循環(huán)結構
在圖2中,虛線框內是一個直到型循環(huán)結構,此結構包括判斷條件和循環(huán)體,以及連接各部分的流向線。程序執(zhí)行時,先執(zhí)行一次循環(huán)體,再判斷執(zhí)行循環(huán)的結果是否滿足判斷條件。滿足條件時,再次執(zhí)行循環(huán)體;不滿足條件時,不再執(zhí)行循環(huán)體。直到型循環(huán)在執(zhí)行判斷前先進入循環(huán)體運行,因此又被稱為后測試型循環(huán)。
▲圖2 直到型循環(huán)結構
Python中主要有兩種循環(huán)語句,即for語句和while語句。前者采用遍歷的形式指定循環(huán)范圍,后者視判斷式返回值的情況而決定是否執(zhí)行。要更靈活地操縱循環(huán)的流向,就要用到break、continue和pass等語句。
for循環(huán)是迭代循環(huán),在Python中相當于一個通用的序列迭代器,可以遍歷任何有序序列,如str、list、tuple等,也可以遍歷任何可迭代對象,如dict。不同于C語言,Python中的for語句將遍歷系列中的所有成員,遍歷順序為成員在系列中的順序。需要注意,在for循環(huán)中改變任何序列的內容都是危險的!
for語句不屬于當型循環(huán)或直到型循環(huán),它遍歷序列對象內的元素,對每個元素運行一次循環(huán)體,循環(huán)的步數在程序開始執(zhí)行時已經指定,不屬于條件判斷。
在for語句中,for和in搭配組成for-in循環(huán)結構,for-in循環(huán)依次把list或tuple中的每個元素迭代出來。for語句的基本語法格式如下。
- for 變量 in 序列:
- 操作語句
for語句常用的語法格式及其參數說明如下所示:
程序的執(zhí)行從“for變量in序列”開始,該語句把序列中的每個元素代入變量,執(zhí)行一遍操作語句1,重復的次數就是序列中元素的個數。
為了展示for循環(huán)的遍歷功能,依次打印list中的姓名,如代碼清單1所示。
代碼清單1:for語句遍歷提取str
- # 單純遍歷的for語句
- names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
- # 遍歷輸出names中的元素
- for name in names:
- print(name)
輸出結果:
- Michael
- Bob
- Tracy
for語句同樣可以實現dict的遍歷方法,如代碼清單2所示。
- dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
- # 遍歷鍵值對
- print('key_value:', end = '')
- for key, value in dic.items():
- print(key, value, sep = ':', end = ' ')
- # 遍歷鍵
- print('keys:', end = '')
- for key in dic.keys():
- print(key, end = ' ')
- # 遍歷值
- print('values:', end = '')
- for value in dic.values():
- print(value, end = ' ')
輸出結果:
- key_value:a:1 b:2 c:3 d:4
- keys:a b c d
- values:1 2 3 4
從代碼清單2可以看到,for語句中用于遍歷的“變量”不僅可以是Python默認的指代詞,也可以是常規(guī)的變量。
和條件語句一樣,循環(huán)語句也可以使用嵌套,作用同樣是豐富程序的功能性。設計一個成績錄入系統,就必然要錄入姓名和課程這兩類信息,僅靠一層循環(huán)是無法實現的,可使用兩層循環(huán)結構,如代碼清單3所示。
- students = ['小明', '小紅']
- subjects = ['語文', '數學']
- sum1 = []
- avg = []
- for i in students:
- print ('開始錄入%s的考試成績!'%i)
- sum = 0
- for j in subjects:
- print('請輸入%s成績:'%j)
- score = int(input())
- sum += score
- average = sum / 2
- avg.append(average)
- sum1.append(sum)
- print(students, '的總分依次是', sum1, ',', '平均分依次是', avg)
- print('完成成績錄入!')
輸出結果:
- 開始錄入小明的考試成績!
- 請輸入語文成績:
- 97
- 請輸入數學成績:
- 90
- 開始錄入小紅的考試成績!
- 請輸入語文成績:
- 89
- 請輸入數學成績:
- 100
- ['小明', '小紅'] 的總分依次是 [187, 189] , 平均分依次是 [93.5, 94.5]
- 完成成績錄入!
理論上,for循環(huán)也可以無限嵌套,但并不推薦。
while語句是Python中最常用的遞歸結構。區(qū)別于for循環(huán),while循環(huán)結構包含條件判斷式,是一種條件循環(huán),屬于當型循環(huán)。
while語句最基本的形式包括一個位于頂部的布爾表達式,一個或多個屬于while代碼塊的縮進語句。也可以在結尾處包含一個else代碼塊,它與while代碼塊是同級的,組成while-else的形式。while語句的基本語法格式如下。
- while 條件表達式:
- 操作語句 1
- 操作語句 2
while語句常用的參數及其說明如下所示:
執(zhí)行while語句時,只要頂部的條件表達式返回真值,就一直執(zhí)行while部分嵌套的遞歸代碼,當條件表達式返回假值時,不再執(zhí)行操作語句,程序跳出while結構。
while語句的基礎使用方法如代碼清單4所示。
- sum = 0
- n = 99
- while n > 0:
- sum += n
- n -= 2
- print(sum)
輸出結果:2500
如果布爾表達式不帶有<、>、==、!=、in、not in等運算符,僅僅給出數值之類的條件,也是可以的。當while后寫入一個非零整數時,視為真值,執(zhí)行循環(huán)體;寫入0時,視為假值,不執(zhí)行循環(huán)體。也可以寫入str、list或任何序列,長度非零則視為真值,執(zhí)行循環(huán)體;否則視為假值,不執(zhí)行循環(huán)體。
如果布爾表達式始終返回1,while語句就變成無限循環(huán),如代碼清單5所示。
- # 布爾表達式為常數1,始終為真值
- while 1:
- print('循環(huán)')
輸出結果:
- 循環(huán)
- 循環(huán)
- …
- # 布爾表達式每次遞歸運算都為2,始終為真值
- x, y = 2, 1
- while x / y:
- print('循環(huán)')
- x = x * 2
- y = y * 2
輸出結果:
- 循環(huán)
- 循環(huán)
- …
運行代碼清單5,將會不斷打印出“循環(huán)”。代碼清單5展示了制造無限循環(huán)的兩種方式,既可以在while后寫入一個固定的真值,也可以寫入一個一直生成真值的表達式。要終止無限循環(huán),可以使用快捷鍵Ctrl+C中斷循環(huán)的執(zhí)行,也可以用循環(huán)終止語句,這將在下文中介紹。
靈活地利用while語句中的布爾表達式及代入表達式的遞歸值,可以實現特別的功能,如代碼清單6所示。
- string = 'abcd'
- while string:
- print(string)
- # 該語句的遞歸計算是,每次從str的第2個字符開始截取
- string = string[1:]
輸出結果:
- abcd
- bcd
- cd
- d
代碼清單6包含一個自減迭代值,它并不通過明顯的運算符實現自減,而是利用索引法則,x變量一直從str中第2個值截取至結尾,每次都將位于str最前面的字符截取掉,最終只剩下一個字符時,再次截取就只有空的結果,布爾表達式返回0,循環(huán)終止。
通過代碼清單5和代碼清單6可以看到,靈活地利用遞歸式,可以實現程序流向的控制。
while循環(huán)同樣可以使用嵌套,嵌套的while循環(huán)實現成績錄入系統如代碼清單7所示。
- j = 1
- while j <= 2:
- sum = 0
- i = 1
- name = input('請輸入學生姓名:')
- while i <= 2:
- print ('請輸入第%d門的考試成績: '%i)
- sum += int(input())
- i += 1
- avg = sum / (i-1)
- print(name, '的平均成績是%d'%avg)
- j += 1
- print('學生成績輸入完成!')
輸出結果:
- 請輸入學生姓名:小明
- 請輸入第1門的考試成績:
- 98
- 請輸入第2門的考試成績:
- 88
- 小明 的平均成績是93
- 請輸入學生姓名:小紅
- 請輸入第1門的考試成績:
- 65
- 請輸入第2門的考試成績:
- 100
- 小紅 的平均成績是82
- 學生成績輸入完成!
代碼清單7的第1層while語句用于錄入人名,第2層則在各人名下錄入多門成績,布爾表達式決定錄入的人數和課程數。
在前兩節(jié)中,已經介紹了Python中的兩種循環(huán)語句。循環(huán)語句中還可以嵌入break、continue和pass語句,以靈活地改變流向,實現更多功能。
1. break
在Python中,break語句用于終止循環(huán)語句的執(zhí)行。使用該語句時,即使循環(huán)條件判斷為真,或序列未被完全遞歸,循環(huán)語句也會被立刻停止。
break語句一般配合條件判斷使用,因為程序的終止必須是在某一條件被滿足時執(zhí)行。break語句在for循環(huán)和while循環(huán)中的使用如代碼清單8所示。
- # break語句用于for循環(huán)
- string = "Python"
- for i in string:
- # 遍歷至string中的字符n時,不再執(zhí)行else代碼塊
- if i == 'n':
- break
- else:
- print("letter:{}". format(i))
輸出結果:
- letter:P
- letter:y
- letter:t
- letter:h
- letter:o
- # break語句用于while循環(huán)
- counts = 0
- while True:
- print(counts)
- counts += 1
- # 滿足counts等于3時跳出循環(huán),不再進入循環(huán)體
- if counts == 3:
- break
輸出結果:
- 0
- 1
- 2
從代碼清單8可以看到,break語句用于for循環(huán)和while循環(huán)是有區(qū)別的。用于for循環(huán)時,只終止遍歷中某一次的循環(huán)體執(zhí)行;用于while循環(huán)時,整個循環(huán)被終止。
break只終止本層循環(huán),如有多層嵌套的循環(huán),在其中一層循環(huán)中寫入break,只在這層循環(huán)中生效,程序將跳到上一層循環(huán)中繼續(xù)運行,如代碼清單9所示。
- # 第1層循環(huán),遍歷次數為2
- for i in range(2):
- print("-----%d-----" %i)
- # 第2層循環(huán),遍歷次數為10
- for j in range(10):
- # 使用break語句,j>1時不執(zhí)行循環(huán)體
- if j > 1:
- break
- print(j)
輸出結果:
- -----0-----
- 0
- 1
- -----1-----
- 0
- 1
在代碼清單9中,break語句在條件判斷式“if j>1:”后被使用,因此盡管j的指定遍歷次數為10,實際上遍歷只運行兩次。由于break語句只終止本層循環(huán)的運行,i依舊遍歷執(zhí)行了兩次,而不是在第1次遍歷過程末尾終止。
2. continue
Python中的continue語句用于跳出當前循環(huán),并執(zhí)行下一次循環(huán),而break跳出整層循環(huán),兩者的功能具有明顯區(qū)別。
如果一段代碼中包含continue語句,循環(huán)執(zhí)行至continue處時,先忽略本次循環(huán),在本層仍滿足條件的剩余循環(huán)次數中繼續(xù)執(zhí)行,不會終止這一層循環(huán)。實際上,如果在某一層的每次循環(huán)中都使用continue語句,就相當于使用break語句。
打印一個數表,要不打印某些指定的數字,或只打印某類數,就可以使用continue語句跳過一些循環(huán)次數,該語句在for循環(huán)和while循環(huán)中都可以自由地使用,如代碼清單10所示。
- # 當i等于1或3時,跳過continue后的print語句
- for i in range(0,5):
- if i == 1 or i == 3:
- continue
- print(i)
輸出結果:
- 0
- 2
- 4
- # 如果遇到偶數,跳過continue后的print語句
- counts = 0
- while counts < 10:
- counts += 1
- if counts % 2 == 0:
- continue
- print(counts)
輸出結果:
- 1
- 3
- 5
- 7
- 9
break語句一旦用于嵌套循環(huán)中的第n層,該層循環(huán)會被終止,但在執(zhí)行第n-1層循環(huán)時,仍會創(chuàng)造一個第n層循環(huán)并執(zhí)行。continue語句同樣如此,只是仍會執(zhí)行某一層的剩余部分。因此,無論使用哪種循環(huán)終止語句,都只會影響使用終止語句的那一層循環(huán),而不會干擾到其他層。continue語句用于循環(huán)的例子如代碼清單11所示。
- # 第1層循環(huán),遍歷次數為2
- for i in range(2):
- print("-----%d-----" %i)
- # 第2層循環(huán),遍歷次數為5
- for j in range(5):
- # 當j等于2或4時,不執(zhí)行循環(huán)體
- if j == 2 or j == 4:
- continue
- print(j)
輸出結果:
- -----0-----
- 0
- 1
- 3
- -----1-----
- 0
- 1
- 3
3. pass
pass是空語句,不做任何操作,只起到占位的作用,其作用是為了保持程序結構的完整性。盡管pass語句不做任何操作,但如果暫時不確定要在一個位置放上什么樣的代碼,可以先放置一個pass語句,讓代碼可以正常運行。pass語句并非循環(huán)或者條件語句的一部分,但與break、continue在代碼形式上有些類似。
使用pass語句遍歷輸出str及數值計算,如代碼清單12所示。
- for element in "Python":
- # element為y時,不做任何操作,不會被輸出
- if element == "y":
- pass
- else:
- print(element)
輸出結果:
- P
- t
- h
- o
- n
- counts = 0
- while counts < 5:
- counts += 1
- # i=3時,不執(zhí)行循環(huán)體
- if counts == 3:
- pass
- else:
- print(counts ** 2)
輸出結果:
- 1
- 4
- 16
- 25
從代碼清單12可以看到,Python在“P”和“t”之間占位,當循環(huán)遍歷到“y”時不做任何操作;當i等于3時,冪運算不執(zhí)行,但不影響其他數值。上述兩個代碼如果在pass的位置缺失,程序將無法執(zhí)行,因為判斷條件沒有給出相應的執(zhí)行語句,會導致邏輯出錯。使用pass語句占位,一方面為了讓程序正常執(zhí)行,另一方面也是為了方便以后補充操作語句。
推導式是可以從一個數據序列構建另一個新的數據序列的結構體,能夠非常簡潔地構造新的變量。列表推導式是其中最常用的類型。
列表推導式又稱為列表解析式,是Python迭代機制的一種應用,也是一種高效創(chuàng)建列l(wèi)ist的方式,可以動態(tài)地創(chuàng)建list。由于列表推導式必須用到遍歷循環(huán),因此屬于一種特殊的循環(huán)。
使用列表推導式時,需要將推導式寫在[]中。list中的元素可以來源于其他類型序列、可迭代對象或自建的滿足一定條件的序列。使用列表推導式的好處是代碼更加簡潔,實現效率更高。
列表推導式的基本語法格式如下:
- [操作語句 for變量 in 序列 if 條件表達式]
列表推導式常用的參數及其說明如下所示:
列表推導式可以不包含條件表達式,只做遍歷,生成list,如代碼清單13所示。
- vec = [-4, -2, 0, 2, 4]
- # 用vec中元素的倍數,創(chuàng)建一個數組
- print([x * 2 for x in vec])
輸出結果:
- [-8, -4, 0, 4, 8]
- # 創(chuàng)建一個包含2元tuple的list
- print([(x, x ** 2) for x in range(6)])
輸出結果:
- [(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]
在代碼清單13中,除了列表推導式的簡單形式,還說明了列表推導式中可以使用多樣的函數和變量類型。另外,列表推導式中也可以包含條件語句,如代碼清單14所示。
- # 過濾list,刪除list中的負數
- print([x for x in vec if x >= 0])
輸出結果:
- [0, 2, 4]
列表推導式最大的優(yōu)點還是簡潔,這需要與常規(guī)的編程方式進行對比。如代碼清單15所示,要創(chuàng)建一個平方數組成的list,這里的兩種方式是等價的,但列表推導式的方式顯然代碼更加簡潔。
- # 創(chuàng)建一個平方數list:常規(guī)方式
- squares = []
- for x in range(10):
- squares.append(x ** 2)
- print(squares)
輸出結果:
- [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
- # 創(chuàng)建一個平方數list列表推導式
- squares = [x ** 2 for x in range(10)]
- print(squares)
輸出結果:
- [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
列表推導式中同樣可以實現嵌套循環(huán),如代碼清單16所示。
- # 打印由tuple組成的list,tuple中i由0至2,j由0至2
- [(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
輸出結果:
- [(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]
- # 打印由tuple組成的list,i在0至2之間且小于1,j在0至2之間且大于1
- [(i, j) for i in range(0, 3) if i < 1 for j in range(0, 3) if j > 1]
輸出結果:
- [(0, 2)]
代碼清單16所示的列表推導式將兩個不同list中的元素整合到了一起。列表推導式中包含一對括號,在括號中有一個表達式,表達式后面緊跟一條for語句,然后是零條或多條for語句或if語句。通過for語句和if語句計算出表達式,結果作為新list的元素。

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