##一、实验介绍在以前的例子里，有些时候我们需要多次执行相同的任务，我们使用一个计数器来检查代码需要执行的次数。这个技术被称为循环。实验知识点 while 循环 print() 函数的 end 参数列表索引切片 for 循环 range() 函数 continue 关键字 for 循环中的 else 关键字 ##二、while 循环 while 语句的语法如下： ``` while condition: statement1 statement2 ``` 想要多次执行的代码必须以正确的缩进放在 while 语句下面。在表达式 condition 为真的时候它们才会执行。同 if-else 一样，非零值为真。启动python3交互页面，让我们写一个简单的代码，它按顺序打印 0 到 10 的数字： ``` >>> n = 0 >>> while n < 11: ... print(n) ... n += 1 ... 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ``` ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200616-1592317275280) 在第一行我们使 n = 0，然后在 while 语句中把条件设置为 n < 11，这意味着在 while 语句下面缩进的所有行将会被执行，直到 n 的值大于等于11。在循环里我们只是打印 n 的值然后令它增一。想想如果没有循环语句，你想要打印 0 到 10 的所有数字，那你得手动打印 11 次！ ##2.1 斐波那契（Fibonacci）数列让我们来试试打印斐波那契数列。这个数列前两项为 1，之后的每一个项都是前两项之和。所以这个数列看起来就像这样：1,1,2,3,5,8,13 ...... ``` #!/usr/bin/env python3 a, b = 0, 1 while b < 100: print(b) a, b = b, a + b ``` 运行程序： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200616-1592317841070) 第一行代码中我们初始化 a 和 b。当 b 的值小于 100 的时候，循环执行代码。循环里我们首先打印 b 的值，然后在下一行将 a + b 的值赋值给 b，b 的值赋值给 a。学习其他语言的同学在这里可能有些困惑，你可以这样理解，Python 中赋值语句执行时会先对赋值运算符右边的表达式求值，然后将这个值赋值给左边的变量。默认情况下，print() 除了打印你提供的字符串之外，还会打印一个换行符，所以每调用一次 print() 就会换一次行，如同上面一样。你可以通过 print() 的另一个参数 end 来替换这个换行符，就像下面这样，下面的程序写入 /home/shiyanlou/fibonacci2.py： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200616-1592318382446) ##2.2 幂级数我们来写一个程序计算幂级数：e^x = 1 + x + x^2 / 2! + x^3 / 3! + ... + x^n / n! （0 < x < 1）。该程序写入代码文件 /home/shiyanlou/powerseries.py ``` #!/usr/bin/env python3 x = float(input("Enter the value of x: ")) n = term = num = 1 result = 1.0 while n <= 100: term *= x / n result += term n += 1 if term < 0.0001: break print("No of Times= {} and Sum= {}".format(n, result)) ``` 运行程序： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592358952346) 在这个程序里我们介绍一个新的关键字 break，它可以终止最里面的循环。这个例子里我们在 if 语句里使用 break ： ``` if term < 0.0001: break ``` 这意味着如果 term 的值小于 0.0001 ，那么终止循环。 ***2.3 乘法表*** 这个例子里我们打印 10 以内的乘法表。写入代码文件 /home/shiyanlou/multiplication.py ``` #!/usr/bin/env python3 i = 1 print("-" * 50) while i < 11: n = 1 while n <= 10: print("{:5d}".format(i * n), end=' ') n += 1 print() i += 1 print("-" * 50) ``` 运行如下： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592359677569) 这里我们在 while 循环里使用了另一个 while 循环，这被称为嵌套循环。你应该已经看到一条有趣的语句： ``` print("-" * 50) ``` 字符串若是乘上整数 n，将返回由 n 个此字符串拼接起来的新字符串。下面是一些例子： ``` >>> 's' * 10 'ssssssssss' >>> print("*" * 10) ********** >>> print("#" * 20) #################### >>> print("--" * 20) ---------------------------------------- >>> print("-" * 40) ---------------------------------------- ``` ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592360021057) ***2.4 一些打印星号的例子*** 2.4.1. 设计 1 ``` #!/usr/bin/env python3 row = int(input("Enter the number of rows: ")) n = row while n >= 0: x = "*" * n print(x) n -= 1 ``` 运行这个程序： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592360382280) 2.4.2. 设计 2 ``` #!/usr/bin/env python3 n = int(input("Enter the number of rows: ")) i = 1 while i <= n: print("*" * i) i += 1 ``` 运行这个程序： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592360691537) 2.4.3 设计 3 ``` #!/usr/bin/env python3 row = int(input("Enter the number of rows: ")) n = row while n >= 0: x = "*" * n y = " " * (row - n) print(y + x) n -= 1 ``` 运行这个程序： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592361406169) ##三、列表在继续学习循环之前，我们先学习一个叫做列表的数据结构。它可以写作中括号之间的一列逗号分隔的值。列表的元素不必是同一类型： ``` >>> a = [ 1, 342, 223, 'India', 'Fedora'] >>> a [1, 342, 223, 'India', 'Fedora'] ``` 你可以将上面的列表想象为一堆有序的盒子，盒子包含有上面提到的值，每个盒子都有自己的编号（红色的数字），编号从零开始，你可以通过编号访问每一个盒子里面的值。对于列表，这里的编号称为索引。 ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592361585551) ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592361697495) 我们像下面这样通过索引来访问列表中的每一个值： >>> a[0] 1 >>> a[4] 'Fedora' ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592361778327) 如果我们使用负数的索引，那将会从列表的末尾开始计数，像下面这样： >>> a[-1] 'Fedora' 你甚至可以把它切成不同的部分，这个操作称为切片，例子在下面给出： >>> a[0:-1] [1, 342, 223, 'India'] >>> a[2:-2] [223] ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592361889975) 切片并不会改变正在操作的列表，切片操作返回其子列表，这意味着下面的切片操作返回列表一个新的（栈）拷贝副本： >>> a[:] [1, 342, 223, 'India', 'Fedora'] 切片的索引有非常有用的默认值；省略的第一个索引默认为零，省略的第二个索引默认为切片的字符串的大小： >>> a[:-2] [1, 342, 223] >>> a[-2:] ['India', 'Fedora'] ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592362339550) 有个办法可以很容易地记住切片的工作方式：切片时的索引是在两个元素之间。左边第一个元素的索引为 0，而长度为 n 的列表其最后一个元素的右界索引为 n。例如： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592362400883) 上面的第一行数字给出列表中的索引点 0...5。第二行给出相应的负索引。切片是从 i 到 j 两个数值表示的边界之间的所有元素。对于非负索引，如果上下都在边界内，切片长度就是两个索引之差。例如 a[2:4] 是 2。 Python 中有关下标的集合都满足左闭右开原则，切片中也是如此，也就是说集合左边界值能取到，右边界值不能取到。对上面的列表， a[0:5] 用数学表达式可以写为 [0,5) ，其索引取值为 0,1,2,3,4，所以能将a中所有值获取到。你也可以用a[:5], 效果是一样的。而a[-5:-1]，因为左闭右开原则，其取值为 -5,-4,-3,-2 是不包含 -1 的。为了取到最后一个值，你可以使用 a[-5:] ，它代表了取该列表最后5个值。试图使用太大的索引会导致错误： >>> a[32] Traceback (most recent call last): File "", line 1, in IndexError: list index out of range >>> a[-10] Traceback (most recent call last): File "", line 1, in IndexError: list index out of range ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592362520134) Python 能够优雅地处理那些没有意义的切片索引：一个过大的索引值(即大于列表实际长度)将被列表实际长度所代替，当上边界比下边界大时(即切片左值大于右值)就返回空列表: >>> a[2:32] [223, 'India', 'Fedora'] >>> a[32:] [] 切片操作还可以设置步长，就像下面这样： >>> a[1::2] [342, 'India'] 它的意思是，从切片索引 1 到列表末尾，每隔两个元素取值。列表也支持连接这样的操作，它返回一个新的列表： >>> a + [36, 49, 64, 81, 100] [1, 342, 223, 'India', 'Fedora', 36, 49, 64, 81, 100 列表允许修改元素： >>> cubes = [1, 8, 27, 65, 125] >>> cubes[3] = 64 >>> cubes [1, 8, 27, 64, 125] ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592362855102) 也可以对切片赋值，此操作可以改变列表的尺寸，或清空它： >>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g'] >>> letters ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g'] >>> # 替换某些值 >>> letters[2:5] = ['C', 'D', 'E'] >>> letters ['a', 'b', 'C', 'D', 'E', 'f', 'g'] >>> # 现在移除他们 >>> letters[2:5] = [] >>> letters ['a', 'b', 'f', 'g'] >>> # 通过替换所有元素为空列表来清空这个列表 >>> letters[:] = [] >>> letters [] ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592363133071) 要检查某个值是否存在于列表中，你可以这样做： >>> a = ['ShiYanLou', 'is', 'cool'] >>> 'cool' in a True >>> 'Linux' in a False 这意味着我们可以将上面的语句使用在 if 子句中的表达式。通过内建函数 len() 我们可以获得列表的长度： >>> len(a) 3 ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592365652867) 如果你想要检查列表是否为空，请这样做： if list_name: # 列表不为空 pass else: # 列表为空 pass 列表是允许嵌套的（创建一个包含其它列表的列表），例如： >>> a = ['a', 'b', 'c'] >>> n = [1, 2, 3] >>> x = [a, n] >>> x [['a', 'b', 'c'], [1, 2, 3]] >>> x[0] ['a', 'b', 'c'] >>> x[0][1] 'b' ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592365818835) ##四、for 循环通过 for 语句我们可以使用 for 循环。Python 里的 for 循环与 C 语言中的不同。这里的 for 循环遍历任何序列（比如列表和字符串）中的每一个元素。下面给出示例： >>> a = ['ShiYanLou', 'is', 'powerful'] >>> for x in a: ... print(x) ... ShiYanLou is powerful 我们也能这样做： >>> a = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] >>> for x in a[::2]: ... print(x) 1 3 5 7 9 ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592366114084) ***ange() 函数*** 如果你需要一个数值序列，内置函数 range() 会很方便，它生成一个等差数列（并不是列表）： >>> for i in range(5): ... print(i) ... 0 1 2 3 4 >>> range(1, 5) range(1, 5) >>> list(range(1, 5)) [1, 2, 3, 4] >>> list(range(1, 15, 3)) [1, 4, 7, 10, 13] >>> list(range(4, 15, 2)) [4, 6, 8, 10, 12, 14] ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592366407548) ##五、continue 语句如同 break ，我们可以在循环中使用另一个语句 continue。它会跳过其后的代码回到循环开始处执行。这意味着它可以帮助你跳过部分循环。在下面的例子中，我们要求用户输入一个整数，如果输入的是负数，那么我们会再次要求输入，如果输入的是整数，我们计算这个数的平方。用户输入 0 来跳出这个无限循环。 #!/usr/bin/env python3 while True: n = int(input("Please enter an Integer: ")) if n < 0: continue # 这会返回到循环开始处执行 elif n == 0: break print("Square is ", n ** 2) print("Goodbye") ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592369420624) ##六、循环的 else 语句我们可以在循环后面使用可选的 else 语句。它将会在循环完毕后执行，除非有 break 语句终止了循环。 >>> for i in range(0, 5): ... print(i) ... else: ... print("Bye bye") ... 0 1 2 3 4 Bye bye ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592369558215) ##七、棍子游戏这是一个非常简单的游戏。这里有 21 根棍子，首先用户选 1 到 4 根棍子，然后电脑选 1到 4 根棍子。谁选到最后一根棍子谁就输。判断一下用户有赢的机会吗？如果没有的话，如何修改游戏规则可以使用户有赢的机会呢？特别说明：用户和电脑一次选的棍子总数只能是5。 ``` #!/usr/bin/env python3 sticks = 21 print("There are 21 sticks, you can take 1-4 number of sticks at a time.") print("Whoever will take the last stick will loose") while True: print("Sticks left: " , sticks) if sticks == 1: print("You took the last stick, you loose") break sticks_taken = int(input("Take sticks(1-4):")) if sticks_taken >= 5 or sticks_taken <= 0: print("Wrong choice") continue print("Computer took: " , (5 - sticks_taken) , "\n") sticks -= 5 ``` ##八、总结这个实验中我们了解了两种循环：while 和 for 循环，其中的 for 循环我们通常与 range() 函数配合使用，要特别注意的是，range() 函数返回的并不是列表而是一种可迭代对象： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1272658-20200617-1592374784506) python 中 for 循环的 else 子句给我们提供了检测循环是否顺利执行完毕的一种优雅方法。

“Python3 简明教程”实验报告