6  条件与循环

前置知识:代码块和Tab(按钮)

  1. Python代码层级,用缩进来表示,一般每一层是“缩进4个空格”(下面有示例),也有人习惯缩进2个空格。选择哪一种都不是错误,但是建议是前后保持一致。
  2. 同样的缩进级别,表示代码处于同一层。
  3. 如果你使用Tab键(键盘左侧Q键旁边),可以补齐(对齐)4个空格。

(推荐) 使用vscode的插件 indent-rainbow (或者类似的其他插件),可以用不同颜色显示缩进的层级。忘记怎么安装插件的可以看前面的章节。

6.1 条件if

6.1.1 多行if

if 语句:

  1. 如果if条件成立,则执行下一层的代码块(在下一层,同样是从上到下按顺序执行)
  2. 否则就跳过

price = 98
if price <100:
    print ('buy')
buy

if-else语句:

  1. 如果if条件成立,则执行下一层的代码块(在下一层,同样是从上到下按顺序执行)
  2. 如果if条件不成立,则执行else后的语句。

price = 102
if price <100:
    print ('buy')
else:
    print('not buy')
not buy

if-elif语句:

  1. 如果if条件成立,则执行下一层的代码块
  2. 如果if条件不成立,则看elif后的条件是否成立,如此类推

price = 102
if price <100:
    print ('buy')
elif price < 110:
    print ('hold')
elif price < 120:
    print ('think about it')
else:
    print ('sell')
hold

6.1.2 单行if

price = 70
if price<80: print('buy')
buy

6.1.3 三元表达式

price = 85
'buy' if (price<80) else 'don\'t buy'
"don't buy"

6.1.4 练习

练习1:小明身高1.75m,体重80.5kg。请根据BMI公式(体重除以身高的平方)帮小明计算他的BMI指数,并根据BMI指数:

  1. 低于18.5:过轻
  2. 18.5-25:正常
  3. 25-28:过重
  4. 28-32:肥胖
  5. 高于32:严重肥胖

用if-elif判断并打印结果:

小提示:

height = 1.75
weight = 80.5

# 计算BMI指数
# 用 if-elif 判断,并打印结果

练习2:判断闰年:从year, 判断是否为闰年?

提示1: 闰年: 年份能被4整除但不能被100整除的 或者 能被400整除

提示2: 判断一个数字能否被某个数整除,可以判断其余数(取余运算是%)是否为0,如a % 2 == 0如果为True则为偶数。

注:可以用多层的条件语句,或者用多个逻辑运算来写。

year = 2005 # 或者任何一年

6.1.5 嵌套if

例子:用if-else求a、b、c 3个数中最大的一个

思路:

  1. 比较a和b 1.1. 若a较大,则比较a和c 1.2. 若a较小,则比较b和c
a = 4
b = 9
c = 2

if a>b:
    if a>c:
        max_value=a
    else:
        max_value=c
else:
    if b>c:
        max_value=b
    else:
        max_value=c
  
print(f"最大值是{max_value}")     
最大值是9

6.1.6 练习

对一个变量number,判断是否能被2或者3整除

按具体的情况,请输出:

  1. “你输入的数字可以整除 2 和 3”
  2. “你输入的数字可以整除 2,但不能整除 3”
  3. “你输入的数字可以整除 3,但不能整除 2”
  4. “你输入的数字不能整除 2 和 3”

思路:

  1. 先看看2
  2. 再看看3

6.1.7 再谈布尔值

前面讲过,布尔型有2种,真True和假False

实际上,这2个符号,是布尔型变量的值,和1,2,3,4是整型的值,'apple'是字符串的值类似。但布尔型的值只有2种。

例如,有一个变量,用于表示“现在是否下雨”。这个问题只有2个答案,是或者否,显然这就可以用布尔型来表示:True就表示下雨,False就表示没下雨。我们就定义一个布尔型变量is_raining

注意:为了达到顾名思义的效果,布尔型的变量,可以考虑用is_has_等等开头,显示这是个“是否”问题的答案。

# 表示现在正在刮风下雨
is_raining = True 
is_blowing = True

判断是否同时在刮风和下雨

print(is_raining and is_blowing)
True

布尔运算,其结果,也是一个布尔类型的变量:因此可以赋值给另一个变量。

bad_weather

bad_weather = is_raining and is_blowing # 布尔运算的结果,也是一个布尔型,并且可以赋值给另一个变量
print(bad_weather)
True

换一种理解,你可以把and运算,看成一个函数。类似于:

bool_and(x, y)

就可以视为一个函数调用,返回的结果,就是与操作

bad_weather = bool_and(is_raining, is_blowing) # 这是随便写的,无法执行

回到我们的if语句。if语句接受的判断条件,本质上一个布尔型变量

if is_raining and is_blowing:
    print('don\'t go outside!')
don't go outside!

等价于:

if bad_weather:
    print('don\'t go outside!')
don't go outside!

所以,你在if后面跟一个布尔型变量bad_weather,或者一个条件is_raining and is_blowing,是等价的。但后者可以少进行一次赋值的操作,并且节约一个变量名。

回看前面的例子:

a = 2
b = 3
if a > b: 
    print('a > b')
else:
    print('a <= b')
a <= b

可以把a > b看成是“一个布尔型的变量”,这个变量,保存了a > b的结果,只是我们没有把这个结果赋值给一个变量名(没有绑定一个标签),而是直接放进了if语句中。

这等价于:

a = 2
b = 3

is_a_bigger = a > b 

if is_a_bigger: 
    print('a > b')
else:
    print('a <= b')
a <= b

小结,布尔运算,实际上会返回一个新的布尔值,可以和任何变量一样进行操作,比如绑定名字,放进if里等等

6.2 while循环

while循环比较直观,“只要条件成立,就重复执行某块代码块

或者说,“重复执行某块代码块,直到条件不成立为止

while 判断条件(condition):
    执行语句(statements)

6.2.1 举例:打印 1到10

思想:

  1. 要把10以内的所有自然数都过一次,肯定要用循环
  2. 设计一个变量,用来做计数器,比如i
  3. 每次循环中,计数器累加1,直到10为止,停止循环
  4. 每次循环中,打印这个数
  • 注:让变量自增的运算符号是+=

例如 i += 2即让i自增2,等价于 i = i + 2

i = 1
i += 999
print(i)
1000

设计一个从1到5的循环

i = 1
while i <= 5:
    print(i)
    i +=1 
else:
    print("循环结束")
1
2
3
4
5
循环结束

6.2.2 练习

  1. 打印 1到10 中的偶数。

小提示:如何判断一个数是否是偶数?取余的操作符是%

  1. 利用循环,求1到100的累加,计算完成最后打印出来

小提示:你可以建立一个新的变量,用来存放累加的结果

6.3 for循环

6.3.1 如果没有for循环

例如,有一个班级同学姓名的列表,我们要打印每一个同学姓名的最后一个字母。

students = ["Alex", "Bob", "Clare"]
print(students)
['Alex', 'Bob', 'Clare']

没有循环的时候,我们怎么做?

我们可能会尝试,把students这个列表,按索引号,逐一取出,然后再打印首字母

len(students)
3

知道students里有3个同学,我们就知道,索引号(index)是0,1,2。

现在我们用最笨的办法,逐一取出,逐一打印

s = students[0]   # 取0号元素
print(s[-1])      # 打印最后一个字母

# 对其他2个元素,手动重复一次
s = students[1]
print(s[-1])

s = students[2]
print(s[-1])
x
b
e
x
b
e

显然,

  1. 如果元素很多,这就是个不可能完成的任务。
  2. 这个做法,重复的代码太多,必然可以得到精简

6.3.2 用while循环?

我们前面学了while循环,我们尝试用while来做完成

  1. 同样,一个计数器i,记录了索引号,从0,到len(student) - 1 = 2
  2. 每次循环,用students[i]来取出对应的元素
  3. 打印最后一个元素
  4. i += 1,循环
i = 0

while i < len(students): # 注意,这里是 i < 3 
    s = students[i]        # 即i = 0, 1, 2
    print(s[-1])
  
    i += 1
x
b
e

6.3.3 用for循环

for s in students:
    print(s[-1])
x
b
e

6.3.4 比较

比较for循环,和手动操作

#%% do it yourself
s = students[0]   # 取0号元素
print(s[-1])      # 打印最后一个字母

# 对其他2个元素,手动重复一次
s = students[1]
print(s[-1])

s = students[2]
print(s[-1])
x
b
e
#%% for
for s in students:
    print(s[-1])
x
b
e

上述for循环完成的事:

  1. 自动把s指向students中的0号元素,对s执行你的代码(打印最后一个字)
  2. 自动把s指向students中的1号元素,对s执行你的代码(打印最后一个字)
  3. 自动把s指向students中的3号元素,对s执行你的代码(打印最后一个字)

6.3.5 for循环

for循环一般用于遍历一个可迭代对象(简单理解,就是如 List、Tuple和Dict这样具有序列结构的数据)

其作用是“对其中的每一个元素都做点什么”。

如果你要对一个List中的每一个元素都做点什么,此时就应该用for循环。

例如,我们要打印a = [1,2,3,4,5]中的每一个元素

或者说,我们要对a = [1,2,3,4,5]中的每一个元素,执行打印这个动作。

a_list = [1,2,3,4,5]

for i in a_list:  
    print(i)
1
2
3
4
5

解释

  1. 目标:对a = [1,2,3,4,5]中的每一个元素,执行打印这个动作。
  2. a_list是一个列表的名字
  3. for i in a_list::我们把中的每一个元素,按顺序,逐个过一遍。轮到哪个元素,我们就用i来指向它。
  4. print(i):由上一句,i可以看作每一个元素代称,我们打印它。注意,前面由“1个缩进”。

break

a = [1,2,3,4,5]

for i in a:
    if i < 4:
        print (i)
    else:
        print('从这里断开!')
        break
else:
    print('循环完成!')
1
2
3
从这里断开!

6.3.6 range的循环

range(起点, 终点, 步长):快速生成一个序列:惰性的(lazy)可迭代序列

  1. range(0,10):生成一个0 ~ 9的自然数序列(包括起点,不包括终点)
  2. range(0,10,2):生成一个0 ~ 8的偶数序列(包括起点,不包括终点)
  3. 可以转为List,如:
print(range(0,10))
print(list(range(0,10))) 
range(0, 10)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

但是,range不用转换为List,也可以使用!

如:按索引取值,或者切片(range切片会得到另一个range)等等

print(range(10,15)[2])
print(range(10,15)[2:4])
12
range(12, 14)

也可以替代List,用在for循环中,常用于快速生成一个数字序列

for i in range (1,10,2):
    print ('奇数是: ',i) 
奇数是:  1
奇数是:  3
奇数是:  5
奇数是:  7
奇数是:  9

6.4 更多练习

  1. 求1~100之间能被7整除,但不能同时被5整除的所有整数。分别写For和While版本

  2. 求以下列表平均值。For和While版本。

score = [70, 90, 78, 85, 97, 94, 65, 80]
  1. 进阶思考题:二分查找法

对于一个排序的List,找到某一个元素的位置

思路

  1. 找到列表的中间位置的元素
  2. 比较这个元素,和目标的大小。如果一样大,得到位置。
  3. 根据大小,把范围缩小到List前半段,或者后半段
  4. 在新的区间,回到1. 重复这个过程
a = [ 5,8,15,20,30,45,78,100,120,200 ]
target = 30

6.5 列表推导式List Comprehension

列表推导式可以让我们从一个可迭代的对象(典型的就是List本身)生成一个List。最常见的情况是从一个List生成另一个List。

例如,把a = [1,2,3,4,5]中的所有数乘以2.

用循环我们可以这样做:

# 循环的版本
a = [1,2,3,4,5]
b = []

for i in a:
    b.append(i*2) 

print(b)
[2, 4, 6, 8, 10]

如果用列表推导式,可以更为简单:

a = [1,2,3,4,5]
b = [i*2 for i in a]
print(b)
[2, 4, 6, 8, 10]

一般的结构大概是这样的:

[do_something(i) for i in a_list]

遍历a_list中的每个元素(称之为i),做一个操作,然后结果保存形成一个新的列表。

显然,两端是中括号意味着我们会得到一个新的List。

另一个例子,把列表中的所有字符变为大写。

s = ['abc','abcd','bcde','bcdee','cdefg']
[x.upper() for x in s]
['ABC', 'ABCD', 'BCDE', 'BCDEE', 'CDEFG']

也可以结合筛选:遍历list中的元素,选出符合条件的,进行某个操作,形成新的列表。

[do_something(i) for i in a_list if condition(i)]

比如选出a中大于等于3的数,乘以2,再形成一个新的列表。

a = [1,2,3,4,5]
b = [i*2 for i in a if i >=3 ]
print(b)
[6, 8, 10]

当然,如果只是要筛选,不做其他操作,上面i*2改成i即可。

a = range(1,6) # 约等于 [1,2,3,4,5]
b = [i for i in a if i >=3 ]
print(b)
[3, 4, 5]

6.5.1 列表推导式练习

  1. 使用列表推导式创建一个列表,该列表包含1到20之间所有偶数的平方。
  2. 提取以下列表中,首字母不是a的单词。

['apple', 'banana', 'ant', 'animal', 'astronaut', 'airplane'].

6.6 Dict的循环和字典推导式

6.6.1 遍历字典

前面讲过,字典本身也是序列结构,因此我们也可以遍历字典。

我们可以用.keys()和.values()获得所有的key和list,那么我就可以按循环list的方法来做。

  1. 遍历key
d = {'x': 1, 'y': 3, 'z': 5}
for key in d: 
# 或者用 for key in d.keys()
    print(key, d[key])
x 1
y 3
z 5
  1. 遍历value
d = {'x': 1, 'y': 3, 'z': 5}
for value in d.values(): 
# 或者用 for key in d.keys()
    print(value)
1
3
5

我们也介绍过dict可以看出一系列key-value的元组,因此可以遍历items。

回顾:d.items()可以返回 [(key,value),(key,value),...]的结构。

# 注意:这里的key,value,其实是不加括号的元组(key,value)
# 等于遍历每一个(key,value)对,进行某些操作
for key, value in d.items():
    print(key,value)
x 1
y 3
z 5

6.6.2 字典推导式

和列表推导式类似,字典推导式也可以从一个可迭代对象(比如List,Dict或者任何别的),生成一个字典。

大概的结构如下:

{key:value for i in a_list}

比如,从a = ['Alex','Bob','Clare']生成一个字典,其中key是元素(人名),value是人名的字符长度。

a = ['Alex','Bob','Clare']
len_a = {s:len(s) for s in a}
print(len_a)
{'Alex': 4, 'Bob': 3, 'Clare': 5}

或者从字典生成一个新字典,key不变,value*2。

d = {'x': 1, 'y': 3, 'z': 5}
e = {key:value*2 for key,value in d.items()}
print(e)
{'x': 2, 'y': 6, 'z': 10}

6.6.3 字典小练习

  1. 给定一个字典,其中键是人名,值是他们的年龄:

ages = {'Alice': 30, 'Bob': 25, 'Charlie': 40, 'Diana': 22}

请使用字典循环遍历,打印出所有年龄大于30的人名。

  1. 使用字典推导式,从上面给出的ages字典中创建一个新的字典,其中只包括年龄小于或等于30的人。