6  条件与循环

我们的程序到目前为止大多是“一条道走到黑”，从上到下顺序执行每一行代码。

完成本章学习后，你将能够：

掌握了条件和循环，你的程序将不再是简单的线性执行，而是能够根据输入和中间结果展现出“智能”行为，能够自动化处理大量重复工作。这是从编写简单脚本到构建复杂应用程序的关键一步。

6.1 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。

注意：Tab键原本用于输入“制表符 ，但是在VS Code中，这个按键的默认行为是用空格来补全缩进。

  1. 建议统一使用4个空格缩进。

(推荐) 使用 VS Code 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。建议在 VS Code 设置中开启“Insert Spaces: true, Tab Size: 4”。忘记怎么安装或设置的可以看前面的章节。

6.2 条件if

6.2.1 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

6.2.2 单行if

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

小提示：实际项目中更推荐使用多行 if，可读性更好。

6.2.3 三元表达式

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

6.2.4 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
# 提示：可以使用链式比较，比如 18.5 <= bmi < 25

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

6.2.5 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

6.2.6 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

6.2.7 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_windy = True

判断是否同时在刮风和下雨

print(is_raining and is_windy)
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_windy # 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_windy) # 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_windy:
    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_windy，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

6.2.8 布尔短路与真值测试

在 Python 中，and 与 or 具有短路特性：

  • A and B: 当 A 为假（False）时，B 不再计算；当 A 为真时才计算 B。
  • A or B: 当 A 为真（True）时，B 不再计算；当 A 为假时才计算 B。

另外，很多对象在布尔上下文中有“真/假”语义：空字符串 ""、空列表 []、空字典 {}、数字 0、以及 None 都被视为“假”，其余通常为“真”。

print(bool(""), bool("hi"))   # False True
print(bool([]), bool([1]))     # False True
print("a" and "b")            # 'b'
print("" or "fallback")       # 'fallback'
False True
False True
b
fallback

6.3 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)

6.3.1 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 += 2
print(i)
3

设计一个从1到10的循环

i = 1
while i <= 10:
    print(i)
    i +=1 

print("循环结束")
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
循环结束

6.3.2 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

6.4 for循环

for循环一般用于遍历一个可迭代对象（如列表 List、元组 Tuple、字典 Dict、字符串、range 等）

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，前面有“1个缩进”。

6.4.1 用range进行for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]

在for循环中，我们往往用range来快速生成一个数字序列，避免手动输入非常多的数字。

print('打印奇数序列：')
for i in range(1, 20, 2):  # 替代手动输入 [1,3,5 ...]
    print(i)
打印奇数序列：
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19

6.4.2 range 进阶

  • 只有一个参数时，如 range(5)，起点默认为 0，步长为 1。
  • 可以使用负步长倒序计数：range(10, 0, -1) 生成 10, 9, ..., 1。
  • 仍然“包含起点，不含终点”。

6.5 使用break和continue

我们就可以：

  1. 使用break语句中断循环。如果符合某些条件，则跳出循环。
  2. 使用continue，直接执行下一次迭代。这等于跳过了continue后面的代码

注意： break和continue，在for和while循环中都可以使用。

# break 的范例
# for语句试图执行1000次循环
# 但中途被break语句中断
for i in range(1000):
    print(i)

    if i >= 3: 
        print('如果i大于等于3，则中断循环。')
        break

print('循环结束')
0
1
2
3
如果i大于等于3，则中断循环。
循环结束
# continue 的范例
# 每次遇到偶数，就会直接开始下一次迭代
# 因此i为偶数时，print将不会被执行

# 只打印列表中的奇数
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
for num in numbers:
    if num % 2 == 0:  # 如果是偶数
        continue      # 跳过本次循环中后续的print语句，直接开始下一次迭代
    print(num)        # 这行只在num是奇数时执行
1
3
5

6.5.1 循环的 else 子句

当循环“正常结束”（即不是通过 break 提前跳出）时，会执行与之配套的 else: 语句块。这对“查找-未找到”的场景很有用。

nums = [2, 4, 6, 8]
target = 5

for x in nums:
    if x == target:
        print('found')
        break
else:
    print('not found')  # 只有当 for 未被 break 打断时才会执行
not found

6.6 注意：小心无限循环！

当使用 while 循环时，我们需要特别注意循环的终止条件。如果 while 后面的条件判断永远为 True，那么循环体内的代码就会被无限次地执行下去，程序就会“卡住”，这就是所谓的无限循环。

注意： 如果陷入无限循环，可以直接关闭vscode！

一个容易犯的错误导致无限循环的例子：

# 警告：下面的代码会导致无限循环，执行时可能需要手动停止程序！
count = 0
while count < 5:
    print("这是一个循环...")
    # 糟糕！忘记更新 count 的值了 (比如写 count += 1)     # 所以 count 永远是 0，count < 5 永远是 True

在上面的例子中，因为 count 的值没有在循环体内被修改以最终使 count < 5 这个条件变为 False，所以 print 语句会不停地执行。

如何避免？

确保你的循环体内部有某些操作，能够最终影响到 while 的判断条件，使其在某个时刻变为 False，从而让循环能够正常结束。

6.6.1 主动控制的“无限”循环：while True: 与 break

有时，我们确实需要一个循环持续运行，直到某个特定的内部事件发生才停止。在这种情况下，一种常见的模式是使用 while True: 来创建一个表面上的无限循环，然后在循环体内部使用 if 语句来检查某个条件，一旦条件满足，就用 break 语句来强行跳出循环。

示例：等待用户特定输入

while True:
    user_input = input("请输入 'quit' 来结束程序: ")
    if user_input == "quit":
        print("程序已结束。")
        break  # 如果用户输入了 "quit"，跳出循环
    else:
        print(f"你输入了: {user_input}，请继续输入或输入 'quit' 退出。")

在这个例子中： 1. while True: 开始了一个循环，它自己永远不会停止。 2. 循环内部，我们获取用户输入。 3. if user_input == "quit": 检查用户是否输入了 “quit”。 4. 如果是，break 语句就会执行，立即终止 while 循环。 5. 否则，循环会继续，等待下一次输入。

这种 while True: 结合 break 的方式，为我们提供了一种灵活控制循环何时退出的方法，特别适用于那些退出条件不方便直接放在 while 判断里的情况。

6.7 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。分别写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

6.8 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) # 迭代时会产生 1, 2, 3, 4, 5。回忆前文中range和list的区别
b = [i for i in a if i >=3 ]
print(b)
[3, 4, 5]

6.8.1 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'].

6.8.1.1 推导式进阶：条件表达式 if-else

在推导式中也可以使用条件表达式，但逻辑复杂时建议改回普通循环以保持可读性。

a = [1, 2, 3, 4, 5]
b = [x*2 if x % 2 == 0 else x for x in a]
print(b)  # 偶数翻倍，奇数保持不变
[1, 4, 3, 8, 5]

6.9 Dict的循环和字典推导式

6.9.1 遍历字典

字典是映射类型，但它是可迭代的，因此我们也可以遍历字典。

我们可以用 .keys() 和 .values() 获得所有的键与值（均为“视图”对象，如需列表可用 list(...) 转换），也可以用 .items() 同时拿到键和值。

  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(): 
    print(value)
1
3
5

我们也介绍过dict可以看作一系列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。

d.items() 返回一系列 (键, 值) 对（元组）。在 for 循环中，我们使用 key, value 这种形式来自动地将每个元组中的两个元素分别赋值给 key 和 value 变量，这称为序列解包。

# 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

6.9.2 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}

6.9.3 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。

6.10 for 循环进阶：索引与并行遍历

需要索引时，推荐使用 enumerate；需要并行遍历多个序列时，使用 zip。

a_list = ['a', 'b', 'c']
for idx, val in enumerate(a_list, start=1):
    print(idx, val)

names = ['Alice', 'Bob']
scores = [90, 85]
for name, score in zip(names, scores):
    print(name, score)
1 a
2 b
3 c
Alice 90
Bob 85

6.11 本章小结

学会使用条件判断和循环，这意味着你的程序现在可以“思考”并“重复工作”了。

核心要点回顾：

  • 代码块与缩进： Python使用缩进（通常是4个空格）来定义代码块的层级，这对于 if、while、for 等结构至关重要。
  • 条件判断 (if, elif, else):
    • if condition:: 如果条件为 True，执行其下的代码块。
    • elif another_condition:: 在前一个 if 或 elif 条件为 False 时，检查此条件。
    • else:: 如果以上所有条件都为 False，执行此代码块。
  • 循环 (Repetition):
    • while condition:: 只要条件为 True，就持续执行其下的代码块。注意避免无限循环，并确保有明确的退出条件或使用 break。
    • for item in iterable:: 遍历可迭代对象（如列表、元组、字符串、range() 对象、字典的键/值/项）中的每一个元素。
  • 循环控制语句:
    • break: 立即终止并跳出当前所在的整个循环。
    • continue: 立即跳过当前迭代中循环体内的剩余代码，并开始下一次迭代。
  • 循环的 else 子句: 当循环正常结束（即不是通过 break 跳出）时执行。
  • range(start, stop, step): 生成一个数字序列，常用于 for 循环中控制迭代次数。记住“包含起点，不含终点”。
  • 布尔逻辑是核心： if 和 while 的条件本质上都是布尔表达式，其结果决定了程序的执行路径。
  • 列表推导式 ([expr for item in iterable if cond]) 和字典推导式 ({k_expr: v_expr for item in iterable if cond}): 提供了一种简洁、高效的方式来从一个可迭代对象创建新的列表或字典。

常见错误提示 (本章相关)：

  • IndentationError: 缩进不正确或不一致。
  • 无限循环：while 循环的条件永远为 True，且没有 break。
  • 逻辑错误：if 条件的判断逻辑不符合预期，或比较运算符使用错误（如把 == 写成 =）。
  • TypeError / NameError: 在循环或条件判断中使用了未定义或类型不兼容的变量。

通过条件和循环，你可以让程序自动化地处理更复杂的逻辑和数据。这是构建任何有实际用途的程序的基础。在接下来的学习中，我们将把这些控制流结构与函数结合起来，构建更模块化、更可重用的代码。

6.12 常见错误速查

  • IndentationError: 缩进不正确或不一致（例如混用 Tab 与空格）。统一为4个空格，避免在同一文件中混用。
  • 无限循环: while 条件永远为 True 且没有 break。检查循环内是否有能改变条件的语句。
  • 边界（off-by-one）错误: range(start, stop) 不包含 stop，容易少算或多算一次。
  • 赋值与比较混淆: 在条件判断中把 == 错写成 =（语法错误），或将 is 误用作数值比较。
  • 字典/列表访问越界或不存在: my_list[idx] 超出范围抛 IndexError；访问不存在的字典键抛 KeyError，可用 in 检查或 dict.get(key, default)。