《Python程序設(shè)計(jì)與算法基礎(chǔ)教程》課件（含思政案例） Ch03 程序流程控制

Ch03程序流程控制本章要點(diǎn)：3.1程序的流程3.2順序結(jié)構(gòu)3.3選擇結(jié)構(gòu)3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)3.5綜合應(yīng)用：turtle模塊的復(fù)雜圖形繪制資源下載提示2課件等資源：掃描封底的“課件下載”二維碼，在公眾號(hào)“書圈”中下載。素材（源碼）：掃描本書目錄上方的二維碼下載。講解視頻：掃描封底刮刮卡中的二維碼，再掃描書中相應(yīng)章節(jié)中（位于每章最前）的二維碼，作為開源的補(bǔ)充閱讀和學(xué)習(xí)資源。

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題庫平臺(tái)：教師登錄網(wǎng)站（），聯(lián)系客服開通教師權(quán)限3.1程序的流程輸入、處理和輸出（IPO）程序通過輸入接收待處理的數(shù)據(jù)（Input））；然后執(zhí)行相應(yīng)的處理（Process）；最后通過輸出（Output）返回處理的結(jié)果（1）輸入數(shù)據(jù)輸入是一個(gè)程序的開始。程序要處理的數(shù)據(jù)有多種來源，形成了多種輸入方式，包括交互輸入、參數(shù)輸入、隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入、文件輸入、網(wǎng)絡(luò)輸入等。（2）處理數(shù)據(jù)處理是程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生輸出結(jié)果的過程。計(jì)算問題的處理方法統(tǒng)稱為“算法”。（3）輸出結(jié)果輸出是程序輸出結(jié)果的方式。程序的輸出方式包括控制臺(tái)輸出、圖形輸出、文件輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出等【例3.1】計(jì)算球體的表面積和體積的程序的IPO描述程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法是執(zhí)行特定任務(wù)的方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式，有助于求解特定的問題描述算法：自然語言描述&偽代碼【例3.2】求解兩個(gè)整數(shù)最大公約數(shù)的算法的自然語言描述【例3.3】求解兩個(gè)整數(shù)最大公約數(shù)的輾轉(zhuǎn)相除算法的偽代碼描述【例3.4】求解兩個(gè)整數(shù)最大公約數(shù)的Python代碼實(shí)現(xiàn)（gcdTest.py）#求解m和n的最大公約數(shù)。GCD(m,n)=GCD(n,mModn)defgcd(m,n):if(m<n):m,n=n,mwhile(n!=0):remainder=m%n #計(jì)算余數(shù)m=nn=remainderreturnmif__name__=='__main__':print(24,36,"的最大公約數(shù)為：",gcd(24,36))程序流程圖又稱為程序框圖，是描述程序運(yùn)行具體步驟的圖形表示流程圖的基本元素主要包括以下幾種【例3.5】使用程序流程圖（如圖3-2所示）描述計(jì)算所輸入數(shù)據(jù)a的平方根的程序3.2順序結(jié)構(gòu)【例3.6】順序結(jié)構(gòu)示例（area.py）：已知三角形三條邊的邊長(zhǎng)（為簡(jiǎn)單起見，假設(shè)這三條邊可以構(gòu)成三角形），求三角形的面積importmatha=float(input("請(qǐng)輸入三角形的邊長(zhǎng)a："))b=float(input("請(qǐng)輸入三角形的邊長(zhǎng)b："))c=float(input("請(qǐng)輸入三角形的邊長(zhǎng)c："))h=(a+b+c)/2#三角形周長(zhǎng)的一半area=math.sqrt(h*(h-a)*(h-b)*(h-c))#三角形面積print(str.format("三角形三邊分別為：a={0},b={1},c={2}",a,b,c))print(str.format("三角形的面積={0}",area))3.3選擇結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)的形式：?jiǎn)畏种?、雙分支和多分支單分支結(jié)構(gòu)if語句單分支結(jié)構(gòu)的語法形式：當(dāng)條件表達(dá)式的值為真（True）時(shí)，執(zhí)行if后的語句（塊），否則不做任何操作，控制將轉(zhuǎn)到if語句的結(jié)束點(diǎn)【例3.7】單分支結(jié)構(gòu)示例（if_2desc.py）：輸入兩個(gè)數(shù)a和b，比較兩者大小，使得a大于ba=int(input("請(qǐng)輸入第1個(gè)整數(shù)：")) #輸入整數(shù)1b=int(input("請(qǐng)輸入第2個(gè)整數(shù)：")) #輸入整數(shù)2print(str.format("輸入值：{0},{1}",a,b)) #顯示所輸入的兩個(gè)整數(shù)if(a<b): #如果a小于ba,b=b,a #a和b交換print(str.format("降序值：{0},{1}",a,b)) #輸出降序排序結(jié)果雙分支結(jié)構(gòu)if語句雙分支結(jié)構(gòu)的語法形式當(dāng)條件表達(dá)式的值為真（True）時(shí)，執(zhí)行if后的語句（塊）1，否則執(zhí)行else后的語句（塊）2條件表達(dá)式【例3.8】計(jì)算分段函數(shù)（1）利用單分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)（2）利用雙分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)（3）利用條件運(yùn)算語句實(shí)現(xiàn)if(x>=0):y=math.sin(x)+2*math.sqrt(x+math.exp(4))-math.pow(x+1,3)if(x<0):y=math.log(-5*x)-math.fabs(x*x-8*x)/(7*x)+math.eif(x>=0):y=math.sin(x)+2*math.sqrt(x+math.exp(4))-math.pow(x+1,3)else:y=math.log(-5*x)-math.fabs(x*x-8*x)/(7*x)+math.ey=(math.sin(x)+2*math.sqrt(x+math.exp(4))-math.pow(x+1,3))if((x>=0))else\(math.log(-5*x)-math.fabs(x*x-8*x)/(7*x)+math.e)多分支結(jié)構(gòu)if語句多分支結(jié)構(gòu)的語法形式【例3.9】百分制轉(zhuǎn)換為五級(jí)制將百分制分?jǐn)?shù)mark轉(zhuǎn)換為五級(jí)制（優(yōu)、良、中、及格、不及格）的評(píng)定等級(jí)grade方法一：mark=int(input("請(qǐng)輸入分?jǐn)?shù)："))if(mark>=90):grade="優(yōu)"elif(mark>=80):grade="良"elif(mark>=70):grade="中"elif(mark>=60):grade="及格"else:grade="不及格"方法二：if(mark>=90):grade="優(yōu)"elif(mark>=80andmark<90):grade="良"elif(mark>=70andmark<80):grade="中"elif(mark>=60andmark<70):grade="及格"else:grade="不及格"方法三：if(mark>=60):grade="及格"elif(mark>=70):grade="中"elif(mark>=80):grade="良"elif(mark>=90):grade="優(yōu)"else:grade="不及格"【例3.10】判斷坐標(biāo)點(diǎn)象限已知坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)，判斷其所在的象限（if_coordinate.py）x=int(input("請(qǐng)輸入x坐標(biāo)："))y=int(input("請(qǐng)輸入y坐標(biāo)："))if(x==0andy==0):print("位于原點(diǎn)")elif(x==0):print("位于y軸")elif(y==0):print("位于x軸")elif(x>0andy>0):print("位于第一象限")elif(x<0andy>0):print("位于第二象限")elif(x<0andy<0):print("位于第三象限")else:print("位于第四象限")

if語句的嵌套【例3.11】計(jì)算分段函數(shù)：方法一（多分支結(jié)構(gòu)）：if(x>0):y=1elif(x==0):y=0else:y=-1方法二（if語句嵌套結(jié)構(gòu)）：if(x>=0):if(x>0):y=1else:y=0else:y=-1方法三：y=1if(x!=0):if(x<0):y=-1else:y=0if語句典型示例代碼選擇結(jié)構(gòu)綜合舉例（1）【例3.12】輸入三個(gè)數(shù)，按從大到小的順序排序（if_3desc.py）先a和b比較，使得a>b；然后a和c比較，使得a>c，此時(shí)a最大；最后b和c比較，使得b>ca=int(input("請(qǐng)輸入整數(shù)a："))b=int(input("請(qǐng)輸入整數(shù)b："))c=int(input("請(qǐng)輸入整數(shù)c："))if(a<b):a,b=b,a#a和b交換，使得a>bif(a<c):a,c=c,a#a和c交換，使得a>cif(b<c):b,c=c,b#b和c交換，使得b>cprint("排序結(jié)果（降序）：",a,b,c)選擇結(jié)構(gòu)綜合舉例（2）【例3.13】編程（leapyear.py）判斷某一年是否為閏年。判斷閏年的條件是：年份能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除方法一。使用一個(gè)邏輯表達(dá)式包含所有的閏年條件：if((y%4==0andy%100!=0)ory%400==0):print("是閏年")else:print("不是閏年")方法二。使用嵌套的if語句：if(y%400==0):print("是閏年")else:if(y%4==0):if(y%100==0):print("不是閏年")else:print("是閏年")else:print("不是閏年")方法三。使用if-elif語句：if(y%400==0):print("是閏年")elif(y%4!=0):print("不是閏年")elif(y%100==0):print("不是閏年")else:print("是閏年")方法四。使用calendar模塊的isleap函數(shù)判斷閏年if(calendar.isleap(y)):print("是閏年")else:print("不是閏年")3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)（1）for語句和while語句來實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)可迭代對(duì)象（iterable）for循環(huán)>>>foriin(1,2,3): print(i,i**2,i**3)3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)（2）range對(duì)象從start開始，到stop結(jié)束（不包含stop）。如果指定了可選的步長(zhǎng)step，則序列按步長(zhǎng)增長(zhǎng)【例3.14】利用for循環(huán)求1~100中所有奇數(shù)的和以及偶數(shù)的和（for_sum1_100.py）>>>foriinrange(1,11):print(i,end='')#輸出：1234567891012345678910>>>foriinrange(1,11,3):print(i,end='')#輸出：1471014710sum_odd=0;sum_even=0 #循環(huán)賦初值foriinrange(1,101): #i=1~100ifi%2!=0: #奇數(shù)

sum_odd+=i #奇數(shù)和

else: #偶數(shù)

sum_even+=i #偶數(shù)和print("1~100中所有奇數(shù)的和：",sum_odd)print("1~100中所有偶數(shù)的和：",sum_even)while循環(huán)（1）【例3.15】利用while循環(huán)求

，以及1~100中所有奇數(shù)的和、偶數(shù)的和（while_sum.py）i=1;sum_all=0;sum_odd=0;sum_even=0while(i<=100):sum_all+=i#所有數(shù)之和if(i%2==0):#偶數(shù)sum_even+=i#偶數(shù)和else:

#奇數(shù)sum_odd+=i#奇數(shù)和i+=1print("和=%d、奇數(shù)和=%d、偶數(shù)和=%d"%(sum_all,sum_odd,sum_even))while循環(huán)（2）【例3.16】用如下近似公式求自然對(duì)數(shù)的底數(shù)e的值，直到最后一項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-6為止（while_e.py）i=1;e=1;t=1while(1/t>=pow(10,-6)):t*=ie+=1/ti+=1print("e=",e)循環(huán)的嵌套在一個(gè)循環(huán)體內(nèi)又包含另一個(gè)完整的循環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為循環(huán)的嵌套【例3.17】利用嵌套循環(huán)打印運(yùn)行效果如圖3-6所示的九九乘法表（nest_for.py）思考：請(qǐng)修改程序，分別打印如圖所示的2個(gè)九九乘法表：foriinrange(1,10):#外循環(huán)s=""forjinrange(1,10):#內(nèi)循環(huán)s+=str.format("{0:1}*{1:1}={2:<2}",i,j,i*j)break語句（1）用于退出for、while循環(huán)，即提前結(jié)束循環(huán)，接著執(zhí)行循環(huán)語句的后繼語句當(dāng)多個(gè)for、while語句彼此嵌套時(shí)，break語句只應(yīng)用于最里層的語句，即break語句只能跳出最近的一層循環(huán)【例3.18】使用break語句終止循環(huán)（break.py）whileTrue:s=input('請(qǐng)輸入字符串（按Q或者q結(jié)束）：')ifs.upper()=='Q':breakprint('字符串的長(zhǎng)度為：',len(s))break語句（2）【例3.19】編程（prime1.py和prime2.py）判斷所輸入的任意一個(gè)正整數(shù)是否為素?cái)?shù)方法一（利用for循環(huán)和break語句）：importmathm=int(input("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù)(>1)："))k=int(math.sqrt(m))foriinrange(2,k+2):ifm%i==0:break#可整除，肯定非素?cái)?shù)，結(jié)束循環(huán)ifi==k+1:print(m,"是素?cái)?shù)！")else:print(m,"是合數(shù)！")方法二（利用while循環(huán)和bool變量）：importmathm=int(input("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù)(>1)："))k=int(math.sqrt(m))flag=True#先假設(shè)所輸整數(shù)為素?cái)?shù)i=2while(i<=kandflag==True):if(m%i==0):flag=False#可整除，肯定非素?cái)?shù)，結(jié)束循環(huán)else:i+=1if(flag==True):print(m,"是素?cái)?shù)！")else:print(m,"是合數(shù)！")continue語句（1）結(jié)束本次循環(huán)，即跳過循環(huán)體內(nèi)自continue下面尚未執(zhí)行的語句，返回到循環(huán)的起始處，并根據(jù)循環(huán)條件判斷是否執(zhí)行下一次循環(huán)continue語句與break語句的區(qū)別continue語句僅結(jié)束本次循環(huán)，并返回到循環(huán)的起始處，循環(huán)條件滿足的話就開始執(zhí)行下一次循環(huán)；而break語句則是結(jié)束循環(huán)，跳轉(zhuǎn)到循環(huán)的后繼語句執(zhí)行continue語句（2）【例3.20】使用continue語句跳過循環(huán)。要求輸入若干學(xué)生成績(jī)（按Q或q結(jié)束），如果成績(jī)<0，則重新輸入。統(tǒng)計(jì)學(xué)生人數(shù)和平均成績(jī)num=0;scores=0;#初始化學(xué)生人數(shù)和成績(jī)和whileTrue:s=input('請(qǐng)輸入學(xué)生成績(jī)（按Q或q結(jié)束）：')ifs.upper()=='Q':breakiffloat(s)<0:#成績(jī)必須>=0continuenum+=1#統(tǒng)計(jì)學(xué)生人數(shù)scores+=float(s)#計(jì)算成績(jī)之和continue語句（3）【例3.21】顯示100~200之間不能被3整除的數(shù)（continue_div3.py）。要求一行顯示10個(gè)數(shù)j=0#控制一行顯示的數(shù)值個(gè)數(shù)print('100~200之間不能被3整除的數(shù)為：')foriinrange(100,200+1):if(i%3==0):continue

#跳過能被3整除的數(shù)print(str.format("{0:<5}",i),end="")#每個(gè)數(shù)占5個(gè)位置，不足后面加空格，并且不換行j+=1if(j%10==0):print()

#一行顯示10個(gè)數(shù)后換行死循環(huán)（無限循環(huán)）如果while循環(huán)結(jié)構(gòu)中循環(huán)控制條件一直為真，則循環(huán)將無限繼續(xù)，程序?qū)⒁恢边\(yùn)行下去，從而形成死循環(huán)程序死循環(huán)時(shí)，會(huì)造成程序沒有任何響應(yīng)；或者造成不斷輸出（例如控制臺(tái)輸出，文件寫入，打印輸出等）在程序的循環(huán)體中，插入調(diào)試輸出語句print，可以判斷程序是否為死循環(huán)。注意，有的程序算法十分復(fù)雜，可能需要運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，但并不是死循環(huán)可以使用快捷鍵<Ctrl>+<c>終止當(dāng)前程序的運(yùn)行【例3.17】死循環(huán)示例（infinite.py）2importmathwhileTrue:#循環(huán)條件一直為真num=float(input("請(qǐng)輸入一個(gè)正數(shù):"))print(str(num),"的平方根為：",math.sqrt(num))print("Goodbye!")else子句【例3.23】使用for語句的else子句（for_else.py）hobbies=""foriinrange(1,3+1):s=input('請(qǐng)輸入愛好之一（最多三個(gè)，按Q或q結(jié)束）：')ifs.upper()=='Q':breakhobbies+=s+''else:print('您輸入了三個(gè)愛好。')print('您的愛好為：',hobbies)enumerate函數(shù)和循環(huán)Python語言的for循環(huán)直接迭代對(duì)象集合中的元素，如果需要在循環(huán)中使用索引下標(biāo)訪問集合元素，則可以使用內(nèi)置的enumerate()函數(shù)enumerate()函數(shù)用于將一個(gè)可遍歷的數(shù)據(jù)對(duì)象（如列表、元組或字符串）組合為一個(gè)索引序列，并返回一個(gè)可迭代對(duì)象，故在for循環(huán)當(dāng)中可直接迭代下標(biāo)和元素【例3.24】enumerate函數(shù)和下標(biāo)元素循環(huán)示例seasons=['Spring','Summer','Autumn','Winter']fori,sinenumerate(seasons,start=1):#start默認(rèn)從0開始print("第{0}季節(jié)：{1}".format(i,s))zip函數(shù)和循環(huán)zip()函數(shù)將多個(gè)可迭代的對(duì)象中對(duì)應(yīng)的元素打包成一個(gè)個(gè)元組，然后返回一個(gè)可迭代對(duì)象。如果元素個(gè)數(shù)不一致，則返回列表長(zhǎng)度與最短的對(duì)象相同利用運(yùn)算符*，還可以實(shí)現(xiàn)將元組解壓為列表【例3.25】zip函數(shù)和并行循環(huán)>>>x=[1,2,3]>>>y=[4,5,6]>>>zip(x,y)#輸出：<zipobjectat0x000001E663DEB988>>>>list(zip(x,y))#輸出：[(1,4),(2,5),(3,6)]>>>a,b=zip(*zip(x,y))>>>a,b

#輸出：((1,2,3),(4,5,6))evens=[0,2,4,6,8]odds=[1,3,5,7,9]fore,oinzip(evens,odds):print("{0}*{1}={2}".format(e,o,e*o))map函數(shù)和循環(huán)map(func,seq1[,seq2,…])函數(shù)將func作用于seq中的每一個(gè)元素，并將所有的調(diào)用結(jié)果作為可迭代對(duì)象返回。如果func為None，作用等同于zip()函數(shù)【例3.26】map函數(shù)和循環(huán)示例>>>list(map(abs,[-1,0,7,-8]))

#計(jì)算絕對(duì)值。輸出：[1,0,7,8][1,0,7,8]>>>list(map(pow,range(5),range(5)))#計(jì)算乘冪。輸出：[1,1,4,27,256][1,1,4,27,256]>>>list(map(ord,'abcdef'))

#計(jì)算ASCII碼。輸出：[97,98,99,100,101,102][97,98,99,100,101,102]>>>list(map(lambdax,y:x+y,'abc','de'))#字符串拼接。輸出：['ad','be']['ad','be']循環(huán)語句典型示例代碼循環(huán)結(jié)構(gòu)綜合舉例（1）【例3.27】使用牛頓迭代法求解平方根計(jì)算一個(gè)正實(shí)數(shù)a的平方根，可以使用牛頓迭代法實(shí)現(xiàn)：首先假設(shè)t=a，開始循環(huán)。如果t=a/t（或小于容差），則t等于a的平方根，循環(huán)結(jié)束并返回結(jié)果；否則，將t和a/t的平均值賦值給t，繼續(xù)循環(huán)EPSILON=1e-15

#容差a=float(input("請(qǐng)輸入正實(shí)數(shù)a："))#正實(shí)數(shù)at=a

#假設(shè)平方根t=awhileabs(t-a/t)>(EPSILON*t):t=(a/t+t)/2.0

#將t和a/t的平均值賦值給tprint(t)

#輸出a的平方根循環(huán)結(jié)構(gòu)綜合舉例（2）【例3.28】顯示Fibonacci數(shù)列：1、1、2、3、5、8、……的前20項(xiàng)f1=1;f2=1foriinrange(1,11):print(str.format("{0:6}{1:6}",f1,f2),end="")#每次輸出2個(gè)數(shù)，每個(gè)數(shù)占6位，空格分隔ifi%2==0:print()

#顯示4項(xiàng)后換行f1+=f2;f2+=f13.5綜合應(yīng)用：turtle模塊的復(fù)雜圖形繪制【例3.29】修改【例2.26】的代碼，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)繪制正方形【例3.30】使用海龜繪圖分別繪制紅、藍(lán)、綠、黃四種顏色的圓形螺旋（spiral.py）importturtle#導(dǎo)入turtle模塊p=turtle.Turtl