Python語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第3章 程序流程控制

第3章程序流程控制3.1條件表達(dá)式3.2選擇結(jié)構(gòu)3.3循環(huán)結(jié)構(gòu)與迭代3.4random庫的使用3.5程序流程控制的應(yīng)用實(shí)例本章小結(jié)

3.1條

件

表

達(dá)

式

3.1.1關(guān)系運(yùn)算符

Python語言中的關(guān)系運(yùn)算符如表3-1所示，運(yùn)算結(jié)果是True或False。

【例3-1】

關(guān)系運(yùn)算符使用示例。

3.1.2邏輯運(yùn)算符

Python語言支持邏輯運(yùn)算符，邏輯運(yùn)算符只有3個(gè)，它們的優(yōu)先級(分3級)從高到低依次是：not、and、or。用邏輯運(yùn)算符描述的表達(dá)式稱為邏輯表達(dá)式或布爾表達(dá)式。

nota：如果a為False，則返回1；否則返回0。

aandb：如果a為False，則返回a；否則返回b。

aorb：如果a為False，則返回b；否則返回a。

【例3-2】

邏輯運(yùn)算符使用示例。

3.1.3構(gòu)造條件表達(dá)式

使用各種運(yùn)算符可以構(gòu)建不同的表達(dá)式，例如：

3.2選

擇

結(jié)

構(gòu)

選擇結(jié)構(gòu)是指程序運(yùn)行到某個(gè)節(jié)點(diǎn)后，會(huì)根據(jù)一次判斷的結(jié)果來決定之后向哪一個(gè)分支方向執(zhí)行，也稱為分支結(jié)構(gòu)。

假設(shè)我們正在編寫一個(gè)程序，這個(gè)程序的任務(wù)是根據(jù)用戶輸入的天氣(晴天、雨天、雪天)來給出相應(yīng)的建議。如果沒有選擇結(jié)構(gòu)，我們可能會(huì)這樣寫代碼。

這就是需要選擇結(jié)構(gòu)的原因。有了選擇結(jié)構(gòu)，我們可以根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同的代碼，使得程序的行為更加符合我們的預(yù)期。例如，上面的代碼可以改寫如下：

3.2.1單分支結(jié)構(gòu)：if語句

單分支結(jié)構(gòu)使用if語句，在條件為真時(shí)執(zhí)行操作，條件為假時(shí)不執(zhí)行操作。

if語句的語法格式為：

其中：

(1)條件表達(dá)式可以是任意的數(shù)值、字符、關(guān)系或邏輯表達(dá)式，或用其他數(shù)據(jù)類型表示的表達(dá)式。當(dāng)它表示條件時(shí)，以True(數(shù)值為1)表示真，F(xiàn)alse(數(shù)值為0)表示假。

注意：條件表達(dá)式的結(jié)果一定是真或假，條件表達(dá)式后有“:”，表示執(zhí)行的語句要向右邊縮進(jìn)。

(2)?<語句序列>稱為if語句的內(nèi)嵌語句序列或子句序列，內(nèi)嵌語句序列嚴(yán)格地以縮進(jìn)方式表達(dá)，編輯器也會(huì)提示程序員開始書寫內(nèi)嵌語句的位置，如果不再縮進(jìn)，表示內(nèi)嵌語句在上一行就寫完了。

if條件語句的執(zhí)行順序是：首先計(jì)算條件表達(dá)式的值，若表達(dá)式的值為True，則執(zhí)行內(nèi)嵌的語句序列，否則不做任何操作。

通過圖3-1可以簡單了解單分支結(jié)構(gòu)中if語句的執(zhí)行過程。圖3-1if語句執(zhí)行過程

【例3-3】

單分支結(jié)構(gòu)示例。

3.2.2雙分支結(jié)構(gòu)：if…else語句

雙分支結(jié)構(gòu)使用if…else語句，在條件為真時(shí)執(zhí)行一個(gè)操作，在條件為假時(shí)執(zhí)行另一個(gè)操作。

if…else語句的語法格式為：

其執(zhí)行順序是：首先計(jì)算條件表達(dá)式的值，若條件表達(dá)式的值為True，則執(zhí)行<語句序列1>，否則執(zhí)行<語句序列2>。

if…else語句的執(zhí)行過程如圖3-2所示。圖3-2if…else語句的執(zhí)行過程

【例3-4】

雙分支結(jié)構(gòu)示例。

3.2.3多分支結(jié)構(gòu)：if…elif…else語句

多分支結(jié)構(gòu)使用if…elif…else語句，根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同的操作。

當(dāng)條件表達(dá)式有多個(gè)值，實(shí)際處理的問題有多種條件時(shí)，就要用到多分支結(jié)構(gòu)，多分支結(jié)構(gòu)語句的執(zhí)行過程如圖3-3所示。圖3-3多分支結(jié)構(gòu)語句的執(zhí)行過程

if…elif…else語句的語法格式為：

if…elif…else語句的執(zhí)行順序是：首先計(jì)算<條件表達(dá)式1>的值，若其值為True，則執(zhí)行<語句序列1>；否則，繼續(xù)計(jì)算<條件表達(dá)式2>的值，若其值為True，則執(zhí)行<語句序列2>；依此類推，若所有條件表達(dá)式的值都為False，則執(zhí)行<語句序列n?+?1>。

注意：

(1)不管有幾個(gè)分支，程序在執(zhí)行了一個(gè)分支以后，其余分支就不再執(zhí)行。

(2)當(dāng)多分支中有多個(gè)條件表達(dá)式同時(shí)滿足條件時(shí)，只執(zhí)行第一條與之匹配的語句。

【例3-5】

多分支結(jié)構(gòu)語句示例。

【例3-6】

判定用戶輸入操作實(shí)例。

3.2.4嵌套if語句

在上述的if選擇結(jié)構(gòu)中，語句塊本身也可以是一段if語句，這樣就形成了if語句的嵌套結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的條件判斷。

【例3-7】

根據(jù)用戶輸入的年齡和駕駛經(jīng)驗(yàn)，決定是否給予駕駛許可。

【分析】

在這個(gè)例子中，我們需要根據(jù)兩個(gè)條件(年齡和駕駛經(jīng)驗(yàn))來做出決定，這就需要使用嵌套的if語句。

【參考代碼】

【例3-8】

根據(jù)用戶輸入的時(shí)間(小時(shí)和分鐘)來決定是早上、中午、下午、晚上還是深夜。

【分析】

在這個(gè)例子中，我們需要根據(jù)用戶輸入的時(shí)間來決定是哪個(gè)時(shí)間段。這就需要使用嵌套的if語句。

【參考代碼】

3.2.5結(jié)構(gòu)化模式匹配matchcase(switchcase)

雖然使用嵌套的if語句的命令性系列指令可以被用來完成類似結(jié)構(gòu)化模式匹配的效果，但它沒有聲明性方式那樣清晰。聲明性方式指定了一個(gè)匹配所要滿足的條件，并且通過顯式的模式使之更為易讀。更強(qiáng)大的模式匹配例子可以在Scala和Elixir等語言中找到。這種結(jié)構(gòu)化模式匹配方式是聲明性的，并且會(huì)顯式地為所要匹配的數(shù)據(jù)指定條件(模式)。

模式由序列、映射、基本數(shù)據(jù)類型以及類實(shí)例構(gòu)成。模式匹配使得程序能夠從復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型中提取信息，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分支，并基于不同的數(shù)據(jù)形式完成特定的動(dòng)作。

matchcase語句的語法格式如下：

match語句接受一個(gè)表達(dá)式，并將其值與以一個(gè)或多個(gè)case語句塊形式給出的一系列模式進(jìn)行比較。具體來說，模式匹配的操作如下：

(1)給定具有特定類型和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)(subject)。

(2)針對subject在match語句中求值。

(3)從上到下對subject與case語句中的每個(gè)模式進(jìn)行比較，直到確認(rèn)匹配到一個(gè)模式，執(zhí)行與被確認(rèn)匹配的模式相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。如果沒有確認(rèn)到一個(gè)完全的匹配：如果提供了使用通配符_的最后一個(gè)case語句，則它將被用作已匹配模式；不存在使用通配符的case語句，則整個(gè)match代碼塊不執(zhí)行任何操作。

【例3-9】matchcase語句示例一。

【例3-10】matchcase語句示例二。

3.3循環(huán)結(jié)構(gòu)與迭代

3.3.1基本循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)是編程中的一個(gè)基本概念，它允許程序執(zhí)行一系列重復(fù)的操作，直到滿足特定的條件或完成既定的任務(wù)。循環(huán)的重要性在于它提供了一種強(qiáng)大的工具，用于處理需要多次執(zhí)行相同或類似操作的情況，比如遍歷數(shù)據(jù)集合中的每個(gè)元素，或者重復(fù)執(zhí)行某個(gè)計(jì)算直到達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。

3.3.2for循環(huán)

for循環(huán)在Python中主要用于遍歷序列(如列表、元組、字符串)或其他可迭代對象，它的一般語法結(jié)構(gòu)如下：

【例3-11】

字符串作為iterable示例。

在Python中，字符串可以被視為字符的集合，因此它是一個(gè)可迭代的對象。當(dāng)使用for循環(huán)遍歷一個(gè)字符串時(shí)，該循環(huán)會(huì)按順序迭代字符串中的每個(gè)字符。

【例3-12】

列表作為iterable示例。

3.3.3while循環(huán)

while循環(huán)適用于循環(huán)的初值和終值并不明確但有清晰的循環(huán)條件的情況，它會(huì)一直執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的代碼，直到指定的條件不再為真。while循環(huán)的一般語法結(jié)構(gòu)如下：

【例3-13】while語句示例。

下面提供一些簡單的例子來展示如何在Python中使用for循環(huán)和while循環(huán)。

【例3-14】

打印數(shù)字序列。

【例3-15】

打印字符串中的字符及其索引。

這個(gè)循環(huán)使用enumerate函數(shù)來同時(shí)獲取字符串"hello"中每個(gè)字符及其對應(yīng)的索引。

【例3-16】

計(jì)算某個(gè)數(shù)的倍數(shù)。

3.3.4break語句

在Python編程中，循環(huán)是一個(gè)常用的結(jié)構(gòu)，用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼直到滿足特定條件。然而，在某些情況下，我們可能遇到一些只執(zhí)行循環(huán)體中的部分語句就結(jié)束循環(huán)，或者立刻轉(zhuǎn)去下一次循環(huán)的情況，這就是break和continue語句發(fā)揮作用的地方。

break語句在Python中用于立即終止當(dāng)前循環(huán)的執(zhí)行。當(dāng)break被執(zhí)行時(shí)，它會(huì)跳出最內(nèi)層的for或while循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)后面的代碼。

【例3-17】break語句示例一。

【例3-18】

查找特定的數(shù)字。

【例3-19】break語句示例二。

3.3.5continue語句

continue語句用于結(jié)束當(dāng)前輪的循環(huán)，程序跳轉(zhuǎn)到循環(huán)頭部，然后根據(jù)頭部的要求繼續(xù)循環(huán)。它通常用于在滿足特定條件時(shí)跳過一些不需要執(zhí)行的代碼。

【例3-20】continue語句示例。

continue語句和break語句使用場景如下：

1.?break

(1)當(dāng)需要在找到某個(gè)條件或值后立即退出循環(huán)時(shí)。

(2)當(dāng)循環(huán)內(nèi)的某個(gè)條件不再滿足繼續(xù)執(zhí)行的需求時(shí)。

2.?continue

(1)當(dāng)需要忽略當(dāng)前迭代中的剩余代碼，并立即開始下一次迭代時(shí)。

(2)當(dāng)有一個(gè)特定的條件不希望執(zhí)行循環(huán)體中的某些代碼時(shí)。

注意事項(xiàng)如下：

(1)合理使用break和continue可以提高代碼的效率和可讀性。

(2)濫用這些語句可能會(huì)導(dǎo)致代碼邏輯混亂，因此建議只在必要時(shí)使用它們，并確保其使用有明確的意圖。

3.3.6循環(huán)的嵌套

在Python程序中，循環(huán)不僅可以單獨(dú)使用，還可以嵌套在其他循環(huán)內(nèi)部，形成多級循環(huán)結(jié)構(gòu)。嵌套循環(huán)允許創(chuàng)建復(fù)雜的邏輯，以處理矩陣、列表集合或執(zhí)行重復(fù)任務(wù)的不同階段。

嵌套循環(huán)的語法與普通循環(huán)類似，但嵌套循環(huán)是在另一個(gè)循環(huán)的內(nèi)部開始的。

【例3-21】

嵌套循環(huán)示例。

【例3-22】

打印9?×?9乘法表。

注意事項(xiàng)如下：

(1)避免無限嵌套。確保嵌套循環(huán)有明確的退出條件，以避免創(chuàng)建無限循環(huán)。

(2)保持可讀性。隨著嵌套層次的增加，代碼的可讀性可能會(huì)降低?？紤]使用函數(shù)或循環(huán)控制語句來提高代碼的清晰度。

(3)性能考慮。嵌套循環(huán)可能會(huì)導(dǎo)致性能問題，尤其是在處理大數(shù)據(jù)集時(shí)。應(yīng)確保循環(huán)邏輯盡可能高效。

3.4random庫的使用

首先，在Python中，若需要使用他人預(yù)先寫好的一些功能，需要導(dǎo)入相對應(yīng)的庫，這樣才能夠使用其中的函數(shù)。在Python中，導(dǎo)入庫使用import關(guān)鍵字。此處，我們需要導(dǎo)入random庫。

【例3-23】

生成0到100之間的隨機(jī)整數(shù)。

【例3-24】

生成一個(gè)0到10(包括0和10)之間的隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)。

【例3-25】random()函數(shù)應(yīng)用示例。

【例3-26】choice()函數(shù)示例。

【例3-27】seed()函數(shù)應(yīng)用示例。

本小節(jié)介紹了Python中random庫的基本使用方法，包括生成隨機(jī)整數(shù)、隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)以及隨機(jī)選擇列表中的元素。Python中的random庫提供了豐富的函數(shù)功能，通過靈活運(yùn)用這些函數(shù)，可以滿足各種隨機(jī)數(shù)生成的需求。但在一些涉及安全相關(guān)的場景時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用隨機(jī)數(shù)。

3.5程序流程控制的應(yīng)用實(shí)例

【例3-28】

請編寫一個(gè)程序，接受用戶輸入的字符串a(chǎn)，并輸出其逆序后的結(jié)果。例如：a="olleh"，則輸出hello?！痉治觥?/p>

我們可以使用循環(huán)結(jié)構(gòu)來遍歷字符串，并將字符逆序存儲(chǔ)到另一個(gè)變量中。具體來說，我們可以從字符串的末尾開始逐個(gè)取出字符，并將其加到另一個(gè)變量中，從而實(shí)現(xiàn)字符的逆序輸出。

【參考代碼】

通過使用for循環(huán)和range函數(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)從字符串末尾開始逐個(gè)取出字符的操作。需要注意range函數(shù)的參數(shù)設(shè)置，起始索引為字符串長度減一，結(jié)束索引為?-1，步長為?-1，這樣可以實(shí)現(xiàn)倒序遍歷字符串的目的。在for循環(huán)中，我們使用加號(hào)操作符將逆序后的字符依次拼接到新的字符串中。這種方法在Python中是可行的，但需要注意，字符串拼接操作可能會(huì)導(dǎo)致性能損耗，尤其是當(dāng)字符串很長時(shí)。(此處選擇了使用本章所學(xué)的循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)字符串逆序輸出效果，請大家結(jié)合前面章節(jié)所學(xué)習(xí)的字符串的相關(guān)操作，思考能否使用一行代碼代替循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)逆序效果。)

【例3-29】

假設(shè)有多位顧客對一個(gè)產(chǎn)品的星級評價(jià)記錄如下：[1,5,6,4,2,3,1,2]。

(1)請編寫一個(gè)程序，打印出所有低于4星的評價(jià)。

(2)請編寫一個(gè)程序，在循環(huán)中跳過所有5星及以上的評價(jià)并打印出其余評價(jià)。

需要在一行中輸出，每個(gè)輸出之間使用空格分隔。

【分析】

對于問題(1)，可以使用for循環(huán)遍歷列表中的每個(gè)評價(jià)，然后使用if語句檢查是否小于4星，如果是，則打印出來。對于問題(2)，同樣可以使用for循環(huán)遍歷列表，在循環(huán)中使用continue語句跳過所有大于等于5星的評價(jià)，然后打印出其余評價(jià)。

【參考代碼】

當(dāng)程序執(zhí)行到continue語句時(shí)，會(huì)立即跳過本次循環(huán)中continue之后的代碼，并開始下一次循環(huán)，這樣可以在滿足特定條件時(shí)跳過某些操作(在本例中即跳過所有5星及以上的評價(jià))，從而達(dá)到控制循環(huán)執(zhí)行的目的。此外，本題還要求在一行中輸出，并且每個(gè)輸出之間使用空格進(jìn)行分隔，可通過設(shè)置print函數(shù)的end參數(shù)為""實(shí)現(xiàn)。

【參考代碼】

【例3-31】

編寫一個(gè)程序，接受用戶輸入的一個(gè)正整數(shù)，然后將該整數(shù)分解質(zhì)因數(shù)，并按照升序輸出。

【分析】

因?yàn)?是最小的質(zhì)數(shù)，所以2可以作為我們開始嘗試的可能的質(zhì)因數(shù)。接下來，我們使用一個(gè)循環(huán)從2開始來逐個(gè)數(shù)字嘗試是否是用戶輸入的正整數(shù)的因數(shù)，直到該數(shù)字大于用戶輸入的正整數(shù)為止。在每次循環(huán)中，我們檢查當(dāng)前的數(shù)字是否能整除用戶輸入的正整數(shù)，如果是，則當(dāng)前的數(shù)字是用戶輸入的正整數(shù)的一個(gè)質(zhì)因數(shù)。我們打印出這個(gè)質(zhì)因數(shù)，并將用戶輸入的正整數(shù)更新為除去已找到的因數(shù)后的商。如果用戶輸入的正整數(shù)不等于1，則表示我們還沒有找到全部的質(zhì)因數(shù)，那么我們輸出一個(gè)乘號(hào)作為分隔，并繼續(xù)嘗試下一個(gè)數(shù)作為因數(shù)。這樣，最終輸出的結(jié)果就是將輸入的整數(shù)按照質(zhì)因數(shù)分解的形式進(jìn)行了因數(shù)分解。

【參考代碼】

【例3-32】

編寫一個(gè)程序，根據(jù)輸入的HTTP狀態(tài)碼匹配對應(yīng)的含義并輸出。如果輸入的狀態(tài)碼是400，則輸出“Badrequest”；如果輸入的狀態(tài)碼是401，則輸出“Unauthorized”；如果輸入的狀態(tài)碼是403，則輸出“Forbidden”；如果輸入的狀態(tài)碼是404，則輸出“Notfound”；對于其他任何狀態(tài)碼，則輸出“Unknownstatuscode”。

【分析】

根據(jù)輸入的HTTP狀態(tài)碼匹配對應(yīng)的含義并輸出相應(yīng)的信息。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們可以使用matchcase結(jié)構(gòu)，它可以更清晰地進(jìn)行模式匹配和條件判斷。首先，我們接受用戶輸入的HTTP狀態(tài)碼，并將其存儲(chǔ)在一個(gè)變量中。然后，我們使用matchcase結(jié)構(gòu)來匹配該狀態(tài)碼。這是Python3.10中新增的語法，可用于更清晰地進(jìn)行模式匹配和條件判斷，在此前的Python版本中都是使用if…elif…else結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)類似的功能。

【參考代碼】

【例3-33】

編寫一個(gè)程序，接受一組年齡數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)計(jì)并輸出不同年齡段的人數(shù)，分別為兒童(0～12歲)、青少年(13～17歲)、成年人(18～59歲)和老年人(60歲及以上)。要求使用matchcase語句實(shí)現(xiàn)。

【分析】

這個(gè)程序需要接受一組年齡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)每個(gè)人的年齡來判斷他們屬于哪個(gè)年齡段。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，我們可以使用matchcase語句，根據(jù)年齡的不同范圍進(jìn)行匹配，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)年齡段的人數(shù)。

【參考代碼】

【例3-34】

編寫一個(gè)程序，用于模擬經(jīng)典的“石頭剪刀布”游戲。該程序需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)用戶輸入自己的選擇(石頭、剪刀或布)。

(2)程序隨機(jī)生成石頭、剪刀或布。

(3)根據(jù)游戲規(guī)則判斷勝負(fù)，并輸出游戲結(jié)果。

游戲規(guī)則如下：

(1)石頭勝剪刀。

(2)剪刀勝布。

(3)布勝石頭。

(4)如果雙方出拳一樣，則為平局。

【分析】

這個(gè)程序用到了用戶輸入、隨機(jī)數(shù)生成和條件判斷等基本編程概念。我們需要讓用戶輸入他們的選擇，然后使用隨機(jī)數(shù)生成程序的選擇。接著，需要編寫條件語句來比較用戶和程序的選擇，以確定游戲結(jié)果并將其輸出給用戶。