Python語言程序設計第4章

程序的控制結(jié)構(gòu)程序的基本結(jié)構(gòu)程序的流程圖程序流程圖用一系列圖形、流程線和文字說明描述程序的基本操作和控制流程，它是程序分析和過程描述的最基本方式。流程圖的基本元素包括7種程序的流程圖程序流程圖示例：由連接點A連接的一個程序

程序的基本結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是程序的基礎，但單一的順序結(jié)構(gòu)不可能解決所有問題。程序由三種基本結(jié)構(gòu)組成：順序結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)這些基本結(jié)構(gòu)都有一個入口和一個出口。任何程序都由這三種基本結(jié)構(gòu)組合而成程序的基本結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是程序按照線性順序依次執(zhí)行的一種運行方式，其中語句塊1S1和語句塊S2表示一個或一組順序執(zhí)行的語句程序的基本結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)是程序根據(jù)條件判斷結(jié)果而選擇不同向前執(zhí)行路徑的一種運行方式，包括單分支結(jié)構(gòu)和二分支結(jié)構(gòu)。由二分支結(jié)構(gòu)會組合形成多分支結(jié)構(gòu)程序的基本結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序根據(jù)條件判斷結(jié)果向后反復執(zhí)行的一種運行方式，根據(jù)循環(huán)體觸發(fā)條件不同，包括條件循環(huán)和遍歷循環(huán)結(jié)構(gòu)程序的基本結(jié)構(gòu)實例對于一個計算問題，可以用IPO描述、流程圖描述或者直接以Python代碼方式描述微實例4.1：圓面積和周長的計算。輸入：圓半徑R處理：圓面積：S=π*R*R圓周長：L=2*π*R輸出：圓面積S、周長L

1234R=eval(input("請輸入圓半徑:"))S=3.1415*R*RL=2*3.1415*Rprint("面積和周長:",S,L)問題IPO描述

Python代碼描述

程序的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)實例微實例4.2：實數(shù)絕絕對值的的計算。。1234R=eval(input("輸入實數(shù):"))if(R<0):R=-Rprint("絕對值",R)(a)問題IPO描述(b)流程圖描描述(c)Python代碼描述述程序的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)實例微實例4.3：整數(shù)累累加。輸入：正正整數(shù)R處理：S=1+2+3+…+R輸出：輸輸出S123456R=eval(input("請輸入正整數(shù):"))i,S=0,0while(i<=R):S=S+ii=i+1print("累加求和",S)(a)問題IPO描述(b)流程圖描描述(c)Python代碼描述述程序的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)實例IPO描描述主要要用于區(qū)區(qū)分程序序的輸入入輸出關關系，重重點在于于結(jié)構(gòu)劃劃分，算法主要采用用自然語語言描述述流程圖描描述側(cè)重重于描述述算法的的具體流流程關系系，流程程圖的結(jié)結(jié)構(gòu)化關關系相比比自然語語言描述述更進一一步，有有助于闡闡述算法法的具體體操作過過程Python代碼描述述是最終終的程序序產(chǎn)出，，最為細細致。程序的分分支結(jié)構(gòu)構(gòu)單分支結(jié)結(jié)構(gòu):if語句Python中if語句的語語法格式式如下：：if<條件>:語句塊語句塊是是if條件滿足足后執(zhí)行行的一個個或多個個語句序序列語句塊中中語句通通過與if所在行形形成縮進進表達包包含關系系if語句首先先評估<條件>的結(jié)果值值，如果果結(jié)果為為True，則執(zhí)行行語句塊塊里的語語句序列列，然后后控制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向程序序的下一一條語句句。如果果結(jié)果為為False，語句塊塊里的語語句會被被跳過。。布爾類型型(bool)TrueFlasebool函數(shù):bool(2)>>>A=1>2>>>type(A)數(shù)字非零零為True字符串為為True，空字符符串為False關系運算算符if語中<條件>部分可以以使用任任何能夠夠產(chǎn)生True或False的語句形成判斷斷條件最最常見的的方式是是采用關關系操作作符Python語言共有有6個關系操操作符操作符數(shù)學符號操作符含義<

<

小于<=≤小于等于>=≥大于等于>

>

大于===等于!=不等于邏輯操作作符(notandor)優(yōu)先級是是not>and>or邏輯操作作符and和or也稱作短短路操作作符（short-circuitlogic）：它們們的參數(shù)數(shù)從左向向右解析析，一旦旦結(jié)果可可以確定定就停止止。例如如，如果果A和C為真而B為假，AandBandC不會解析析C3and4,4and33or4(3),4or3(4)單分支結(jié)結(jié)構(gòu):if語句if語句的控控制流程程圖if語句中語語句塊執(zhí)執(zhí)行與否否依賴于于條件判判斷。但但無論什什么情況況，控制制都會轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到if語句后與與該語句句同級別別的下一一條語句句單分支結(jié)結(jié)構(gòu):if語句微實例4.4：PM2.5空氣質(zhì)量量提醒（（1）輸入：接接收外部部輸入PM2.5值處理：ifPM2.5值>=75，打印空空氣污染染警告if35<=PM2.5值<75，打印空空氣污染染警告ifPM2.5值<35，打印空空氣質(zhì)量量優(yōu)，建建議戶外外運動輸出：打打印空氣氣質(zhì)量提提醒微實例4.4m4.4PM25Warning.py

1234567PM=eval(input("請輸入PM2.5數(shù)值:"))if0<=PM<35:print("空氣優(yōu)質(zhì)，快去戶外運動!")if35<=PM<75:print("空氣良好，適度戶外活動！")if75<=PM:print("空氣污染，請小心！")

二分支結(jié)構(gòu)構(gòu):if-else語句Python中if-else語句用來來形成二二分支結(jié)結(jié)構(gòu)，語語法格式式如下：：if<條件>:<語句塊1>else:<語句塊2><語句塊塊1>是是在if條件滿滿足后執(zhí)執(zhí)行的一一個或多多個語句句序列<語句塊塊2>是是if條條件不滿滿足后執(zhí)執(zhí)行的語語句序列列二分支語語句用于于區(qū)分<條件>的兩種種可能True或者False，分分別形成成執(zhí)行路路徑二分支結(jié)構(gòu)構(gòu):if-else語句微實例4.5：PM2.5空氣質(zhì)量量提醒（（2）微實例4.5m4.5PM25Warning.py

12345PM=eval(input("請輸入PM2.5數(shù)值:"))ifPM>=75:print("空氣存在污染，請小心！")else：

print("空氣沒有污染，可以開展戶外運動!")

二分支結(jié)構(gòu)構(gòu):if-else語句二分支結(jié)結(jié)構(gòu)還有有一種更更簡潔的的表達方方式，適適合通過過判斷返返回特定定值，語語法格式式如下：：<表達式1>if<條件>else<表達式2>

12PM=eval(input("請輸入PM2.5數(shù)值:"))print("空氣{}污染!".format("存在"ifPM>=75else"沒有"))

二分支結(jié)構(gòu):if-else語句>>>count=2>>>countifcount!=0else"不存在"2>>>count=0>>>countifcount!=0else"不存在""不存在"if…else的緊湊結(jié)結(jié)構(gòu)非常適合合對特殊值處處理的情況，，如下：多分支結(jié)構(gòu):if-elif-else語句Python的if-elif-else描述述多分支結(jié)構(gòu)構(gòu)，語句格式式如下：if<條件1>:<語句塊1>elif<條件2>:<語句塊2>...else:<語句塊N>多分支結(jié)構(gòu):if-elif-else語句多分支結(jié)構(gòu)是是二分支結(jié)構(gòu)構(gòu)的擴展，這這種形式通常常用于設置同同一個判斷條條件的多條執(zhí)執(zhí)行路徑。Python依次評估尋尋找第一個結(jié)結(jié)果為True的條件，，執(zhí)行該條件件下的語句塊塊，同時結(jié)束后跳過整個if-elif-else結(jié)構(gòu)，執(zhí)行后后面的語句。。如果沒有任任何條件成立立，else下面的語句塊塊被執(zhí)行。else子句是可選的的多分支結(jié)構(gòu):if-elif-else語句微實例4.4通過多條獨立立的if語句對同一個個變量PM進行判斷，這這種情況更適適合多分支結(jié)結(jié)構(gòu)，改造后后的代碼如下下

1234567PM=eval(input("請輸入PM2.5數(shù)值:"))if0<=PM<35:print("空氣優(yōu)質(zhì)，快去戶外運動!")elif35<=PM<75:print("空氣良好，適度戶外活動！")else:print("空氣污染，請小心！")

身體質(zhì)量指數(shù)數(shù)BMIBMI的定義義如下：BMI=體重（kg）÷身高2（m2）例如，一個人人身高1.75米、體重75公斤，他的BMI值為24.49身體質(zhì)量指數(shù)數(shù)BMI分類國際BMI值（kg/m2）國內(nèi)BMI值（kg/m2）偏瘦<18.5<18.5正常18.5~2518.5~24偏胖25~3024~28肥胖>=30>=28編寫一個根據(jù)據(jù)體重和身高高計算BMI值的程序，，并同時輸出出國際和國內(nèi)內(nèi)的BMI指指標建議值身體質(zhì)量指數(shù)數(shù)BMI實例代碼5.1e5.1CalBMI.py

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345678910111213141516171819202122#e5.1CalBMI.pyheight,weight=eval(input("請輸入身高(米)和體重\(公斤)[逗號隔開]:"))bmi=weight/pow(height,2)print("BMI數(shù)值為：{:.2f}".format(bmi))wto,dom="",""ifbmi<18.5:#WTO標準wto="偏瘦"elifbmi<25:#18.5<=bmi<25wto="正常"elifbmi<30:#25<=bmi<30wto="偏胖"else:wto="肥胖"ifbmi<18.5:#我國衛(wèi)生部標準dom="偏瘦"elifbmi<24:#18.5<=bmi<24dom="正常"elifbmi<28:#24<=bmi<28dom="偏胖"else:dom="肥胖"print("BMI指標為:國際'{0}',國內(nèi)'{1}'".format(wto,dom))

>>>

請輸入身高(米)和體重(公斤)[逗號隔開]:1.75,75BMI數(shù)值為：24.49BMI指標為:國際'正常',國內(nèi)'偏胖'實例代碼5.2e5.2CalBMI.py

12

3456789101112131415161718#e5.2CalBMI.pyheight,weight=eval(input("請輸入身高(米)和體重\(公斤)[逗號隔開]:"))bmi=weight/pow(height,2)print("BMI數(shù)值為：{:.2f}".format(bmi))wto,dom="",""ifbmi<18.5:wto,dom="偏瘦","偏瘦"elif18.5<=bmi<24:wto,dom="正常","正常"elif24<=bmi<25:wto,dom="正常","偏胖"elif25<=bmi<28:wto,dom="偏胖","偏胖"elif28<=bmi<30:wto,dom="偏胖","肥胖"else:wto,dom="肥胖","肥胖"print("BMI指標為:國際'{0}',國內(nèi)'{1}'".format(wto,dom))

程序的循環(huán)結(jié)結(jié)構(gòu)遍歷循環(huán):for語句遍歷循環(huán)：根據(jù)循環(huán)執(zhí)行行次數(shù)的確定定性，循環(huán)可可以分為確定定次數(shù)循環(huán)和和非確定次數(shù)數(shù)循環(huán)。確定定次數(shù)循環(huán)指指循環(huán)體對循循環(huán)次數(shù)有明明確的定義循循環(huán)次數(shù)采用用遍歷結(jié)構(gòu)中中元素個數(shù)來來體現(xiàn)Python通過保留字字for實現(xiàn)現(xiàn)“遍歷循環(huán)”：for<循環(huán)變量>in<遍歷結(jié)構(gòu)>:<語句塊>遍歷循環(huán):for語句遍歷結(jié)構(gòu)可以以是字符串、、文件、組合合數(shù)據(jù)類型或或range()函數(shù)：循環(huán)N次foriinrange(N):<語句塊>遍歷文件fi的每一行forlineinfi:<語句塊>遍歷字符串sforcins:<語句塊>遍歷列表lsforiteminls:<語句塊>遍歷循環(huán)還有有一種擴展模模式，使用方方法如下：for<循環(huán)變量>in<遍歷結(jié)構(gòu)>:<語句塊1>else:<語句塊2>遍歷循環(huán):for語句當for循環(huán)環(huán)正常執(zhí)行之之后，程序會會繼續(xù)執(zhí)行else語句句中內(nèi)容。else語句句只在循環(huán)正正常執(zhí)行之后后才執(zhí)行并結(jié)束，因此，可以在在<語句塊2>中放置判斷循循環(huán)執(zhí)行情況況的語句。

12345forsin"BIT":print("循環(huán)進行中:"+s)else:s="循環(huán)正常結(jié)束"print(s)

>>>

循環(huán)進行中:B循環(huán)進行中:I循環(huán)進行中:T循環(huán)正常結(jié)束無限循環(huán):while語句無限循環(huán)：無限循環(huán)一直直保持循環(huán)操操作直到特定循環(huán)條件不被滿足才結(jié)束，，不需要提前前知道確定循環(huán)次數(shù)。Python通過保留字字while實現(xiàn)無限循循環(huán)，使用方方法如下：while<條件>:<語句塊>語句塊無限循環(huán):while語句無限循環(huán)也有有一種使用保保留字else的擴展模式：：while<條件>:<語句塊1>else:<語句塊2>

1234567s,idx="BIT",0whileidx<len(s):print("循環(huán)進行中:"+s[idx])idx+=1else:s="循環(huán)正常結(jié)束"print(s)

>>>

循環(huán)進行中:B循環(huán)進行中:I循環(huán)進行中:T循環(huán)正常結(jié)束循環(huán)保留字:break和continue循環(huán)結(jié)構(gòu)有兩兩個輔助保留字：break和continue，它們用來輔輔助控制循環(huán)環(huán)執(zhí)行break用來跳出最內(nèi)內(nèi)層for或while循環(huán)，脫離該該循環(huán)后程序從循環(huán)后后代嗎繼續(xù)續(xù)執(zhí)行

12345forsin"BIT":foriinrange(10):print(s,end="")ifs=="I":break

>>>

BBBBBBBBBBITTTTTTTTTT其中，break語句跳出了最最內(nèi)層for循環(huán)，但仍然然繼續(xù)執(zhí)行外外層循環(huán)。每每個break語句只有能力力跳出當前層層次循環(huán)循環(huán)保留字:break和continuecontinue用來結(jié)束當前前當次循環(huán)，，即跳出循環(huán)環(huán)體中下面尚尚未執(zhí)行的語語句，但不跳跳出當前循環(huán)環(huán)。對于while循環(huán)，繼續(xù)求求解循環(huán)條件件。而對于for循環(huán)，程序流流程接著遍歷歷循環(huán)列表對比continue和break語句，如下

1234forsin"PYTHON":ifs=="T":continueprint(s,end="")

1234forsin"PYTHON":ifs=="T":breakprint(s,end="")

>>>

PYHON>>>

PY循環(huán)保留字:break和continuecontinue語句和break語句的區(qū)別是是：continue語句只結(jié)束本本次循環(huán)，而而不終止整個個循環(huán)的執(zhí)行行。break語句則是結(jié)束束整個循環(huán)過過程，不再判判斷執(zhí)行循環(huán)環(huán)的條件是否否成立

1234forsin"PYTHON":ifs=="T":continueprint(s,end="")

1234forsin"PYTHON":ifs=="T":breakprint(s,end="")

>>>

PYHON>>>

PY循環(huán)保留字:break和continuefor循環(huán)和和while循環(huán)中都存存在一個else擴展用用法。else中的的語句塊只在在一種條件下下執(zhí)行，即for循環(huán)正正常遍歷了所有內(nèi)容沒沒有因為break或return而退出。continue保留字對else沒有影響。看看下面兩個例例子

123456forsin"PYTHON":ifs=="T":continueprint(s,end="")else:print("正常退出")

123456forsin"PYTHON":ifs=="T":breakprint(s,end="")else:print("正常退出")

>>>

PYHON正常退出>>>

PYrandom庫的使用random庫概述隨機數(shù)在計算算機應用中十十分常見，Python內(nèi)置的random庫庫主要用于產(chǎn)產(chǎn)生各種分布布的偽隨機數(shù)數(shù)序列。random庫庫采用梅森旋旋轉(zhuǎn)算法（Mersennetwister）生成偽隨機機數(shù)序列，可可用于除隨機機性要求更高高的加解密算算法外的大多多數(shù)工程應用用。使用random庫主要目的是是生成隨機數(shù)數(shù)，因此，讀讀者只需要查查閱該庫的隨隨機數(shù)生成函函數(shù)，找到符符合使用場景景的函數(shù)使用用即可。這個個庫提供了不不同類型的隨隨機數(shù)函數(shù)，，所有函數(shù)都都是基于最基基本的random.random()函數(shù)擴展而來來。random庫解析函數(shù)描述seed(a=None)初始化隨機數(shù)種子，默認值為當前系統(tǒng)時間random()生成一個[0.0,1.0)之間的隨機小數(shù)randint(a,b)生成一個[a,b]之間的整數(shù)getrandbits(k)生成一個k比特長度的隨機整數(shù)randrange(start,stop[,step])生成一個[start,stop)之間以step為步數(shù)的隨機整數(shù)uniform(a,b)生成一個[a,b]之間的隨機小數(shù)choice(seq)從序列類型(例如：列表)中隨機返回一個元素shuffle(seq)將序列類型中元素隨機排列，返回打亂后的序列sample(pop,k)從pop類型中隨機選取k個元素，以列表類型返回random庫解析對random庫的引用用方法與math庫一樣樣，采用下面面兩種方式實實現(xiàn)：importrandom或fromrandomimport*>>>fromrandomimport*>>>random()0.2922089114412476>>>uniform(1,10)1.5913082783598524>>>uniform(1,20)7>>>randrange(0,100,4)#從0開始到100以4遞增的元素中隨機返回96>>>choice(range(100))97>>>ls=list(range(10))>>>print(ls)[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]>>>shuffle(ls)>>>print(ls)[5,8,4,7,6,9,3,0,2,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9]random庫解析生成隨機數(shù)之之前可以通過過seed()函數(shù)指定隨機機數(shù)種子，隨隨機種子一般般是一個整數(shù)數(shù)，只要種子子相同，每次次生成的隨機機數(shù)序列也相相同。這種情情況便于測試試和同步數(shù)據(jù)據(jù)>>>seed(125)#隨機種子賦值125>>>"{}.{}.{}".format(randint(1,10),randint(1,10),randint(1,10))'4.4.10'>>>"{}.{}.{}".format(randint(1,10),randint(1,10),randint(1,10))'5.10.3'>>>seed(125)#再次給隨機種子賦值125>>>"{}.{}.{}".format(randint(1,10),randint(1,10),randint(1,10))'4.4.10'π的計算π的計算π（圓周率））是一個無理理數(shù)，即無限限不循環(huán)小數(shù)數(shù)。精確求解解圓周率π是是幾何學、物物理學和很多多工程學科的的關鍵。對π的精確求解曾經(jīng)是數(shù)學歷史上上一直難以解解決的問題之之一，因為π無法用任何精精確公式表示示，在電子計計算機出現(xiàn)以以前，π只能通過一些些近似公式的的求解得到，，直到1948年，人類才以以人工計算方方式得到π的808位精確小數(shù)。。π的計算隨著計算機的的出現(xiàn)，數(shù)學學家找到了另類求解π的另類方法：蒙特卡羅（MonteCarlo）方法，又稱稱隨機抽樣或或統(tǒng)計試驗方方法。當所要要求解的問題題是某種事件件出現(xiàn)的概率率，或者是某某個隨機變量量的期望值時時，它們可以以通過某種“試驗”的方法，得到到這種事件出出現(xiàn)的頻率，，或者這個隨隨機變數(shù)的平平均值，并用用它們作為問問題的解。這這就是蒙特卡羅方方法的基本思思想。π的計算應用蒙特卡羅羅方法求解ππ的基本步驟驟如下：隨機向單位正方形和和圓結(jié)構(gòu)，拋灑大量“飛鏢”點計算每個點到到圓心的距離離從而判斷該該點在圓內(nèi)或或者圓外用圓內(nèi)的點數(shù)數(shù)除以總點數(shù)數(shù)就是π/4值。隨機點點數(shù)量量越大大，越越充分分覆蓋蓋整個個圖形形，計計算得得到的的π值越精精確。。實際際上，，這個個方法法的思思想是是利用用離散散點值值表示示圖形形的面面積，，通過過面積積比例例來求求解π值。π的計算算計算π使用的的正方方形和和圓結(jié)結(jié)構(gòu)計算π使用的的1/4區(qū)域和和拋點點過程程π的計算算實例代碼6.1e6.1CalPi.py

123456789101112131415#e6.1CalPi.pyfromrandomimportrandomfrommathimportsqrtfromtimeimportclockDARTS=10000hits=0.0clock()foriinrange(1,DARTS+1):x,y=random(),random()dist=sqrt(x**2+y**2)ifdist<=1.0:hits=hits+1pi=4*(hits/DARTS)print("Pi值是{}.".format(pi))print("運行時間是:{:5.5}s".format(clock()))

>>>

Pi值是3.144.運行時間是:0.016477sπ的計算算DARTSπ運行時間2103.1093750.011s2113.1386710.012s2123.1503900.014s2133.1435540.018s2143.1413570.030s2153.1478270.049s2163.1419670.116s2183.1445770.363s2203255s2253.141697883640.13s不同拋拋點數(shù)數(shù)產(chǎn)生生的精精度和和運行行時間間異常處處理機機制異常處處理:try-except語句

12num=eval(input("請輸入一個整數(shù):"))print(num**2)

觀察下下面這這段小小程序序：當用戶戶輸入入的不不是數(shù)數(shù)字呢呢？>>>

請輸入一個整數(shù):10010000>>>

請輸入一個整數(shù):NOTraceback(mostrecentcalllast):File"D:/PythonPL/echoInt.py",line1,in<module>num=eval(input("請輸入一個整數(shù):"))File"<string>",line1,in<module>NameError:name'No'isnotdefined異常處處理:try-except語句(接管錯錯誤)Python解解釋器器返回回了異異常信信息，，同時時程序序退出出異常處處理:try-except語句Python異異常信信息中中最重重要的的部分分是異異常類類型，，它表表明了了發(fā)生生異常常的原原因，，也是是程序序處理理異常常的依依據(jù)。。Python使用try-except語句實實現(xiàn)異異常處處理，，基本本的語語法格格式如如下：：try:<語句塊塊1>except<異常類類型>:<語句塊塊2>異常處處理:try-except語句

12try:num=eval(input("請輸入一個整數(shù):"))print(num**2)except:print("輸入錯誤，請輸入一個整數(shù)!")

該程序序執(zhí)行行效果果如下下：>>>

請輸入一個整數(shù):NO輸入錯誤，請輸入一個整數(shù)!異常的的高級級用法法try-except語句可可以支支持多多個except語句，，語法法格式式如下下：try:<語句塊塊1>except<異常類類型1>:<語句塊塊2>….except<異常類類型N>:<語句塊塊N+1>e