Python程序設(shè)計(jì) 課件 第7章 循環(huán)結(jié)構(gòu)和布爾值_第1頁(yè)
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循環(huán)結(jié)構(gòu)和布爾值第七章課程目標(biāo)課程目標(biāo)2理解交互式循環(huán)和哨兵循環(huán)的編程模式，以及它們用Python的while語(yǔ)句的實(shí)現(xiàn)1理解確定和不定循環(huán)的概念，以及它們用Python的for和while語(yǔ)句的實(shí)現(xiàn)3理解文件結(jié)束循環(huán)的編程模式，以及在Python中實(shí)現(xiàn)這種循環(huán)的方法4能為涉及循環(huán)模式（包括嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)）的問題設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)解決方案5理解布爾代數(shù)的基本思想，并能分析和編寫涉及布爾運(yùn)算符的布爾表達(dá)式PART1for循環(huán)：快速回顧1for循環(huán)：快速回顧for循環(huán)語(yǔ)句允許我們?cè)L問一系列值，它的基本形式：for<var>in<sequence>:<body>依次取序列中的每個(gè)值，循環(huán)體中的語(yǔ)句針對(duì)每個(gè)值執(zhí)行一次。主要用于遍歷，但是不能實(shí)現(xiàn)下標(biāo)訪問1for循環(huán)：快速回顧阿基米德與國(guó)王下棋，國(guó)王輸了，國(guó)王問阿基米德要什么獎(jiǎng)賞？阿基米德對(duì)國(guó)王說：“只要在棋盤上第一個(gè)放一粒米，第二格放二粒，第三格放四粒，第四格放十六?！催@個(gè)方法放滿整個(gè)棋盤就行?！眹?guó)王以為要不了多少糧食，就隨口答應(yīng)了，結(jié)果國(guó)王輸了。國(guó)際象棋一共有64格，現(xiàn)在請(qǐng)大家來算算一共要多少粒米。1for循環(huán)：快速回顧importmathdefmain():all_sum=0n=int(input("輸入整數(shù)："))

foriinrange(1,n+1):all_sum=all_sum+pow(2,i-1)print(all_sum)

main()1for循環(huán)：快速回顧輸入整數(shù)：64184467440737095516151公斤大米約4萬粒，所以是46萬億公斤大米。中國(guó)一年的大米產(chǎn)量約13277億斤1for循環(huán)：快速回顧了解計(jì)數(shù)循環(huán)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能工作的程序了解累積器PART2不定循環(huán)2不定循環(huán)for循環(huán)是一個(gè)有限循環(huán)，這意味著循環(huán)開始時(shí)確定迭代次數(shù)。方法：用另一種循環(huán)，即“不定循環(huán)”或“條件循環(huán)”。一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)保持迭代，直到滿足某些條件。2不定循環(huán)在Python中，用while語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)了一個(gè)不定循環(huán)。while<condition>:<body>是一個(gè)布爾表達(dá)式。是一個(gè)或多個(gè)語(yǔ)句的序列。2不定循環(huán)圖7.1

while循環(huán)的流程圖“先測(cè)試”循環(huán)2不定循環(huán)i=0

whilei<=10:

print(i)

i=i+1while要求在循環(huán)之前負(fù)責(zé)初始化i，并在循環(huán)體的底部讓i增加。在for循環(huán)中，循環(huán)變量是自動(dòng)處理的。PART3交互式循環(huán)3交互式循環(huán)交互式循環(huán)：允許用戶根據(jù)需要重復(fù)程序的某些部分。例：以數(shù)字求平均值。為了允許用戶在任何時(shí)間停止，循環(huán)的每次迭代將詢問是否有更多的數(shù)據(jù)要處理。3交互式循環(huán)defmain():total=0.0count=0moredata="yes"whilemoredata[0]=="y":x=float(input("輸入一個(gè)數(shù)>>"))

total=total+xcount=count+1moredata=input("是否還要繼續(xù)輸入(y/n)?")print("\n平均值為：",total/count)main()將交互式循環(huán)模式和累加器結(jié)合得到求平均值的算法。3交互式循環(huán)輸入一個(gè)數(shù)>>5是否還要繼續(xù)輸入(y/n)?y輸入一個(gè)數(shù)>>6是否還要繼續(xù)輸入(y/n)?y輸入一個(gè)數(shù)>>7是否還要繼續(xù)輸入(y/n)?n

平均值為：6.0PART4哨兵循環(huán)（改進(jìn)）4哨兵循環(huán)哨兵循環(huán)不斷處理數(shù)據(jù)，直到達(dá)到一個(gè)特殊值，表明迭代結(jié)束。特殊值稱為“哨兵”?？梢赃x擇任何值作為哨兵。唯一的限制是能與實(shí)際數(shù)據(jù)值區(qū)分開來。哨兵不作為數(shù)據(jù)的一部分進(jìn)行處理。4哨兵循環(huán)獲取第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)當(dāng)該數(shù)據(jù)不是哨兵時(shí)處理數(shù)據(jù)獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)有時(shí)被稱為“啟動(dòng)讀入”4哨兵循環(huán)設(shè)計(jì)一個(gè)可以計(jì)算任何實(shí)數(shù)平均值的算法。選擇一個(gè)與正實(shí)數(shù)和負(fù)實(shí)數(shù)都不同的“哨兵”當(dāng)輸入不是“哨兵”時(shí)，可以一直進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入當(dāng)輸入“哨兵”時(shí)，程序則退出輸入并計(jì)算平均值4哨兵循環(huán)初始化total為0.0初始化count為0輸入數(shù)據(jù)為字符串,xStrwhilexStr不為空將xStr轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型,x將x與total相加count加1輸入下一個(gè)字符串?dāng)?shù)據(jù),xStr輸出total/count4哨兵循環(huán)defmain():total=0.0count=0xStr=input("輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>")

whilexStr!="":#“”空字符串這個(gè)就是哨兵x=float(xStr)total=total+xcount=count+1xStr=input("輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>")

print("\n平均值為：",total/count)main()4哨兵循環(huán)輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>5輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>6輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>7輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>4輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>3輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>

平均值為：5.0PART5文件循環(huán)（進(jìn)一步優(yōu)化）5文件循環(huán)所有平均值程序都有一個(gè)缺點(diǎn)：它們是互動(dòng)的，不能返回修改數(shù)據(jù)。如果你正在嘗試求87個(gè)數(shù)字的平均值，而恰巧在接近尾聲時(shí)發(fā)生了打字錯(cuò)誤。用我們的互動(dòng)程序，你只能重新開始。將所有數(shù)字輸入到文件中。5文件循環(huán)defmain():fileName=input("選擇文件")infile=open(fileName,’r’)total=0.0count=0forlineininfile:total=total+float(line)count=count+1print("\n平均值為：",total/count)main()將文件作為行序列，遍歷該文件。使用文件對(duì)象作為for循環(huán)中的序列，可以查看文件中的數(shù)據(jù)。將這種技術(shù)直接應(yīng)用于數(shù)字平均值問題。假設(shè)數(shù)字被輸入一個(gè)文件，每行一個(gè)，可以用下列程序計(jì)算平均值。5文件循環(huán)line=infile.readline()whileline!="":#processlineline=infile.readline()下面是Python中使用readline()的“文件結(jié)束循環(huán)”的一般模式。5文件循環(huán)文本文件中的空白行包含單個(gè)換行符（"\n"），而且readline方法在其返回值中包含換行符。由于"\n"!=""，所以循環(huán)將繼續(xù)。我擔(dān)心如果文件中遇到空行，該循環(huán)會(huì)過早停止。如:1234565文件循環(huán)defmain():fileName=input("輸入文件名：")

infile=open(fileName,'r')total=0.0count=0line=infile.readline()whileline!="":ifline!="\n":total=total+float(line)count=count+1line=infile.readline()print("\n平均值為：",total/count)main()PART6嵌套循環(huán)(提高)6嵌套循環(huán)以求平均值為例子。假設(shè)文件不是每行一個(gè)數(shù)，而是每行有多個(gè)數(shù)，每個(gè)數(shù)之間以逗號(hào)隔開。如：1,2,3,4,57,8,9,116,5,4,5在頂層，基本算法將是某種文件處理循環(huán)，計(jì)算不斷增長(zhǎng)的總和與計(jì)數(shù)。在實(shí)踐中，我們使用文件結(jié)束循環(huán)。6嵌套循環(huán)外部循環(huán)total=0.0count=0line=infile.readline()whileline!="":#updatetotalandcountforvaluesinlineline=infile.readline()print("\nTheaverageofthenumbersis",total/count)6嵌套循環(huán)1由于文件中每個(gè)單獨(dú)的行包含一個(gè)或多個(gè)由逗號(hào)分隔的數(shù)字，所以我們可以將該行分割成子字符串，每個(gè)代表一個(gè)數(shù)字。2我們需要循環(huán)遍歷這些子字符串，將每個(gè)子字符串轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字，并將它加到total中。3對(duì)每個(gè)數(shù)字，我們還需要讓count加1。6嵌套循環(huán)內(nèi)部循環(huán)forxStrinline.split(","):total=total+float(xStr)count=count+1迭代由line的值控制。366嵌套循環(huán)defmain():fileName=input("輸入文件名：")

infile=open(fileName,'r')total=0.0count=0line=infile.readline()whileline!="":#更新total和count的值

forxStrinline.split(","):total=total+float(xStr)count=count+1line=infile.readline()print("\n平均值為：",total/count)main()對(duì)文件的每一行進(jìn)行一次迭代。迭代的次數(shù)等于該行中數(shù)字的次數(shù)。6嵌套循環(huán)01設(shè)計(jì)嵌套循環(huán)02先設(shè)計(jì)外層，不考慮內(nèi)層的內(nèi)容03設(shè)計(jì)內(nèi)層的內(nèi)容，忽略外層循環(huán)放在一起，注意保留嵌套PART7布爾值計(jì)算第二課時(shí)7布爾值計(jì)算我們現(xiàn)在有兩種控制結(jié)構(gòu)（if和while）使用條件，即布爾表達(dá)式。在概念上，布爾表達(dá)式求值為假或真兩個(gè)值之一。在Python中，這些值由字面量False和True表示。到目前為止，我們使用簡(jiǎn)單的布爾表達(dá)式來比較兩個(gè)值（如x>=0）。PART8布爾運(yùn)算符8布爾運(yùn)算符<expr>and<expr><expr>or<expr>有時(shí)，我們使用的簡(jiǎn)單條件似乎不足以表達(dá)。那我們就可以使用“布爾運(yùn)算”來構(gòu)造更復(fù)雜的表達(dá)式。與(and)或(or)非(not)布爾運(yùn)算符8布爾運(yùn)算符表7-1

and的真值表P表達(dá)式1，Q表達(dá)式2PQPandQTTTTFFFTFFFF8布爾運(yùn)算符表7-2

or的真值表pqPorQTTTTFTFTTFFF8布爾運(yùn)算符表7-3

not的真值表PnotPTFFT8布爾運(yùn)算符Python遵循一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)慣例：與(and)或(or)非(not)高低當(dāng)在一個(gè)運(yùn)算表達(dá)式中有多個(gè)布爾表達(dá)式，那么應(yīng)該先計(jì)算那個(gè)呢？8布爾運(yùn)算符ifp1.getX()==p2.getX()andp2.getY()==p1.getY():print("兩點(diǎn)在同一位置")else:print("兩點(diǎn)不在同一位置")用布爾表達(dá)式測(cè)試兩點(diǎn)是否在同一位置。PART9布爾代數(shù)9布爾代數(shù)計(jì)算機(jī)程序中的所有判斷都?xì)w結(jié)為適當(dāng)?shù)牟紶柋磉_(dá)式。布爾表達(dá)式遵循一些代數(shù)定律，類似于適用于數(shù)字運(yùn)算的定律。這些定律稱為“布爾邏輯”或“布爾代數(shù)”。我能用布爾表達(dá)式來表達(dá)、操作和推理。and與乘法有相似之處，or與加法相似，0和1對(duì)應(yīng)于假和真。9布爾代數(shù)代數(shù)布爾代數(shù)a*0=0aandfalse==falsea*1=aaandtrue==aa+0=aaorfalse==a表7-4

一些代數(shù)規(guī)則和布爾代數(shù)中相關(guān)的規(guī)則9布爾代數(shù)and和or滿足分配律：下面兩個(gè)恒等式稱為DeMorgan定律：(aor(bandc))==((aorb)and(aorc))(aand(borc))==((aandb)or(aandc))(not(aorb))==((nota)and(notb))(not(aandb))==((nota)or(notb))9布爾代數(shù)表7-5

DeMorgan第一定律abaorbnot(aorb)notanotb(nota)and(notb)TTTFFFFTFTFFTFFTTFTFFFFFTTTT布爾代數(shù)有一個(gè)不錯(cuò)的特性：這種簡(jiǎn)單的恒等式很容易用真值表驗(yàn)證。PART10其他常見結(jié)構(gòu)10其他常見結(jié)構(gòu)判斷結(jié)構(gòu)（if）以及先測(cè)試循環(huán)（while）提供了一套完整的控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于某些類型的問題，替代結(jié)構(gòu)有時(shí)會(huì)比較方便。PART11后測(cè)試循環(huán)11后測(cè)試循環(huán)假設(shè)你正在編寫一個(gè)輸入算法，該算法需要從用戶那里獲取一個(gè)非負(fù)數(shù)。如果用戶鍵入錯(cuò)誤的輸入，程序會(huì)要求另一個(gè)值。它不斷重新提示，直到用戶輸入一個(gè)有效值。這個(gè)過程稱為輸入驗(yàn)證。11后測(cè)試循環(huán)repeatgetanumberfromtheuseruntilnumberis>=011后測(cè)試循環(huán)圖7.2測(cè)試后循環(huán)的流程圖11后測(cè)試循環(huán)number=-1whilenumber<0: number=float(input("輸入正數(shù):"))Python沒有直接實(shí)現(xiàn)后測(cè)試循環(huán)的語(yǔ)句。但是，該算法可以用while來實(shí)現(xiàn)，只要預(yù)設(shè)第一次迭代的循環(huán)條件。這迫使循環(huán)體至少執(zhí)行一次，并且等價(jià)于后測(cè)試算法。11后測(cè)試循環(huán)whileTrue: number=float(input("輸入正數(shù):")) ifnumber>=0:break也可以使用Python的break語(yǔ)句來直接模擬后測(cè)試循環(huán)。執(zhí)行break會(huì)導(dǎo)致Python立即退出圍繞它的循環(huán)。通常用break語(yǔ)句來跳出語(yǔ)法上像是無限的循環(huán)。PART12循環(huán)加一半12循環(huán)加一半whileTrue:

number=float(input("Enterapositivenumber:"))

ifx>=0:break#Loopexit

print("Thenumberyouenteredwasnotpositive")這里的循環(huán)出口實(shí)際上位于循環(huán)體的中間，這稱為“循環(huán)加一半”。12循環(huán)加一半whileTrue:獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)如果該數(shù)據(jù)為哨兵:break處理數(shù)據(jù)“循環(huán)加一半”是避免在哨兵循環(huán)中啟動(dòng)讀取的一種很好的方式。12循環(huán)加一半這個(gè)實(shí)現(xiàn)忠實(shí)于哨兵循環(huán)的第一規(guī)則——避免處理哨兵值。圖7.3哨兵循環(huán)的流程圖12循環(huán)加一半#8_6new_sentry.pydefmain():total=0.0count=0whileTrue:#哨兵為""空字符串xStr=input("輸入一個(gè)數(shù)字(<Enter>退出)>>")ifxStr=="":breakx=float(xStr)total=total+xcount=count+1print("\n平均值為：",total/count)main()PART13布爾表達(dá)式作為判斷13布爾表達(dá)式作為判斷有時(shí)布爾表達(dá)式本身也可以作為控制結(jié)構(gòu)。整數(shù)1整數(shù)0真假事實(shí)上，bool類型只是一個(gè)“特殊”的int類型，其中0和1的值打印為False和True。13布爾表達(dá)式作為判斷True和False分別表示布爾值真和假。Python條件運(yùn)算符總是求值為bool類型的值。任何內(nèi)置類型都可以解釋為布爾值。對(duì)于數(shù)字（int和floats），零值被認(rèn)為是假，除零之外的任何值都被認(rèn)為是真。13布爾表達(dá)式作為判斷>>>bool(1)True>>>bool(-1)True>>>bool(0)False>>>bool("abc")True>>>bool("")False>>>bool([1,2,3])True>>>bool([])False13布爾表達(dá)式作為判斷對(duì)于序列類型，空序列被解釋為假，而任何非空序列被用來表示真。Python布爾值的靈活性擴(kuò)展到布爾運(yùn)算符。操作符操作定義xandy如果x為假，返回x，否則返回yxory如果x為真，返回x，否則返回ynotx如果x為假，返回真，否則返回假表7-6

布爾運(yùn)算符的行為13布爾表達(dá)式作為判斷whileresponse[0]=="y"or"Y":while(response[0]=="y")or("Y"):如果我們輸入下面這樣一句代碼會(huì)發(fā)生什么呢？我們可以將其寫為aorb的形式：PART14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)包含圖形用戶界面（GUI）的現(xiàn)代程序通常以事件驅(qū)動(dòng)的方式編寫。程序顯示圖形界面，然后“等待”用戶事件，諸如單擊菜單或按鍵盤上的一個(gè)鍵。該程序通過處理該事件做出響應(yīng)。在背后，驅(qū)動(dòng)這種風(fēng)格的程序的機(jī)制是所謂的“事件循環(huán)”。14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)繪制GUIwhileTrue:獲取下一個(gè)事件if事件是"退出信號(hào)":break處理事件清理并退出14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)例：打開圖形窗口，允許用戶通過鍵入不同的鍵來改變其背景顏色，如R為紅色、G為灰色等。用戶可以隨時(shí)通過按下Q鍵退出。14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)fromgraphicsimport*defmain():win=GraphWin("顏色窗口",500,500)

whileTrue:key=win.getKey()ifkey=="q"orkey=="Q":break#根據(jù)不同按鍵進(jìn)行處理

ifkey=="r"orkey=="R":win.setBackground("pink")elifkey=="w"orkey=="W":win.setBackground("white")elifkey=="g"orkey=="G":win.setBackground("lightgray")elifkey=="b"orkey=="B":win.setBackground("lightblue")win.close()main()強(qiáng)制用戶按一個(gè)鍵繼續(xù)14示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)更靈活的用戶界面可能允許用戶以各種方式進(jìn)行交互。課程目標(biāo)小結(jié)希望大家能夠?yàn)樯婕把h(huán)模式（包括嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)）的問題設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)解決方案、理解布爾代數(shù)的基本思想，并能分析和編寫涉及布爾運(yùn)算符的布爾表達(dá)式。課程目標(biāo)實(shí)踐任務(wù)1.假設(shè)我們要編寫一個(gè)程序，計(jì)算用戶輸入的一系列數(shù)字的平均值。為了讓程序通用，它應(yīng)該適用于任意大小的數(shù)字。你知道平均值是通過對(duì)數(shù)字求和并除以數(shù)字的個(gè)數(shù)來計(jì)算的。我們不需要記錄所有輸入的數(shù)字,只需要一個(gè)不斷增長(zhǎng)的總和，以便最后計(jì)算平均值。課程目標(biāo)實(shí)踐任務(wù)2.數(shù)字平均值問題有一個(gè)更好的解決方案，即采用一種名為“哨兵循環(huán)”的模式。哨兵循環(huán)不斷處理數(shù)據(jù)，直到達(dá)到一個(gè)特殊值，表明迭代結(jié)束。我們可以將哨兵模式應(yīng)用于數(shù)字平均值問題。第一步是選擇哨兵。假設(shè)我們正在使用該程序來計(jì)算考試成績(jī)的平均值。在這種情況下，我們可以放心地假設(shè)沒有得分低于0。用戶可以輸入負(fù)數(shù)來表示數(shù)據(jù)結(jié)束。課程目標(biāo)實(shí)踐任務(wù)3.作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，請(qǐng)考慮一個(gè)程序，它只是打開圖形窗口，允許用戶通過鍵入不同的鍵來改變其顏色，如R為紅色、G為灰色等。用戶可以隨時(shí)通過按下Q鍵退出。我們可以將它編碼為一個(gè)簡(jiǎn)單的事件循環(huán)，用getKey()來處理按鍵。課程目標(biāo)課后習(xí)題選擇題1.在循環(huán)體中可以執(zhí)行__

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