Python人工智能編程基礎(chǔ)項目五

循環(huán)與跳轉(zhuǎn)主講教師：XXX課前導(dǎo)入晚上，阿曹還在懷念下午跟朋友們玩猜數(shù)游戲的歡快時光。媽媽提示阿曹可以編寫一個Python程序來玩猜數(shù)游戲。于是，阿曹決定使用while循環(huán)來實(shí)現(xiàn)猜數(shù)的功能。經(jīng)過一番嘗試，阿曹完成了程序編寫，并且每次都可以根據(jù)程序的提示馬上猜中數(shù)字。阿曹感慨while循環(huán)真是一種強(qiáng)大的工具，可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)的操作和條件判斷，從而解決實(shí)際問題。重難點(diǎn)重點(diǎn)：難點(diǎn)：for語句、while語句、break語句、continue語句跳轉(zhuǎn)語句、嵌套循環(huán)CONTENTSwhile語句for語句跳轉(zhuǎn)語句嵌套循環(huán)目錄CONTENTS01020304parTONEwhile語句01知識儲備：while語句的定義1Python中，while循環(huán)和if條件分支語句類似，即在條件（表達(dá)式）為True的情況下，會執(zhí)行相應(yīng)的語句塊。不同之處在于，只要條件為True，while語句就會一直重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體語句塊。while語句的基本語法如下：while<條件>：語句塊語法表示：首先判斷條件表達(dá)式的值，如果條件表達(dá)式為True，則執(zhí)行語句塊中的語句序列。當(dāng)執(zhí)行完畢后，再重新判斷條件表達(dá)式的值是否為真，若仍為True，則繼續(xù)重新執(zhí)行語句塊...如此循環(huán)，直到條件表達(dá)式的值為False，才終止循環(huán)。當(dāng)條件永為True時，while循環(huán)語句為無限循環(huán)。上述的語句塊，指的是縮進(jìn)格式相同的多行代碼，不過在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，它又稱為循環(huán)體。知識儲備：while語句的應(yīng)用1循環(huán)語句主要是用于解決某些重復(fù)的代碼工作，使需要重復(fù)的代碼只寫一遍即可，下面通過實(shí)際案例說明。根據(jù)while循環(huán)語句計算1到100之和。sum=0i=1whilei<=100:sum+=ii+=1print("1到100的和為：",sum)運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：1到100的和為：5050左邊的代碼中，當(dāng)i≤100時，循環(huán)條件表達(dá)式一直為True，每次循環(huán)都會將循環(huán)變量i和總值sum相加并賦值給sum，循環(huán)變量i再自增1。當(dāng)i=101時循環(huán)條件表達(dá)式為False，終止循環(huán)。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中同樣需要注意冒號和縮進(jìn)，只要位于while循環(huán)體中的代碼，其必須使用相同的縮進(jìn)格式（通常縮進(jìn)4個空格），否則Python解釋器會報SyntaxError錯誤（語法錯誤）。例如，將上面程序中num+=1語句前移一個空格，再次執(zhí)行該程序，此時Python解釋器就會報SyntaxError錯誤。除此之外，while循環(huán)還常用來遍歷列表、元組和字符串，因為它們都支持通過下標(biāo)索引獲取指定位置的元素。任務(wù)實(shí)操——計算n的階乘1任務(wù)實(shí)操計算n的階乘實(shí)訓(xùn)【例5.1】編寫程序計算n的階乘?！?輸入：n（整數(shù)）— 輸出：n的階乘— 例如：輸入5，輸出：n！=120任務(wù)實(shí)操——計算n的階乘實(shí)訓(xùn)1具體編程示例：n=eval(input("請輸入n的值："))result=1whilen>1:result*=nn-=1print("n！={}".format(result))運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：請輸入需要n的值：5n！=120任務(wù)鞏固——計算1到n的奇數(shù)和1任務(wù)鞏固計算1到n的奇數(shù)和實(shí)訓(xùn)編寫程序計算1到n的奇數(shù)和?！?輸入：n（整數(shù)）— 輸出：1到n的奇數(shù)和— 例如：輸入10，輸出：1到n的奇數(shù)和為：25輸出結(jié)果示例：請輸入n的值：101到n的奇數(shù)和為：25parTTWOfor語句02知識儲備：for循環(huán)語句語法格式2for循環(huán)是一種對序列進(jìn)行迭代的循環(huán)。循環(huán)變量遍歷序列中的每一個值。遍歷是指按照一定的順序訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的每個元素，以便對每個元素執(zhí)行某些操作。遍歷通常用于對序列類型（如列表、元組、字符串等）進(jìn)行操作，例如對每個元素進(jìn)行計算、打印等操作。通過遍歷，我們可以逐個訪問序列中的元素，對每個元素執(zhí)行相同的代碼，從而簡化代碼并提高程序的效率。for循環(huán)語句的語法格式如下：for<循環(huán)變量>in<循環(huán)結(jié)構(gòu)>:<語句塊>循環(huán)變量用于存放從序列類型變量中讀取出來的元素，所以一般不會在循環(huán)中對迭代變量手動賦值。語句塊指的是具有相同縮進(jìn)格式的多行代碼（和while一樣），由于和循環(huán)結(jié)構(gòu)聯(lián)用，因此語句塊又稱為循環(huán)體。for語句的控制過程如圖5.1所示。圖5.1for語句的控制流程圖知識儲備：for循環(huán)的具體應(yīng)用2（1）計數(shù)循環(huán)在使用for循環(huán)時，最基本的應(yīng)用就是進(jìn)行計數(shù)循環(huán)。for計數(shù)循環(huán)的語法格式如下：foriinrange(M,N,K):<語句塊>M：表示計數(shù)起始位置。N：表示計數(shù)終止位置。K：表示步長。遍歷由range()函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)字序列，產(chǎn)生循環(huán)。如果不設(shè)定計數(shù)范圍和步長，則只設(shè)定計數(shù)數(shù)值也可以（即：range(N)）。（2）列表、元組和字符串遍歷循環(huán)列表、元組和字符串遍歷循環(huán)的語法格式如下：for<循環(huán)變量>in<循環(huán)結(jié)構(gòu)>:<語句塊>當(dāng)用for循環(huán)遍歷列表、元組或字符串時，其循環(huán)變量會先后被賦值為列表、元組中的每個元素或字符串的每個字符并執(zhí)行一次循環(huán)體。例如，編寫一個程序，實(shí)現(xiàn)輸入一個整數(shù)n，輸出1到n之間所有奇數(shù)的和，可以執(zhí)行如下代碼：n=int(input("請輸入一個整數(shù)："))total=0#保存累加結(jié)果的變量foriinrange(1,n+1,2):#逐個獲取1~n之間的奇數(shù)

total+=iprint("奇數(shù)之和為：{}".format(total))運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：請輸入一個整數(shù)：10奇數(shù)之和為：25知識儲備：for循環(huán)的具體應(yīng)用2（3）字典遍歷循環(huán)在使用for循環(huán)遍歷字典時，經(jīng)常會用到和字典相關(guān)的3個函數(shù)

，即items()、keys()以及values()，它們各自的用法已經(jīng)在前面章節(jié)中講過，這里不再贅述。當(dāng)然，如果使用for循環(huán)直接遍歷字典，則循環(huán)變量會被先后賦值為每個鍵值對中的鍵。字典遍歷循環(huán)的語法格式如下：for<循環(huán)變量>in<字典變量>:<語句塊>具體示例如下所示：dict1={"浙江":"杭州","江西":"南昌","江蘇":"南京"}

foriindict1:

print(i,end=";")運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：浙江;江西;江蘇;除此之外，我們還可以遍歷字典values()、items()方法的返回值。例如：dict1={"浙江":"杭州","江西":"南昌","江蘇":"南京"}

foriindict1.items():

print(i,end=";")運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：('浙江','杭州');('江西','南昌');('江蘇','南京');任務(wù)實(shí)操——查詢閏年2任務(wù)實(shí)操查詢閏年實(shí)訓(xùn)【例5.2】編寫程序顯示21世紀(jì)（從2001年到2100年）里所有的閏年。要求：輸出每行顯示4個閏年，每個年份用“；”隔開。提示：采用for循環(huán)，循環(huán)變量的取值范圍為2001~2101任務(wù)實(shí)操——查詢閏年實(shí)訓(xùn)2具體編程示例：count=0foriinrange(2001,2101):ifi%400==0ori%4==0andi%100!=0:#閏年判斷條件

print(i,end=";")count+=1ifcount%4==0:#每四個閏年輸出一行

print()運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：2004;2008;2012;2016;2020;2024;2028;2032;2036;2040;2044;2048;2052;2056;2060;2064;2068;2072;2076;2080;2084;2088;2092;2096;任務(wù)鞏固——數(shù)字篩選2任務(wù)鞏固數(shù)字篩選一個正整數(shù)，如果它能被7整除，或者它的十進(jìn)制表示法中某一位的數(shù)字為7，則稱其為與7相關(guān)的數(shù)。編程輸出所有小于n(n<100)的與7無關(guān)的正整數(shù)。要求：輸出每行顯示7個數(shù)字，每個數(shù)字用“”隔開。提示：采用for循環(huán)，循環(huán)體中結(jié)合條件判斷。輸出結(jié)果示例：100以內(nèi)與7無關(guān)的數(shù)字有：1234568910111213151618192022232425262930313233343638394041434445464850515253545558596061626465666869808182838586888990929394959699parTTHREE跳轉(zhuǎn)語句03Python語句中，無論是while循環(huán)還是for循環(huán)，其后都可以緊跟著一個else代碼塊，它的作用是當(dāng)循環(huán)條件為False跳出循環(huán)時，程序會最先執(zhí)行else代碼塊中的代碼。以while循環(huán)為例，下面程序演示了如何為for循環(huán)添加一個else代碼塊：add="PYTHON"foriinadd:print(i,end="")else:print("\n執(zhí)行else代碼塊")運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：PYTHON執(zhí)行else代碼塊上面程序中，當(dāng)i==len(add)結(jié)束循環(huán)時，Python解釋器會執(zhí)行for循環(huán)后的else語句塊。知識儲備：循環(huán)結(jié)構(gòu)中else用法3在執(zhí)行while循環(huán)或者for循環(huán)時，只要循環(huán)條件滿足，程序?qū)恢眻?zhí)行循環(huán)體。但在某些場景，我們可能希望在循環(huán)結(jié)束前就強(qiáng)制結(jié)束循環(huán)，Python語言提供了2種強(qiáng)制離開當(dāng)前循環(huán)體的辦法。break：跳出并結(jié)束當(dāng)前整個循環(huán)，并執(zhí)行循環(huán)后的語句。continue：結(jié)束當(dāng)次循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)次數(shù)循環(huán)。break和continue都可以與for和while循環(huán)搭配使用。下面通過實(shí)際案例說明：foriin"PYTHON":ifi=="T":breakprint(i,end="")運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：PY知識儲備：break語句的應(yīng)用3在上述程序中，首先是字符遍歷循環(huán)，當(dāng)循環(huán)至字符串的"T"時，程序?qū)?zhí)行break語句，此時將終止當(dāng)前整個循環(huán)。因此，只輸出了"PY"字符”注意，通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，for循環(huán)后也可以配備一個else語句。這種情況下，如果使用break語句跳出循環(huán)體，不會執(zhí)行else中包含的代碼。在Python語言中，和break語句相比，continue語句的作用則沒有那么強(qiáng)大，它只會終止執(zhí)行本次循環(huán)中剩下的代碼，直接從下一次循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行。continue語句的用法和break語句一樣，只要while或for語句中的相應(yīng)位置加入即可。例如：foriin"PYTHON":ifi=="T":continueprint(i,end="")運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：PYHON可以看到，當(dāng)遍歷"PYTHON"字符串至"T"時，會進(jìn)入if判斷語句執(zhí)行print()語句和continue語句。其中，print()語句起到換行的作用，而continue語句會使Python解釋器忽略執(zhí)行第4行代碼，直接從下一次循環(huán)開始執(zhí)行。知識儲備：continue語句的應(yīng)用3任務(wù)實(shí)操——查找最大值及出現(xiàn)次數(shù)3任務(wù)實(shí)操查找最大值及出現(xiàn)次數(shù)實(shí)訓(xùn)【例5.3】編寫程序讀取整數(shù)，找出它們中的最大值，然后計算它出現(xiàn)的次數(shù)；設(shè)定輸入以數(shù)字0結(jié)束循環(huán)。例如：假設(shè)你輸入的是“3525550”；程序找出的最大數(shù)為5，且5的出現(xiàn)次數(shù)為4。分析：輸入無限個數(shù)字，以0結(jié)束，找出最大數(shù)，以及計算最大數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。— 輸入：隨意一個整數(shù)（循環(huán)）— 輸出：最大值及其出現(xiàn)次數(shù)— 例如：輸入3525550，輸出：最大值為：5，出現(xiàn)次數(shù)為：4次。具體編程示例：max=0#設(shè)置變量，存儲最大值count=0#設(shè)置變量，存儲最大值出現(xiàn)次數(shù)whileTrue:num=int(input("請輸入一個整數(shù)："))ifnum==0:breakifnum>max:max=numcount=1#當(dāng)出現(xiàn)新的最大值時，次數(shù)重置1elifnum==max:count+=1#自增1print("最大數(shù)為:{},出現(xiàn)次數(shù)為：{}。".format(max,count))任務(wù)實(shí)操——查找最大值及出現(xiàn)次數(shù)3運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：請輸入一個整數(shù)：3請輸入一個整數(shù)：5請輸入一個整數(shù)：2請輸入一個整數(shù)：5請輸入一個整數(shù)：5請輸入一個整數(shù)：5請輸入一個整數(shù)：0最大數(shù)為:5,出現(xiàn)次數(shù)為：4。任務(wù)鞏固——猜字游戲3任務(wù)鞏固猜字游戲在程序中通過隨機(jī)函數(shù)（random庫）生成一個1-20之間的整數(shù)，讓用戶通過交互界面輸入所猜的數(shù)，如果大于預(yù)設(shè)的數(shù)，顯示“遺憾，太大了”；小于預(yù)設(shè)的數(shù)，顯示“遺憾，太小了”，如此循環(huán)，直至猜中該數(shù)，顯示“預(yù)測N次，你猜中了！”，其中N是用戶輸入數(shù)字的次數(shù)?！?輸入：1-20的整數(shù)— 輸出：猜測結(jié)果，如果為猜中輸出：“遺憾！太大了”或“遺憾！太小了”；如果猜中了輸出：預(yù)測了N次，你猜中了！生成隨機(jī)數(shù)可使用Python標(biāo)準(zhǔn)庫random中的random.randint()，其函數(shù)用法如下：importrandom#導(dǎo)入模塊num=random.randint(1,20)num：表示生成的隨機(jī)數(shù)，是一個整數(shù)。輸出結(jié)果示例：請輸入您猜測的數(shù)字（1-20）：13遺憾！太大了請輸入您猜測的數(shù)字（1-20）：10遺憾！太大了請輸入您猜測的數(shù)字（1-20）：6遺憾！太大了請輸入您猜測的數(shù)字（1-20）：2遺憾！太小了請輸入您猜測的數(shù)字（1-20）：5預(yù)測了6次，你猜中了！parTFOUR嵌套循環(huán)04知識儲備：嵌套循環(huán)語法格式4當(dāng)2個（甚至多個）循環(huán)結(jié)構(gòu)相互嵌套時，位于外層的循環(huán)結(jié)構(gòu)常簡稱為外層循環(huán)或外循環(huán)，位于內(nèi)層的循環(huán)結(jié)構(gòu)常簡稱為內(nèi)層循環(huán)或內(nèi)循環(huán)。循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的代碼，Python解釋器執(zhí)行的流程為：①當(dāng)外層循環(huán)條件為True時，則執(zhí)行外層循環(huán)結(jié)構(gòu)中的循環(huán)體。②外層循環(huán)體中包含了普通程序和內(nèi)循環(huán)，當(dāng)內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)條件為True時會執(zhí)行此循環(huán)中的循環(huán)體，直到內(nèi)層循環(huán)條件為False，跳出內(nèi)循環(huán)。③如果此時外層循環(huán)的條件仍為True，則返回第②步，繼續(xù)執(zhí)行外層循環(huán)體，直到外層循環(huán)的循環(huán)條件為False；④當(dāng)內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)條件為False，且外層循環(huán)的循環(huán)條件也為False，則整個嵌套循環(huán)才算執(zhí)行完畢。循環(huán)嵌套的執(zhí)行流程圖如圖5.2所示：圖5.2循環(huán)嵌套的執(zhí)行流程圖下面通過具體案例說明嵌套循環(huán)語句的應(yīng)用。i=0whilei<3:forjinrange(2):print("i=",i,"j=",j)i=i+1運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：i=0j=0i=0j=1i=1j=0i=1j=1i=2j=0i=2j=1此程序中運(yùn)用了嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中外循環(huán)使用的是while語句，而內(nèi)循環(huán)使用的是for語句。知識儲備：嵌套循環(huán)語句的應(yīng)用4程序執(zhí)行的流程是：（1）一開始i=0，循環(huán)條件i<3成立，進(jìn)入while外循環(huán)執(zhí)行其外層循環(huán)體。（2）從j=0開始，由于jinrange(2)成立，因此進(jìn)入for內(nèi)循環(huán)執(zhí)行內(nèi)層循環(huán)體，直到j(luò)=2不滿足循環(huán)條件，跳出for循環(huán)體，繼續(xù)執(zhí)行while外循環(huán)的循環(huán)體。（3）③ 執(zhí)行i=i+1語句，如果i<10依舊成立，則從第②步繼續(xù)執(zhí)行。直到i<10不成立，則此循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)才執(zhí)行完畢。根據(jù)上面的分析，此程序中外層循環(huán)將循環(huán)3次（從i=0到i=2），而每次執(zhí)行外層循環(huán)時，內(nèi)層循環(huán)都從j=0循環(huán)執(zhí)行到j(luò)=1。因此，該嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)將執(zhí)行3*2=6次。嵌套循環(huán)執(zhí)行的總次數(shù)=外循環(huán)執(zhí)行次數(shù)*內(nèi)循環(huán)執(zhí)行次數(shù)任務(wù)實(shí)操——求解雞兔同籠問題4任務(wù)實(shí)操求解雞兔同籠問題【例5.4】阿曹在解答數(shù)學(xué)問題時遇到一個雞兔同籠問題：今有雞兔同籠，上有35頭、下有94足，假設(shè)雞兔均正常無殘疾，問雞兔各多少只？輸入兩個整數(shù)，代表頭和腳的數(shù)量，如無解則輸出“DataError!”。請編程幫助阿曹求解雞兔同籠問題。— 輸入：兩個整