srcmini本文概述
循环在Python或任何其他编程语言中都很重要, 因为它们可以帮助你重复执行代码块。你经常会遇到需要一遍又一遍地使用一段代码, 但又不想多次编写同一行代码的情况。
在此Python循环教程中, 你将涵盖以下主题：
- Python while循环：你将学习如何在数据科学应用程序中构造和使用while循环。你将通过解决一些交互式编码挑战来做到这一点。
- 接下来, 你将进入for循环：再次, 你将学习如何在现实环境中构造和使用for循环。
- 你还将学习使用while循环和for循环之间的区别。
- 也是嵌套循环的主题
- 之后, 你将看到如何使用break和continue关键字。
- xrange()和range()函数之间的区别
While循环
while循环是你开始学习如何编程时可能会遇到的第一个循环之一。可以说, 它也是最直观的理解之一：如果你想到此循环的名称, 你将很快理解, ” while”一词必须与” interval”或” time-period”有关。你现在已经知道, “循环”一词是指你重复执行的一段代码。
考虑到所有这些, 你可以轻松理解while循环的以下定义：
while循环是一种编程概念, 实现后, 将在给定条件仍然成立的情况下, 一遍又一遍地执行一段代码。
上面的定义还突出显示了在Python中构造while循环所需的三个组件：
- while关键字；
- 转换为True或False的条件；和
- 你要重复执行的代码块
这就是全部！
如何在Python中制作While循环
既然你知道构造While循环的必要条件, 那么现在要做的就是看一个真实的示例, 在开始自己做练习之前, 使用while循环！考虑以下示例：
# Take user input
number = 2
# Condition of the while loop
while number < 5 :
print("Thank you")
# Increment the value of the variable "number by 1"
number = number+1
Thank you
Thank you
Thank you
上面的代码示例是一个非常简单的while循环：考虑一下, 你之前阅读过的三个组件都存在：while关键字, 后跟一个转换为True或False(数字<5)和你要重复执行的代码块：
print("Thank you")
number = number + 1
如果你在上面的代码中进行了详细介绍, 你会看到存在一个存储整数2的变量数字。由于number的值小于5, 因此你将打印”谢谢”并使用一。当number的值保持小于5时, 你将继续执行while循环中包含的两行代码：
"Thank you"
"Thank you"
在number的值等于5且条件不再评估为True之前, 你还要打印两次”谢谢”。由于条件现在的值为False, 因此你将退出while循环并继续执行程序(如果包含更多代码)。在这种情况下, 没有更多的代码, 因此你的程序将停止。
上面的示例有点基本, 你还可以包括条件, 或者换句话说, 如果条件, 以使其更具个性化。看下面的例子：
# Take user input
number = 2
# Condition of the while loop
while number < 5 :
# Find the mod of 2
if number%2 == 0:
print("The number "+str(number)+" is even")
else:
print("The number "+str(number)+" is odd")
# Increment `number` by 1
number = number+1
The number 2 is even
The number 3 is odd
The number 4 is even
现在, 让我们练习！
编写一个函数collatz(), 该函数使用户可以在名为number的变量中输入整数。如果数字为偶数, 则应打印数字/ 2的结果。如果number为奇数, 则collatz()应打印并返回3 * number +1。程序应继续对number调用函数collatz(), 直到返回1。
请注意, 这实际上是collatz序列的实现, 简而言之是一个数学问题, 你可以选择一个数字, 并继续进行上述计算, 直到得出结果1。
在下面, 你可以找到解决方案：
def collatz(number):
# Is the mod of 2 equal to 0?
if number % 2 == 0:
print(number // 2)
return number // 2
# If the mod of 2 isn't equal to 0, print `3 * number + 1`
elif number % 2 == 1:
result = 3 * number + 1
print(result)
return result
# Ask input from the user
n = input("Give me a number: ")
# As long as `n` is not equal to `1`, run `collatz()`
while n != 1:
n = collatz(int(n))
Give me a number: 5
16
8
4
2
1
对于循环
你可以以与while循环相同的方式处理for循环。如你所料, ” for循环”中的” for”组件是指你执行了一定次数的操作。
如果你牢记以上所有内容, 则可以轻松地如下定义for循环：
for循环是一种编程概念, 当实现该循环时, 它会根据序列一次又一次地”重复”执行一段代码。
与while循环相反, 没有任何活动条件参与-你只需多次重复执行一段代码。换句话说, 虽然while循环仅在条件为True之前继续执行其中包含的代码块, 但是for循环仅执行特定次数的执行。此”次数”由事物的顺序或有序列表确定。
你将稍微了解一下while和for循环之间的区别, 但是现在, 请集中精力创建一个for循环所需的以下内容：
- for关键字
- 一个变量
- in关键字
- range()函数, 这是Python库中用于创建数字序列的内置函数
- 你要重复执行的代码
对于Python中的循环
# Print "Thank you" 5 times
for number in range(5):
print("Thank you")
Thank you
Thank you
Thank you
Thank you
Thank you
如你所见, 在上一节中看到的组件在Python的这个for循环小示例中返回：for关键字, 变量号, in关键字, range()函数和你想要的代码执行多次, 请打印(“谢谢”)。
那不是那么难, 对吧？
让我们考虑一个for循环的示例, 在该示例中, 你使用两个变量来定义控制流：
languages = ['R', 'Python', 'Scala', 'Java', 'Julia']
for index in range(len(languages)):
print('Current language:', languages[index])
Current language: R
Current language: Python
Current language: Scala
Current language: Java
Current language: Julia
如你所见, 你可以使用for关键字开始循环。接下来, 你将使用变量索引和语言, in关键字以及range()函数来创建数字序列。此外, 你看到在这种情况下你还使用len()函数, 因为语言列表不是数字。你要重复执行的代码段是一条打印语句, 即print(‘Current language：’, languages [index])。
在上面的循环中, 你要表示要针对len(languages)范围内的每个索引, 打印数据科学编程语言。现在, len(languages)为5, 因此该语句也可以重写为：
for index in range(5):
print('Current language:', languages[index])
Current language: R
Current language: Python
Current language: Scala
Current language: Java
Current language: Julia
这再次给你相同的结果！
While与Python中的For循环
让我们再次回顾第一个while循环示例, 以确定while和for循环之间的确切区别。你已经在上面读到了区别在于所涉及的条件或不涉及的条件, 但是这在代码中如何体现出来, 又如何在两者之间切换？
# Take user input
number = 2
while number < 5 :
print("Thank you")
# Increment `number` by 1
number = number+1
Thank you
Thank you
Thank you
你可以使用for循环以更可控的方式打印语句”谢谢”：
# Print "Thank you" 3 times
for number in range(3) :
print("Thank you")
Thank you
Thank you
Thank you
看到将while循环转换为等效的for循环有多么容易？
你问它如何运作？好吧, 这很简单。
在for循环中, range函数内提到的整数是范围或控件需要循环并执行for循环子句中的代码的次数。
请注意, range()函数的计数从0开始, 而不是从1开始。这意味着, 在上面的示例中, 计数应类似于0, 1, 2, 而不是1, 2, 3。这就是计算机内存中数字计数的工作方式。因此, 在设计for循环时, 请始终记住, 必须考虑从0而不是从1开始的范围计数。
提示：例如, 这与Python中的列表相同。如果你想进一步了解Python列表, 请考虑查看srcmini的18个最常见的Python列表问题教程。
现在, for循环和while循环之间还有另一个有趣的区别。 for循环比while循环快。要了解这一点, 你必须查看以下示例。
import timeit
# A for loop example
def for_loop():
for number in range(10000) :
# Execute the below code 10000 times
sum = 3+4
#print(sum)
timeit.timeit(for_loop)
267.0804728891719
import timeit
# A while loop example
def while_loop():
i =0
while i<10000:
sum = 3+4
#print(sum)
i+=1
timeit.timeit(while_loop)
884.9233417965908
在上面的代码块中, 你有两个带有大约10000次迭代的循环。乍一看, 两者看起来都是一样的, 直到你了解幕后并了解这两个循环的工作原理。提示：timeit()函数为你提供了可能有所不同的线索！
请记住：所有Python代码都是使用C编译器编译的, 这意味着你在上面看到的代码首先被分解为字节码, 然后由基础C编译器进行处理。
当上述示例中的for循环开始执行时, Python解释器与基础C编译器进行对话, 然后创建一个大小为10000的列表对象。接下来, 它调用一个迭代器以触及其中10000个项目中每个项目的索引。名单。
另一方面, while循环的执行不会创建任何列表对象。实际上, 底层C编译器针对条件i <10000 9999次调用布尔比较运算符。
你已经可以想象到, 与重复执行布尔操作9999次相比, 对编译器而言, 对已创建的具有10000个元素的列表对象进行迭代要容易得多, for循环的时间性能优于while循环的时间性能。这清楚地反映在执行时间上：for循环完成的时间比while循环需要完成的时间小得多。
现在尝试一下for循环！请注意, 你要指定的范围是0到11, 因为你只想显示序列中的数字, 最多55个, 即序列中的第11个数字。
嵌套循环
正如你在上面的示例中注意到的那样, while循环中有一个if-else条件, 使你可以在代码中引入更多条件。
坚持, 稍等！
这不是定制循环的唯一方法。你还可以在现有代码中包含更多while循环, 这被称为嵌套循环。你可以修改上面的示例以包括另一个while循环, 如下所示：
# Take user input
number = 2
# condition of the while loop
while number < 5 :
# condition of the nested while loop
while number % 2 == 0:
print("The number "+ str(number)+" is even")
在上面的示例中, 还有一个while循环”嵌套”在外部循环中, 该内部循环又进行了一次检查, 以查看数字％(mod)2是否为0。
换句话说, 它检查数字是否为偶数, 然后打印语句”数字为偶数”。
但是有一个陷阱：如果仔细观察, 你会发现这次与前面的代码一样, 缺少number = number + 1条语句。由于你没有在任何地方增加变量号, 因此变量的值每次都保持不变, 并且代码进入无限循环。这意味着, 一旦它进入循环, 它就永远不会离开并打印无数次语句, 因为变量数将始终设置为2。该数当然小于5且为偶数。
现在让我们看一下嵌套的for循环是什么样的：
# Print the below statement 3 times
for number in range(3) :
print("-------------------------------------------")
print("I am outer loop iteration "+str(number))
# Inner loop
for another_number in range(5):
print("****************************")
print("I am inner loop iteration "+str(another_number))
-------------------------------------------
I am outer loop iteration 0
****************************
I am inner loop iteration 0
****************************
I am inner loop iteration 1
****************************
I am inner loop iteration 2
****************************
I am inner loop iteration 3
****************************
I am inner loop iteration 4
-------------------------------------------
I am outer loop iteration 1
****************************
I am inner loop iteration 0
****************************
I am inner loop iteration 1
****************************
I am inner loop iteration 2
****************************
I am inner loop iteration 3
****************************
I am inner loop iteration 4
-------------------------------------------
I am outer loop iteration 2
****************************
I am inner loop iteration 0
****************************
I am inner loop iteration 1
****************************
I am inner loop iteration 2
****************************
I am inner loop iteration 3
****************************
I am inner loop iteration 4
上面的代码是第一个for循环示例的修改版本。注意在外部循环中如何使用第二个for循环。
继续执行代码。
你将发现该控件进入第一个for循环, 并且变量number的值初始化为0。打印第一个print语句, 然后控件进入第二个for循环, 其中变量another_number的值初始化为0。第二个for循环中的第一个print语句被打印一次。
现在, 该控件再次返回到内部for循环, 并且another_number的值再次初始化为下一个整数, 然后在print()函数内部打印该语句。
继续上述过程, 直到控件遍历了range()函数的末尾(在本例中为5), 然后控件返回最外层的循环, 将变量号初始化为下一个整数, 并在其中打印语句print()函数访问内部循环, 然后重复上述所有步骤, 直到遍历range()函数为止。
控件的这一过程从最外层的循环开始, 遍历内层的循环, 然后再返回到外层的for循环, 直到控件覆盖整个范围(在你的情况下为3倍)为止。
既然你已阅读了有关嵌套循环的一些说明, 那么该开始自己了！编写一个Python程序, 使用嵌套的for循环构造以下模式：
中断并继续关键字：创建无限循环
你可以使用break并在创建的任何循环中继续。这些关键字不仅限于打破故意的无限循环, 而应谨慎使用。这两个关键字使其他人(包括你自己在几个月后回头查看代码时)难以理解循环中的控制流以及条件的终止位置。此外, 你不需要使用break和continue关键字：到目前为止, 你没有它们就做得很好！
但是, 在某些情况下, 编写有目的的无限循环比你到目前为止看到的传统的for和while循环更为清楚。当然, 在这种情况下, 鼓励使用这些关键字！
在Python中中断和继续While循环
幸运的是, 有一种方法可以突破上述无限循环的情况, 那就是使用break关键字。
# Take user input
number = 2
# Condition of the while loop
while number < 5 :
# condition of the nested while loop
while number % 2 == 0:
print("The number "+str(number)+" is even")
break
number+=1
当你运行上面的代码时, 它不再进入无限循环。
“这是什么法术！”你喊。 -我说放松, 这不是巫术。
发生的情况是, 当控件遇到break关键字时, 它将理解它必须退出循环(在这种情况下为内部循环)并执行下一行代码。因此, 它会从内部while循环中跳出并进入外部循环, 并继续执行其通常的工作, 直到外部while循环中的条件成立为止。
你应该考虑以下事实：在break关键字之后必须存在一行代码, 否则它不会起作用。在上面的示例中, 尝试删除break关键字之后的代码行, 然后执行代码。
如果你在break语句后潜入continue关键字怎么办？你可以按照以下代码进行操作：
# Take user input
number = 2
while number < 5 :
while number % 2 == 0:
print("The number "+str(number)+" is even")
break
continue
number+=1
上面的代码是break关键字示例的稍作修改的版本。
当你运行上述代码时, 你将再次遇到无限循环。在开始沮丧地拉头发之前, 请仔细看一下。你会发现休息后有一个继续关键字。 continue关键字所做的是, 即使在变量号增加之前, 它仍将控制权转移回最外层的循环, 因此代码进入了无限循环。
中断并继续循环
如果你不想在整个示例中对整个范围执行内部for循环, 该怎么办？你可以像在while循环中一样使用break语句。
# Print the below statement 3 times
for number in range(3) :
print("-------------------------------------------")
print("I am outer loop iteration "+str(number))
for another_number in range(3):
print("****************************")
print("I am inner loop iteration "+str(another_number))
break
在上面的示例中, 内循环之后的break关键字指示控件从内循环中脱离出来, 然后控件返回到外循环。
运行以下代码示例：
# Print the below statement 3 times
for number in range(3) :
print("-------------------------------------------")
print("I am outer loop iteration "+str(number))
continue
for another_number in range(3):
print("****************************")
print("I am inner loop iteration "+str(another_number))
break
在上面的代码中, 仅执行最外层的循环, 而控件甚至不接触内层的循环。
“为什么？”你问。
仔细看一下代码。最外层循环中的第二个print语句之后有一个continue关键字。它的作用是指示控件跳回到外部for循环并重新开始, 这就是为什么控件从不接触内部循环的原因。
与while循环不同, for循环中的break关键字之后不需要任何代码。一个单独的中断循环将在for循环内正常工作。
range()与xrange()
这两个函数彼此相似, 但是如果你使用的是Python 3, 则只有range()函数可用。在Python 3.x中, xrange()函数被重命名为range()。这意味着, 如果你尝试在Python 3中使用xrange()函数, 则会出现NameError：名称’xrange’未定义错误。
要了解这两个功能的相似之处, 请考虑以下示例：
# Print the below statement 3 times
for number in range(5, 10, 2) :
print("I am number : "+str(number))
I am number : 5
I am number : 7
I am number : 9
通过运行上面的代码, 你将看到如何将变量号的值跳过2倍, 这是由于range()函数中的参数所致。
此函数中的第一个参数是开始参数。这是控件开始计数的地方。第二个参数是停止参数, 是控制必须停止的点, 最后一个参数是步进功能, 它定义了控制在计数时必须跳变的因子。
因此, 在上述情况下, 控件从5开始, 然后遍历循环直到9, 同时在每次计数期间加2。这意味着5、5 + 2 = 7、7 + 2 = 9。
你已经了解了range()函数如何用于定义代码必须循环的次数。现在, 在Python 2.x中, 你还将找到另一种方法, 那就是使用xrange()函数。运行以下代码：
# Print the below statement 3 times
for number in xrange(10) :
print("I am number : "+str(number))
I am number : 0
I am number : 1
I am number : 2
I am number : 3
I am number : 4
I am number : 5
I am number : 6
I am number : 7
I am number : 8
I am number : 9
你在上述代码的输出与没有xrange()函数的代码的输出中看到了什么区别？没有不同？
那就对了。你不会在代码输出中看到任何差异。
那么, 为什么要使用xrange()函数呢？你将在本教程的稍后部分进行介绍。首先运行以下代码：
print(xrange(10))
print(range(10))
xrange(10)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
你可以看到在以上代码的输出中, 两个print语句的输出都有差异。在包含xrange()函数的print语句中, 将打印出xrange()函数对象。这与具有range()函数的print语句不同：在此处, 你会得到一个从0到9的整数列表。
现在, 这正是range()函数和xrange()函数之间的区别。
定义range()函数时, 整个范围的列表将存储在RAM中并显示给你。但是, 定义xrange()函数时, 列表未存储在内存中。相反, xrange()函数会在需要时在整个范围内生成整数。这样, xrange()函数有助于在资源匮乏的系统中节省内存。
磨练你的Python技能！
恭喜, 你已完成本教程的结尾。既然你已经学习了如何在Python中使用循环, 请继续练习。练习越多越好！
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