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几乎但凡接触过一点编程的人都知道for循环#xff0c;在大多数语言的学习中#xff0c;这也是第一个要学习的循环模式。
但是在Python中#xff0c;我们把for循环放到了while循环的后面。原因是#xff0c;Python中的for循环已经完全不是你知道的…
《从零开始PYTHON3》第六讲
几乎但凡接触过一点编程的人都知道for循环在大多数语言的学习中这也是第一个要学习的循环模式。
但是在Python中我们把for循环放到了while循环的后面。原因是Python中的for循环已经完全不是你知道的样子了。
for循环
以c语言为例for循环几乎是同while循环完全相同的功能。在Python中for循环经过全新的设计实际只支持一个功能当然也是编程最常用到的功能就是“遍历”。
所谓遍历(Traversal)是指沿着某条确定的搜索路线依次对序列中的每个结点每个元素均做一次且仅做一次访问。
比如最常见的字符串实际就是一个序列。字符串“abcdefg”中间包含7个字母每个字母就是一个结点。“沿着某条确定的搜索路线”其实指的就是按照何种规则来顺序访问字符串中的每个结点。最常见的可以使从开始到结尾或者从结尾到开始。
我们先使用while循环来做一个字符串的遍历
sabcdefg
i 0
while i len(s):
print(s[i])
i 1
在这个例子中我们先定义了一个字符串设定循环初始值0。while循环的边界条件使用了内置标准函数len()这个函数的功能是给出参数中包含的元素个数在这里是字符的个数。
随后在循环体中我们使用print函数在每次循环中打印出来一个结点一个字符。s[i]是s字符串中第i个字符结点的意思i在这里有一个专有名词叫做“下标”你可以相像数学中常用的$ S_i $形式。这种访问某个序列中具体某个元素的方式是今天的重点之一。
这里i的取值范围是从0开始因此最大可以到字符串中字符总数-1。最后的i 1,指的是按照从串头到串尾的方式循环访问整个字符串中的所有字符。程序的执行结果是这个样子
a
b
c
d
e
f
g
补充一个小知识刚才的循环中我们使用了while i len(s):这可以工作的很好理解起来也不难。但实际上下面这样做效率更高
nlen(s)
while i n:
...
原因是在前一个写法中len这个函数会执行很多次循环每一次都要重新执行。而在后面的写法中len函数只需要执行一次。在其后的循环中直接使用一个变量的值就要快多了。
遍历是编程中最常用到的操作也是最简单的算法希望你理解“遍历”的含义了。
接下来我们看一看for循环来实现上面同样的功能
for a in abcdefg:
print(a)
仅有两行代码完成跟上面while循环程序完全相同的功能简洁了很多。执行结果跟上面完全一样就不再重贴了。为了便于理解我使用伪代码把for循环的基本形式重写一遍
for 遍历变量 in 序列型的数据:
循环体每次循环执行一遍每次“遍历变量”会有一个新值
这就是for循环的最基本形式。for/in/:是Python中的保留字。循环最终会执行的次数等同于“序列型数据”中的元素个数。“遍历”是对所有元素都要循环访问一遍。
列表
for循环遍历的对象必须是一个序列类型。序列类型并不是在Python中有一种特定的类型而是一种统称。可以理解为有顺序、能顺序访问的类型都叫序列类型。列表类型是序列类型的一种。字符串类型也是序列类型的一种。
先看看数字的列表。这是一个数字列表的样子
[2,3,8.3,34,55,23]
使用中括号圈起来的一组用逗号隔开的元素就是列表。列表是Python六大数据类型中的一种我们现在已经学习过了3种基本数据类型数字、字符串、列表。这一讲我们只是简单引入列表的概念来帮助我们理解“遍历”在第八讲中我们将正式而且更深入的讲解列表这种数据类型。
跟字符串一样对数字的列表同样可以使用len函数len([2,3,8.3,34,55,23])
6
我们同样可以使用for循环对数字列表进行遍历比如
datas [2,3,8.3,34,55,23];
for x in datas:
print(x)
#下面是执行的结果
2
3
8.3
34
55
23
上面的数字列表中我们混合了整数和浮点小数。从技术上讲列表中还可以同时包含“布尔”和“字符串”类型的数据。只是因为不同的数据类型难以有共同的处理方式放到同一个列表中也没有办法得到程序效率上的优势所以并不推荐那样使用。
只要是列表的形式就可以使用for循环来进行遍历操作从而提高处理速度。
我们再来对比遍历数字列表的while循环模式和for循环模式
#首先看while循环
i0
while i5:
print(i)
i 1
#下面是for循环的方式
for i in [0,1,2,3,4]:
print(i)
#两种循环的执行结果都是一样的
0
1
2
3
4
可以看到for循环专门为了遍历操作而生在处理序列数据的时候程序简洁、代码少、效率高。而while循环则有更强的通用性但在处理遍历任务的方面则略微麻烦。
为了让for能够处理更多通用的任务Python提供了一个内置的标准函数range来自动生成一个序列使用方法的伪代码是
#单参数方式生成由0开始到小于最大值的整数序列
range(最大值)
#双参数方式生成由最小值到最大值(不包含最大值本身)的整数序列
range(最小值最大值)
#三参数模式生成由最小值到最大值以步长为递增的序列
range(最小值最大值步长)
我们来看一组实际使用的例子来加深印象
for i in range(5):
print(i)
#执行结果是
0
1
2
3
4
for i in range(1,6):
print(i)
#执行结果是
1
2
3
4
5
for i in range(1,10,2):
print(i)
1
3
5
7
9
range的注意事项是range的参数、返回的序列都必须是整数。
我们前面见过了很多操作符长得很不像关键字比如、-今天我们终于看到了一个相反的例子in操作符更像关键字而不像操作符。当然操作符属于关键字的一种。
除了在for循环中使用in操作符in还可以用于逻辑判断。比如
北京 in 今天下雨的地区有北京、天津、河北 #结果是true
59 in range(60,101) #结果为:false
挑战
我们今天的挑战内容是编程生成斐波那契数列Fibonacci sequence。
斐波那契数列指的是这样一个数列 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89...这个数列从第3项开始每一项都等于前两项之和。
今天学习的主要内容是for循环所以当然这个挑战要使用for循环来完成生成斐波那契数列的前100项。
老办法请大家先认真思考用流程图或者伪代码描述自己的思路觉得思路清晰了再看下面的内容。
我们继续使用快速原型法首先是理清程序的需求当做注释内容写入到程序使用for循环生成前100项斐波那契数列
作者Andrew
斐波那契数列指的是这样一个数列 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89...
这个数列从第3项开始每一项都等于前两项之和。接下来我们梳理在程序主体循环之前应当准备好的变量和初始值
#以序列中任意连续3个数字来看
#a代表其中第一个数字初始是1
a 1
#b代表其中第二个数字初始是1
b 1
#c代表第三个数字应当是ab的和但当前尚未进入循环所以赋值为0
#因为python语言使用变量前无需声明所以实际上c0可以省略
c 0
#遍历所用变量在for循环中定义这里忽略
跟上一讲的例子不同斐波那契数列肯定是边生成边输出所以肯定是要在循环之内来完成输出的工作。所以不像上一讲的例子可以先确定输出的内容。
直接进入到考虑循环体的环节首先依然是循环的边界
#从第3项开始循环到第101项
for i in range(3,101):
循环到101项的意思是因为前面讲过了range函数所产生的序列不包含给定的最大值本身所以range(3,101)实际会产生从3、4、5到100的序列。
参考前面的内容我们把主体部分的内容一起列出来
#前两项不用计算直接显示
print(第 1 项为,a)
print(第 2 项为,b)
#从第3项开始循环到第101项
for i in range(3,101):
c a b #计算第三项
a b #3个元素的窗口向后移原第一个元素被抛弃
b c #第二个元素更新为新计算的项
print(第,i,项为,c) #显示
为了看起来更清楚我们这次使用截图来展示上面程序的输出结果程序优化
有人说“好文章是改出来的。”其实好的程序也是一样。程序编写第一项任务是完成需求所定义的基本工作。随后就要根据程序的表现有针对性的优化。程序优化最基本的任务通常是速度和内存的占用。因为我们目前的学习还比较基础暂时不会涉及到那些部分所以我们先对程序的结构和代码量进行优化。目标是结构更清晰易读代码更精简高效。
首先我们要根据当前程序的情况进行分析评估根据评估的结果决定下一步的改进方向。以当前的程序情况来说可以容易的发现以下几项问题
斐波那契数列生成的过程中前两项的生成是单独处理的跟后面的98项不统一这会造成将来对程序修改、重用的时候这两项都要单独处理维护性差。
也因为对头两项单独的处理多次使用了print函数造成代码冗余。
变量c在显示完成后实际可以不用保存没有必要使用这造成内存的浪费。
最后是没有进行函数化可重用性差。
根据我们的分析结果进行程序优化之前我们补充一点知识。在第四讲的做练习的时候为了求甲、乙双方的速度我们曾经自定义一个函数最后求得结果的时候是这样一句
#计算原题当甲乙双方相距36千米时双方的速度
x,y getSpeed(36)#getSpeed函数最后使用了return x,y
这种使用方法很自然跟单独一个变量的赋值比起来效率也更高。我们在这里总结一下为变量赋值的几种形式:
#常规的赋值
a1
cabcd
#多元赋值
x,y 2,3
x,y 3,2
x,y y,x#注意不是数学等式这是交换两个变量的值
x,y y,xb
#连续赋值
abcd10#赋值结束后变量a/b/c/d都将是10
好了我们对程序进行优化。刚才讲到的多元赋值也能用来优化这个程序使用for循环生成前100项斐波那契数列
作者Andrew
斐波那契数列指的是这样一个数列 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89...
这个数列从第3项开始每一项都等于前两项之和。a 1
b 1
print(第 1 项为,a)
for i in range(2,101):
print(第,i,项为,b) #显示
a,b b,ab #采用多元赋值直接完成下一项计算和窗口的后移
不错吧怎么看都能感觉到清晰的进步。然而两个存在的问题依然没有解决
队列中第一项数字仍然单独处理
仍然没有函数化。
函数化其实比较简单把第一项数字也纳入整体生成的考虑就需要算法的调整。这个过程一般只能进行数学上的分析和经验的积累。所以这里我直接说答案
在第一版的时候我们使用了3个数字的“窗口”因为第三个数字是前两个数字之和。
第二版的优化我们知道了第三个数字其实可以省略不保存所以只使用了2个数字的“窗口”因为队列中第三个数字需要前两个数字之和所以这2个数字的窗口实际无法继续省略。
既然无法省略并且要保持2个数字的窗口。我们把数字向前延伸一位增加一个第0项值是0并且无需显示这个问题就简单了直接看源码
#我们省略了开始的注释
def fibonacci(n):
#为斐波那契数列之前添加一个不显示的第0项0
#0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89...
#以序列中任意连续2个数字来看
#a代表其中第一个数字初始是0
#b代表其中第二个数字初始是1
a,b 0,1 #使用连续赋值简化代码
#从第1项开始循环到第n项,结尾边界为n1
for i in range(1,n1):
print(第,i,项为,b) #显示
a,b b,ab #采用多元赋值直接完成下一项计算和窗口的后移
#调用函数生成前100项
fibonacci(100)
以我们课程涉及的范畴看当前基本算最优的算法了优化至此结束。
练习时间
请用户输入一个整数n使用for循环的方法求整数1、2、3一直到n包含n本身的和。
本讲小结
本讲讲述了for循环在遍历操作中的应用以及跟while循环的对比
遍历是计算机重要的一种操作模式会经常用到从而也让for循环成为最常用的循环模式
运算符也是关键字关键字、语法、函数组成了语言学习的主要部分
算法方面一个复杂的问题要逐步拆解从微小处开始优化。如果还感觉难就把问题想办法再拆的小一点
其实语言很好学但一门语言是死的配合上算法才能完成具体的工作
多元赋值是python的特色也是优点能在很多场合简化代码、清晰结构
参考答案
练习题参考答案请参考源码ex.py。
