0. 學(xué)習(xí)目標(biāo)

Python 是簡(jiǎn)潔、易學(xué)、面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。它不僅擁有強(qiáng)大的原生數(shù)據(jù)類型，也提供了簡(jiǎn)單易用的控制語(yǔ)句。在《Python基礎(chǔ)教程》的系列博文中，我們已經(jīng)介紹了 Python 中的內(nèi)置原生數(shù)據(jù)類型，并且也了解了程序如何利用輸入、輸出語(yǔ)句與用戶進(jìn)行交互。本節(jié)的主要目標(biāo)是介紹 Python 的控制語(yǔ)句，為接下來的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，本文會(huì)完整的介紹學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法所需的 Python 基礎(chǔ)知識(shí)及基本思想，并給出相應(yīng)的實(shí)戰(zhàn)示例及解釋。

• 理解并掌握 Python 條件語(yǔ)句與循環(huán)語(yǔ)句
• 掌握 Python 條件語(yǔ)句與循環(huán)語(yǔ)句的復(fù)雜嵌套以及列表解析式

1. 代碼塊與縮進(jìn)

代碼塊是一組語(yǔ)句，Python 中用于定義代碼塊的語(yǔ)法對(duì)于所有控制結(jié)構(gòu)來說是相同的，可用于滿足條件時(shí)執(zhí)行代碼( if 語(yǔ)句)，也可用于代碼多次執(zhí)行(循環(huán))等。代碼塊是通過縮進(jìn)代碼(可以使用空格或制表符)來創(chuàng)建的。在Python中，使用冒號(hào) (:) 指出接下來是一個(gè)代碼塊，在同一個(gè)代碼塊中，各行代碼的縮進(jìn)量(一般每級(jí)縮進(jìn) 4 個(gè)空格)必須相同：

if condition is True:    print("this is a block")    print("another line of this block")print("escaped the previous block")

在指定函數(shù)體和類體時(shí)，代碼塊的原則同樣適用。

2. 條件語(yǔ)句

以上示例語(yǔ)句都是逐條執(zhí)行的，但實(shí)際應(yīng)用中讓程序選擇執(zhí)行特定的語(yǔ)句塊是必備的。這時(shí)布爾類型就派上用場(chǎng)了。
用作布爾表達(dá)式時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值 False 和 None、數(shù)值 0、空序列(如空字符串、空元組和空字典等)都被視為假，而其他值均被視為真。這意味著任何 Python 值都可解釋為真值，但 True 和 False 為標(biāo)準(zhǔn)真值。在 C 語(yǔ)言中，標(biāo)準(zhǔn)真值為 0 (表示假)和 1 (表示真)。實(shí)際上，True 和 False 是 0 和 1 的別名，其作用是完全相同的：

>>> bool("")False>>> bool([0])True>>> bool("Hello world")True>>> True == 1True>>> True + 23

程序運(yùn)行時(shí)，Python 會(huì)在需要時(shí)自動(dòng)將任意值轉(zhuǎn)換為布爾值，而無需顯式地進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

# test_bool.pystring_test = "Hello world"if string_test:    print("Automatic conversion ")

以上腳本執(zhí)行結(jié)果如下，表明 Python 執(zhí)行了自動(dòng)轉(zhuǎn)換：

Automatic conversion

需要注意的是，雖然值轉(zhuǎn)換為真值后可能相等，例如 bool({}) == bool([]) == False，但本身它們并不相等，即 {} != []：

>>> bool({}) == bool([])True>>> {} == []False

2.1 if 語(yǔ)句

條件語(yǔ)句(也稱 if 語(yǔ)句)能夠有條件地執(zhí)行代碼，如果條件( if 和冒號(hào)之間的表達(dá)式)為真，就執(zhí)行后續(xù)代碼塊；如果條件為假，就不執(zhí)行：

if flag == True:    flag = Falseprint(flag)

上示 if 語(yǔ)句也稱單路分支結(jié)構(gòu)，如果 flag 為 True，則將其變?yōu)?False，再打印 flag 值。還有另一種條件結(jié)構(gòu)稱為二元分支(也稱 if...else 語(yǔ)句)：

answer = input("Please enter your answer: ")if answer == "A":    print("Right!")else:    print("Error!")

在上述例子中，Python 會(huì)檢查用戶輸入答案，如果輸入為 A，則打印 “Right!”，否則，會(huì)執(zhí)行else 分支打印 “Error!”。
要檢查多個(gè)條件，可使用 elif，elif 是 else if 的縮寫，可以將其理解為包含條件的 else 子句：

num = int(input("Please enter a number: ")) if num > 0:     print("The number is positive") elif num < 0:     print("The number is negative") else:     print("The number is zero") 

需要注意的是，在使用 elif 時(shí)，最后的 else 是必需的，它用來在所有分支條件都不滿足的情況下提供默認(rèn)分支。
上述三種條件結(jié)構(gòu)可以用以下流程圖表示：

綜上，我們可以總結(jié)出 Python 中，條件語(yǔ)句的最一般形式：

if first_condition:    first_blockelif second_condition:    second_blockelif third_condition:    third_blockelse:    fourth_block

每個(gè)條件都是一個(gè)布爾表達(dá)式，每個(gè)代碼塊包含一個(gè)或多個(gè)滿足條件時(shí)要執(zhí)行的語(yǔ)句。如果第一個(gè)條件為真，則執(zhí)行第一個(gè)代碼塊，而不會(huì)評(píng)估其他條件。如果第一個(gè)條件失敗，則繼續(xù)判斷第二個(gè)條件，以此類推。if 語(yǔ)句可以包括任意數(shù)量的 elif 子句 (也可以為 0 個(gè))，最后一個(gè) else 子句是可選的。

2.2 if 語(yǔ)句的嵌套

條件結(jié)構(gòu)支持嵌套，即在 if 語(yǔ)句中調(diào)用任意數(shù)量的 if 語(yǔ)句：

if alcohol < 20:    print("Does not constitute drinking behavior!")else:    if alcohol > 80:        print("Already meet drinking and driving standards!")    else:        print("Has reached the standard for drunk driving!")

上述程序所表達(dá)的邏輯可以用流程圖表示：

2.3 斷言

為了讓程序在錯(cuò)誤條件出現(xiàn)時(shí)立即中止，Python 還提供了類似 if 語(yǔ)句的關(guān)鍵字：assert，使用此關(guān)鍵字可以要求某些條件必須得到滿足。assert 語(yǔ)句類似檢查點(diǎn)，當(dāng)我們知道程序的執(zhí)行必須滿足特定條件，才能正確地運(yùn)行時(shí)，使用assert 語(yǔ)句可以及時(shí)終止程序運(yùn)行，類似網(wǎng)站注冊(cè)時(shí)郵箱格式正確性的檢查：

>>> mail_1 = "test123456789@gmail.com">>> assert mail_1.endswith(".com")>>> mail_2 = "test123456789@gmail.con">>> assert mail_2.endswith(".com")Traceback (most recent call last):  File "", line 1, in <module>AssertionError

為了說明程序終止的原因，可以在 assert 語(yǔ)句后添加說明字符串：

>>> assert mail_2.endswith(".com")," Email must end with .com "Traceback (most recent call last):  File "", line 1, in <module>AssertionError:  Email must end with .com

3. 循環(huán)

我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了如何在條件為真(或假)時(shí)執(zhí)行代碼塊，但如何重復(fù)操作代碼塊多次呢？例如，打印 1—100 內(nèi)的所有的偶數(shù)。我們當(dāng)然可以寫出 50 行 print 語(yǔ)句，但如果是這樣，我們就不需要 Python 了。
Python 提供了兩種不同的循環(huán)結(jié)構(gòu)。while 循環(huán)允許對(duì)布爾條件進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，直到條件不能得到滿足。for 循環(huán)提供了遍歷序列的迭代(例如字符串的字符、列表的元素或給定范圍內(nèi)的數(shù)字等)。

3.1 while 循環(huán)

while 語(yǔ)句會(huì)在給定條件為真時(shí)重復(fù)執(zhí)行代碼塊。例如，在下面的示例中，變量 number 被初始化為 0，并且在 while 循環(huán)中，它每迭代一次就遞增 1，每次執(zhí)行循環(huán)體前，首先進(jìn)行條件判斷，因此直到 number 等于 5 時(shí)結(jié)束循環(huán)：

number = 0while number < 5:    print("A total of {} time(s)".format(number))    number += 1

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

A total of 0 time(s)A total of 1 time(s)A total of 2 time(s)A total of 3 time(s)A total of 4 time(s)

3.2 for 循環(huán)

while 語(yǔ)句可用于在條件為真時(shí)反復(fù)執(zhí)行代碼塊，但有時(shí)候我們可能需要為序列中每個(gè)元素執(zhí)行代碼塊。
為了介紹 for 循環(huán)，我們首先要了解可迭代對(duì)象，可迭代對(duì)象是可使用 for 循環(huán)進(jìn)行遍歷的對(duì)象，對(duì)于現(xiàn)階段，我們可以只需將可迭代對(duì)象視為序列即可。
for 語(yǔ)句可以用于遍歷一個(gè)序列中的每個(gè)元素：

fruits = ["apple", "orange", "banana", "lemon"]for fruit in fruits:    print(fruit)

for 語(yǔ)句將列表 fruits 中的每一個(gè)值依次賦給變量 fruit。然后，代碼塊就會(huì)被執(zhí)行。for 語(yǔ)句的常見用法是在一定的值范圍內(nèi)進(jìn)行有限次數(shù)的迭代。
我們已經(jīng)在介紹數(shù)據(jù)類型 list 時(shí)，簡(jiǎn)單的介紹過內(nèi)置函數(shù) range 用于創(chuàng)建范圍，range 語(yǔ)法類似于切片，包含起始位置，但不包含結(jié)束位置。實(shí)際上，如果只提供了一個(gè)位置，將把這個(gè)位置視為結(jié)束位置，而起始位置為 0。同時(shí)也可以為 range 函數(shù)提供步長(zhǎng)參數(shù)，在范圍內(nèi)每隔若個(gè)元素提取一個(gè)元素：

for i in range(0, 10, 2):    print("The square of {} equals {}".format(i, i**2))

程序的輸出結(jié)果如下：

The square of 0 equals 0The square of 2 equals 4The square of 4 equals 16The square of 6 equals 36The square of 8 equals 64

使用 for 循環(huán)還可以遍歷字典，默認(rèn)情況下，是遍歷字典的鍵，如果需要遍歷所有的值或鍵-值對(duì)，就需要用到字典的 values 和 items 方法了：

fruits = {"apple": 5.0, "orange": 3.5, "banana": 4.0}for k in fruits:    print(k, "corresponds to", fruits[k])

上示代碼等價(jià)于：

fruits = {"apple": 5.0, "orange": 3.5, "banana": 4.0}for k, v in fruits.items():    print(k, "corresponds to", v)

3.3 中斷循環(huán)

通常，循環(huán)會(huì)不斷地執(zhí)行代碼塊，直到條件為假或迭代完序列中的所有元素。但有時(shí)，我們可能需要開始新迭代(跳到下一次迭代開頭，并不結(jié)束循環(huán))或直接結(jié)束循環(huán)。
? break
要結(jié)束循環(huán)，可使用 break，假設(shè)要找到最大的三位水仙花數(shù)(每個(gè)位上的數(shù)字的 3 次冪之和等于它本身的三位數(shù))，可以從 999 開始向下迭代，找到一個(gè)水仙花數(shù)后，無需繼續(xù)迭代，直接跳出循環(huán)：

for i in range(999, 99, -1):    b = i % 10    t = (i // 10) % 10    h = i // 100    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 == i:        print(i)        break

運(yùn)行此程序，將在打印 407 后結(jié)束，在上述示例中，可以看到通過將 range 的步長(zhǎng)設(shè)置為負(fù)數(shù)，讓 range 反向迭代。
常規(guī)的 while 循環(huán)會(huì)在循環(huán)開頭時(shí)進(jìn)行判斷用來結(jié)束循環(huán)，但有時(shí)我們想要循環(huán)在循環(huán)體中結(jié)束，這時(shí)就需要用到 while True/break 語(yǔ)法了，使用 while True 可以使循環(huán)永不結(jié)束，然后在循環(huán)體內(nèi)使用 if 語(yǔ)句，當(dāng) if 語(yǔ)句的條件得到滿足時(shí)調(diào)用 break 結(jié)束循環(huán)，例如在登陸界面中，只有用戶輸入了正確的用戶名才能進(jìn)行下一步操作：

users = ["root", "admin", "user_1"]while True:    user = input("Please enter your name: ")    if user in users:        break    print("User does not exist!")print("The user name is correct!")

? continue
當(dāng)指定語(yǔ)句 continue 時(shí)，它結(jié)束當(dāng)前迭代，并跳到下一次迭代開頭。這基本上意味著跳過循環(huán)體中余下的語(yǔ)句，但不結(jié)束循環(huán)，例如計(jì)算所有水仙花數(shù)，如果使用語(yǔ)句 continue，則可以寫為：

for i in range(100, 1000):    b = i % 10    t = (i // 10) % 10    h = i // 100    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 != i:        continue    print(i)

程序輸出結(jié)果如下：

153370371407

4. 控制語(yǔ)句綜合嵌套

控制語(yǔ)句可以進(jìn)行復(fù)雜的綜合嵌套，可以通過打印九九乘法表來綜合使用控制語(yǔ)句：

for i in range(1, 10):    for j in range(1, 10):        if i > j:            print("{} * {} = {}".format(i, j, i*j), end = "/t")        elif i == j:            print("{} * {} = {}".format(i, j, i*j))        else:            continue

5. 列表解析式

列表推導(dǎo)是利用列表創(chuàng)建新列表的方式，列表推導(dǎo)的工作原理類似于 for 循環(huán)：

>>> [i**2 for i in range(10)][0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

在列表推導(dǎo)中也可以進(jìn)行嵌套，例如添加更多的 for 循環(huán)和 if 語(yǔ)句：

>>> [[i, j] for i in range(10) for j in range(10) if i % 3 == 0 and j % 4 == 0][[0, 0], [0, 4], [0, 8], [3, 0], [3, 4], [3, 8], [6, 0], [6, 4], [6, 8], [9, 0], [9, 4], [9, 8]]

等價(jià)于：

new_list = []for i in range(10):    for j in range(1):        if i % 3 == 0 and j % 4 == 0:            new_list.append([i, j])

除了列表推導(dǎo)式外，還可以使用花括號(hào)來執(zhí)行字典推導(dǎo)：

>>> print({i: i**3 for i in range(10)}){0: 0, 1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125, 6: 216, 7: 343, 8: 512, 9: 729}

Python基礎(chǔ)相關(guān)鏈接

Python基礎(chǔ)之變量與內(nèi)置數(shù)據(jù)類型
Python基礎(chǔ)之輸入、輸出與高階賦值
Python基礎(chǔ)之控制結(jié)構(gòu)