（Python基础篇）循环结构

一、什么是 Python 循环结构？

循环结构是编程中重复执行代码块的机制。在 Python 中，循环允许你：

1.迭代处理数据：遍历列表、字典、文件内容等。

2.自动化重复任务：如批量处理数据、生成序列等。

3.控制执行流程：根据条件决定是否继续或终止循环。

二、为什么需要循环结构？

假设你需要打印 1 到 100 的所有偶数：

没有循环：需手动编写 100 行 print() 语句。

print(0)

print(2)

print(4)

print(6)

print(8)

print(10)

print(12)

print(14)

......

使用循环：只需 2-3 行代码即可完成。

for i in range(1, 101):
    if i % 2 == 0:
        print(i)

循环避免了代码冗余，提高了开发效率和代码可维护性。

三、如何使用 Python 循环？

Python 提供了两种主要的循环类型：for 循环和 while 循环。

1. for 循环（遍历可迭代对象）

代码示例

# 遍历列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

# 遍历字符串
for char in "Hello":
    print(char)

# 遍历字典（默认遍历键）
person = {"name": "Alice", "age": 30}
for key in person:
    print(key, person[key])

补充说明：

从功能角度来说，可迭代对象是一种抽象概念，它代表了一组数据的集合形式，允许程序按照一定顺序逐个访问其中的元素 。在 Python 里，常见的可迭代对象包括列表（list）、元组（tuple）、字符串（str）、字典（dict）、集合（set），以及文件对象等

从实现层面看，Python 中的可迭代对象需要实现 __iter__() 方法。__iter__() 方法会返回一个迭代器对象，该迭代器对象实现了 __next__() 方法，用于逐个返回可迭代对象中的元素。当元素全部返回后，__next__() 方法会抛出 StopIteration 异常，表示迭代结束。

2. while 循环（基于条件执行）

代码示例

# 导入random模块
import random
while True:
    robot_guess = random.choice(["石头", "剪刀", "布"])
    you_guess = input("请输入你要猜拳的内容（输入q退出）：")
    
    if you_guess == 'q':
        print("游戏结束")
        break
        
    if robot_guess == "石头" and you_guess == "布":
        print("布赢石头，你赢了！！！")
    elif robot_guess == "石头" and you_guess == "石头":
        print("平局")
    elif robot_guess == "石头" and you_guess == "剪刀":
        print("石头赢剪刀，你输了")
    elif robot_guess == "剪刀" and you_guess == "石头":
        print("石头赢剪刀，你赢了！！！")
    elif robot_guess == "剪刀" and you_guess == "剪刀":
        print("平局")
    elif robot_guess == "剪刀" and you_guess == "布":
        print("剪刀赢布，你输了")
    elif robot_guess == "布" and you_guess == "剪刀":
        print("剪刀赢布，你赢了！！！")
    elif robot_guess == "布" and you_guess == "布":
        print("平局")
    elif robot_guess == "布" and you_guess == "石头":
        print("布赢石头，你输了")
    else:
        print("输入无效，请输入石头、剪刀或布")

四、循环控制语句

1. break：提前终止循环

代码示例

# 求四位数中数值最大的闰年与数值最小闰年的差值
for i1 in range(1000, 10000):
    if i1 % 4 == 0 and i1 % 100 != 0 or i1 % 400 == 0:
        # print(i1)
        s1 = i1
        break
for i2 in range(9999, 1000, -1):
    if i2 % 4 == 0 and i2 % 100 != 0 or i2 % 400 == 0:
        # print(i2)
        s2 = i2
        break
print(f"四位数中数值最大的闰年与数值最小闰年的差值是{s2 - s1}")

2. continue：跳过当前循环

代码示例

# 最多输入10个位于10-50之间的整数，如果输入了30，则停止输入，计算输入的数字的平均数
sum1 = 0
count = 0
for i in range(1, 11):
    num1 = int(input("输入于10-50之间的整数:"))
    if 10 <= num1 <= 50:
        if num1 == 30:
            break
        else:
            sum1 += num1
            count += 1
    else:
        print(f"输入错误， 你还剩{10 - i}次机会")
        continue
if count == 0:
    print("没有输入有效的数字，无法计算平均值。")
else:
    print(f"平均值为: {sum1 / count}")

3. else 子句（循环正常结束时执行）

代码示例

for i in range(3):
    print(i)
else:
    print("循环结束")  # 正常结束时执行

for i in range(3):
    if i == 1:
        break
else:
    print("循环结束")  # 不会执行（因 break 提前退出）

五、嵌套循环

在循环内部使用循环，常用于处理多维数据。

代码示例

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i +1):
        print(f"{i} X {j} = {i * j}", end="\t")
    print()

# 找出所有水仙花的平均数

代码示例

def is_narcissistic(num):
    """判断一个数是否为水仙花数"""
    # 将数字转换为字符串，以便逐位处理
    digits = str(num)
    n = len(digits)
    # 计算各位数字的 n 次方之和
    sum_power = sum(int(digit) ** n for digit in digits)
    # 判断是否等于原数
    return sum_power == num

def calculate_average():
    """计算所有三位数水仙花数的平均数"""
    # 找出所有三位数中的水仙花数
    narcissistic_numbers = [num for num in range(100, 1000) if is_narcissistic(num)]
    
    # 计算平均数
    if narcissistic_numbers:
        average = sum(narcissistic_numbers) / len(narcissistic_numbers)
        return average, narcissistic_numbers
    else:
        return 0, []

# 执行计算
average, numbers = calculate_average()

# 输出结果
if numbers:
    print(f"所有三位数水仙花数为: {numbers}")
    print(f"它们的平均数是: {average}")
else:
    print("没有找到三位数的水仙花数。")    

六、最佳实践

1. 避免无限循环：确保 while 循环有终止条件。

   代码示例

   # 错误示例（无限循环）
   while True:
       print("Hello")  # 缺少退出条件
   
   # 正确示例
   count = 0
   while count < 3:
       print("Hello")
       count += 1
   

2. 使用 enumerate() 获取索引：

   代码示例

   fruits = ["apple", "banana"]
   for index, fruit in enumerate(fruits):
       print(index, fruit)  # 输出：0 apple, 1 banana
   

3. 列表推导式替代简单循环：

   代码示例

   # 传统循环
   squares = []
   for x in range(5):
       squares.append(x**2)
   
   # 列表推导式
   squares = [x**2 for x in range(5)]
   

七、常见问题

1. 循环变量未更新：导致无限循环。

   代码示例

   # 错误示例
   num = 1
   while num < 10:
       print(num)  # 缺少 num += 1，导致无限循环
   

2. 循环嵌套过深：降低代码可读性。

   解决方案：将复杂逻辑封装为函数。

3. 意外修改迭代对象：

   代码示例

   # 错误示例（遍历列表时修改列表）
   numbers = [1, 2, 3, 4]
   for num in numbers:
       if num % 2 == 0:
           numbers.remove(num)  # 导致跳过元素
   

八、总结

循环是 Python 中最基础且强大的工具之一：

for 循环：适用于已知迭代次数的场景。

while 循环：适用于未知迭代次数，依赖条件判断的场景。

控制语句：break、continue 和 else 增强循环灵活性。

合理使用循环能让代码更简洁、高效。如果遇到具体问题，可以告诉我，我会提供针对性的解决方案！