Python電子教案4-2 程序的控制結構

1、第4章 程序的控制結構程序的循環(huán)結構 根據循環(huán)執(zhí)行次數(shù)的確定性，分為確定次數(shù)循環(huán)和非確定次數(shù)循環(huán) 確定次數(shù)循環(huán)指循環(huán)體對循環(huán)次數(shù)有明確的定義，這類循環(huán)在Python中被稱為“遍歷循環(huán)”，其中，循環(huán)次數(shù)采用遍歷結構中元素個數(shù)來體現(xiàn)，具體采用for語句實現(xiàn)。 非確定次數(shù)循環(huán)指程序不確定循環(huán)體可能的執(zhí)行次數(shù)，而通過條件判斷是否繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，Python提供了根據判斷條件執(zhí)行程序的無限循環(huán)，具體采用while語句實現(xiàn)。程序的循環(huán)結構 Python通過保留字for實現(xiàn)“遍歷循環(huán)”，基本使用方法如下：for in : 之所以稱為“遍歷循環(huán)”，是因為for語句的循環(huán)執(zhí)行次數(shù)是根據遍歷結構中元素個數(shù)確定的。

2、遍歷循環(huán)可以理解為從遍歷結構中逐一提取元素，放在循環(huán)變量中，對于每個所提取的元素執(zhí)行一次語句塊。遍歷循環(huán): for語句 遍歷結構可以是字符串、文件、組合數(shù)據類型或range()函數(shù)，常用的使用方式如下循環(huán)N次for i in range(N):遍歷文件fi的每一行for line in fi:遍歷字符串s for c in s:遍歷循環(huán): for語句 遍歷循環(huán)還有一種擴展模式，使用方法如下：for in : else: 遍歷循環(huán): for語句 在這種擴展模式中，當for循環(huán)正常執(zhí)行之后，程序會繼續(xù)執(zhí)行else語句中內容。else語句只在循環(huán)正常執(zhí)行之后才執(zhí)行，因此，可以在中放置判斷循環(huán)執(zhí)行情況

3、的語句。 這里先給一個小例子：遍歷循環(huán): for語句 很多應用很難在執(zhí)行之初就有確定的遍歷結構，這需要編程語言提供根據條件進行循環(huán)的語法，稱為無限循環(huán)，又稱條件循環(huán)。 無限循環(huán)一直保持循環(huán)操作直到特定條件被滿足才結束，不需要提前知道循環(huán)次數(shù)。無限循環(huán): while語句 Python通過保留字while實現(xiàn)無限循環(huán)，基本使用方法如下：while : 其中與if語句中的判斷條件一樣，結果為True和False。無限循環(huán): while語句 在這種擴展模式中，當while循環(huán)正常執(zhí)行之后，程序會繼續(xù)執(zhí)行else語句中內容。else語句只在循環(huán)正常執(zhí)行之后才執(zhí)行，因此，可以在中放置判斷循環(huán)執(zhí)行情況的語句

4、，例如：無限循環(huán): while語句 程序執(zhí)行后的效果如下： 如果通過while實現(xiàn)一個計數(shù)循環(huán)，需要在循環(huán)之前對計數(shù)器idx進行初始化，并在每次循環(huán)中對計數(shù)器idx進行累加，如上述代碼第4行。相比for循環(huán)，循環(huán)變量逐一取自遍歷結構，不需要程序維護計數(shù)器無限循環(huán): while語句 循環(huán)結構有兩個輔助保留字：break和continue，它們用來輔助控制循環(huán)執(zhí)行。 break用來跳出最內層for或while循環(huán)，脫離該循環(huán)后續(xù)執(zhí)行，例如循環(huán)保留字: break和continue 其中，break語句跳出了最內層for循環(huán)，但仍然繼續(xù)執(zhí)行外層循環(huán)。每個break語句只有能力跳出當前層次循環(huán)。 co

5、ntinue用來結束當前當次循環(huán)，即跳出循環(huán)體中下面尚未執(zhí)行的語句，但不跳出當前循環(huán)。對于while循環(huán)，繼續(xù)求解循環(huán)條件。而對于for循環(huán)，程序流程接著遍歷循環(huán)列表。循環(huán)保留字: break和continue 對比continue和break語句，如下：循環(huán)保留字: break和continue兩個程序執(zhí)行后的效果分別為 PYHON PYrandom庫的使用 隨機數(shù)在計算機應用中十分常見Python內置的random庫主要用于產生各種分布的偽隨機數(shù)序列random庫采用梅森旋轉算法（Mersenne twister）生成偽隨機數(shù)序列，可用于除隨機性要求更高的加解密算法外的大多數(shù)工程應用。ra

6、ndom庫概述 使用random庫主要目的是生成隨機數(shù)，因此，讀者只需要查閱該庫的隨機數(shù)生成函數(shù)，找到符合使用場景的函數(shù)使用即可。這個庫提供了不同類型的隨機數(shù)函數(shù)，所有函數(shù)都是基于最基本的random.random()函數(shù)擴展而來。random庫概述random庫解析 random庫常用的9個隨機數(shù)生成函數(shù)函數(shù)描述函數(shù)seed(a=None)初始化隨機數(shù)種子，默認值為當前系統(tǒng)時間seed(a=None)random()生成一個0.0, 1.0)之間的隨機小數(shù)random()randint(a, b)生成一個a,b之間的整數(shù)randint(a, b)getrandbits(k)生成一個k比特長度

7、的隨機整數(shù)getrandbits(k)randrange(start, stop, step)生成一個start, stop)之間以step為步數(shù)的隨機整數(shù)randrange(start, stop, step)uniform(a, b)生成一個a, b之間的隨機小數(shù)uniform(a, b)choice(seq)從序列類型(例如：列表)中隨機返回一個元素choice(seq)shuffle(seq)將序列類型中元素隨機排列，返回打亂后的序列shuffle(seq)sample(pop, k)從pop類型中隨機選取k個元素，以列表類型返回sample(pop, k) 對random庫的引用方法

8、與math庫一樣，可采用下面兩種方式實現(xiàn)import random 或 from random import * 使用random庫的一些例子如下，請讀者注意，這些語句每次執(zhí)行后的結果不一定一樣：random庫解析random庫解析 生成隨機數(shù)之前可以通過seed()函數(shù)指定隨機數(shù)種子，隨機種子一般是一個整數(shù)，只要種子相同，每次生成的隨機數(shù)序列也相同。這種情況便于測試和同步數(shù)據，例如：random庫解析的計算的計算 隨著計算機的出現(xiàn)，數(shù)學家找到了另類求解的方法：蒙特卡羅（Monte Carlo）方法，又稱隨機抽樣或統(tǒng)計試驗方法。 當所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，或者是某個隨機變量的期望值

9、時，它們可以通過某種“試驗”的方法，得到這種事件出現(xiàn)的頻率，或者這個隨機變數(shù)的平均值，并用它們作為問題的解。這就是蒙特卡羅方法的基本思想。的計算 應用蒙特卡羅方法求解的基本步驟如下：隨機向單位正方形和圓結構，如圖4.10所示，拋灑大量“飛鏢”點，計算每個點到圓心的距離從而判斷該點在圓內或者圓外，用圓內的點數(shù)除以總點數(shù)就是/4值的計算 為了簡化計算，一般利用圖形的1/4求解值，如圖4.11所示。該問題的IPO表示如下：輸入：拋點數(shù)處理：計算每個點到圓心的距離，統(tǒng)計在圓內點的數(shù)量輸出：值的計算的計算 上述代碼中，random()函數(shù)隨機返回一個在0,1)之間的浮點數(shù)，用兩個隨機數(shù)給出隨機拋點(x,

10、y)的坐標。sqrt()函數(shù)來自于數(shù)學庫math，用來求解輸入數(shù)據的平方根。第一次調用clock()函數(shù)啟動一個新的計時器，第二次調動clock()函數(shù)返回啟動計時器后的時間。的計算 代碼中DARTS是一個常量，初始設定這個拋點數(shù)為1000。該程序運行結果如下：Pi值是3.144.運行時間是: 0.016477s計算得到的值為3.144，與大家熟知的3.1415相差較遠。原因是DARTS點數(shù)量較少，無法更精確刻畫面積的比例關系。的計算 表4.4列出了不同DARTS值情況下該程序的運行情況，可以看到，隨著DARTS數(shù)量的增加，在220數(shù)量級上，的值就相對準確了。DARTS運行時間2103.109

11、3750.011s2113.1386710.012s2123.1503900.014s2133.1435540.018s2143.1413570.030s2153.1478270.049s2163.1419670.116s2183.1445770.363s2203255s的計算異常處理機制 觀察下面這段小程序num = eval(input(num = eval(input(請輸入一個整數(shù)請輸入一個整數(shù): ): )print(numprint(num* * *2 2) )當用戶輸入數(shù)字時，程序正常執(zhí)行，如果用戶輸入的不是數(shù)字呢？異常處理: try-except語句異常

12、處理: try-except語句 可以看到，Python解釋器返回了異常信息，同時程序退出，圖4.12具體說明了這個異常信息中各部分的含義。異常處理: try-except語句 Python異常信息中最重要的部分是異常類型，它表明了發(fā)生異常的原因，也是程序處理異常的依據。 Python使用try-except語句實現(xiàn)異常處理，基本的語法格式如下：try:except :異常處理: try-except語句 語句塊1是正常執(zhí)行的程序內容，當發(fā)生異常時執(zhí)行except保留字后面的語句塊，為這個小例子增加異常處理，代碼如下： 異常處理: try-except語句 try-except語句可以支持多個

13、except語句，語法格式如下：try:try: 1except except :1: 2.except except :N: N+1except:except: 異常的高級用法 其中，第1到第N個except語句后面都指定了異常類型，說明這些except所包含的語句塊只處理這些類型的異常。最后一個except語句沒有指定任何類型，表示它對應的語句塊可以處理所有其他異常。這個過程與if-elif-else語句類似，是分支結構的一種表達方式，一段代碼如下。異常的高級用法異常的高級用法 該程序將用戶輸入的數(shù)字作為索引從字符串alp中返回一個字符，當用戶輸入非整數(shù)字符時，except NameErr

14、or異常被捕獲到，提升用戶輸入類型錯誤，當用戶輸入數(shù)字不在1到26之間時，異常被except捕獲，程序打印其他錯誤信息，執(zhí)行過程和結果如下：異常的高級用法 除了try和except保留字外，異常語句還可以與else和finally保留字配合使用，語法格式如下：try:try: 1except except :1: 2else:else: 3finally:finally: 異常的高級用法 此處的else語句與for循環(huán)和while循環(huán)中的else一樣，當try中語句塊1正常執(zhí)行結束且沒有發(fā)生異常時，else中語句塊3執(zhí)行，可以看作是對try語句塊正常執(zhí)行后的一種追加處理。 finally語句塊

15、則不同，無論try中語句塊1是否發(fā)生異常，語句塊4都會執(zhí)行，可以將程序執(zhí)行語句塊1的一些收尾工作放在這里，例如關閉打開文件等。異常的高級用法 采用這些保留子的異常處理控制流過程如圖4.13所示異常的高級用法 采用else和finally修改代碼如下異常的高級用法 執(zhí)行過程和結果如下：異常的高級用法 Python能識別很多種異常類型，但不建議讀者編寫程序時依賴try-except這種異常處理機制。try-except異常一般只用來檢測極少發(fā)生的情況，例如：用戶輸入的合規(guī)性或文件打開是否成功等。對于本節(jié)小例子中索引字符串超過范圍的情況應該盡量在程序中采用if語句直接判斷，盡量避免通過異常處理來應對這種可能發(fā)生的“錯誤”異常的高級用法 對于商業(yè)應用的軟件產品，穩(wěn)定性和可靠性是最重要的衡量指標之一。即使這類軟件產品，也不會濫用try-except類型語句。因為采