Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第三章 程序控制

第三章程序控制Contents順序結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)本章小結(jié)習(xí)題排序?qū)嵗?1順序結(jié)構(gòu)高級語言程序只有順序、分支和循環(huán)三種程序結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)所有的計(jì)算機(jī)算法。作為一種高級語言，Python的程序控制具有極致精簡的特點(diǎn)，每行代碼為一條執(zhí)行語句，處于同一縮進(jìn)位置的所有語句按位置構(gòu)成順序結(jié)構(gòu)；由if語句或match語句及其下一級縮進(jìn)的語句構(gòu)成分支結(jié)構(gòu)；由while語句或for語言及其下一級縮進(jìn)的語句構(gòu)成循環(huán)結(jié)構(gòu)。本節(jié)將詳細(xì)介紹Python語言程序的控制結(jié)構(gòu)。3.1順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)的程序的執(zhí)行按照其語句的位置先后順序執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)程序的總體執(zhí)行結(jié)構(gòu)，只有在程序的部分功能模塊中才可以采取分支結(jié)構(gòu)或循環(huán)結(jié)構(gòu)。3.1順序結(jié)構(gòu)1importmath2x1=input('PleaseinputxofPointA:')3y1=input('PleaseinputyofPointA:')4x2=input('PleaseinputxofPointB:')5y2=input('PleaseinputyofPointB:')6x1=float(x1)7y1=float(y1)3.1順序結(jié)構(gòu)8x2=float(x2)9y2=float(y2)10d=math.sqrt((x2-x1)**2+(y2-y1)**2)11print(f'DistanceofA({x1},{y1})andB({x2},{y2})is:rkrwcq1.')第1行裝載math模塊，第10行使用了math模塊中的sqrt函數(shù)。第2行調(diào)用input函數(shù)讀取鍵盤的輸入字符串，作為點(diǎn)A的x坐標(biāo)，第6行“x1=float(x1)”將x1轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，仍使用標(biāo)簽x1。3.1順序結(jié)構(gòu)第3行讀取鍵盤的輸入字符串，作為點(diǎn)A的y坐標(biāo)。第7行將y1轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，仍使用標(biāo)簽y1。第4行讀取鍵盤的輸入字符串，作為點(diǎn)B的x坐標(biāo)第8行將x2轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，仍使用標(biāo)簽x2。第5行讀取鍵盤的輸入字符串，作為點(diǎn)B的y坐標(biāo)。第9行將y2轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，仍使用標(biāo)簽y2。3.1順序結(jié)構(gòu)第10行調(diào)用math模塊的sqrt函數(shù)計(jì)算兩點(diǎn)間的距離。第11行輸出兩個(gè)點(diǎn)A和B以及它們的歐氏距離d。模塊zym0301執(zhí)行結(jié)果02分支結(jié)構(gòu)3.2分支結(jié)構(gòu)程序的分支結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)有條件的選擇特定語句執(zhí)行。Python語言中使用縮進(jìn)表示同一分支結(jié)構(gòu)中的語句。例如：if條件表達(dá)式:

語句1

語句2else:

語句3

語句43.2分支結(jié)構(gòu)Python語言中，縮進(jìn)也用于表示循環(huán)結(jié)構(gòu)中的歸屬關(guān)系。對縮進(jìn)格式而言，一條語句（一般為控制語句）下的具有相同縮進(jìn)量的所有語句均屬于該語句的控制部分。只是為了程序代碼美觀，每級縮進(jìn)均使用相同的縮進(jìn)量。分支結(jié)構(gòu)也稱選擇結(jié)構(gòu)，Python語言中，使用if或match關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)分支控制。3.2.1if語句if語句具有四種常用結(jié)構(gòu)，如下所示：（1）單個(gè)if結(jié)構(gòu)if條件表達(dá)式:

語句1

……

語句n上述結(jié)構(gòu)為單個(gè)if結(jié)構(gòu)，即當(dāng)“條件表達(dá)式”為真時(shí)，執(zhí)行“語句1”至“語句n”。3.2.1if語句（2）標(biāo)準(zhǔn)if-else結(jié)構(gòu)if條件表達(dá)式:

語句1

……

語句melse:

語句m+1

……

語句n3.2.1if語句第二種結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)的if-else結(jié)構(gòu)，即當(dāng)“條件表達(dá)式”為真時(shí)，執(zhí)行“語句1”至“語句m”；否則，執(zhí)行“語句m+1”至“語句n”。如果if部分沒有語句，用“pass”語句表示。3.2.1if語句（3）if-elif-else結(jié)構(gòu)if條件表達(dá)式1:

語句1

……

語句kelif條件表達(dá)式2:

語句k+1

……

語句m3.2.1if語句elif條件表達(dá)式3:

語句m+1

……

語句p……#其他的elif語句else:

語句t

……

語句n3.2.1if語句第三種結(jié)構(gòu)是典型的多分支結(jié)構(gòu)，即如果“條件表達(dá)式1”為真時(shí)，執(zhí)行“語句1”至“語句k”；否則，如果“條件表達(dá)式2”為真時(shí)，執(zhí)行“語句k+1”至“語句m”；否則，如果“條件表達(dá)式3”為真時(shí)，執(zhí)行“語句m+1”至“語句p”；否則，當(dāng)上述所有“條件表達(dá)式”均為假時(shí)，執(zhí)行“else”部分的“語句t”至“語句n”。3.2.1if語句（4）if語句的嵌套結(jié)構(gòu)if結(jié)構(gòu)中的if部分、else部分和elif部分中均可再嵌入if結(jié)構(gòu)，此時(shí)，注意各個(gè)部分的縮進(jìn)關(guān)系，以保證if部分與其相應(yīng)的elif或else部分相一致，不至于出現(xiàn)“張冠李戴”的問題。3.2.1if語句例：輸入一數(shù)值x，計(jì)算分段函數(shù)f(x)的值：3.2.1if語句1x=input('Pleaseinputanumber:')2x=float(x)3y=04ifx>1:5y=x+16elif0<x<=1:7y=3*x-13.2.1if語句8elif-1<x<=0:9y=-x**2-110else:11y=2*x**312print(f'{x}produces{y:.2f}')3.2.1if語句第1~12行為一個(gè)功能模塊，求解上述的“問題”。第1行“x=input(‘Pleaseinputanumber:’)”從鍵盤輸入一個(gè)表達(dá)數(shù)值的字符串給x。第2行“x=float(x)”將x轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，仍用x作為標(biāo)簽。第3行“y=0”將0賦給y。第4~11行為一個(gè)多分支結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于式(1)的四種情況，注意在Python語言中，支持這種“0<x<=1”級聯(lián)的關(guān)系不等式。第4行“ifx>1:”如果x大于1，則執(zhí)行第43行“y=x+1”將x與1的和賦給y；3.2.1if語句如果第6行“elif0<x<=1:”中x大于0且小于等于1，則執(zhí)行第7行“y=3*x-1”，將3x-1的值賦給y；否則，若第8行“elif-1<x<=0:”中x大于-1且小于等于0，則執(zhí)行第9行“y=-x**2-1”將-x2-1賦給y；在上述情況都不成立時(shí)，執(zhí)行第11行“y=2*x**3”將2x3賦給y。第12行“print(f'{x}produces{y:.2f}')”在屏幕上打印x和y的值。3.2.1if語句if結(jié)構(gòu)可以寫成一條語句，形如：y=表達(dá)式1if條件else表達(dá)式2表示當(dāng)“條件”為真時(shí)，將“表達(dá)多1”的值賦給y，否則將“表達(dá)式2”的值賦給y?！氨磉_(dá)式2”還可以嵌入新的if結(jié)構(gòu)。3.2.2match語句match多分支控制語句是Python3.10新添加的控制語句，其基本語法形式為：match表達(dá)式:case表達(dá)式1:

語句1

……

語句k3.2.2match語句case表達(dá)式2:

語句k+1

……

語句p

……#其他的case情況case_:

語句m

……

語句n3.2.2match語句上述match分支的功能非常強(qiáng)大，表現(xiàn)在這里的“表達(dá)式”可以為字符串、數(shù)值、邏輯值、列表、元組和字典等，每個(gè)case部分可以添加條件限制，用“if表達(dá)式”表示。當(dāng)match后面的“表達(dá)式”與某個(gè)case后面的表達(dá)式匹配后，則執(zhí)行該case部分的語句。3.2.2match語句例：當(dāng)輸入x為0或1或2時(shí)，輸出“低分”；當(dāng)輸入3或4，輸出“中分”；當(dāng)輸入5時(shí)，輸出“高分”；當(dāng)輸入小于0或大于5的數(shù)時(shí)，提示輸入有誤1if__name__=='__main__':2x=int(input('Inputanumber:'))3matchx:4case0|1|2:5print('Lowmark.')6case3|4:7print('Mediummark.')3.2.2match語句8case5:9print('Highmark.')10case_ifx>5:11print('Inputistoobig.')12case_ifx<0:13print('Inputistoosmall.')3.2.2match語句第2行“x=int(input('Inputanumber:'))”從鍵盤讀取一個(gè)整數(shù)，賦給x。第3~13行為match結(jié)構(gòu)，第3行“matchx:”為match結(jié)構(gòu)的頭部，x為match結(jié)構(gòu)的表達(dá)式；第4行“case0|1|2:”表示當(dāng)x的值為0或1或2時(shí)，執(zhí)行第5行語句“print('Lowmark.')”，即輸出“Lowmark.”。這里的“|”表示“或”。第6行“case3|4:”表示x的值為3或4時(shí)，執(zhí)行第7行“print('Mediummark.')”，輸出“Mediummark.”。3.2.2match語句第8行“case5:”表示x的值為5時(shí)，將執(zhí)行第9行輸出“Highmark.”。第10行“case_ifx>5:”表示當(dāng)x的值不滿足前面的各種case情況時(shí)，且滿足限定條件x大于5時(shí)，將執(zhí)行第11行“print('Inputistoobig.')”，輸出“Inputistoobig.”。第12行“case_ifx<0:”表示當(dāng)x的值不滿足前面的各種case情況且滿足限定條件x小于0時(shí)，將執(zhí)行第13行“print('Inputistoosmall.')”，輸出“Inputistoosmall.”。3.2.2match語句Match語句例子執(zhí)行結(jié)果：模塊zym0304執(zhí)行結(jié)果03循環(huán)結(jié)構(gòu)3.3循環(huán)結(jié)構(gòu)Python語言中，只有兩個(gè)循環(huán)控制方式，即while結(jié)構(gòu)和for結(jié)構(gòu)。while結(jié)構(gòu)有時(shí)稱為“當(dāng)型”循環(huán)，即當(dāng)while后的表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行while結(jié)構(gòu)中的語句；如果while后的表達(dá)式為假，則跳過while結(jié)構(gòu)執(zhí)行其后的語句。3.3.1while結(jié)構(gòu)Python語言中，只有兩個(gè)循環(huán)控制方式，即while結(jié)構(gòu)和for結(jié)構(gòu)。while結(jié)構(gòu)有時(shí)稱為“當(dāng)型”循環(huán)，即當(dāng)while后的表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行while結(jié)構(gòu)中的語句；如果while后的表達(dá)式為假，則跳過while結(jié)構(gòu)執(zhí)行其后的語句。while結(jié)構(gòu)有兩種基本形式，即標(biāo)準(zhǔn)的while循環(huán)結(jié)構(gòu)和while-else結(jié)構(gòu)3.3.1while結(jié)構(gòu)（1）while循環(huán)結(jié)構(gòu)while循環(huán)結(jié)構(gòu)的語法為：while條件表達(dá)式:

語句1

……

語句n在while循環(huán)結(jié)構(gòu)中，每次循環(huán)均需判斷“條件表達(dá)式”的值，如果為真，則執(zhí)行“語句1”至“語句n”。如果“條件表達(dá)式”的值為假，則跳出循環(huán)。3.3.1while結(jié)構(gòu)1if__name__=='__main__':2sum=03i=04whilei<=100:5sum+=i6i+=17print(f'1+2+...+100={sum}')3.3.1while結(jié)構(gòu)第2行“sum=0”將0賦給sum。第3行“i=0”將0賦給i。第4~6行為while循環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)?行“whilei<=100:”的條件表達(dá)式“i<=100”為真時(shí)，循環(huán)執(zhí)行第5、6行。第5行“sum+=i”將i累加到sum中；第6行“i+=1”表示循環(huán)變量i累加1。3.3.1while結(jié)構(gòu)（2）while-else結(jié)構(gòu)while-else結(jié)構(gòu)的語法為：while條件表達(dá)式:

語句1

……

語句melse:

語句m+1

……

語句n3.3.1while結(jié)構(gòu)上述結(jié)構(gòu)表示如果while后面的“條件表達(dá)式”為真，則循環(huán)執(zhí)行“語句1”至“語句m”；如果“條件表達(dá)式”為假，則執(zhí)行“else:”后的“語句m+1”至“語句n”。表面上看，“else:”部分是多余的，好像總被執(zhí)行到。通常的while結(jié)構(gòu)，當(dāng)其后的“條件表達(dá)式”為假時(shí)，將跳出while結(jié)構(gòu)，執(zhí)行其后的語句，所以有沒有“else:”，“語句m+1”至“語句n”總被執(zhí)行到。但是有一個(gè)例外，這個(gè)例外和break語句有關(guān)。3.3.1while結(jié)構(gòu)break語句可以用于while結(jié)構(gòu)（和for結(jié)構(gòu)）中，用于跳出while結(jié)構(gòu)（和for結(jié)構(gòu)）。對于while-else結(jié)構(gòu)而言，break語句將跳出整個(gè)while-else結(jié)構(gòu)，因此，如果在while部分執(zhí)行時(shí)遇到了break語句，將跳出整個(gè)while-else結(jié)構(gòu)，即else部分的語句將不被執(zhí)行。3.3.1while結(jié)構(gòu)1if__name__=='__main__':2sum=03i=04whilei<=100:5sum+=i6i+=17ifi==51:8break3.3.1while結(jié)構(gòu)9else: 10print('Notexecuted.')11print(f'1+2+...+{i-1}={sum}')本程序段在前一段程序段的基礎(chǔ)上，添加了第7~10行。第7行“ifi==51:”如果i等于51，則執(zhí)行第8行“break”跳出while-else結(jié)構(gòu)，去執(zhí)行第11行“print(f'1+2+...+{i-1}={sum}')”，輸出結(jié)果“1+2+...+50=1275”。第9~10行沒有被執(zhí)行。3.3.2for結(jié)構(gòu)while結(jié)構(gòu)幾乎可以處理所有的循環(huán)操作，有沒有必須再編寫一種循環(huán)結(jié)構(gòu)？Python語言中除了while結(jié)構(gòu)外，還有一種循環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為for結(jié)構(gòu)。存在某些情況下，for結(jié)構(gòu)比while結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。3.3.2for結(jié)構(gòu)for結(jié)構(gòu)的語法有兩種：（1）基本for結(jié)構(gòu)for元素in可選代對象:

語句1

……

語句n上述for結(jié)構(gòu)表示：在“元素”遍歷“可迭代對象”中的全部元素的過程中，對于每一個(gè)“元素”，執(zhí)行“語句1”至“語句n”。3.3.2for結(jié)構(gòu)（2）for-else結(jié)構(gòu)for元素in可選代對象:

語句1

……

語句melse:

語句m+1

……

語句n3.3.2for結(jié)構(gòu)上述for-else結(jié)構(gòu)表示：在“元素”遍歷“可迭代對象”中的全部元素的過程中，對于每一個(gè)“元素”，執(zhí)行“語句1”至“語句m”。當(dāng)“可迭代對象”中的全部元素遍歷完成后，執(zhí)行“else:”部分的“語句m+1”至“語句n”。表面上，有無“else:”，“語句m+1”至“語句n”都將在for部分的循環(huán)語句執(zhí)行完后被執(zhí)行到。但是，有一個(gè)例外，即當(dāng)for部分中含有break語句時(shí)，如果執(zhí)行到break語句，將跳出整個(gè)for-else結(jié)構(gòu)，執(zhí)行else部分后面的語句。這種情況和while-else結(jié)構(gòu)中遇到break語句的情況類似。3.3.2for結(jié)構(gòu)使用while結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)求列表中全部元素的和：1if__name__=='__main__':2a=[1,3,5,7,9]3s1=04foreina:5s1+=e6print(f'Sumoflist"a"is:{s1}.')7s2=08i=03.3.2for結(jié)構(gòu)9whilei<len(a):10s2+=a[i]11i+=112print(f'Sumoflist"a"is:{s2}.')模塊zym0311執(zhí)行結(jié)果04排序?qū)嵗?.4排序?qū)嵗龜?shù)據(jù)序列的排序是循環(huán)控制的典型用法實(shí)例，這里列舉兩種常用的排序方法：冒泡排序法和選擇排序法。這里主要介紹冒泡排序法。對于一個(gè)列表a，設(shè)其具有n個(gè)元素（a[0]至a[n-1]），使用冒泡排序法將其中元素從小至大排序的基本原理為：（1）把最大的數(shù)排至末尾。從列表a的第0個(gè)元素開始，從左向右依次比較相鄰的兩個(gè)元素，將小的元素放在前面，大的元素放在后面。3.4排序?qū)嵗?）只考慮列表中未排序的元素，將這些元素中最大的數(shù)排至這些元素的末尾。重復(fù)這一過程，直到列表中末排序的元素只剩下a[0]。冒泡排序法實(shí)例：1importrandom2if__name__=='__main__':3random.seed(299792458)4a=list(range(1,10+1))3.4排序?qū)嵗?random.shuffle(a)6print(f'Theshuffledsequence:{a}')7i=len(a)8whilei>1:9j=010whilej<i-1:11ifa[j]>a[j+1]:3.4