Введение в Python. Лекция 7: Инструкции цикла в Python

Циклы
Практически каждый язык программирования содержит какую-нибудь конструкцию цикла. В большей части языков есть больше одной такой конструкции. В мире Python есть два типа циклов:
Цикл for
Цикл while
Циклы (loops) предназначены для повторения команд и блоков кода

Инструкция цикла for
Имеется список num. Вывести на экран каждый из его элементов отдельно:
>>> num=[0.8, 7.0, 6.8, -6]
>>> num
[0.8, 7.0, 6.8, -6]
>>> print(num[0],'- number')
0.8 - number
>>> print(num[1],'- number')
7.0 - number

Используем цикл for:
>>> num=[0.8, 7.0, 6.8, -6]
>>> for i in num:
print(i, '- number')
0.8 - number
7.0 - number
6.8 - number
-6 - number
>>>

В общем виде цикл for для перебора всех элементов указанного списка выглядит следующим образом:

Пример:
>>> for i in [1, 2, 'hi']:
print(i)
1
2
hi
>>>

Цикл for работает и для строк:
>>> for i in 'hello':
print(i)
h
e
l
l
o
>>>

В общем виде запись цикла for для заданной строки:

Цикл for также позволяет производить определенные операции:
>>> num=[0.8, 7.0, 6.8, -6]
>>> for i in num:
if i == 7.0:
print (i, '- число 7.0')
7.0 - число 7.0
>>>

Похожим образом в цикле производится поиск необходимого символа в строке с помощью вызова строкового метода:
>>> country=“Kyrgyzstan"
>>> for ch in country:
if ch.isupper():
print(ch)
K
>>>

Функция range
Достаточно часто при разработке программ необходимо получить последовательность (диапазон) целых чисел.
Для решения этой задачи в Python предусмотрена функция range(), создающая последовательность (диапазон) чисел. В качестве аргументов функция принимает: начальное значение диапазона (по умолчанию 0), конечное значение (не включительно) и шаг (по умолчанию 1).

Функция range

Функция range() служит для создания списка чисел, который начинается с того числа, который мы указали первым внутри ее скобок, и заканчивается числом на единицу меньше второго числа. То есть функция выглядит так: range(начало_списка, конец_списка, шаг), где аргументы “начало_списка” и “шаг” являются необязательными. Мы можем обойтись только числом, обозначающим “конец_списка”. В этом случае в качестве начального числа подставится 0, а в качестве шага по умолчанию будет 1:

>>> range(0,10,1)
range(0, 10)
>>> range(10)
range(0, 10)
>>>

Примеры вызовов функции range

Для создания диапазона чисел необходимо использовать цикл for:
>>> for i in range(0, 10, 1):
print(i, end=' ')
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
>>> for i in range(10):
print(i, end=' ')
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
>>> for i in range(2, 20, 2):
print(i, end=' ')
2 4 6 8 10 12 14 16 18
>>>

При желании можно получить диапазон в обратном порядке следования (обратите внимание на аргументы функции range()):
>>> for i in range(20, 2, -2):
print(i, end=' ')
20 18 16 14 12 10 8 6 4
>>>

Теперь с помощью диапазона найдем сумму чисел на интервале от 1 до 100:
>>> total=0
>>> for i in range(1, 101):
total=total+i
>>> total
5050
>>>

Переменной i на каждом шаге цикла будет присваиваться значение из диапазона от 1 до 100 (крайнее значение не включаем). В цикле мы накапливаем счетчик.

В Python есть более красивое решение данной задачи:
>>> sum(list(range(1, 101)))
5050
>>>

Диапазоны можно использовать при создании списков:
>>> list(range(10))
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> list(range(2, 10, 2))
[2, 4, 6, 8]
>>>
Вызов функции sum() для списка в качестве аргумента приводит к подсчету суммы всех элементов списка.

Упражнение:
Найдите все значения функции y (x) = x2 + 3 на интервале от 10 до 30 с шагом 2.

Диапазон, создаваемый функцией range(), часто используется для задания индексов. Например, если необходимо изменить существующий список, умножив каждый его элемент на 2:
lst = [4, 10, 5, -1.9]
print (lst)
for i in range(len(lst)):
lst [i]=lst [i] * 2
print (lst)

В результате выполнения программы:
>>>
======== RESTART: C:/Python35-32/myprog.py ======
[4, 10, 5, -1.9]
[8, 20, 10, -3.8]
>>>

Необходимо пройти в цикле по всем элементам списка lst, для этого перебираются и изменяются последовательно элементы списка через указание их индекса. В качестве аргумента range() задается длина списка. В этом случае создаваемый диапазон будет от 0 до len(lst)-1. Python не включает крайний элемент диапазона, т.к. длина списка всегда на 1 больше, чем индекс последнего его элемента, т.к. индексация начинается с нуля.

Подходы к созданию списка
Рассмотрим различные способы создания списков. Самый очевидный способ:
>>> a = []
>>> for i in range(1,15):
a.append(i)
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]
>>>

С созданием списка из диапазона мы уже встречались:
>>> a = list(range(1, 15))
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]
>>>

Можно также использовать «списковое включение» (или «генератор списка»):
>>> a = [i for i in range(1,15)]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]
>>>

Правила работы для спискового включения:

В следующем примере выбираем из диапазона все числа от 1 до 14, возводим их в квадрат и сразу формируем из них новый список:
>>> a = [i**2 for i in range(1,15)]
>>> a
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144, 169, 196]
>>>

Списковое включение позволяет задавать условие для выбора значения из диапазона (в примере исключили значение 4):
>>> a = [i**2 for i in range(1,15) if i!=4]
>>> a
[1, 4, 9, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144, 169, 196]
>>>

Вместо диапазонов списковое включение позволяет указывать существующий список:
>>> a = [2, -2, 4, -4, 7, 5]
>>> b = [i**2 for i in a]
>>> b
[4, 4, 16, 16, 49, 25]
>>>

В примере мы выбираем последовательно значения из списка a, возводим в квадрат каждый из его элементов и сразу добавляем полученные значения в новый список.
По аналогии можно перебирать символы из строки и формировать из них список:
>>> c = [c*3 for c in 'list' if c != 'i']
>>> c
['lll', 'sss', 'ttt']
>>>

В Python есть интересная функция map(), которая позволяет создавать новый список на основе существующего списка:
>>> def f(x):
return x+5
>>> list(map(f,[1,3,4]))
[6, 8, 9]
>>>

Функция map() принимает в качестве аргументов имя функции и список (или строку). Каждый элемент списка (или строки) подается на вход функции, и результат работы функции добавляется как элемент нового списка. Получить результат вызова функции map() можно через цикл for или функцию list().
Функции, которые принимают на вход другие функции, называются функциями высшего порядка.

Пример вызова map() для строки:
>>> def f(s):
return s*2
>>> list(map(f, "hello"))
['hh', 'ee', 'll', 'll', 'oo']
>>>

Рассмотрим, как получить список, состоящий из случайных целых чисел:
>>> from random import randint
>>> A = [randint(1, 9) for i in range(5)]
>>> A
[2, 1, 1, 7, 8]
>>>

В данном примере функция range() выступает как счетчик числа повторений (цикл for сработает ровно 5 раз). Обратите внимание, что при формировании нового списка переменная i не используется. В результате пять раз будет произведен вызов функции randint(), которая сгенерирует целое случайное число из интервала, и уже это число добавится в новый список.

Перейдем к ручному вводу значений для списка. Зададим длину списка и введем с клавиатуры все его значения:
a = [] # объявляем пустой список
n = int (input()) # считываем количество элементов в списке
for i in range(n):
new_element = int(input()) # считываем очередной элемент
a.append(new_element) # добавляем его в список
# последние две строки можно было заменить одной:
# a.append(int(input()))
print(a)

В результате запуска программы:
>>>
======== RESTART: C:\Python35-32\myprog.py ========
3
4
2
1
[4, 2, 1]
>>>

Теперь запишем решение этой задачи через списковое включение в одну строку:
>>> A = [int(input()) for i in range(int(input()))]
3
4
2
1
>>> A
[4, 2, 1]
>>>

Инструкция цикла while
Цикл for используется, если заранее известно, сколько повторений необходимо выполнить (указывается через аргумент функции range() или пока не закончится список/строка).
Если заранее количество повторений цикла неизвестно, то применяется другая конструкция, которая называется циклом while:

Цикл while:

Определим количество кроликов:
rabbits = 3
while rabbits > 0:
print(rabbits)
rabbits = rabbits – 1
В результате выполнения программы:
>>>
========= RESTART: C:\Python35-32\myprog.py ==========
3
2
1
>>>

В примере цикл while выполняется до тех пор, ПОКА число кроликов в условии положительное. На каждом шаге цикла мы переменную rabbits уменьшаем на 1, чтобы не уйти в бесконечный цикл, когда условие всегда будет являться истинным.
Рассмотрим подробнее ход выполнения программы. В начале работы программы переменная rabbits равна 3, затем попадаем в цикл while, т.к. условие rabbits > 0 будет являться истинным (вернет значение True). В теле цикла вызывается функция print(), которая отобразит на экране текущее значение переменной rabbits. Далее переменная уменьшится на 1 и снова произойдет проверка условия while, т.е. 2 > 0 (вернет True). Попадаем в цикл и действия повторяются до тех пор, пока не дойдем до условия 0 > 0. В этом случае вернется логическое значение False и цикл while не сработает.

Рассмотрим следующий пример:
while True:
text = input("Введите число или стоп для выхода: ")
if text == "стоп":
print("Выход из программы! До встречи!")
break # инструкция выхода из цикла
elif text == '1':
print("Число 1")
else:
print("Что это?!")

В результате работы программы получим:
>>>
============ RESTART: C:\Python35-32\myprog.py ===========
Введите число или стоп для выхода: 4
Что это?!
Введите число или стоп для выхода: 1
Число 1
Введите число или стоп для выхода: стоп
Выход из программы! До встречи!
>>>

Программа выполняется в бесконечном цикле, т.к. True всегда является истиной. Внутри цикла происходит ввод значения с клавиатуры и проверка введенного значения. Инструкция break осуществляет выход из цикла.
В подобных программах необходимо внимательно следить за преобразованием типов данных.

В следующей программе реализован один из вариантов подсчета суммы чисел в строке:
s='aa3aBbb6ccc'
total=0
for i in range(len(s)):
if s[i].isalpha(): # посимвольно проверяем наличие буквы
continue # инструкция перехода к следующему шагу цикла
total=total+int(s[i]) #накапливаем сумму, если встретилась цифра
print ("сумма чисел:", total)

Результат выполнения:
>>>
======== RESTART: C:\Python35-32\myprog.py =======
сумма чисел: 9
>>>
В примере демонстрируется использование инструкции continue. Выполнение данной инструкции приводит к переходу к следующему шагу цикла, т.е. все команды, которые находятся после continue, будут проигнорированы.

Вложенные циклы
Циклы можно вкладывать друг в друга.
outer = [1, 2, 3, 4] # внешний цикл
inner = [5, 6, 7, 8] # вложенный (внутренний) цикл
for i in outer:
for j in inner:
print ('i=', i, 'j=', j)

Результат работы программы:
i= 1 j= 5
i= 1 j= 6
i= 1 j= 7
i= 1 j= 8
i= 2 j= 5
i= 2 j= 6
i= 2 j= 7
i= 2 j= 8
i= 3 j= 5
i= 3 j= 6
i= 3 j= 7
i= 3 j= 8
i= 4 j= 5
i= 4 j= 6
i= 4 j= 7
i= 4 j= 8

Пример с одним циклом for:
lst = [[1, 2, 3],
[4, 5, 6]]
for i in lst:
print (i)
Результат выполнения программы:
>>>
====== RESTART: C:\Python35-32\myprog.py =======
[1, 2, 3]
[4, 5, 6]
>>>

Если мы хотим добраться до элементов вложенных списков, то придется использовать вложенный цикл for:
lst = [[1, 2, 3],
[4, 5, 6]]
for i in lst: # цикл по элементам внешнего списка
print()
for j in i: # цикл по элементам элементов внешнего списка
print (j, end="")