【笔记】《python语言程序设计》——程序的控制结构

一、前言

学习就是一个不断的自下而上，自上而下的过程。

前段时间，学着用python实现网站的数据爬取，隐约get到python的一些语法和用法，感觉就是语法不难，关键在于解决问题的思维。

这是需求驱动后的学习。接下来，就需要对python进行系统地了解。

很早之前搜知乎的时候，就搜到MOOC上的一门《python语言程序设计》课程，讲得很好，而且，我还下载了课件，溜了一遍，感觉就挺有趣的。

趁着有了实战经验，就把这门入门课刷了一遍。果然是门好课！很适合小白入门，并系统学习，整个教学过程循序渐进，深入浅出，提纲挈领，很有意思！

课程是北京理工大学嵩天老师的《python语言程序设计》课程，现在已经开了11次课了。课程每个小视频短则几分钟，最长也不超过20分钟，不容易劝退。每章讲解有复习回顾及小结，在平台python123上有每章的练习和测试，直接反馈结果，激发继续学下去的兴趣。

个人感觉，老师说话速度慢了些，调成了2倍速播放，然后，花了大约3天的时间，把所有的视频，课件，练习和测试都刷了一遍，感觉对python的了解更系统了！

趁热打铁，把每章的知识点和练习、测试再进行整理回顾一下。

以下内容均来自课程：《python语言程序设计》 及平台python123，感兴趣的看课程视频，亲自练习，效果更好~

二、知识点

1. 程序的分支结构

1. 单分支结构

   单分支示例：

   guess=eval(input())
   if guess==99:
       print('猜对了')
   

2. 二分支结构

   ①二分支示例：

   guess=eval(input())
   if guess==99:
       print('猜对了')
   else:
       print('猜错了')
   

   ②紧凑形式：适用于简单表达式的二分之结构

   <表达式1> if <条件> else <表达式2>

   guess=eval(input())
   print('猜{}了'.format('对' if guess==99 else '错'))
   

3. 多分支结构

   ①多分支结构示例：

   score=eval(input())
   if score>=60:
       grade='D'
   elif score>=70:
       grade='C'
   elif score>=80:
       grade='B'
   elif score>=90:
       grade='A'
   print('输入成绩属于级别{}'.format(grade))
   

   ②程序的控制结构：顺序结构、分支结构、循环结构

4. 条件判断及组合

   ①操作符

   操作符	描述
   <	小于
   <=	小于等于
   >=	大于等于
   >	大于
   ==	等于
   !=	不等于
   x and y	两个条件x和y的逻辑与
   x or y	两个条件x和y的逻辑或
   not x	条件x的逻辑非

   ②示例

   guess=eval(input())
   if guess>99 or guess<99:
       print('猜错了')
   else:
       print('猜对了')
   

5. 程序的异常处理

   ①异常处理的基本使用

   try:
       <语句块1>
   except:
       <语句块2>
   

   ②示例1

   try:
       num=eval(input('请输入一个整数：'))
       print(num**2)
   except:
       print('输入不是整数')
   

   ③示例2

   # 标注异常类型后，仅响应此类异常，异常类型名字等同于变量名
   try:
       num=eval(input('请输入一个整数：'))
       print(num**2)
   except NameError:
       print('输入不是整数')
   

   ④异常处理的高级使用

   try:
       <语句块1>
   except:
       <语句块2>
   # else对应语句块3，在不发生异常时执行
   else:
       <语句块3>
   # finally对应语句块4，一定执行
   finally:
       <语句块4>
   

2. 实例5：身体质量指数BMI

描述：同时输出国际和国内对应的分类

BMI=体重（kg）/身高²（m²）

bmi.png

height, weight=eval(input('请输入身高（米）和体重（公斤）[逗号隔开]:'))
bmi=weight/pow(height,2)
print('BMI数值为：{:.2f}'.format(bmi))
who,nat='',''
if bmi<18.5:
    who,nat='偏瘦','偏瘦'
elif 18.5<=bmi<24:
    who,nat='正常','正常'
elif 24<=bmi<25:
    who,nat='正常','偏胖'
elif 25<=bmi<28:
    who,nat='偏胖','偏胖'
elif 28<=bmi<30:
    who,nat='偏胖','肥胖'
else:
    who,nat='肥胖','肥胖'
print("BMI指标为:国际'{0}',国内'{1}'".format(who.nat))

3.程序的循环结构

1. 遍历循环

   ①语法：

   for <循环遍历> in <遍历结构>:
       <语句块>
   

   ②举例：

   #计数循环（N次）
   for i in range(N):
       <语句块>
   #计数循环（特定次）
   for i in range(M,N,k):
       <语句块>
   #字符串遍历循环
   for i in s:
       <语句块>
   #列表遍历循环，ls是一个列表，遍历其每个元素，产生循环
   for item in ls:
       <语句块>
   #文件遍历循环，fi是一个文件标识符，遍历其每行，产生循环
   for line in fi:
       <语句块>
   

2. 无限循环：由条件控制的循环运行方式

   #反复执行语句块，直到条件不满足时结束
   while <条件>:
       <语句块>
   #示例，无限循环的条件
   a=3
   while a>0:
       a=a-1
       print(a)
   

3. 循环控制保留字：break和continue

   ①break：跳出并结束当前整个循环，执行循环后的语句，仅跳出当前最内层循环

   ②continue：结束当次循环，继续执行后续次数循环

   ③break和continue：可以与for和while循环搭配使用

循环保留字.png

4. 循环的高级用法：循环与else

   ①当循环没有被break语句退出时，执行else语句块

   ②else语句块作为“正常”完成循环的奖励

   ③这里else的用法与异常处理中else用法相似

循环与else.png

4.模块3：random库的使用

1. random库基本介绍

   ①random库是使用随机数的Python标准库

   ②random库主要用于生成随机数

   ③使用：import random

   ④需要掌握的能力：能够利用随机数种子产生“确定”伪随机数；能够产生随机整数；能够对序列类型进行随机操作；

2. 基本随机数函数

   函数	描述
   seed(a=None)	初始化给定的随机数种子，默认为当前系统时间
   random()	生成一个[0.0,1.0)之间的随机小数

基本随机数函数.png

3. 扩展随机数函数

   函数	描述
   randint(a,b)	生成一个[a,b]之间的整数
   randrange(m,n[,k])	生成一个[m,n)之间以k为步长的随机整数 randrange(10,100,10)结果可能为80
   getrandbits(k)	生成一个k比特长的随机整数 random.getrandbits(16)结果可能为37885
   uniform(a,b)	生成一个[a,b]之间的随机小数 random.uniform(10,100)结果可能为13.096321648808136
   choice(seq)	从序列seq中随机选择一个元素 random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9])结果可能为8
   shuffle(seq)	将序列seq中元素随机排列，返回打乱后的序列 s=[1,2,3,4,5,6,7,8,9];random.shuffle(s);print(s)结果可能为[3,5,8,9,6,1,2,7,4]

   • PS：哈哈，就喜欢这种态度！

学不会就学不会.png

5.实例6：圆周率的计算

描述：求解圆周率可以采用蒙特卡罗方法，在一个正方形中撒点，根据在1/4圆内点的数量占总撒点数的比例计算圆周率值。

from random import random
from time import perf_counter
DARTS=1000*1000
hits=0.0
start=perf_counter()
for i in range(1,DARTS+1):
    x,y=random(),random()
    dist=pow(x**2,y**2,0.5)
    if dist<=1.0:
        hits=hits+1
pi=4*(hits/DARTS)
print('圆周率值是:{}'.format(pi))
print('运行时间是:{:.5f}s'.format(perf_counter()-start))

三、练习

1.实例5：身体质量指数BMI

同上

2. 实例6：圆周率的计算

同上

3. 整数的加减和

描述：编写程序计算如下数列的值：

1-2+3-4...966

其中，所有数字为整数，从1开始递增，奇数为正，偶数为负

r=1
for i in range(2,967):
    if i%2==0:
        r=eval(str(r)+'-'+str(i))
    else:
        r=eval(str(r)+'+'+str(i))
print(r)

4. 三位水仙花数

描述："水仙花数"是指一个三位整数，其各位数字的3次方和等于该数本身。

例如：ABC是一个"3位水仙花数"，则：A的3次方＋B的3次方＋C的3次方 = ABC。

请按照从小到大的顺序输出所有的3位水仙花数，请用"逗号"分隔输出结果。

k=''
for i in range(100,1000):
    k1=i//100
    k2=(i-k1*100)//10
    k3=i-k1*100-k2*10
    if pow(k1,3)+pow(k2,3)+pow(k3,3)==i:
        k+=str(i)+','
print(k.rstrip(','))

5.用户登录的三次机会

描述：给用户三次输入用户名和密码的机会，要求如下：

1）如输入第一行输入用户名为‘Kate’,第二行输入密码为‘666666’，输出‘登录成功！’，退出程序；

2）当一共有3次输入用户名或密码不正确输出“3次用户名或者密码均有误！退出程序。”。

for i in range(1,4):
    ID=input()
    pw=input()
    if (ID=='Kate')&(pw=='666666'):
        print('登录成功！')
        break
else:
    print('3次用户名或者密码均有误！退出程序。')

四、测试

1.选择题

   for var in ___:
       print(var)

哪个选项不符合上述程序空白处的语法要求？

A "Hello"

B (1,2,3)

C range(0,10)

D {1;2;3;4;5}

for .. in .. 中 in 的后面需要是一个迭代类型（组合类型），{1;2;3;4;5}不是Python的有效数据类型。

2. for i in range(0,2):
       print(i)
   

哪个选项是以上程序的输出结果？

A 1 B 1 2 C 0 1 2 D 0 1

range(0, 2)输出两个值：0和1。

3. k=10000
   while k>1:
       print(k)
       k=k/2
   

哪个选项给出了上述程序的输出次数？

A 15 B 1000 C 13 D 14

请跟随程序计算或在IDLE中运行程序获得结果。

4. 哪个选项是程序的三种基本结构？

   A 顺序结构，跳转结构，循环结构

   B 过程结构，对象结构，函数结构

   C 顺序结构，循环结构，分支结构

   D 过程结构，循环结构，分支结构

无对象结构、跳转结构、过程结构等说法

5. 哪个选项关于循环结构的描述是错误的？

   A 条件循环和遍历循环结构都是基本的循环结构

   B 循环是一种程序的基本控制结构

   C 循环是程序根据条件判断结果向后反复执行的一种运行方式

   D 死循环无法退出，没有任何作用

死循环能够用于测试性能，形式上的死循环可以用break来退出，例如：

x = 10
while True:
    x = x - 1
    if x == 1:
         break

死循环是有其作用的。

6. 关于Python语句P=-P，哪个选项的描述是正确的？

   A 给P赋值为它的负数

   B P等于它的负数

   C P=0

   D P的绝对值

turtle.pendown()只是放下画笔，并不绘制任何内容。

7. 哪个选项是用来判断当前Python语句在分支结构中？

   A 缩进 B 冒号 C 引号 D 大括号

缩进表达层次关系。

8. 哪个选项是下面代码的执行结果？

for s in "PYTHON":
   if s=="T":
      continue
   print(s,end="")

A TT B PYTHON C PY D PYHON

continue结束当次循环，但不跳出当前循环。

9. 哪个选项是random库中用于生成随机小数的函数？

   A randrange() B randint() C random() D getrandbits()

randint()、getrandbits()、randrange()都产生随机整数，random()产生0到1之间的随机小数。

10. 关于try-except，哪个选项的描述是错误的？？

    A NameError是一种异常类型

    B 用于对程序的异常进行捕捉和处理

    C 表达了一种分支结构的特点

    D 使用了异常处理，程序将不会再出错

使用了异常处理，程序可能运行不会出错，但逻辑上可能出错。程序错误是一个大概念，不仅指代码运行错误，更代表功能逻辑错误。

2.程序设计题

1. 四位玫瑰数

描述：四位玫瑰数是4位数的自幂数。自幂数是指一个 n 位数，它的每个位上的数字的 n 次幂之和等于它本身。

例如：当n为3时，有1^3 + 5^3 + 3^3 = 153，153即是n为3时的一个自幂数，3位数的自幂数被称为水仙花数。

请输出所有4位数的四位玫瑰数，按照从小到大顺序，每个数字一行。

for i in range(1000,10000):
    k1=i//1000
    k2=(i-k1*1000)//100
    k3=(i-k1*1000-k2*100)//10
    k4=i-k1*1000-k2*100-k3*10
    if pow(k1,4)+pow(k2,4)+pow(k3,4)+pow(k4,4)==i:
        print(i)

2. 100以内素数之和

描述：求100以内所有素数之和并输出。

素数指从大于1，且仅能被1和自己整除的整数。

提示：可以逐一判断100以内每个数是否为素数，然后求和。

m=0
for i in range(2,101):
    for k in range(2,101):
        if (i%k==0)&(i!=k):
            break
    else:
        m=m+i
print(m)

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