Python中那些让人望而退步的花式打印

1. 引言

在Python中有很多好玩的花式打印，对厉害的高手来说可能是小菜一碟，对入门的小白来说往往让人望而退步，我们今天就来挑战下面三个常见的花式打印吧。。。

2. 打印圣诞树

2.1 问题描述

编码实现函数christmas_tree(height)，该函数输入参数为一个整数表示圣诞树的高度，输出为打印高度为height的圣诞树图案，其中默认树干的高度始终为2.
样例如下：

# height = 3
  *
 ***
*****
  *
  *
# height = 4
   *
  ***
 *****
*******
   *
   *
# height = 5
    *
   ***
  *****
 *******
*********
    *
    *

2.2 问题分析

仔细观察上述输出图案，我们可以将圣诞树分成两部分——顶部三角形和树干。

# case: height = 4
   *      3 space + 1 *
  ***     2 space + 3 *
 *****    1 space + 5 *
*******   0 space + 7 *
   *      3 space + 1 *
   *      3 space + 1 *

如果我们使用 range(height)，那么此时需要将 i 的值 0,1,2,3 映射到空格数 3,2,1,0 和 * 字符数 1,3,5,7。即如下所示：

 num_space   num_star
i=0  3           1
i=1  2           3
i=2  1           5
i=3  0           7
i    height-i-1  i*2+1

我们将其抽象，可以使用公式 height-i-1 将 i 映射到 num_space，使用公式 i*2+1 将 i 映射到 num_star。进而，我们可以得出我们的代码实现：

def christmas_tree(height):
    for i in range(height):
        print(" " * (height-i-1) + "*" * (i*2+1))
    for i in range(2):
        print(" " * (height-1) + "*")

3. 打印字母版圣诞树

3.1 问题描述

编码实现函数 string_christmas_tree(string) ，它接受一个字符串作为输入，并根据字符串打印一个圣诞树图案。同样，树干的高度始终为 2。
样例如下：

# string = "abc"
  a
 bab
cbabc
  a
  a
# string = "abcd"
   a
  bab
 cbabc
dcbabcd
   a
   a
# string = "abcde"
    a
   bab
  cbabc
 dcbabcd
edcbabcde
    a
    a

3.2 问题分析

和问题一的解决方案类似，我们可以将上述输出拆分为两部分，第一个用于顶部三角形的输出，第二部分用于主干的输出。

# case where string = "abcd"
   a     3 space + string[0:0:-1] + string[:1]
  bab    2 space + string[1:0:-1] + string[:2]
 cbabc   1 space + string[2:0:-1] + string[:3]
dcbabcd  0 space + string[3:0:-1] + string[:4]
   a     3 space + string[0]
   a     3 space + string[0]

这里，如果我们使用range(len(string))，我们需要将i值0,1,2,3映射到空格数3,2,1,0，左切片0,1,2,3和右切片 1,2,3,4。即如下所示：

     space             left  right
i=0  3                 0     1
i=1  2                 1     2
i=2  1                 2     3
i=3  0                 3     4
i    len(string)-i-1   i     i+1

更一般的，我们可以使用公式 len(string)-i-1 将 i 映射到num_space。 i 和 left 完全一样，所以这里不需要映射，我们可以简单地将 i 加 1 来得到right。
进而，我们可以得出我们的代码实现：

def string_christmas_tree(string):
    for i in range(len(string)):
        print(" "*(len(string)-i-1) + string[i:0:-1] + string[:i+1])
    for i in range(2):
        print(" "*(len(string)-1) + string[0])

4. 打印字母版菱形

4.1 问题描述

编码实现函数 string_diamond(string) ，该函数接受一个字符串作为输入，并打印以下菱形图案。假设该字符串具有奇数个字符。
样例如下：

# string = "abcde"
  a
 abc
abcde
 cde
  e
# string = "abcdefg"
   a
  abc
 abcde
abcdefg
 cdefg
  efg
   g
# string = "abcdefghi"
    a
   abc
  abcde
 abcdefg
abcdefghi
 cdefghi
  efghi
   ghi
    i

4.2 问题分析

根据我们的观察，我们依旧将上述输出图案拆分为上下两个部分，其中上半部分为顶部三角形，另一半为底部倒三角形。

# case where string = "abcdefg"
   a      3 space + string[:1]
  abc     2 space + string[:3]
 abcde    1 space + string[:5]
abcdefg   0 space + string[:7]
 cdefg    1 space + string[2:]
  efg     2 space + string[4:]
   g      3 space + string[6:]

首先，我们需要找到上半部分顶部三角形的高度。我们可以使用公式 len(string)//2+1 来获得高度。
接着我们来分析上半部分的三角形输出：

如果我们使用 range(height)，我们需要将 i 映射到空格数 3,2,1,0，然后是切片的末端 1,3,5,7。

  spaces      slice
i=0  3           1
i=1  2           3
i=2  1           5
i=3  0           7
i    height-i-1  i*2+1  

最后我们来分析下半部分的三角形输出：

我们可以使用 range(1, height)，此时需要将 i 映射到空格数 1,2,3 和切片的开头 2,4,6

   spaces   slice
i=1  1        2
i=2  2        4
i=3  3        6
i    i        i*2

有了上面的分析，我们可以愉快的编码了，代码实现如下：

def string_diamond(string):
    height = len(string)//2+1
    
    for i in range(height):
        print(" "*(height-i-1) + string[:i*2+1])
    for i in range(1, height):
        print(" "*i + string[i*2:])

5. 总结

本文对三种常见的花式打印进行了由浅入深的讲解，通过分析对应的输出图案，找出相应的打印规律，并给出了相应的代码实现。

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