正如我们前几节课中所学到的,在Python 程序中,如果把一个循环放在另一个循环体内,那么就可以形成循环嵌套。循环嵌套既可以是 for 循环嵌套 while 循环,也可以是 while 循环嵌套 for 循环,即各种类型的循环都可以作为外层循环,各种类型的循环也都可以作为内层循环。
当程序遇到循环嵌套时,如果外层循环的循环条件允许,则开始执行外层循环的循环体,而内层循环将被外层循环的循环体来执行(只是内层循环需要反复执行自己的循环体而己)。只有当内层循环执行结束且外层循环的循环体也执行结束时,才会通过判断外层循环的循环条件,决定是否再次开始执行外层循环的循环体。
根据上面分析,假设外层循环的循环次数为 n 次,内层循环的循环次数为 m 次,那么内层循环的循环体实际上需要执行n × m次。循环嵌套的执行流程图如图 1 所示:
图 1 循环嵌套的执行流程图
从图 1 来看,循环嵌套就是把内层循环当成外层循环的循环休。只有内层循环的循环条件为假时,才会完全跳出内层循环,才可以结束外层循环的当次循环,开始下一次循环。
学完前面的几个章节后,我觉得有必要在这里带大家做一些练习来巩固之前所学的知识,虽然迄今为止我们学习的内容只是Python的冰山一角,但是这些内容已经足够我们来构建程序中的逻辑。对于编程语言的初学者来说,在学习了Python的核心语言元素(变量、类型、运算符、表达式、分支结构、循环结构等)之后,必须做的一件事情就是尝试用所学知识去解决现实中的问题,换句话说就是锻炼自己把用人类自然语言描述的算法(解决问题的方法和步骤)翻译成Python代码的能力,而这件事情必须通过大量的练习才能达成。
一个复杂的现实问题,实际上就是拆解成若干个逻辑构造,利用判断和循环,化繁为简!
这节课我们集中复习一下if,while,for等几个主要逻辑构造方法的应用与实战。
我们在本章为大家整理了一些经典的案例和习题,希望通过这些例子,一方面帮助大家巩固之前所学的Python知识,另一方面帮助大家了解如何建立程序中的逻辑以及如何运用一些简单的算法解决现实中的问题。
实例1:寻找水仙花数
说明:水仙花数也被称为超完全数字不变数、自恋数、自幂数、阿姆斯特朗数,它是一个3位数,该数字每个位上数字的立方之和正好等于它本身,例如:1^3 + 5^3+ 3^3=153。
for num in range(100, 1000):
low = num % 10
mid = num // 10 % 10
high = num // 100
if num == low ** 3 + mid ** 3 + high ** 3:
print(num)
在上面的代码中,我们通过整除和求模运算分别找出了一个三位数的个位、十位和百位,这种小技巧在实际开发中还是常用的。
实例2:百钱百鸡问题(穷举法)
> **说明**:百钱百鸡是我国古代数学家[张丘建](https://baike.baidu.com/item/%E5%BC%A0%E4%B8%98%E5%BB%BA/10246238)在《算经》一书中提出的数学问题:鸡翁一值钱五,鸡母一值钱三,鸡雏三值钱一。百钱买百鸡,问鸡翁、鸡母、鸡雏各几何?翻译成现代文是:公鸡5元一只,母鸡3元一只,小鸡1元三只,用100块钱买一百只鸡,问公鸡、母鸡、小鸡各有多少只?
for x in range(0, 20):
for y in range(0, 33):
z = 100 – x – y
if 5 * x + 3 * y + z / 3 == 100:
print(‘公鸡: %d只, 母鸡: %d只, 小鸡: %d只’ % (x, y, z))
上面使用的方法叫做穷举法,也称为暴力搜索法,这种方法通过一项一项的列举备选解决方案中所有可能的候选项并检查每个候选项是否符合问题的描述,最终得到问题的解。这种方法看起来比较笨拙,但对于运算能力非常强大的计算机来说,通常都是一个可行的甚至是不错的选择,而且问题的解如果存在,这种方法一定能够找到它。大家可以想一下“鸡兔同笼”问题,是不是很有启发!
实例3:CRAPS赌博游戏
说明:CRAPS又称花旗骰,是美国拉斯维加斯非常受欢迎的一种的桌上赌博游戏。该游戏使用两粒骰子,玩家通过摇两粒骰子获得点数进行游戏。简单的规则是:玩家第一次摇骰子如果摇出了7点或11点,玩家胜;玩家第一次如果摇出2点、3点或12点,庄家胜;其他点数玩家继续摇骰子,如果玩家摇出了7点,庄家胜;如果玩家摇出了第一次摇的点数,玩家胜;其他点数,玩家继续要骰子,直到分出胜负。
from random import randint
money = 1000
while money > 0:
print(‘你的总资产为:’, money)
needs_go_on = False
while True:
debt = int(input(‘请下注: ‘))
if 0 < debt <= money:
break
first = randint(1, 6) + randint(1, 6)
print(‘玩家摇出了%d点’ % first)
if first == 7 or first == 11:
print(‘玩家胜!’)
money += debt
elif first == 2 or first == 3 or first == 12:
print(‘庄家胜!’)
money -= debt
else:
needs_go_on = True
while needs_go_on:
needs_go_on = False
current = randint(1, 6) + randint(1, 6)
print(‘玩家摇出了%d点’ % current)
if current == 7:
print(‘庄家胜’)
money -= debt
elif current == first:
print(‘玩家胜’)
money += debt
else:
needs_go_on = True
print(‘你破产了, 游戏结束!’)
实例4:生成**斐波那契数列**的前20个数
说明:斐波那契数列(Fibonacci sequence),又称黄金分割数列,是意大利数学家莱昂纳多·斐波那契(Leonardoda Fibonacci)在《计算之书》中提出一个在理想假设条件下兔子成长率的问题而引入的数列,所以这个数列也被戏称为兔子数列。斐波那契数列的特点是数列的前两个数都是1,从第三个数开始,每个数都是它前面两个数的和,形如:1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …。斐波那契数列在现代物理、准晶体结构、化学等领域都有直接的应用。
a = 0
b = 1
for _ in range(20):
a, b = b, a + b
print(a, end=’ ‘)
实例5:找出10000以内的“完全数”。
说明:完全数又称为完美数或完备数,它的所有的真因子(即除了自身以外的因子)的和(即因子函数)恰好等于它本身。例如:6(6=1+2+3)和28(28=1+2+4+7+14)就是完美数。完美数有很多神奇的特性,有兴趣的可以自行了解。
import math
for num in range(1, 10000):
result = 0
for factor in range(1, int(math.sqrt(num)) + 1):
if num % factor == 0:
result += factor
if factor > 1 and num // factor != factor:
result += num // factor
if result == num:
print(num)