3.2　循环结构

程序在一般情况下是按顺序执行的。编程语言提供了各种控制结构，允许更复杂的执行路径。循环语句允许用户执行一个语句或语句组多次，Python提供了for循环和while循环（在Python中没有do…while循环）。

3.2.1　while语句

Python编程中while语句用于循环执行程序，即在某条件下，循环执行某段程序，以处理需要重复处理的相同任务。其基本形式如下：

执行语句可以是单个语句或语句块。判断条件可以是任何表达式，任何非零或非空的值均为True。当判断条件为False时，循环结束。While语句的流程图如图3-4所示。

同样，需要注意冒号和缩进。例如：

程序运行结果：

此外，while语句“判断条件”还可以是个常值，表示循环必定成立。例如：

这样就形成无限循环，可以借助后面学习的break语句结束循环。

【例3-4】求1+2+3+…+100。

分析：计算累加和需要两个变量，变量sum存放累加和，变量counter存放加数。重复将加数counter加到sum中。

程序代码：

程序运行结果：

【例3-5】输入一个非负整数，将其反向后输出。例如，输入24789，变成98742输出。

分析：将整数的各位数字逐个分开，逐个输出。将整数各位数字分开的方法是，通过对10进行求余得到个位数输出，然后将整数缩小10倍，再求余，并重复上述过程，分别得到十位、百位……直到整数的值变成0为止。

程序代码：

程序运行结果：

【例3-6】输入两个正整数，求它们的最大公约数。

分析：求最大公约数可以用“辗转相除法”，方法如下。

（1）比较两数，并使m大于n。

（2）将m作被除数，n作除数，相除后余数为r。

（3）循环判断r，若r=0，则n为最大公约数，结束循环。若r≠0，执行步骤m←n，n←r；将m作被除数，n作除数，相除后余数为r。

程序代码：

程序运行结果：

3.2.2　for语句

for语句可以遍历任何序列的项目，如一个列表、元组或者一个字符串。

1.for循环的语法

for循环的语法格式如下：

for语句的执行过程：每次循环，判断循环索引值是否还在序列中，如果在，取出该值提供给循环体内的语句使用；如果不在，则结束循环。例如：

for循环把字符串中的字符遍历出来。

程序运行结果：

for循环把列表中的元素遍历出来。例如：

会依次打印fruits中的每一个元素，程序运行结果：

【例3-7】计算1～10的整数之和，可以用一个sum变量进行累加。

程序代码：

如果要计算1～100的整数之和，从1写到100有点困难。Python的range（）内置函数可以生成一个整数序列，再通过list（）函数可以转换为list列表。

例如，range（0，5）或range（5）生成的序列是从0开始小于5的整数，不包括5。例如：

range（1，101）就可以生成1～100的整数序列，计算1～100的整数之和如下：

【例3-8】求区间[100，200]内10个随机整数中的最大数。

分析：本题随机产生整数，所以引入random模块随机数函数，其中random.randrange（）可以从指定范围内获取一个随机数。例如：

（1）random.randrange（6）：从0到5中随机挑选一个整数，不包括数字6。

（2）random.randrange（2，6）：从2到5中随机挑选一个整数，不包括数字6。

程序代码：

程序运行结果：

当然，在Python中求最大数有相应的函数max（序列）。例如：

程序运行结果：

所以上例可以修改如下：

2.通过索引循环

对于一个列表，另外一种执行循环的遍历方式是通过索引（元素下标）。例如：

程序运行结果：

以上实例使用了内置函数len（）和range（），函数len（）返回列表的长度，即元素的个数。通过索引i访问每个元素fruits[i]。

3.2.3　continue和break语句

break语句在while循环和for循环中都可以使用，一般放在if选择结构中，一旦break语句被执行，将使得整个循环提前结束。

continue语句的作用是终止当前循环，并忽略continue之后的语句，然后回到循环的顶端，提前进入下一次循环。

除非break语句让代码更简单或更清晰，否则不要轻易使用。

【例3-9】continue和break用法示例。

程序代码：

3.2.4　循环嵌套

Python语言允许在一个循环体中嵌入另一个循环。可以在循环体内嵌入其他的循环体，如在while循环中可以嵌入for循环；也可以在for循环中嵌入while循环。嵌套层次一般不超过3层，以保证可读性。其中双层循环是一种常用的循环嵌套，循环的次数等于内外层循环次数之积。

例如：

当外层循环变量i的值为1时，内层循环j的值从1开始，输出i*j的值并依次递增，因此输出"1，2，3，"，内层循环执行结束；然后回到外层循环，i的值递增为2，内层循环变量j的值重新从1开始，并依次递增，输出"2，4，6，"。因此，程序的运行结果为"1，2，3，2，4，6，"。

注意：

（1）循环嵌套时，外层循环和内层循环间是包含关系，即内层循环必须被完全包含在外层循环中。

（2）当程序中出现循环嵌套时，程序每执行一次外层循环，则其内层循环必须循环所有的次数（即内层循环结束）后，才能进入到外层循环的下一次循环。

【例3-10】打印九九乘法表。

分析：由于需要输出9行9列的二维数据，因此需要使用双重循环，外层循环用于控制行数，内层循环用于控制列数。为了规范输出格式，使用'\t'跳到下一个制表位。

程序代码：

程序执行结果如图3-5所示。

【例3-11】输出100～1000之间的“水仙花数”。所谓水仙花数是指1个n位（n≥3）的十进制数，其各位数字的立方和等于该数本身。例如，153是水仙花数，因为153=13+53+33。

程序代码：

程序运行结果：

【例3-12】使用嵌套循环输出2～100之间的素数。

分析：素数是除1和本身，不能被其他任何整数整除的整数。判断一个数m是否为素数，只要依次用2，3，4，…，m-1做除数去除m，只要有一个能被整除，m就不是素数。

程序代码：

应用上述代码，对于一个非素数而言，判断过程往往很快可以结束。例如，判断30009时，因为该数能被3整除，所以只需判断就j=2，3两种情况。而判断一个素数尤其是当该数较大时，例如判断30011，则要从就j=2，3，4，…，一直判断到30010都不能被整除，才能得出其为素数的结论。实际上，只要从2判断到即math.sqrt（m），若m不能被其中任何一个数整除，则m即为素数。

【例3-13】使用嵌套循环输出如图3-5的金字塔图案。

分析：观察图形包含8行，因此外层循环执行8次；每行内容由两部分组成：空格和星号。假设第1行星号在第10列，则第i行空格的数量10-i，星号数量为2*i-1。

也可以按如下方法实现：

3.2.5　列表生成式

列表生成式（List Comprehensions）是Python内置的一种极其强大的生成list列表的表达式。如果要生成一个list[1，2，3，4，5，6，7，8，9]可以用range（1，10）：

如果要生成[1×1，2×2，3×3，…，10×10]，可以使用循环：

而列表生成式可以用以下语句代替以上的烦琐循环来完成：

列表生成式的书写格式：把要生成的元素x*x放到前面，后面跟上for循环。这样就可以把list创建出来。for循环后面还可以加上if判断，例如筛选出偶数的平方：

再如，把一个list列表中所有的字符串变成小写形式：

当然，列表生成式也可以使用两层循环，例如生成'ABC'和'XYZ'中字母的全部组合：

for循环其实可以同时使用两个甚至多个变量，例如字典（Dict）的items（）可以同时迭代key和value：

程序运行结果：

因此，列表生成式也可以使用两个变量来生成list列表：