Python電子教案4-2 程序的控制結(jié)構(gòu)

1、第4章 程序的控制結(jié)構(gòu)程序的循環(huán)結(jié)構(gòu) 根據(jù)循環(huán)執(zhí)行次數(shù)的確定性，分為確定次數(shù)循環(huán)和非確定次數(shù)循環(huán) 確定次數(shù)循環(huán)指循環(huán)體對循環(huán)次數(shù)有明確的定義，這類循環(huán)在Python中被稱為“遍歷循環(huán)”，其中，循環(huán)次數(shù)采用遍歷結(jié)構(gòu)中元素個(gè)數(shù)來體現(xiàn)，具體采用for語句實(shí)現(xiàn)。 非確定次數(shù)循環(huán)指程序不確定循環(huán)體可能的執(zhí)行次數(shù)，而通過條件判斷是否繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，Python提供了根據(jù)判斷條件執(zhí)行程序的無限循環(huán)，具體采用while語句實(shí)現(xiàn)。程序的循環(huán)結(jié)構(gòu) Python通過保留字for實(shí)現(xiàn)“遍歷循環(huán)”，基本使用方法如下：for in : 之所以稱為“遍歷循環(huán)”，是因?yàn)閒or語句的循環(huán)執(zhí)行次數(shù)是根據(jù)遍歷結(jié)構(gòu)中元素個(gè)數(shù)確定的。

2、遍歷循環(huán)可以理解為從遍歷結(jié)構(gòu)中逐一提取元素，放在循環(huán)變量中，對于每個(gè)所提取的元素執(zhí)行一次語句塊。遍歷循環(huán): for語句 遍歷結(jié)構(gòu)可以是字符串、文件、組合數(shù)據(jù)類型或range()函數(shù)，常用的使用方式如下循環(huán)N次for i in range(N):遍歷文件fi的每一行for line in fi:遍歷字符串s for c in s:遍歷循環(huán): for語句 遍歷循環(huán)還有一種擴(kuò)展模式，使用方法如下：for in : else: 遍歷循環(huán): for語句 在這種擴(kuò)展模式中，當(dāng)for循環(huán)正常執(zhí)行之后，程序會(huì)繼續(xù)執(zhí)行else語句中內(nèi)容。else語句只在循環(huán)正常執(zhí)行之后才執(zhí)行，因此，可以在中放置判斷循環(huán)執(zhí)行情況

3、的語句。 這里先給一個(gè)小例子：遍歷循環(huán): for語句 很多應(yīng)用很難在執(zhí)行之初就有確定的遍歷結(jié)構(gòu)，這需要編程語言提供根據(jù)條件進(jìn)行循環(huán)的語法，稱為無限循環(huán)，又稱條件循環(huán)。 無限循環(huán)一直保持循環(huán)操作直到特定條件被滿足才結(jié)束，不需要提前知道循環(huán)次數(shù)。無限循環(huán): while語句 Python通過保留字while實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)，基本使用方法如下：while : 其中與if語句中的判斷條件一樣，結(jié)果為True和False。無限循環(huán): while語句 在這種擴(kuò)展模式中，當(dāng)while循環(huán)正常執(zhí)行之后，程序會(huì)繼續(xù)執(zhí)行else語句中內(nèi)容。else語句只在循環(huán)正常執(zhí)行之后才執(zhí)行，因此，可以在中放置判斷循環(huán)執(zhí)行情況的語句

4、，例如：無限循環(huán): while語句 程序執(zhí)行后的效果如下： 如果通過while實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)，需要在循環(huán)之前對計(jì)數(shù)器idx進(jìn)行初始化，并在每次循環(huán)中對計(jì)數(shù)器idx進(jìn)行累加，如上述代碼第4行。相比for循環(huán)，循環(huán)變量逐一取自遍歷結(jié)構(gòu)，不需要程序維護(hù)計(jì)數(shù)器無限循環(huán): while語句 循環(huán)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)輔助保留字：break和continue，它們用來輔助控制循環(huán)執(zhí)行。 break用來跳出最內(nèi)層for或while循環(huán)，脫離該循環(huán)后續(xù)執(zhí)行，例如循環(huán)保留字: break和continue 其中，break語句跳出了最內(nèi)層for循環(huán)，但仍然繼續(xù)執(zhí)行外層循環(huán)。每個(gè)break語句只有能力跳出當(dāng)前層次循環(huán)。 co

5、ntinue用來結(jié)束當(dāng)前當(dāng)次循環(huán)，即跳出循環(huán)體中下面尚未執(zhí)行的語句，但不跳出當(dāng)前循環(huán)。對于while循環(huán)，繼續(xù)求解循環(huán)條件。而對于for循環(huán)，程序流程接著遍歷循環(huán)列表。循環(huán)保留字: break和continue 對比continue和break語句，如下：循環(huán)保留字: break和continue兩個(gè)程序執(zhí)行后的效果分別為 PYHON PYrandom庫的使用 隨機(jī)數(shù)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中十分常見Python內(nèi)置的random庫主要用于產(chǎn)生各種分布的偽隨機(jī)數(shù)序列random庫采用梅森旋轉(zhuǎn)算法（Mersenne twister）生成偽隨機(jī)數(shù)序列，可用于除隨機(jī)性要求更高的加解密算法外的大多數(shù)工程應(yīng)用。ra

6、ndom庫概述 使用random庫主要目的是生成隨機(jī)數(shù)，因此，讀者只需要查閱該庫的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)，找到符合使用場景的函數(shù)使用即可。這個(gè)庫提供了不同類型的隨機(jī)數(shù)函數(shù)，所有函數(shù)都是基于最基本的random.random()函數(shù)擴(kuò)展而來。random庫概述random庫解析 random庫常用的9個(gè)隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)函數(shù)描述函數(shù)seed(a=None)初始化隨機(jī)數(shù)種子，默認(rèn)值為當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間seed(a=None)random()生成一個(gè)0.0, 1.0)之間的隨機(jī)小數(shù)random()randint(a, b)生成一個(gè)a,b之間的整數(shù)randint(a, b)getrandbits(k)生成一個(gè)k比特長度

7、的隨機(jī)整數(shù)getrandbits(k)randrange(start, stop, step)生成一個(gè)start, stop)之間以step為步數(shù)的隨機(jī)整數(shù)randrange(start, stop, step)uniform(a, b)生成一個(gè)a, b之間的隨機(jī)小數(shù)uniform(a, b)choice(seq)從序列類型(例如：列表)中隨機(jī)返回一個(gè)元素choice(seq)shuffle(seq)將序列類型中元素隨機(jī)排列，返回打亂后的序列shuffle(seq)sample(pop, k)從pop類型中隨機(jī)選取k個(gè)元素，以列表類型返回sample(pop, k) 對random庫的引用方法

8、與math庫一樣，可采用下面兩種方式實(shí)現(xiàn)import random 或 from random import * 使用random庫的一些例子如下，請讀者注意，這些語句每次執(zhí)行后的結(jié)果不一定一樣：random庫解析random庫解析 生成隨機(jī)數(shù)之前可以通過seed()函數(shù)指定隨機(jī)數(shù)種子，隨機(jī)種子一般是一個(gè)整數(shù)，只要種子相同，每次生成的隨機(jī)數(shù)序列也相同。這種情況便于測試和同步數(shù)據(jù)，例如：random庫解析的計(jì)算的計(jì)算 隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)學(xué)家找到了另類求解的方法：蒙特卡羅（Monte Carlo）方法，又稱隨機(jī)抽樣或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法。 當(dāng)所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，或者是某個(gè)隨機(jī)變量的期望值

9、時(shí)，它們可以通過某種“試驗(yàn)”的方法，得到這種事件出現(xiàn)的頻率，或者這個(gè)隨機(jī)變數(shù)的平均值，并用它們作為問題的解。這就是蒙特卡羅方法的基本思想。的計(jì)算 應(yīng)用蒙特卡羅方法求解的基本步驟如下：隨機(jī)向單位正方形和圓結(jié)構(gòu)，如圖4.10所示，拋灑大量“飛鏢”點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)到圓心的距離從而判斷該點(diǎn)在圓內(nèi)或者圓外，用圓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)除以總點(diǎn)數(shù)就是/4值的計(jì)算 為了簡化計(jì)算，一般利用圖形的1/4求解值，如圖4.11所示。該問題的IPO表示如下：輸入：拋點(diǎn)數(shù)處理：計(jì)算每個(gè)點(diǎn)到圓心的距離，統(tǒng)計(jì)在圓內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量輸出：值的計(jì)算的計(jì)算 上述代碼中，random()函數(shù)隨機(jī)返回一個(gè)在0,1)之間的浮點(diǎn)數(shù)，用兩個(gè)隨機(jī)數(shù)給出隨機(jī)拋點(diǎn)(x,

10、y)的坐標(biāo)。sqrt()函數(shù)來自于數(shù)學(xué)庫math，用來求解輸入數(shù)據(jù)的平方根。第一次調(diào)用clock()函數(shù)啟動(dòng)一個(gè)新的計(jì)時(shí)器，第二次調(diào)動(dòng)clock()函數(shù)返回啟動(dòng)計(jì)時(shí)器后的時(shí)間。的計(jì)算 代碼中DARTS是一個(gè)常量，初始設(shè)定這個(gè)拋點(diǎn)數(shù)為1000。該程序運(yùn)行結(jié)果如下：Pi值是3.144.運(yùn)行時(shí)間是: 0.016477s計(jì)算得到的值為3.144，與大家熟知的3.1415相差較遠(yuǎn)。原因是DARTS點(diǎn)數(shù)量較少，無法更精確刻畫面積的比例關(guān)系。的計(jì)算 表4.4列出了不同DARTS值情況下該程序的運(yùn)行情況，可以看到，隨著DARTS數(shù)量的增加，在220數(shù)量級上，的值就相對準(zhǔn)確了。DARTS運(yùn)行時(shí)間2103.109

11、3750.011s2113.1386710.012s2123.1503900.014s2133.1435540.018s2143.1413570.030s2153.1478270.049s2163.1419670.116s2183.1445770.363s2203255s的計(jì)算異常處理機(jī)制 觀察下面這段小程序num = eval(input(num = eval(input(請輸入一個(gè)整數(shù)請輸入一個(gè)整數(shù): ): )print(numprint(num* * *2 2) )當(dāng)用戶輸入數(shù)字時(shí)，程序正常執(zhí)行，如果用戶輸入的不是數(shù)字呢？異常處理: try-except語句異常

12、處理: try-except語句 可以看到，Python解釋器返回了異常信息，同時(shí)程序退出，圖4.12具體說明了這個(gè)異常信息中各部分的含義。異常處理: try-except語句 Python異常信息中最重要的部分是異常類型，它表明了發(fā)生異常的原因，也是程序處理異常的依據(jù)。 Python使用try-except語句實(shí)現(xiàn)異常處理，基本的語法格式如下：try:except :異常處理: try-except語句 語句塊1是正常執(zhí)行的程序內(nèi)容，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)執(zhí)行except保留字后面的語句塊，為這個(gè)小例子增加異常處理，代碼如下： 異常處理: try-except語句 try-except語句可以支持多個(gè)

13、except語句，語法格式如下：try:try: 1except except :1: 2.except except :N: N+1except:except: 異常的高級用法 其中，第1到第N個(gè)except語句后面都指定了異常類型，說明這些except所包含的語句塊只處理這些類型的異常。最后一個(gè)except語句沒有指定任何類型，表示它對應(yīng)的語句塊可以處理所有其他異常。這個(gè)過程與if-elif-else語句類似，是分支結(jié)構(gòu)的一種表達(dá)方式，一段代碼如下。異常的高級用法異常的高級用法 該程序?qū)⒂脩糨斎氲臄?shù)字作為索引從字符串a(chǎn)lp中返回一個(gè)字符，當(dāng)用戶輸入非整數(shù)字符時(shí)，except NameErr

14、or異常被捕獲到，提升用戶輸入類型錯(cuò)誤，當(dāng)用戶輸入數(shù)字不在1到26之間時(shí)，異常被except捕獲，程序打印其他錯(cuò)誤信息，執(zhí)行過程和結(jié)果如下：異常的高級用法 除了try和except保留字外，異常語句還可以與else和finally保留字配合使用，語法格式如下：try:try: 1except except :1: 2else:else: 3finally:finally: 異常的高級用法 此處的else語句與for循環(huán)和while循環(huán)中的else一樣，當(dāng)try中語句塊1正常執(zhí)行結(jié)束且沒有發(fā)生異常時(shí)，else中語句塊3執(zhí)行，可以看作是對try語句塊正常執(zhí)行后的一種追加處理。 finally語句塊

15、則不同，無論try中語句塊1是否發(fā)生異常，語句塊4都會(huì)執(zhí)行，可以將程序執(zhí)行語句塊1的一些收尾工作放在這里，例如關(guān)閉打開文件等。異常的高級用法 采用這些保留子的異常處理控制流過程如圖4.13所示異常的高級用法 采用else和finally修改代碼如下異常的高級用法 執(zhí)行過程和結(jié)果如下：異常的高級用法 Python能識(shí)別很多種異常類型，但不建議讀者編寫程序時(shí)依賴try-except這種異常處理機(jī)制。try-except異常一般只用來檢測極少發(fā)生的情況，例如：用戶輸入的合規(guī)性或文件打開是否成功等。對于本節(jié)小例子中索引字符串超過范圍的情況應(yīng)該盡量在程序中采用if語句直接判斷，盡量避免通過異常處理來應(yīng)對這種可能發(fā)生的“錯(cuò)誤”異常的高級用法 對于商業(yè)應(yīng)用的軟件產(chǎn)品，穩(wěn)定性和可靠性是最重要的衡量指標(biāo)之一。即使這類軟件產(chǎn)品，也不會(huì)濫用try-except類型語句。因?yàn)椴?/p>