Python程序設(shè)計課件第3章 程序流程控制

3.1算法概述第三章程序流程控制of311算法是指為解決問題而采取的方法和步驟。算法的要素有以下兩部分：（1）對數(shù)據(jù)對象的運算和操作。（2）算法的控制結(jié)構(gòu)（運算和操作時間的順序）：順序結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)。其中順序結(jié)構(gòu)是最簡單也最常用的結(jié)構(gòu)，它的執(zhí)行順序是自上而下，依次執(zhí)行。其余兩種結(jié)構(gòu)接下來會介紹。3.1.1算法及其要素和特性3.1算法概述of312算法的特征有如下幾方面。有窮性：算法的有窮性是指算法必須能夠在執(zhí)行有限步之后停止；確切性：算法的每一步都要有確切的定義；輸入項：一個算法要有0個或多個輸入項，用來反映問題的原始狀態(tài)，如果是0個輸入項，則是算法自己有初始條件；輸出項：算法都有輸出項，可以是一個也可以是多個輸出項。用來反映對數(shù)據(jù)加工處理后的結(jié)果；可行性：即算法的每個步驟都能在有限時間內(nèi)完成。因為計算機的運算速度并不是無限快的，所以在設(shè)計算法時一定要注意時間資源，同樣，存儲器的空間也是有限的，所以在設(shè)計算法時一定要盡可能地節(jié)約時間和空間兩方面的開銷。3.1.1算法及其要素和特性第三章程序流程控制3.1算法概述of3131.用自然語言表示該方法就是直接用自然語言描述算法。一般除了很簡單的問題，不用自然語言表示。2.用流程圖表示流程圖可以很直觀地表現(xiàn)出算法的過程，易于理解。流程圖主要由圖3.1所示的4種框加上流程線組合而成。3.1.2算法表示方法圖3.1流程圖的部件第三章程序流程控制3.1算法概述of314圖3.2描述判斷輸入的年份是否為閏年的流程。3.1.2算法表示方法圖3.2判斷年份是否為閏年的流程圖第三章程序流程控制3.1算法概述of3153.用偽代碼表示偽代碼是一種用來書寫程序或描述算法時使用的非正式、透明的表述方法。偽代碼通常采用自然語言、數(shù)學公式和符號相結(jié)合來描述算法的操作步驟，同時采用計算機高級語言的控制結(jié)構(gòu)來描述算法步驟的執(zhí)行。只要自己或者別人能看懂即可。下面看一個例子：用偽代碼表示求一個列表中最大元素值的算法。3.1.2算法表示方法第三章程序流程控制3.1算法概述of316MaxElement(a_list:list)#求一個列表中的最大元素#a_list:list代表輸入的數(shù)據(jù)是一個list類型。（關(guān)于list會在后面詳細講解）#輸出，a_list中的最大元素max_element=a_list[0]fori1tolen(a_list)–1do iflist[i]>max_element max_element=list[i]returnmax_element這里只是舉一個例子，實際上，在Python中，如果要求一個列表的最大元素值，并不需要這么麻煩，只需要調(diào)用Python的內(nèi)置函數(shù)max即可。當然算法的表示方法還有很多種，在這里只是選取了比較常用的3種進行講解。3.1.2算法表示方法第三章程序流程控制編寫程序到軟件工程師的職責of3171.負責項目組開發(fā)或設(shè)計工作,能夠按要求、高質(zhì)量地完成開發(fā)或設(shè)計任務;

2.熟練掌握分析設(shè)計工具,按照規(guī)范的要求,編寫設(shè)計文檔;

3.按照設(shè)計功能,實現(xiàn)模塊的代碼編寫和維護;

4.按照公司的規(guī)范進行編碼,并對開發(fā)的代碼進行單元測試;

5.負責項目開發(fā)過程中的技術(shù)攻關(guān)及運行中出現(xiàn)的技術(shù)問題。程序員編寫程序要解決問題，明辨是非，服務于國家、社會和人民，要具有良好的道德素養(yǎng)→社會主義核心價值觀做“四有”新人：要講政治、有信念，政治合格；要講規(guī)矩、有紀律，執(zhí)行紀律合格；要講道德、有品行，品德合格；要講奉獻、有作為，發(fā)揮作用合格第三章程序流程控制軟件工程師良好的道德素養(yǎng)of318原則1：公眾軟件工程師的行為應與公眾利益一致原則2：客戶與雇主軟件工程師應以他們的客戶和雇主最大利益化的方式做事，與公眾利益一致。原則3：產(chǎn)品軟件工程師應當確保他們的產(chǎn)品以及相關(guān)的修改達到盡可能高的專業(yè)標準。原則４：判斷軟件工程師應當完整獨立地進行自己的專業(yè)判斷原則5

管理軟件項目的經(jīng)理和領(lǐng)導人員應贊成和促進對軟件開發(fā)和維護合乎道德規(guī)范的管理原則6

職業(yè)在與公眾利益一致的原則下，軟件工程師應當保證其職業(yè)的完整和聲譽原則7:同事軟件工程師應當正直地去幫助他們的同事原則8:自身軟件工程師的行為都應該從自身規(guī)范起，從而延伸到行業(yè)、乃至社會和未來，成為一個對代碼構(gòu)建世界有偉大貢獻，對社會進步有卓越奉獻的人。第三章程序流程控制軟件工程師道德素養(yǎng)之反面案例of319華夏銀行盜竊案華夏銀行科技發(fā)展中心的前員工，其工作職責包括技術(shù)需求分析、功能規(guī)范編譯、設(shè)計、開發(fā)、單元測試、集成測試等，其將一個計算機病毒程序植入華夏銀行總部的核心系統(tǒng)，阻止跨銀行ATM取款交易被包括在賬戶中，然后成功地將717.9萬元存入自己的賬戶結(jié)果被判處有期徒刑10年6個月，罰金人民幣11000元，剝奪政治權(quán)利2年郵政局信息被倒賣某程序員利用開發(fā)國家郵政局安監(jiān)三期項目數(shù)據(jù)庫之便，非法獲取該數(shù)據(jù)庫內(nèi)公民個人信息15萬余條，并將1萬余條公民個人信息倒賣他人，非法獲利785元，同時非法獲取其他信息400余萬條結(jié)果被判非法獲取公民個人信息罪，判處有期徒刑一年，緩刑一年，并處罰金一萬元阿里巴巴月餅事件2016年在阿里內(nèi)部展開的中秋搶月餅活動中，四名程序員使用腳本，多刷了124盒月餅結(jié)果有多個相關(guān)涉事人員被開除第三章程序流程控制軟件工程師道德素養(yǎng)之史上著名的后門of3110BackOrifice后門。這是史上第一個后門，也是它使得人們開始意識到后門存在的可能性。BackOrifice可以讓運行Windows的計算機能夠被遠程操控。NSA“特定訪問操作（TAO）”硬件后門。根據(jù)斯諾登提供的資料，NSA的“特定訪問操作”項目就是NSA一個試圖通過在硬件中植入后門的項目。除了在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備固件中加入后門，NSA還在不同的PC甚至PC附件如硬盤中加入了監(jiān)控程序。Windows_NSAKEY后門。_NSAKEY的變量是一個1024位的公鑰，人們懷疑微軟為NSA提供了一些形式的后門，使得NSA能夠訪問Windows的一些加密數(shù)據(jù)甚至操作Windows本身。雙橢圓曲線后門。又是NSA，雙橢圓曲線后門可能是最隱蔽的后門了。通過一個在密碼學中常用的隨機數(shù)發(fā)生算法植入后門。理論上，Dual_EC_DRBG(雙橢圓確定性隨機數(shù)生成器）是NIST制定的一個標準，這里面存在一個很隱蔽的缺陷使得攻擊者能夠解密數(shù)據(jù)。在斯諾登揭密之后，人們才知道這個后門的存在，也知道了NSA通過干預標準的制定來達到在算法中植入后門的方式。美國國家安全局（NationalSecurityAgency，NSA）是美國政府機構(gòu)中最大的情報部門第三章程序流程控制3.2順序結(jié)構(gòu)3.1算法概述3.3選擇結(jié)構(gòu)3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of5611第三章程序流程控制3.2順序結(jié)構(gòu)of3112順序結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中的基本結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，各語句或語句組按照出現(xiàn)的先后順序依次執(zhí)行，如圖3.3所示。在選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)中，順序結(jié)構(gòu)也是組成部分。圖3.3順序結(jié)構(gòu)流程圖3.2.1順序結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.2順序結(jié)構(gòu)of3113【例3.1】輸入3個數(shù)，計算這三個數(shù)的平均值。a=float(input(“請輸入a的值：”))b=float(input(“請輸入b的值：”))c=float(input(“請輸入c的值：”))f=(a+b+c)/3print(str.format(“三個數(shù)的平均值為：{:.2f}”,f))遵守規(guī)則，不插隊，開車、結(jié)賬排隊時都要按順序進行；3.2.1順序結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)3.2順序結(jié)構(gòu)3.1算法概述3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of5614第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3115用if語句可以構(gòu)成選擇結(jié)構(gòu)。它根據(jù)給定的條件進行判斷，以決定執(zhí)行某個分支程序段。Python的if語句有三種基本形式。該結(jié)構(gòu)形式為：

if條件：執(zhí)行的操作1

執(zhí)行的操作2其流程圖如圖3.4所示。

3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)圖3.4單分支選擇結(jié)構(gòu)流程圖第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3116該結(jié)構(gòu)的意思是，如果條件為真則執(zhí)行操作1和操作2。除了False（包括表達式的值為False），none，各種數(shù)字的類型的0以及空的序列和空的字典外，其余的都可以看成條件為真。需要注意的是，Python中如果后面的語句需要縮進，那么在該行代碼末尾需要加冒號。由選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計可知，凡事都要考慮周全，尊重事實，合理選擇；一切從實際出發(fā)，實事求是；人的一生也面臨很多選擇，要慎重選擇并承擔抉擇之后帶來的后果，不要患得患失，要養(yǎng)成良好的邏輯性。在生活中“魚和熊掌不可兼得”，千萬不要做違背良心的事情，不要做有背社會公德的事情；抗擊新冠病毒疫情期間，國家審時度勢，科學規(guī)劃，依據(jù)實際情況劃分高風險區(qū)、中風險區(qū)和低風險區(qū)，不同類型區(qū)域采取有針對性的防范策略，最大化各方效率。3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3117b=input()a=int(b)ifa%2==0:print('%d是偶數(shù)'%a)在上述例子中，如果想這個數(shù)在不是偶數(shù)的時候也將結(jié)果打印出來，就需要用到if…else結(jié)構(gòu)，如下所示。當條件為真時，執(zhí)行條件語句下的嵌套語句，否則的話執(zhí)行else部分。b=input()#輸入一個數(shù)a=int(b)#將輸入轉(zhuǎn)換成ifa%2==0:print('%d是偶數(shù)'%a)else:print('%d不是偶數(shù)'%a)可以看出if…else的語句結(jié)構(gòu)為：if條件：

操作1else：操作2

3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3118其流程圖如圖3.5所示。

3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)圖3.5雙分支選擇結(jié)構(gòu)流程圖即當滿足條件時，執(zhí)行操作1，條件不滿足時，執(zhí)行操作2。一個if只能和一個else搭配。第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3119但有時候，所需要的結(jié)果不是一次選擇能得到的，可能需要多次判斷，這就需要用到if…elif…else結(jié)構(gòu)了。if條件1：操作1elif條件2：操作2else：操作3其流程圖如圖3.6所示。

3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)圖3.6多分支選擇結(jié)構(gòu)流程圖第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3120在if…elif…else結(jié)構(gòu)中，可以有多個elif語句，但只能有一個else語句，當所有的條件都為假時，才執(zhí)行else部分。下面用一個例子說明下?！纠?.3】判斷輸入的年份是否為閏年。str_year=input()#輸入年份year=int(str_year)#將字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)字ifyear%400==0:print("%d是閏年"%year)elifyear%4==0andyear%100!=0:print("%d是閏年"%year)else:print("%d不是閏年"%year)與C等語言不同的是，Python中沒有switch和case語句。但是Python可以用一系列的if、elif和else語句來達到相同的效果。

3.3.1if選擇結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3121當if語句的操作語句中還有if語句時就構(gòu)成了選擇結(jié)構(gòu)的嵌套，就像下面這樣：if條件1：if選擇結(jié)構(gòu)elif條件2：if選擇結(jié)構(gòu)else：

if選擇結(jié)構(gòu)但是在使用選擇結(jié)構(gòu)的嵌套時，要注意if和else的搭配，一對if和else一定要對齊。

3.3.2選擇結(jié)構(gòu)的嵌套第三章程序流程控制3.3選擇結(jié)構(gòu)of3122【例3.4】判斷一個輸入的數(shù)是否是偶數(shù)且能被3整除。a=input()#輸入一個數(shù)字b=int(a)#轉(zhuǎn)換成數(shù)字類型ifb%2==0:ifb%3==0:print("該數(shù)是偶數(shù)且能被3整除")else:print("該數(shù)是偶數(shù)但不能被3整除")else:ifb%3==0:print("該數(shù)不是偶數(shù)但能被3整除")else:print("該數(shù)不是偶數(shù)且不能被3整除")

3.3.2選擇結(jié)構(gòu)的嵌套第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)3.2順序結(jié)構(gòu)3.3選擇結(jié)構(gòu)3.1算法概述of5623第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3124有時候想讓同一個指令重復執(zhí)行多次，比如打印數(shù)字1~10：print(1)print(2)….print(10)這樣的笨辦法看起來好像也還能接受，那如果打印數(shù)字1~10000呢，這時候再用這種方法就不合適了，為了避免這種笨重的代碼，就需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)，接下來介紹幾種循環(huán)結(jié)構(gòu)。此外，還會介紹幾種在循環(huán)中常用的的內(nèi)置函數(shù)。

第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3125【例3.5】用while循環(huán)結(jié)構(gòu)打印數(shù)字1到10。x=1whilex<=10:print(x)x+=1是不是和之前的代碼比起來，簡潔了很多。while循環(huán)結(jié)構(gòu)的一般形式為：while表達式：操作語句

3.4.1while循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3126其流程圖如圖3.7所示。其中，表達式是循環(huán)條件，操作語句為循環(huán)體。條件為真時執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)操作，當執(zhí)行外一次操作后，再對條件進行判斷，如果條件繼續(xù)為真，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，然后再判斷條件，直到條件為假退出while循環(huán)。簡而言之，只要頂端的表達式為真，就會重復執(zhí)行語句塊。如果表達式一開始就為假，則循環(huán)體語句塊不會執(zhí)行。注意表達式后面是有冒號的。前面提到了，后面代碼需要縮進的都需要以冒號結(jié)尾。

3.4.1while循環(huán)結(jié)構(gòu)圖3.7while循環(huán)結(jié)構(gòu)流程圖第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3127當想執(zhí)行一個無限循環(huán)操作時，可以用whileTrue：，這樣條件就能一直為真了?！纠?.6】無限循環(huán)例子。>>>whileTrue: print('python')pythonpythonpythonpythonpython…循環(huán)條件可以是任意的對象，因為前面已經(jīng)介紹過了，在Python中，所有的對象都有對應的bool值。3.4.1while循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3128用while循環(huán)結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以實現(xiàn)很多循環(huán)了，但如果想遍歷一個序列中的元素時（關(guān)于序列會在后面的章節(jié)中講到，這里可以把它理解成一個集合）就可以使用for循環(huán)結(jié)構(gòu)。for循環(huán)結(jié)構(gòu)的一般格式為：forxinobject：語句塊其流程圖如圖3.8所示。3.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)圖3.8for循環(huán)結(jié)構(gòu)流程圖第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3129其中，x是定義的一個用來賦值的變量，object是要遍歷的對象。for循環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行時，會逐個將序列對象中的值賦給x，就可以在語句塊中對x進行操作。X的作用域只zaifor語句里（作用域后面會講到），可以在循環(huán)主體中對x進行修改。但當回到循環(huán)頂端時，又會被自己賦值成下一個元素。下面用一個例子來說明一下?！纠?.7】用for循環(huán)將數(shù)字1~5打印出來。>>>forxinrange(1,6):...print(x)...123453.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3130當需要遍歷某個序列對象時，應優(yōu)先選用for循環(huán)結(jié)構(gòu)。當把表達式的值作為循環(huán)條件時應當選用while循環(huán)。如果不需要每個元素都訪問或者想要改變列表的值，這時候也應該選用while循環(huán)。Python的內(nèi)置函數(shù)enumerate()來實現(xiàn)遍歷元素，它多用于在for循環(huán)中得到計數(shù)。對于一個可迭代的對象，enumerate()將其組成一個索引序列，利用它可以同時獲得索引和值。enumerate()返回的是一個enumerate對象。>>>list_a=['a','b','c','d']>>>print(type(enumerate(list_a)))<class'enumerate'>3.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3131【例3.8】enumerate()的用法。>>>list_a=['a','b','c','d']>>>forindex,datainenumerate(list_a): print(index,data)0a1b2c3d>>>需要注意的是，for循環(huán)只是把序列中的對象的值賦給了另一個對象x，也就是說對x的值進行的操作不會影響序列中對象的值，除非直接對序列進行操作。3.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3132>>>list_a=['a','b','c','d']>>>fordatainlist_a: data='d' print(data)dddd>>>print(list_a)['a','b','c','d']>>>foriinrange(len(list_a)):list_a[i]='d'>>>print(list_a)['d','d','d','d']>>>3.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3133任何序列都適用于for循環(huán)，上面已經(jīng)看到了for循環(huán)可以用于列表，此外還可以用于字符串，元組等，甚至字典和文件都可以用for循環(huán)?！纠?.9】for循環(huán)用于字符串。>>>string='helloworld'>>>foriinstring: print(i)helloworld>>>3.4.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3134break和continue語句需要嵌套在循環(huán)結(jié)構(gòu)中才能起作用。break語句用來跳出所在的最近的一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，而continue語句則是跳到所在的最近的循環(huán)結(jié)構(gòu)的首行即開頭處重新判斷條件。下面是兩個例子?！纠?.10】打印數(shù)字0~5。>>>x=0>>>whileTrue:...ifx>5:...break...print(x,end='')...x+=1...012345在這里雖然用了whileTrue是一個無限循環(huán)，但因為當x>5后，break語句執(zhí)行，跳出了這個無限循環(huán)。3.4.3break和continue語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3135【例3.11】打印數(shù)字0~5中除了3之外的數(shù)。>>>forxinrange(6):...ifx==3:...continue...print(x,end='')...01245可以發(fā)現(xiàn)在continue語句執(zhí)行后，直接跳到了循環(huán)的開頭，進行下一次操作。而沒有執(zhí)行print語句。3.4.3break和continue語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3136循環(huán)里的else語句是在循環(huán)正常結(jié)束時才執(zhí)行的，非正常結(jié)束即通過break語句結(jié)束循環(huán)。【例3.12】判斷輸入的一個數(shù)是否為素數(shù)。importmathnum=int(input('輸入一個正整數(shù)，判斷是否是素數(shù)：'))ifnum<0:print("輸入非法")elifnum==1:print("%d既不是素數(shù)也不是合數(shù)"%num)else：:foriinrange(2,int(math.sqrt(num))+1):#math.sqrt(x)是求x的開方值

ifnum%i==0:print("%d不是素數(shù)"%num)breakelse:print("%d是素數(shù)"%num)3.4.4else語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3137當循環(huán)正常結(jié)束時，說明輸入的數(shù),除了1和此整數(shù)自身外,沒法被其他自然數(shù)整除，所以是一個素數(shù)，就需要執(zhí)行else語塊，而當通過break跳出循環(huán)時就說明不是素數(shù)，也就不需要執(zhí)行else語塊了。循環(huán)else語句和哪一個while或for循環(huán)搭配就要與只保持相同的縮進。如果在else語句之前有多個循環(huán)結(jié)構(gòu)且都與else語句縮進相同，那么else語句便是與在它前面且離它最近那一個循環(huán)結(jié)構(gòu)搭配。這里出現(xiàn)了一個import語句，是來導入Python的包，后面章節(jié)會講到。如果循環(huán)沒有被執(zhí)行過，循環(huán)else語句也會執(zhí)行，因為沒有執(zhí)行過break語句。當首行條件一開始就為假時就會出現(xiàn)這種情況。如果想在一個序列中搜索某一個元素也可以使用循環(huán)else語句。3.4.4else語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3138list_a=['a','b','c','d','e']forindex,chinenumerate(list_a):ifch=='f':print(index)breakelse:print('未找到')3.4.4else語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3139pass語句是無運算的占位語句，當語法需要語句但又沒有實用的語句可以寫時，就可以用pass語句占位。例如，想要一個無限循環(huán)，但每次迭代時又什么都不做，就可以在循環(huán)體內(nèi)用pass語句。當在定義函數(shù)時，可以先用pass語句填充函數(shù)體。待以后再用真正的函數(shù)體代替pass語句。因為無法使函數(shù)體為空而不產(chǎn)生語法錯誤，就只能先用pass代替。此外，如果想忽略try語句捕獲的異常，也可以使用pass語句，至于異常會在后面講到。3.4.5pass語句第三章程序流程控制3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)of3140就像選擇結(jié)構(gòu)可以嵌套一樣，循環(huán)結(jié)構(gòu)也可以進行嵌套，可以