4. Python 的流程控制
Hi，大家好。我是茶桁。
在前面几节课的基础之上，我们今天开始尝试在 Python 中控制流程。这中间，让我们来做一些实际的练习。
Python 语句的分类
让我们先了解一下 Python 语句的分类。
在 Python 中，可分为单行代码和代码块/组, 顾名思义，单行代码就是一行的 Python 代码，而代码块是以冒号作为开始，用缩进划分相同作用域，这样的结构称之为代码块，是一个整体。
以上代码中输出结果为：
在输入代码块的时候，我们要注意使用缩进。在其他语言中代码块可能是{}，但是在 Python 中严格遵守的缩进规则就是代码块。缩进可以是一个 Tab 距离或者四个空格，可是注意绝对不能混合使用，必须自使用一种方式缩进。
流程控制的分类
什么是流程？流程就是计算机执行代码时候的顺序。
流程可以被分为以下几类：
顺序结构
分支结构/选择结构
循环结构
顺序结构
顺序结构是系统的默认程序结构，自上而下进行执行。
分支结构
分支结构可以让代码走向不同的方向，不同的分支区间。
分支结构中又包含了单向分支，双分支和多分支以及巢状分支。
单向分支
单向分支就是在条件满足之后，执行后续任务。条件不满足的情况下，则不执行。
比如：
执行结果：
一个经典案例：
程序员下班前女朋友打电话：下班路上买十个包子回来，如果看到卖西瓜的买一个
输出结果：
正常情况下，我们是直接买了 10 个包子回家，那如果我们看到了卖西瓜的呢？那么这段代码中等于是我们重新赋值了mxg, 就变成：
输出结果：
双分支
双分支就是在单向分支的基础之上，又多了一个“否则”的选项，当条件不满足的时候执行其他操作。
执行结果：
以上就是一个双向的流程控制，这里面的含义为：表达式成立则执行真区间，如果不成立则执行假区间。
多分支
多分支就是在双分支的基础之上再增加其他可能出现的判断条件，用于执行更多的其他操作。
这段代码中的elif就是可能出现的不同条件，示例如下:
执行结果：
可以看到以上代码中，是从上到下依次进行判断条件，当所有条件都没有满足的时候，最后走到了else区间。
这就是多分支，需要判断多个表达式的结果，会自行其中符合条件的一个。
巢状分支
巢状分支，也就是嵌套分支。也就是 if 条件语句的嵌套：
示例：
输出结果：
在嵌套分支中我们需要注意，3 ～ 5 层嵌套就是极限了，不要再往后嵌套。如果这个层数无法解决你的问题，那么可以重新梳理一下逻辑。基本大部分时候都是逻辑上有问题了。
分支 练习：十二生肖
当用户输入一个四位数的年份，计算当前这个年份对应的生肖：
申猴 酉鸡 戌狗 亥猪 子鼠 丑牛 寅虎 卯兔 辰龙 已蛇 午马 未羊
我们先来做一个用户输入的操作
添加一个type()函数是为了验证用户输入之后的数据类型，当我们输入2023之后，可以看到输出结果为：
证明虽然我们输入的是数字，但是被转成了字符串，那这个时候，我们就需要处理一下了：
输出结果：
这下就对了。
原本我们是需要讲位数，以及范围都控制在合理的数据内的。因为时间关系，在这整个示例中，我就不再去做更多的验证判断了。
当我输入2023的时候，程序输出结果：
程序是正常运行了（排除我没做特殊处理可能会出现的 BUG），但是我们看这段代码，已经不能用丑陋来形容了。
让我们再改动一下，还记得咱们第二节课程中所学的list吗？这段代码中我们去判断的num是不是和list的下标是一模一样？OK，让我们利用下标来重新写一下这段代码：
这段代码输出结果为：
是不是比起第一段代码来优雅多了？
循环结构
在完成了分支结构之后，我们来看一下循环结构。循环结构非常重要，必须熟练掌握。
为什么我们需要循环呢？先来看一段代码：
这段代码中，我们重复做了很多次打印的工作。这种事情，其实完全没必要重复去做，交给循环就可以了。
目前在 Python 中常用的循环有两个，while循环和for...in循环。
while 循环
在 while 循环中，我们通常都会写带有条件变化的循环
输出结果：
在这样一段代码中，在进入循环的时候，判断了一下当前条件是否成立。我们先设定了num的值为 1，满足进入循环的条件，所以就进入了循环体，然后输出了num的值。
之后，每循环一次我们都对num做一次+1 的处理. 也就是更改了变量。当变量更改后，会重新走到循环体的开始去判断条件。在循环 11 次之后，num就变成了 11，不符合进入循环的条件了，循环自然被终止。也可以说，更该变量也是在朝着循环结束的方向在前进。
那么如果我们没有设定这个num的条件变化呢，自然就是无限的循环下去，最终导致内存溢出。
for 循环
通常来说，for循环是用来遍历一个容器类型的数据。
使用for...in循环遍历容器类型数据，那么中间的自定义变量就是当前容器类型中的每一个元素。
示例：
输出结果：
在整个for...in循环体内，我们经常使用range()函数来迭代输出一个范围，比如：
输出结果为：
可以看到我们输出了从0开始，一直到9结束， 一共输出了10个数字。
从结果中，我们大致可以猜到range()函数中(a, b)的含义为：从 a 开始循环输出，输出到 b（不包含 b）为止, 比如，我们将刚才的数字改为range(1,8)，那么我们最后输出的内容就会是：
其他流程控制语句
在循环体中，我们还经常应用一些其他的控制语句，用于程序的正常执行和中止。这其中包括
continue 语句， 用于跳过当前这一次循环
break 语句，用于结束或者跳出
pass 语句， 用于占位
输出结果：
可以从结果中看到，每次num为偶数的时候，打印并未执行，被跳过了。
让我们来更改一下这一段代码：
输出结果为：
结果中我们可以看到，代码只输出到了 5。我们来剖析一下整个代码，当代码为 5 的时候，print()函数还是正常执行了一次，然后再进来的时候，num在最前方+1 变为了 6，执行了continue，跳出了本次循环。再进入循环之后，num +1 变成了 7，这个时候进入了第二个if判断，直接执行了break语句，跳出并结束了整个循环。这样，print()函数这无法再继续执行下去了。
特殊语句
exit()
quit()
这两个特殊语句，均是用于结束程序的执行，exit()和quit()之后的代码不会执行。在单纯的循环结构中的作用与break很像，但是完全不能混为一谈。这两个语句是用于结束并退出当前 python 解释器的，而break仅用于结束当前的循环体。
练习
打印矩形
让我们循环出十行十列 ★ ☆ ，隔一行换色，再做一个隔一列换色。
在最开始，我们先思考一下，十行十列，那就是完成 100 次打印。我们先把这部分实现一下：
输出结果因为占篇幅，我就不写了，大家自行执行就可以了。
在这之后，我们需要考虑一下，既然是十行十列，那说明我们每隔 10 个就需要一次换行：
现在打印出了十行☆, 每一行十个。第一步我们已经实现了，那么现在，让我们来尝试一下隔一行打印一个不同的。思考一下，其实就是奇偶数的问题，想明白之后，接下来就好办了：
隔列换色实现之后，我们再来考虑一下隔行换色，让我们从隔列换色上找一点灵感。既然隔列换色是奇偶数的问题，那么隔行换色，是不是就是每一行的奇偶数问题？
那么我们如何对行数做判断呢？其实很简单，我们只要对当前数字做取整数操作：num // 10，然后获取到的整数再来取余就行了。
那么我们就可以这样来实现：
大家可以执行去操作一下试试，建议使用 Jupyter Notebook，这种实验性的代码块，很方便得到结果。
打印乘法口诀表
这也是 Python 教学中经常被拿来进行教学的一个经典案例，和上一个练习一样，我们一边分析，便来完善代码。
整个代码中，我们用到了刚才学到的for...in循环以及range()函数。
首先我们利用range()函数，输出 1 到 9，每输出一个换一次行：
然后我们在每一行内再做一次循环，输出每一行的序列, 当然还是从 1 开始。
这里需要注意，就乘法表而言，我们最大列不能大于这一行的被乘数, 那么我们range()需要调整一下：
斐波那契数列
再来让我们多做一个练习，斐波那契数列。
在做这个练习之前，首先我们需要了解什么是斐波那契数列。我这里应用一下维基百科的解释：
斐波那契数所形成的数列称为斐波那契数列。这个数列是由意大利数学家斐波那契在他的《算盘书》中提出。在数学上，斐波那契数是以递归的方法来定义：
用文字来说，就是斐波那契数列由 0 和 1 开始，之后的斐波那契数就是由之前的两数相加而得出。首几个斐波那契数是：1、 1、 2、 3、 5、 8、 13、 21、 34、 55、 89、 144、 233、 377、 610、 987……
了解之后，让我们来分析一下：
第 0 项如果是 0，那么第一项是 1， 第二项也是 1， 之后的第三项开始，每一项都是前面两个数的和。
因为这个数列是一个无限递归下去的数列，我们不能无限的计算下去，所以需要先知道自己计算多少项：
之前我们分析得到，第三项开始，每一项是前面两个数的和，那么，我们需要定义两个变量用来承载相加的两个数，再多定义一个初始值，用于判断是否执行循环：
然后，让我们开始进入正题，需要先判断用户输入的数字是否正整数，我们先不搞那么复杂，只需要简单判断一下是否大于等于 0，然后再判断用户输入是否为 1， 因为如果是只输出 1 项，那么就不需要计算了，直接输出n1就好了：
然后，让我们正式进入循环计算, 现在n1为第一项，n2就是第二项，直接输出就可以了
之后，我们去判断count是否小于用户输入的数字，如果小于，就进入循环。然后再循环内定义一个变量n3， 用来承载相加之后得到的结果，作为当前项输出。再讲n1, n2重新赋值。不要忘了给count加值。
当我们输入 9 的时候，输出结果：
百钱买百鸡
让我们先来说明一下这个题目：
在这个题目里，我们可以计算如果只买一种，这公鸡可以有 33 只，母鸡有 100 只，小鸡这可以买 200 只。
这里面我们可以思考一下，这里我们一共需要 3 个变量和 2 个常量，变量为公鸡，母鸡以及小鸡；2 个常量为 100 块钱和总共 100 只鸡。
先让我们从循环体来开始写：
这里，我们是计算了三只都买的情况，那么其实还有一种额外的情况，就是我们一开始说的，100 块钱都买母鸡的情况，也正好是 100 块钱 100 只鸡。所以，我们的num要从 1 开始计数
输出结果（只看 num）：
也就是说，我们目前一共有 20 种组合方案。具体有哪些方案，有兴趣的小伙伴可以执行我所写的代码，会打印出来。
虽然解决问题了，可是这并不是最好的写法。
看看这团垃圾的效率：第一层需要计算 34 次， 第一层每次计算，第二层都要计算 100 次，第二层每跑一遍，第三层需要计算 200 次.... 这简直就是一堆米田共。当我们加上一个计数变量稍微统计一下到底计算了多少次
可以得到最后结果为：
是不是很恐怖？让我们改动一下代码，优化性能：
让我们来思考一下，100 只鸡这个总数是不是固定不变的？那么公鸡，母鸡的计算得到之后，是不是小鸡的数量就得到了。还有必要在进入一次循环吗？肯定没必要了对不对？所以我们这样改动：
最后得到的计算结果：
从 660000 次一下下降到了 3300 次，这个性能的提示是很大的了。
所以，很多问题我们不要只追求解决，要善于多思考。
那么至此，我们这节课也就结束了。让我们最后放几个思考题：
思考题
对于我们打印矩阵，完成了隔行上色和隔列上色的问题，我们思考一下该如何解决
三角形和菱形；对于乘法表，思考下我们如何完成反向打印。
解决了思考题的小伙伴，可以在评论区留言。期待看到大家的想法。我是茶桁，咱们下次见，下一节课，我们进入「模块化编程」，开始学习函数。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【Hivan】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/9196b12948ffa6e93027e4d25】。文章转载请联系作者。
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