Python 循环知识点详解

1. for 循环

1.1 基本语法

在 Python 中，for 循环用于遍历可迭代对象（如列表、元组、字符串等）。

根据 Python 官方文档（https://docs.python.org/3/tutorial/controlflow.html#for-statements）：

"for 语句用于遍历可迭代对象的元素，按它们在对象中出现的顺序进行。"

下面是 for 循环的基本用法：

python

# 遍历列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
  print(fruit)  # 依次输出: apple, banana, cherry

# 遍历字符串
for char in "hello":
  print(char)  # 依次输出: h, e, l, l, o

# 遍历元组
numbers = (1, 2, 3, 4, 5)
for num in numbers:
  print(num * 2)  # 依次输出: 2, 4, 6, 8, 10

# 遍历字典的键
person = {"name": "John", "age": 30, "city": "New York"}
for key in person:
  print(key)  # 依次输出: name, age, city

# 遍历字典的值
for value in person.values():
  print(value)  # 依次输出: John, 30, New York

# 遍历字典的键值对
for key, value in person.items():
  print(f"{key}: {value}")  # 依次输出: name: John, age: 30, city: New York

1.2 range() 函数

range() 函数常用于生成数字序列，在 for 循环中非常有用。

python

# 生成从 0 到 4 的整数序列
for i in range(5):
  print(i)  # 依次输出: 0, 1, 2, 3, 4

# 生成从 2 到 6 的整数序列
for i in range(2, 7):
  print(i)  # 依次输出: 2, 3, 4, 5, 6

# 生成从 1 到 10 的奇数序列
for i in range(1, 11, 2):
  print(i)  # 依次输出: 1, 3, 5, 7, 9

# 使用 range() 遍历列表的索引
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for i in range(len(fruits)):
  print(f"索引 {i}: {fruits[i]}")  # 依次输出: 索引 0: apple, 索引 1: banana, 索引 2: cherry

1.3 嵌套 for 循环

for 循环可以嵌套使用，用于处理多维数据结构。

python

# 打印乘法表
for i in range(1, 10):
  for j in range(1, i + 1):
      print(f"{j}x{i}={i*j}", end="	")
  print()  # 换行

# 遍历二维列表
matrix = [
  [1, 2, 3],
  [4, 5, 6],
  [7, 8, 9]
]
for row in matrix:
  for element in row:
      print(element, end=" ")
  print()  # 换行

2. while 循环

2.1 基本语法

while 循环用于在条件为真时重复执行代码块。

根据 Python 官方文档（https://docs.python.org/3/reference/compound_stmts.html#the-while-statement）：

"while 语句用于重复执行代码块，直到条件表达式的值为假。"

下面是 while 循环的基本用法：

python

# 基本的 while 循环
count = 0
while count < 5:
  print(count)
  count += 1  # 依次输出: 0, 1, 2, 3, 4

# 从用户输入读取数据直到输入 'quit'
user_input = ""
while user_input != "quit":
  user_input = input("请输入一个词（输入 'quit' 退出）: ")
  if user_input != "quit":
      print(f"你输入了: {user_input}")

# 计算 1 到 100 的和
sum = 0
num = 1
while num <= 100:
  sum += num
  num += 1
print(f"1 到 100 的和为: {sum}")  # 输出: 5050

2.2 无限循环

无限循环在条件永远为真时使用，通常需要配合 break 语句来终止。

python

# 无限循环示例
while True:
  user_input = input("请输入一个数字（输入 'q' 退出）: ")
  if user_input == 'q':
      break  # 退出循环
  try:
      num = int(user_input)
      print(f"你输入的数字的平方是: {num**2}")
  except ValueError:
      print("请输入有效的数字")

# 服务器监听循环（简化示例）
running = True
while running:
  # 检查是否有新的连接
  # 处理连接请求
  if some_condition:  # 例如用户按下 Ctrl+C
      running = False  # 设置标志位退出循环

3. 循环控制语句

3.1 break 语句

break 语句用于立即退出当前循环。

python

# 在列表中查找元素
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
for fruit in fruits:
  if fruit == "cherry":
      print("找到樱桃了!")
      break  # 退出循环
  print(f"当前检查: {fruit}")

# while 循环中的 break
count = 0
while True:
  print(count)
  count += 1
  if count > 5:
      break  # 退出无限循环

3.2 continue 语句

continue 语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。

python

# 打印奇数
for i in range(10):
  if i % 2 == 0:
      continue  # 跳过偶数
  print(i)  # 依次输出: 1, 3, 5, 7, 9

# 跳过特定元素
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
for fruit in fruits:
  if fruit == "banana":
      continue  # 跳过香蕉
  print(f"我喜欢 {fruit}")

3.3 else 子句

循环可以有一个可选的 else 子句，当循环正常结束（没有被 break 中断）时执行。

python

# for 循环的 else 子句
for i in range(5):
  print(i)
else:
  print("循环正常结束")  # 输出: 循环正常结束

# while 循环的 else 子句
count = 0
while count < 3:
  print(count)
  count += 1
else:
  print("循环正常结束")  # 输出: 循环正常结束

# break 会跳过 else 子句
for i in range(10):
  if i == 5:
      break
  print(i)
else:
  print("循环正常结束")  # 不会执行

# else 子句的常见用途：搜索
numbers = [2, 4, 6, 8, 10]
search_value = 7
for num in numbers:
  if num == search_value:
      print(f"找到 {search_value} 了!")
      break
else:
  print(f"{search_value} 不在列表中")  # 输出: 7 不在列表中

4. 循环的高级用法

4.1 列表推导式

列表推导式是一种简洁的创建列表的方法，通常比 for 循环更高效。

python

# 基本列表推导式
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # 输出: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件的列表推导式
even_numbers = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(even_numbers)  # 输出: [0, 2, 4, 6, 8]

# 嵌套列表推导式
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flattened = [element for row in matrix for element in row]
print(flattened)  # 输出: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 条件表达式在列表推导式中
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
result = ["偶数" if x % 2 == 0 else "奇数" for x in numbers]
print(result)  # 输出: ['奇数', '偶数', '奇数', '偶数', '奇数']

4.2 生成器表达式

生成器表达式类似于列表推导式，但使用圆括号而不是方括号，返回一个生成器对象。

python

# 生成器表达式
squares_gen = (x**2 for x in range(10))
print(squares_gen)  # 输出: <generator object <genexpr> at 0x...>

# 遍历生成器
for square in squares_gen:
  print(square, end=" ")  # 依次输出: 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81

# 内存效率比较
# 列表推导式会立即创建整个列表
large_list = [x for x in range(1000000)]  # 占用大量内存

# 生成器表达式只在需要时生成值
large_gen = (x for x in range(1000000))  # 占用内存少

4.3 zip() 函数

zip() 函数用于同时迭代多个序列。

python

# 同时迭代两个列表
names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
ages = [25, 30, 35]
for name, age in zip(names, ages):
  print(f"{name} 今年 {age} 岁")  # 依次输出: Alice 今年 25 岁, Bob 今年 30 岁, Charlie 今年 35 岁

# 处理不等长的序列
a = [1, 2, 3]
b = ['a', 'b', 'c', 'd']
for x, y in zip(a, b):
  print(x, y)  # 只会迭代到较短序列的长度: 1 a, 2 b, 3 c

# 使用 zip() 创建字典
keys = ["name", "age", "city"]
values = ["John", 30, "New York"]
person = dict(zip(keys, values))
print(person)  # 输出: {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}

5. 循环的性能优化

5.1 避免不必要的计算

python

# 不推荐：每次循环都计算列表长度
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry"]
for i in range(len(fruits)):
  print(fruits[i])

# 推荐：预先计算列表长度
n = len(fruits)
for i in range(n):
  print(fruits[i])

# 更好的方法：直接遍历列表元素
for fruit in fruits:
  print(fruit)

5.2 使用更高效的数据结构

python

# 检查元素是否在列表中（较慢）
numbers_list = list(range(10000))
if 9999 in numbers_list:
  print("找到元素")

# 检查元素是否在集合中（较快）
numbers_set = set(range(10000))
if 9999 in numbers_set:
  print("找到元素")

5.3 使用生成器代替列表

python

# 处理大文件时使用生成器逐行读取
# 不推荐：一次读取整个文件到内存
with open("large_file.txt") as f:
  lines = f.readlines()  # 可能占用大量内存
  for line in lines:
      process(line)

# 推荐：使用生成器逐行读取
with open("large_file.txt") as f:
  for line in f:  # 文件对象是可迭代的，每次只读取一行
      process(line)

6. 循环的常见应用场景

6.1 文件处理

python

# 读取文件内容
with open("example.txt", "r") as file:
  for line in file:
      print(line.strip())  # 打印每行内容，去除行尾的换行符

# 写入多行数据
lines = ["Line 1", "Line 2", "Line 3"]
with open("output.txt", "w") as file:
  for line in lines:
      file.write(line + "
")

# 处理CSV文件
import csv
with open("data.csv", "r") as file:
  reader = csv.reader(file)
  for row in reader:
      print(row)  # 每行作为一个列表返回

6.2 数据处理

python

# 计算列表元素的总和
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
total = 0
for num in numbers:
  total += num
print(f"总和: {total}")  # 输出: 总和: 15

# 查找最大值
max_value = float('-inf')
for num in numbers:
  if num > max_value:
      max_value = num
print(f"最大值: {max_value}")  # 输出: 最大值: 5

# 筛选满足条件的元素
even_numbers = []
for num in numbers:
  if num % 2 == 0:
      even_numbers.append(num)
print(f"偶数: {even_numbers}")  # 输出: 偶数: [2, 4]

6.3 模拟和游戏

python

# 模拟掷骰子10次
import random
results = []
for _ in range(10):  # 使用 _ 作为不需要的循环变量
  roll = random.randint(1, 6)
  results.append(roll)
print(f"掷骰子结果: {results}")

# 简单的猜数字游戏
import random
number = random.randint(1, 100)
guesses = 0
while True:
  guess = int(input("猜一个1到100之间的数字: "))
  guesses += 1
  if guess < number:
      print("太小了，再试一次!")
  elif guess > number:
      print("太大了，再试一次!")
  else:
      print(f"恭喜你，猜对了! 你用了 {guesses} 次尝试。")
      break

7. 总结

Python 循环提供了强大而灵活的迭代控制能力：

for 循环：遍历可迭代对象的元素，常用于处理序列数据
while 循环：在条件为真时重复执行，常用于不确定迭代次数的情况
循环控制：break、continue 和 else 子句增强了循环的灵活性
高级用法：列表推导式、生成器表达式和 zip() 函数提供了更简洁的迭代方式
性能优化：选择合适的数据结构和算法可以提高循环效率

在编写循环时，应遵循以下最佳实践：

优先使用 for 循环而非 while 循环，除非需要不确定的迭代次数
使用列表推导式和生成器表达式代替显式的循环
使用 break 和 continue 语句提高代码可读性
避免在循环中进行昂贵的计算
选择合适的数据结构提高查找和操作效率

通过掌握循环，你可以编写更高效、更灵活的 Python 程序。

04for_while循环

Python 循环知识点详解

1. for 循环

1.1 基本语法

1.2 range() 函数

1.3 嵌套 for 循环

2. while 循环

2.1 基本语法

2.2 无限循环

3. 循环控制语句

3.1 break 语句

3.2 continue 语句

3.3 else 子句

4. 循环的高级用法

4.1 列表推导式

4.2 生成器表达式

4.3 zip() 函数

5. 循环的性能优化

5.1 避免不必要的计算

5.2 使用更高效的数据结构

5.3 使用生成器代替列表

6. 循环的常见应用场景

6.1 文件处理

6.2 数据处理

6.3 模拟和游戏

7. 总结