不間斷 Python 挑戰 Day 10 - 進階 for 迴圈

更新於 發佈於 閱讀時間約 7 分鐘
目前為止,我們學到了基本的for迴圈,也就是僅對一個可迭代物件進行迭代。當一個迴圈裡面還有另一個迴圈,這時就形成了巢狀迴圈,最基本的例子就是九九乘法表,每個被乘數都對應到9個乘數,當被乘數和9個乘數都計算完了之後,才換下一個被乘數,不斷迴圈直到每個被乘數和乘數都計算過。另個for迴圈的應用是將串列和for迴圈結合,使用迭代的方式生成串列(list comprehension),讓程式的可讀性更高也更精簡。

巢狀for迴圈 (Nested for loop)

巢狀for迴圈的基本語法如下:
for item1 in object1:
  for item2 in object 2:
    Do something to each item1 and item2
以製作一個九九乘法表當作例子,程式執行時,會先從外層迴圈取得range(1, 10)裡的第一個元素i = 1,接著進到內層迴圈,依序取得range(1, 10)裡的每一個元素,也就是j = 1到j = 9,分別執行print()裡面的內容,全部執行完畢後,才會再返回外層迴圈,取得range(1, 10)裡的第二個元素i = 2,以此類推,直到內、外層迴圈的所有元素都迭代完成。
# nested for loop
for i in range(1, 10):
  for j in range (1, 10):
    print("%d*%d=%-4d" % (i, j, i*j), end=" ")
  print()
執行結果如下:
1*1=1   1*2=2   1*3=3   1*4=4   1*5=5   1*6=6   1*7=7   1*8=8   1*9=9
2*1=2 2*2=4 2*3=6 2*4=8 2*5=10 2*6=12 2*7=14 2*8=16 2*9=18
3*1=3 3*2=6 3*3=9 3*4=12 3*5=15 3*6=18 3*7=21 3*8=24 3*9=27
4*1=4 4*2=8 4*3=12 4*4=16 4*5=20 4*6=24 4*7=28 4*8=32 4*9=36
5*1=5 5*2=10 5*3=15 5*4=20 5*5=25 5*6=30 5*7=35 5*8=40 5*9=45
6*1=6 6*2=12 6*3=18 6*4=24 6*5=30 6*6=36 6*7=42 6*8=48 6*9=54
7*1=7 7*2=14 7*3=21 7*4=28 7*5=35 7*6=42 7*7=49 7*8=56 7*9=63
8*1=8 8*2=16 8*3=24 8*4=32 8*5=40 8*6=48 8*7=56 8*8=64 8*9=72
9*1=9 9*2=18 9*3=27 9*4=36 9*5=45 9*6=54 9*7=63 9*8=72 9*9=81

break 指令

在迴圈中,有時當滿足了一些條件,我們不希望迴圈繼續執行下去,需要跳出迴圈,這時可以使用break指令,其基本流程與語法如下:
break指令
for item in object:
  Do A
  if condition1:
    Do B
    break
  Do C
在以下範例,我們利用random()函數隨機生成十個0~100區間內的整數並存成串列,再經過串列的sort()方法將十個整數由大到小依序排列,並輸出大於60的整數。此例子中,由於已將串列內的整數由大到小排列,因此在for迴圈中,當if條件判斷到數字不大於60時,即可進入else區塊,執行break指令跳出迴圈。
# break
scores_list = []
for _ in range(10):
  scores_list.append(random.randint(0, 100))
scores_list.sort(reverse=True)

for score in scores_list:
  if score > 60:
    print(score, end=" ")
  else:
    break
for迴圈中的底線「_」代表這裡不需要再額外增加另一個變數,for迴圈的目的只是要讓其內容重複執行十遍。執行結果因為隨機取值的關係每次會有不同,但只會印出大於60的數字:
100 97 78 74

continue 指令

在迴圈中,有時當滿足了一些條件,我們希望直接執行下一個迴圈,而不執行該次迴圈的內容,這時可以使用continue指令,其基本流程與語法如下:
continue指令
for item in object:
  Do A
  if condition1:
    Do B
    continue
  Do C
在這個範例我們利用if條件判斷是否為偶數,若成立則執行continue指令進入下一個迴圈,因此最後只會印出range()範圍內的奇數。
# continue
odd_list = []
for i in range(1, 10):
  if i % 2 == 0:
    continue
  odd_list.append(i)
print(odd_list)
執行結果:
[1, 3, 5, 7, 9]

串列生成 (List comprehension)

當for迴圈、if條件和串列結合,我們可以用更簡潔的方式生成串列,例如在break指令範例的這段程式碼:
scores_list = []
for score in range(10):
  scores_list.append(random.randint(0, 100))
將for迴圈和串列結合,等同於這個寫法:
scores_list = []
scores_list = [random.randint(0, 100) for _ in range(10)]
又例如在continue指令範例的這段程式碼:
odd_list = []
for i in range(1, 10):
  if i % 2 == 0:
    continue
  odd_list.append(i)
將for迴圈、if條件和串列結合,等同於這個寫法:
odd_list = []
odd_list = [i for i in range(1, 10) if i % 2 == 1]
再進一步,我們也可將巢狀for迴圈、if條件和串列結合,例如以下這個例子,我們希望找出數字1到9內,相加等於10的組合,串列的生成可以簡單一行程式碼完成:
add_to_10 = []
add_to_10 = [[i, j] for i in range(1, 10) for j in range(1, 10) if i + j == 10]
print(add_to_10)
執行結果:
[[1, 9], [2, 8], [3, 7], [4, 6], [5, 5], [6, 4], [7, 3], [8, 2], [9, 1]]

程式範例

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綜合前幾天所學的內容,這裡實作了一個專題-密碼產生器。在這個專題中,我們運用了變數、串列、for迴圈、random模組等概念,讓使用者可以從數字、符號、英文字母中指定字元的數目,隨機生成一串密碼。
透過random模組生成的隨機數並非是真正完全隨機的,而是可以被重現的,因此這個特徵也被稱為是偽隨機(pseudo-random),而重現隨機數的方式便是透過設定相同的種子(seed),或是設定隨機數生成器的狀態(state)來達成。
當我們需要在程式中模擬或實作一些隨機發生的事件,例如模擬猜拳、丟骰子的結果,便需要程式可以根據開發者輸入的數值範圍、型態等,隨機產生一個結果,而Python的random()函數便是用於實現這個功能。
當我們需要重複一系列有規則的行為,例如從1加到100,或是取得物件裡面的每一個元素,例如將串列裡面的每個元素印出,重複地撰寫程式碼顯然不切實際,for迴圈便是可以讓程式對可迭代物件(iterable object)執行迭代(iteration)的工具。
前面提到變數為程式儲存資料的地方,一個變數可以儲存一個學生的成績、一個人的身高、或是一個人名等,但如果多人的資料要管理,為每個人設計一個變數顯然就有點不切實際,串列就是用來解決這樣的問題。
當我們的程式需要根據某些狀況做出判斷,例如某些條件成立的話,程式就對應做出某種行為,這時單純從頭執行到尾的程式便無法滿足我們的需求,因此便需引進流程控制的概念,也就是if敘述以及其相關的語法,來讓程式可以完成更複雜的工作。
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