Python学习中使用循环（for, while）

在Python编程语言中，循环是一个非常重要的概念，可以帮助我们在代码中重复执行某些操作。Python支持两种主要的循环结构：for 循环和 while 循环。

1. `for` 循环

for 循环用于遍历一个序列（如列表、元组、字符串）或其他可迭代对象（如字典、集合）。它的基本语法如下：

for variable in iterable:
    # 执行代码块

其中，variable 是一个变量，它将在每次迭代中被赋予 iterable 中的下一个值，iterable 是一个可迭代对象。以下是一些示例：

示例 1：遍历列表

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for fruit in fruits:
    print(fruit)

输出：

apple
banana
cherry

示例 2：遍历字符串

for char in 'hello':
    print(char)

输出：

h
e
l
l
o

示例 3：使用 `range()` 函数

range() 函数用于生成一个数值序列。它通常与 for 循环一起使用。基本语法如下：

for i in range(start, stop, step):
    # 执行代码块

start：序列的起始值，默认为0。
stop：序列的结束值（不包含在序列中）。
step：步长，默认为1。

示例：

for i in range(5):
    print(i)

输出：

示例 4：遍历字典

student = {'name': 'John', 'age': 25, 'courses': ['Math', 'CompSci']}
for key, value in student.items():
    print(f'{key}: {value}')

输出：

name: John
age: 25
courses: ['Math', 'CompSci']

示例 5：嵌套 `for` 循环

matrix = [
    [1, 2, 3],
    [4, 5, 6],
    [7, 8, 9]
]

for row in matrix:
    for item in row:
        print(item, end=' ')
    print()

输出：

1 2 3 
4 5 6 
7 8 9

2. `while` 循环

while 循环在给定的条件为真时，重复执行目标语句。它的基本语法如下：

while condition:
    # 执行代码块

其中，condition 是一个表达式，当其为真时，执行代码块。下面是一些示例：

示例 1：简单 `while` 循环

i = 0
while i < 5:
    print(i)
    i += 1

输出：

示例 2：用户输入

user_input = ''
while user_input.lower() != 'exit':
    user_input = input('Enter something (type "exit" to quit): ')
    print(f'You entered: {user_input}')

示例 3：无限循环和 `break`

while True:
    user_input = input('Enter something (type "exit" to quit): ')
    if user_input.lower() == 'exit':
        break
    print(f'You entered: {user_input}')

示例 4：`continue` 语句

i = 0
while i < 10:
    i += 1
    if i % 2 == 0:
        continue
    print(i)

输出：

3. `for` 循环和 `while` 循环的区别

使用场景：for 循环通常用于遍历固定长度的序列，而 while 循环适用于未知长度的循环或需要在满足特定条件时终止的循环。
可读性：for 循环通常更简洁，更易读，尤其是在处理序列时。while 循环在处理复杂条件时更灵活。
性能：在许多情况下，for 循环的性能可能稍好，因为它们在许多情况下可以更有效地进行优化。

4. 循环中的常见问题

无限循环

无限循环是指循环条件永远为真的循环。通常是由于条件未正确更新导致的。示例：

i = 0
while i < 5:
    print(i)
    # 缺少 i += 1，导致 i 永远为 0

`break` 和 `continue`

break：立即终止循环。
continue：跳过当前迭代，继续下一次迭代。

示例：

for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print(i)

for i in range(10):
    if i % 2 == 0:
        continue
    print(i)

嵌套循环中的 `break`

在嵌套循环中使用 break 只会终止内层循环。示例：

for i in range(3):
    for j in range(3):
        if j == 1:
            break
        print(f'i={i}, j={j}')

输出：

i=0, j=0
i=1, j=0
i=2, j=0

循环与条件语句结合

for i in range(1, 11):
    if i % 2 == 0:
        print(f'{i} 是偶数')
    else:
        print(f'{i} 是奇数')

输出：

1 是奇数
2 是偶数
3 是奇数
4 是偶数
5 是奇数
6 是偶数
7 是奇数
8 是偶数
9 是奇数
10 是偶数

5. 实践案例

案例 1：计算列表中所有元素的和

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
total = 0
for num in numbers:
    total += num
print(f'列表元素的和为: {total}')

案例 2：找出列表中的最大值

numbers = [3, 41, 12, 9, 74, 15]
max_num = numbers[0]
for num in numbers:
    if num > max_num:
        max_num = num
print(f'列表中的最大值是: {max_num}')

案例 3：使用 `while` 循环实现猜数字游戏

import random

secret_number = random.randint(1, 100)
guess = None
attempts = 0

while guess != secret_number:
    guess = int(input('猜一个 1 到 100 之间的数字: '))
    attempts += 1
    if guess < secret_number:
        print('猜低了')
    elif guess > secret_number:
        print('猜高了')
    else:
        print(f'恭喜你，猜对了！你一共猜了 {attempts} 次。')

案例 4：生成乘法表

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):
        print(f'{i} x {j} = {i * j}', end='\t')
    print()

输出：

1 x 1 = 1	1 x 2 = 2	1 x 3 = 3	1 x 4 = 4	1 x 5 = 5	1 x 6 = 6	1 x 7 = 7	1 x 8 = 8	1 x 9 = 9	
2 x 1 = 2	2 x 2 = 4	2 x 3 = 6	2 x 4 = 8	2 x 5 = 10	2 x 6 = 12	2 x 7 = 14	2 x 8 = 16	2 x 9 = 18	
3 x 1 = 3	3 x 2 = 6	3 x 3 = 9	3 x 4 = 12	3 x 5 = 15	3 x 6 = 18	3 x 7 = 21	3 x 8 = 24	3 x 9 = 27	
4 x 1 = 4	4 x 2 = 8	4 x 3 = 12	4 x 4 = 16	4 x 5 = 20	4 x 6 = 24	4 x 7 = 28	4 x 8 = 32	4 x 9 = 36	
5 x 1 = 5	5 x 2 = 10	5 x 3 = 15	5 x 4 = 20	5 x 5 = 25	5 x 6 = 30	5 x 7 = 35	5 x 8 = 40	5 x 9 = 45	
6 x 1 = 6	6 x 2 = 12	6 x 3 = 18	6 x 4 = 24	6 x 5 = 30	6 x 6 = 36	6 x 7 = 42	6 x 8 = 48	6 x 9 = 54	
7 x 1 = 7	7 x 2 = 14	7 x 3 = 21	7 x 4 = 28	7 x 5 = 35	7 x 6 = 42	7 x 7 = 49	7 x 8 = 56	7 x 9 = 63	
8 x 1 = 8	8 x 2 = 16	8 x 3 = 24	8 x 4 = 32	8 x 5 = 40	8 x 6 = 48	8 x 7 = 56	8 x 8 = 64	8 x 9 = 72	
9 x 1 = 9	9 x 2 = 18	9 x 3 = 27	9 x 4 = 36	9 x 5 = 45	9 x 6 = 54	9 x 7 = 63	9 x 8 = 72	9 x 9 = 81

案例 5：统计字符串中每个字符的出现频率

text = 'hello world'
char_count = {}

for char in text:
    if char in char_count:
        char_count[char] += 1
    else:
        char_count[char] = 1

for char, count in char_count.items():
    print(f'{char}: {count}')

输出：