3.5　Python的編程結構

程序控制是編程語言的基礎。Python的編程結構有順序結構、分支結構和循環結構。本節將對其做詳細的講解。

3.5.1　三種基本的編程結構簡介

Python的編程結構包括順序結構、分支結構和循環結構，如圖3-8所示。

• 順序結構的特點是依照次序執行代碼，并返回相應的結果。這種結構較為簡單，易于理解。
• 分支結構的特點是有條件判斷，即滿足某種條件就繼續執行，否則跳轉到另外的條件上執行。
• 循環結構程序用于處理可以迭代的對象，比如元組、列表。

在這些結構中，分支結構往往需要條件判斷語句進行控制，比如if、else等，而循環結構需要循環語句for進行控制。當然，分支結構與循環結構完全可以混合，這時就可以通過條件循環語句while進行控制。

3.5.2　順序結構

1. 順序結構簡介

現在創建一個列表：

>a = [1,2,3,4,5]

如果要打印列表中的所有元素，可以使用如下寫法：

> print (a[0])
> print (a[1])
> print (a[2])
> print (a[3])
> print (a[4])
1
2
3
4
5

這種順序執行的編程結構就是順序結構。

2. 邏輯行與物理行

在Python中，代碼被逐行提交給解釋器并進行編譯。物理行是指編輯器里看到的一行，邏輯行是指代碼經過編譯后所在的行。Python中，每個物理行對應著一個邏輯行。例如上述print代碼的邏輯行和物理行是對應的。

但某些情況下，一個邏輯行的代碼過長時，可以分拆為多個物理行，例如：

>tuple(set(list([1,2,3,4,5,6,7,8])))
(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)

可以寫成如下方式，

> tuple(set(list([1,2,3,\
    4,5,6,7,8])))
(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)

符號“\”是換行的標識，此時代碼是一個邏輯行，但有兩個物理行。

當多個邏輯行代碼過短時，如：

>x = 1
> y = 2
> z = 3
> print(x,y,z)
(1, 2, 3)

可以使用分號“;”將多個邏輯行轉化為一個物理行：

> x = 1;y = 2;z = 3;print(x,y,z)
(1, 2, 3)

3.5.3　分支結構

分支結構的分支用于進行條件判斷。在Python中，我們使用if、elif、else、冒號與縮進表達分支。以下是一個示例：

若數值x小于0，令x等于0，且打印信息Negative changed to zero；

若第一個條件不成立，判斷x是否為0，若成立，打印Zero；

若第一、第二個條件不成立，再判斷x是否為1，若成立，打印single；

若第一、第二、第三個條件都不成立，打印more。

我們將x賦初值-2，并測試以上邏輯的輸出結果。

>x = -2
>if x < 0:
> x = 0
> print('Negative changed to zero')
>elif x == 0:
> print('Zero')
>elif x == 1:
> print('Single')
>else:
>     print('More')
'Negative changed to zero'

這里，if、elif、else組成的邏輯是一個完整的邏輯，即任何條件成立時，程序會停止后面的條件判斷。這里需注意多個if語句存在時的條件判斷結果：若把上述代碼中的elif改為if，程序執行的結果會發生變化，如下所示：

> x = -2
>if x < 0:
>     x = 0
>     print('Negative changed to zero')
>if x == 0:
>     print('Zero')
>if x == 1:
>     print('Single')
>else:
>     print('More')
'Negative changed to zero'
'Zero'
'More'

上述程序的多個if語句是串行的關系，即上一個if語句的判斷結果即使成立，下一個if語句也不會跳過，仍然會進行條件判斷。所以，x=-2在第一個if語句處會被賦值為0并繼續執行，在第二個if語句判斷為真，第三個if語句判斷為假時，再跳到else語句。

3.5.4　循環結構

這里介紹Python中的for循環結構和while循環結構。循環語句用于遍歷可迭代對象的所有取值或元素，每一個被遍歷到的取值或元素執行指定的程序并輸出。這里，可迭代對象指可以被遍歷的對象，比如列表、元組、字典等。

1. for循環

下面是一個for循環例子，i指代可迭代對象a中的一個元素。for循環條件以冒號結束，并換行縮進。第二行是每次循環執行的語句，這里是打印列表a中的每一個元素。

> a = [1,2,3,4,5]
> for i in a:
> print(i)
1
2
3
4
5

上述操作也可以通過遍歷可迭代對象的索引來完成。列表a一共有5個元素，range(len(a))表示生成列表a的索引序列，這里打印索引并打印向量a索引下的取值。

> a = ['Mary', 'had', 'a', 'little', 'lamb']
> for i in range(len(a)):
>    print(i, a[i])
(0, 'Mary')
(1, 'had')
(2, 'a')
(3, 'little')
(4, 'lamb')

2. while循環

while循環一般會設定一個終止條件，中間輸出值會隨著程序運行而發生變化。當輸出滿足條件時，循環終止。while循環可以通過條件制定循環次數，例如通過計數器來終止循環，如下所示。計數器count每循環一次自增1，當count為5時，while條件為假，終止循環。

>count = 1
>while count < 5:
>    count = count + 1
>    print(count)
2
3
4
5

下面是一個比較特殊的示例，演示如何按照指定條件循環而不考慮循環的次數，例如編寫循環程序使x不斷減少，當x小于0.0001時，終止循環，代碼如下。

>x=10
>count = 0
>while True:
>    count = count + 1
>    x = x - 0.02*x
>    if x< 0.0001:
>        break
>print (x,count)
(9.973857171889038e-05, 570)

上例中，while循環代碼中使用了break語句，表示滿足條件時終止循環。此外，我們也可通過continue、pass對循環進行控制。continue表示繼續進行循環，如下代碼嘗試使用continue和break語句打印10以內能夠被3整除的整數。

1）使用continue語句，示例如下：

>count = 0
>while count < 10:
>    count = count + 1
>    if count % 3 == 0:
>        print(count)
>        continue
    3
    6
    9

2）使用break語句，示例如下：

>count = 0
>while count < 10:
>    count = count + 1
>if count % 3 == 0:
>        print(count)
>        break
    3

3）使用pass語句，示例如下：

>count = 0
>while count < 10:
>    count = count + 1
>    if count % 3 == 0:
>        pass
>else:
>        print(count)
    1
    2
    4
    5
    7
    8
    10

3. 表達式

在Python中，諸如列表、元組、集合、字典都是可迭代對象。Python為這些對象的遍歷提供了更加簡潔的寫法。例如對列表對象x的遍歷，且每個元素除以10：

>x = [1,2,3,4,5]
>[i/10 for i in x]
[0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5]

上述[i/10 for i in x]的寫法稱為列表表達式，這種寫法比for循環更加簡便。此外，對于元組對象、集合對象、字典對象，這種寫法依舊適用，且最終會產生一個列表對象。

>x = (1,2,3,4,5)    #元組
>[i/10 for i in x]
[0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5]
>x = set((1,2,3,4,5))  #集合
>[i/10 for i in x]
[0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5]
>x = {'a':2,'b':2,'c':5}  #字典
>[i for i in x.keys()]
['a', 'c', 'b']
>[i for i in x.values()]
[1, 3, 2]