Python L2：循环（loops）
本质上，循环 (loops) 是一种重复执行某件事的方式。
首先，在终端窗口 (terminal window) 中输入 code cat.py 来创建一个新文件。
在文本编辑器中，输入以下代码：
print("meow")
print("meow")
print("meow")通过输入 python cat.py 运行此代码，你会注意到程序叫了三次 "meow"。
作为一名程序员，你需要思考如何改进那些重复输入相同内容的代码区域。想象一下，如果你想让程序 "meow" 500 次，一遍又一遍地输入 print("meow") 合理吗？
循环 (Loops) 能让你创建一个可以反复执行的代码块。
while 循环 (while loop) 在几乎所有编程语言中都非常普遍。
这种循环会一遍又一遍地重复执行一个代码块。
在文本编辑器窗口中，将你的代码修改如下：
i = 3
while i != 0:
print("meow")注意，尽管这段代码会多次执行 print("meow")，但它永远不会停止！它会无限循环下去。while 循环的工作方式是反复询问循环的条件是否满足。在这个例子中，解释器 (interpreter) 会问：“i 是否不等于 0？”。当你陷入一个无限循环时，可以按 Ctrl+C 来跳出循环。
为了修复这个无限循环，我们可以这样修改代码：
i = 3
while i != 0:
print("meow")
i = i - 1注意，现在我们的代码可以正常执行了，每次循环“迭代 (iteration)”时，i 的值都会减 1。“迭代 (iteration)”在编程中具有特殊意义，它指的是循环的一次完整周期。第一次迭代是循环的“第 0 次”迭代，第二次是“第 1 次”迭代。在编程中，我们从 0 开始计数，然后是 1，接着是 2。
我们可以进一步改进代码：
i = 1
while i <= 3:
print("meow")
i = i + 1注意，当我们写 i = i + 1 时，我们是将右边的值赋给左边的 i。在上面的代码中，我们让 i 从 1 开始，就像大多数人习惯的计数方式（1, 2, 3）。如果你执行上面的代码，你会看到它叫了三次 "meow"。在编程中，最佳实践是从 0 开始计数。
我们可以改进代码，让它从 0 开始计数：
i = 0
while i < 3:
print("meow")
i += 1注意，将运算符改为 i < 3 使得我们的代码能按预期工作。我们从 0 开始计数，它会迭代三次循环，产生三次 "meow"。另外，i += 1 和 i = i + 1 是等价的。
这个循环的逻辑流程如下：
- 开始 (start)
i被初始化为 0 (i = 0)- 检查条件
i < 3是否为True - 如果是
True，则执行print("meow") - 执行
i += 1 - 回到条件检查
- 当
i达到 3 时，i < 3的结果为False - 循环停止 (stop)
for 循环 (for loop) 是另一种类型的循环。
要最好地理解 for 循环，最好先从 Python 中一种叫做 list（列表）的新变量类型开始讲起。就像我们生活中的购物清单、待办事项清单等一样。
for 循环会遍历一个列表中的所有项目。例如，在文本编辑器窗口中，修改你的 cat.py 代码如下：
for i in [0, 1, 2]:
print("meow")注意，与之前的 while 循环代码相比，这段代码是多么整洁。在这段代码中，i 从 0 开始，程序叫一声 "meow"，然后 i 被赋值为 1，再叫一声 "meow"，最后 i 被赋值为 2，叫完最后一声 "meow" 后循环结束。
虽然这段代码完成了我们想要的功能，但在处理极端情况时，仍有改进的空间。如果想迭代一百万次呢？最好是创建能处理这种极端情况的代码。因此，我们可以改进代码如下：
for i in range(3):
print("meow")注意，range(3) 会自动提供三个值（0, 1, 和 2）。这段代码会按预期执行，产生三次 "meow"。
我们的代码还可以进一步改进。注意，我们从未在代码中明确使用 i。也就是说，虽然 Python 需要 i 来存储循环迭代的次数，但我们没有将它用于任何其他目的。在 Python 中，如果这样的变量在我们的代码中没有其他意义，我们可以简单地用一个下划线 _ 来表示它。因此，你可以修改代码如下：
for _ in range(3):
print("meow")注意，将 i 改为 _ 对程序的功能没有任何影响。
我们的代码还可以进一步改进。为了拓展你对 Python 可能性的认识，考虑以下代码：
print("meow" * 3)注意，它会叫三次 "meow"，但程序会产生 meowmeowmeow 这样的结果。思考一下：你如何在每次 "meow" 之后创建一个换行符？
确实，你可以这样编辑你的代码：
print("meow\n" * 3, end="")注意，这段代码产生了三声 "meow"，每声都在一个新行上。通过添加 end="" 和 \n，我们告诉解释器在每次 "meow" 的结尾添加一个换行符。
也许我们想从用户那里获取输入。我们可以使用循环来验证用户的输入。
在 Python 中，一个常见的范式是使用 while 循环来验证用户的输入。
例如，让我们尝试提示用户输入一个大于等于 0 的数字：
while True:
n = int(input("What's n? "))
if n < 0:
continue
else:
break注意，我们引入了两个新的 Python 关键字：continue 和 break。continue 明确告诉 Python 进入循环的下一次迭代。而 break 则告诉 Python 提前“跳出”循环，而不是等待所有迭代完成。在这个例子中，当 n 小于 0 时，我们会继续循环的下一次迭代——最终会再次提示用户输入 "What's n?"。但是，如果 n 大于或等于 0，我们就会跳出循环，让程序的其余部分运行。
事实证明，在这种情况下，continue 关键字是多余的。我们可以改进代码如下：
while True:
n = int(input("What's n? "))
if n > 0:
break
for _ in range(n):
print("meow")注意，这个 while 循环将一直运行（永远），直到 n 大于 0。当 n 大于 0 时，循环中断。
结合我们之前学到的知识，我们可以使用函数来进一步改进我们的代码：
def main():
number = get_number()
meow(number)
def get_number():
while True:
n = int(input("What's n? "))
if n > 0:
return n
def meow(n):
for _ in range(n):
print("meow")
main()注意，我们不仅将代码改为了多个函数来操作，还使用了 return 语句将 n 的值返回给 main 函数。
想象一下著名的哈利波特世界中的霍格沃茨。
在终端中，输入 code hogwarts.py。
在文本编辑器中，编码如下：
students = ["Hermione", "Harry", "Ron"]
print(students[0])
print(students[1])
print(students[2])注意，我们有一个包含学生姓名的列表。然后我们打印出位于第 0 个位置的学生 "Hermione"。其他每个学生也都被打印出来了。
正如我们之前所展示的，我们可以使用循环来遍历列表。你可以改进你的代码如下：
students = ["Hermione", "Harry", "Ron"]
for student in students:
print(student)注意，对于 students 列表中的每个 student，它都会按预期打印出学生的名字。你可能想知道为什么我们没有像之前讨论的那样使用 _。我们选择不这样做，因为 student 在我们的代码中被明确地使用了。
你可以在 Python 关于列表 (lists) 的官方文档中了解更多。
我们可以利用 len 来检查名为 students 的列表的长度。
想象一下，你不仅想打印出学生的名字，还想打印出他们在列表中的位置。为了实现这一点，你可以这样编辑你的代码：
students = ["Hermione", "Harry", "Ron"]
for i in range(len(students)):
print(i + 1, students[i])注意，执行这段代码不仅可以使用 i + 1 得到每个学生的位置加一，还会打印出每个学生的名字。len 让你能够动态地看到学生列表的长度，无论它增长了多少。
你可以在 Python 关于 len 的官方文档中了解更多。
dicts 或 dictionaries（字典）是一种数据结构，它允许你将**键 (keys)与值 (values)**关联起来。
列表是一系列值的集合，而字典则是将键与值配对。
考虑到霍格沃茨的学院，我们可能会将特定的学生分配到特定的学院。
我们可以只用列表来完成这个任务：
students = ["Hermione", "Harry", "Ron", "Draco"]
houses = ["Gryffindor", "Gryffindor", "Gryffindor", "Slytherin"]我们可以保证始终保持这些列表的顺序。students 列表中第一个位置的个体与 houses 列表中第一个位置的学院相关联，依此类推。然而，随着列表的增长，这会变得相当麻烦！
我们可以使用字典来改进我们的代码：
students = {
"Hermione": "Gryffindor",
"Harry": "Gryffindor",
"Ron": "Gryffindor",
"Draco": "Slytherin",
}
print(students["Hermione"])
print(students["Harry"])
print(students["Ron"])
print(students["Draco"])注意，我们使用 {} 花括号来创建一个字典。列表使用数字来索引，而字典允许我们使用单词（字符串）作为键。
运行你的代码，确保你的输出如下：
$ python hogwarts.py
Gryffindor
Gryffindor
Gryffindor
Slytherin我们可以像这样改进我们的代码：
students = {
"Hermione": "Gryffindor",
"Harry": "Gryffindor",
"Ron": "Gryffindor",
"Draco": "Slytherin",
}
for student in students:
print(student)执行这段代码时，for 循环只会遍历所有的键 (keys)，结果是打印出学生的名字列表。我们如何才能同时打印出值和键呢？
修改你的代码如下：
students = {
"Hermione": "Gryffindor",
"Harry": "Gryffindor",
"Ron": "Gryffindor",
"Draco": "Slytherin",
}
for student in students:
print(student, students[student])注意，students[student] 会找到每个学生（键）对应的学院（值）。执行你的代码，你会发现输出有点乱。
我们可以通过改进 print 函数来清理输出：
students = {
"Hermione": "Gryffindor",
"Harry": "Gryffindor",
"Ron": "Gryffindor",
"Draco": "Slytherin",
}
for student in students:
print(student, students[student], sep=", ")注意，这会在打印的每个项目之间创建一个干净的 , 分隔。
如果你执行 python hogwarts.py，你应该看到以下内容：
$ python hogwarts.py
Hermione, Gryffindor
Harry, Gryffindor
Ron, Gryffindor
Draco, Slytherin如果我们有更多关于学生的信息怎么办？我们如何将更多的数据与每个学生关联起来？
你可以想象想要将大量数据与多个键关联起来。像这样增强你的代码：
students = [
{"name": "Hermione", "house": "Gryffindor", "patronus": "Otter"},
{"name": "Harry", "house": "Gryffindor", "patronus": "Stag"},
{"name": "Ron", "house": "Gryffindor", "patronus": "Jack Russell terrier"},
{"name": "Draco", "house": "Slytherin", "patronus": None},
]注意，这段代码创建了一个字典列表 (list of dicts)。名为 students 的列表内部有四个字典：每个学生一个。另外，注意 Python 有一个特殊的 None 值，用于表示某个键没有关联的值。
现在，你可以访问关于这些学生的大量有趣数据。现在，进一步修改你的代码如下：
students = [
{"name": "Hermione", "house": "Gryffindor", "patronus": "Otter"},
{"name": "Harry", "house": "Gryffindor", "patronus": "Stag"},
{"name": "Ron", "house": "Gryffindor", "patronus": "Jack Russell terrier"},
{"name": "Draco", "house": "Slytherin", "patronus": None},
]
for student in students:
print(student["name"], student["house"], student["patronus"], sep=", ")注意，for 循环将遍历名为 students 的列表中的每个字典。
你可以在 Python 关于字典 (dicts) 的官方文档中了解更多。
还记得经典游戏《马里奥》中英雄跳过砖块的场景吗？让我们来创建一个这个游戏的文本表示。
开始编码如下：
print("#")
print("#")
print("#")注意我们是如何一遍又一遍地复制粘贴相同的代码。
考虑我们如何能更好地改进代码：
for _ in range(3):
print("#")注意，这基本上完成了我们想要创建的效果。
考虑一下：我们能否进一步抽象 (abstract) 这段代码，以便稍后解决更复杂的问题？修改你的代码如下：
def main():
print_column(3)
def print_column(height):
for _ in range(height):
print("#")
main()注意，我们的列可以根据需要增长，而无需任何硬编码 (hard coding)。
现在，让我们尝试水平打印一行。修改你的代码如下：
def main():
print_row(4)
def print_row(width):
print("?" * width)
main()注意，我们现在有了可以创建从左到右的砖块的代码。
马里奥游戏中有行也有列的砖块。 考虑一下：我们如何在代码中实现行和列？修改你的代码如下：
def main():
print_square(3)
def print_square(size):
# For each row in square (对于方块中的每一行)
for i in range(size):
# For each brick in row (对于行中的每一块砖)
for j in range(size):
# Print brick (打印砖块)
print("#", end="")
# Print blank line (打印一个空行，用于换行)
print()
main()注意，我们有一个处理方块中每一行的外层循环 (outer loop)。然后，我们有一个在每一行中打印砖块的内层循环 (inner loop)。最后，我们有一个打印空行的 print 语句。
我们可以进一步抽象我们的代码：
def main():
print_square(3)
def print_square(size):
for i in range(size):
print_row(size)
def print_row(width):
print("#" * width)
main()现在，你不断增长的 Python 技能库中又增添了一项强大的能力。在这次讲座中，我们讨论了...
- 循环 (Loops)
while循环for循环len函数- 列表 (
list) - 字典 (
dict)