Python可以這樣玩(5)：程式控制結構

如果想要快速進步，請務必完成文章裡面的習題，如果真的實做了，也別忘了把成果複製到留言板，分享給其他人。

前面的章節，我們都在互動介面環境底下玩指令，其實還沒有開始寫程式，要撰寫一個完整的程式，就必須要了解程式控制的語法，學會這些語法，我們就可以讓電腦按照我們的指示做事。

條件運算式

別著急，一開始我們還是在互動式環境下面練習。我們用中文來詮釋條件運算式，如果這件事是真的，就執行甲方案，若不是，就執行乙方案，用電腦就會寫成(請務必學會如何輸入，輸入:自動縮排，del鍵結束縮排，代表 block 結束)：

>>> a = True

>>> if a == True:

    print('甲方案')

else:

    print('乙方案')

   

甲方案

>>> 

重點來了，Python 是如何定義 True 跟 False 呢? 條件運算式的值只要不是 False、0、0.0、空值None、空列表、空元組、空集合、空字典、空字串等，Python 均認為是 True 的等價。所以，下面的例子都被當成 True (最後的例子是 False)。

>>> if 3:

    print('True')

   

True

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

>>> if a:

    print(a)

   

[1, 2, 3]

>>> a = []

>>> if a:

    print(a)

else:

    print('Empty')

   

Empty

>>> 

搭配前面講過的關係運算子與邏輯運算子，我們就可以寫有判斷能力的程式了。

條件運算式有幾種形式：

單分支選擇結構

if 運算式:

    語句區塊

當運算式為 True 的時候，就執行語句區塊。範例如下：

>>> x = input('Input two numbers: ')

Input two numbers: 12 31

>>> a, b = map(int, x.split())

>>> if a < b:

    a, b = b, a

   

>>> print(a,b)

31 12

>>> 

我們現在練習把上面在互動環境寫的程式碼，存成真正的程式檔，這樣我們才能清楚地學會程式的架構。

主程式名稱是 main()，冒號下面是整個 def main(): 的 block，注意縮排，縮排結束代表 def main(): 定義結束，然後最後面的 main() 是執行此程式。

同樣的 if a < b: 的下一行也要縮排，代表如果為 True 的話要執行的 block，最然後執行 print(a, b)。

隨堂練習

請完成上面的程式，並存成 swap.py 檔，且可以正確執行

在 Python 中，縮排很重要，同一個程式碼區塊(block)必須保證相同的內縮量，如果程式碼很短，也可以選擇在同一排，如下：

>>> if 3>2: print('ok')

ok

>>> if True: print(3); print(5)

3

5

>>> 

雙分支選擇結構

if 運算式:

    語句區塊1

else:

    語句區塊2

實機操作

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

>>> ch = list(___(___, num))

>>> ch

['1', '2', '3', '4', '5']

>>> if ch:

    print(ch)

else:

    print('empty')

   

[___, ___, ___, ___, ___]

>>> 

Python 還提供三元運算子，其實語法跟英文語法一樣，格式為：

Value1 if condition else Value2

來幾個練習：

實機操作

>>> 'true' if False else 'false'

'______'

>>> 'true' if True else 'false'

'______'

>>> a = 5

>>> print(6) if a>3 else print(5)

___

>>> print(6 if a>5 else 5)

___

>>> b = 6 if a>13 else 9

>>> b

___

>>> 

多分支選擇結構

if 運算式1:

    語句區塊1

elif 運算式2:

    語句區塊2

elif 運算式3:

    語句區塊3

    ……

else:

    語句區塊n

實機操作

>>> def func(score):

    if score > 100:

        return 'wrong score. must <= 100'

    elif score >= 90:

        return 'A'

    elif score >= 80:

        return 'B'

    elif score >= 70:

        return 'C'

    elif score >= 60:

        return 'D'

    elif score >= 0:

        return 'E'

    else:

        return 'wrong score. must > 0'

   

>>> func(120)

'_________________________'

>>> func(99)

'____________'

>>> func(62)

'____________'

>>> func(49)

'____________'

>>> 

巢狀選擇結構

結構中還有結構，只要記得 Python 的縮排原則即可，有待後面實際寫程式的時候再說明。

作業  (完成後可以在留言板分享)

一、

撰寫程式 SayHello.py：

執行之後會詢問性別(male or female)，然後電腦回答：

先生您好，或是 小姐您好

二、

撰寫程式 Interview.py

這是一個工作面試程式，執行之後電腦會詢問：

1.  年紀

2.  畢業成績

然後按照年齡判斷，如果 <18 則輸出：抱歉，您未滿18歲

如果 > 30，則輸出：抱歉，您超出年齡限制

年齡沒問題之後再判斷畢業成績

如果 < 80 則輸出：抱歉，您的成績未達標

最後通過則輸出：恭喜您錄取了

迴圈結構

現在開始，我們進入程式語言最有趣的部份，專門用來處理重複性的動作。Python 主要有兩種形式的迴圈結構：for loop and while loop。

while 條件運算式:

    循環區塊

[else:

    else子句程式區塊]

和

for 取值 in 序列或反覆運算物件:

    循環區塊

[else:

    else子句程式區塊]

首先，我們來計算 1+2+3+…+100 的結果：

>>> s = 0

>>> for i in range(1,101):

    s += i

else:

    print(s)

5050
>>>

相同的，我們可以使用 while 迴圈達成同樣的事情：

>>> s = i = 0

>>> while i <= 100:

    s += i

    i += 1

else:

    print(s)

   

5050

>>> 

程式設計時，一般優先考慮 for loop，接下來的程式巧妙的運用 range() 函數控制迴圈的次數，並輸出由 * 組成的菱形圖案(請自行輸入並存為 diamond.py)：

結果如下：

作業

一、

使用 for loop 在螢幕上輸出：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

>>> 

二、

使用兩層 for loop 在螢幕上輸出九九乘法表的值：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 4 6 8 10 12 14 16 18

3 6 9 12 15 18 21 24 27

…

…

…

9 18 27 36 45 54 63 72 81

>>> 

三、

請完成一九九乘法表的程式 multiple.py

1x1=1 1x2=2 1x3=3 … 9x9=81

四、

請完成1加到 100 的程式 add100.py

輸出結果為：

1+2+3+4+…(全部要顯示出來)…+100=5050 

break 和 continue 語句

while 和 for 迴圈都可以使用 break 和 continue 語句，一旦執行 break 語句，將使的迴圈提前結束。Continue 語句的作用是提前結束本次迴圈，進入下一次迴圈。

下面程式用來計算小於100 的最大質數：

>>> for n in range(100,1,-1):

    for i in range(2,n):

         if n%i == 0:

             break

    else:

        print(n)

         break

   

97

>>> 

刪除最後一個 break 並略加修改之後，便能輸出100以內的所有值數：

>>> for n in range(100,1,-1):

    for i in range(2,n):

         if n%i == 0:

             break

    else:

         print(n, end=' ')

        

97 89 83 79 73 71 67 61 59 53 47 43 41 37 31 29 23 19 17 13 11 7 5 3 2

>>> 

隋棠練習

將上面的程式碼稍加修改成為程式，PrimeNumber.py

執行之後先問一個數目字，然後列出這個數字內的所有質數

>>> 

下面的例子可以輸出列表中的元素：

>>> a_list = ['a','b','cat','x','example']

>>> for i, v in enumerate(a_list):

    print('列表的第', i+1, '個元素是:', v)

   

列表的第 1 個元素是: a

列表的第 2 個元素是: b

列表的第 3 個元素是: cat

列表的第 4 個元素是: x

列表的第 5 個元素是: example

>>> 

習題

完成程式: NarcissisticNumber.py

找出所有三位數的水仙花數

說明：在數論中，水仙花數（Narcissistic number），也被稱為超完全數字不變數（pluperfect digital invariant, PPDI）、自戀數、自冪數、阿姆斯壯數或阿姆斯特朗數（Armstrong number），用來描述一個N位非負整數，其各位數字的N次方和等於該數本身。

以三位數為例，153就是一個三位超完全數字不變數，其各個數之立方和等於該數：

153 = 1³ + 5³ + 3³。

很多數學題目，也都可以用 for loop 來解題，人類在解題的時候，會使用代數，但是電腦的運算速度很快，可以用嘗試錯誤法逐個檢查。例如雞兔同籠的問題，假設共有雞、兔30隻，腳有90隻、求雞兔各多少隻?

>>> for chi in range(0,31):

    if 2 * chi + (30-chi) * 4 == 90:

         print('雞:',chi,' 兔:',30-chi)

        

雞: 15  兔: 15

>>>