第4章 程序控制结构ppt课件.ppt

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1、第4章 程序控制结构第第4章章 程序控制结构程序控制结构本章要解决的问题是：（1）Python系统使用哪些语句编写程序？（2）如何使用前面章节掌握的单词（标识符、变量，运算符、表达式、函数、对象、关键字等），按照一定的语法规则，构成一个合法的语句？（3）如何用已经掌握的语句，按照实际工程项目（要解决的问按照实际工程项目（要解决的问题）的要求题）的要求和和问题问题的的内在的逻辑关系内在的逻辑关系编写程序（作文）？这三个问题中，最重要的是第（3）个问题，就是解决问题的思路、步骤。程序语言一般有三类基本程序结构语句，它们是顺序结构语句、分支结构语句和循环结构语句。再加上一些方便程序编写的其它语句，一

2、个实际工程项目的编程问题就有了语句基础了。只要解题思路清楚、解题步骤正确，就能编写出解题程序。4.1 顺序结构顺序结构4.2 分支结构分支结构4.3 循环语句循环语句4.4 PASS、BREAK、CONTINUE、ELSE语句语句4.5 程序实例程序实例4.1 顺序结构顺序结构顺序结构是所有程序设计语言中执行流程的默认结构。在一个没有分支结构和循环结构的程序中，程序是按照语句书写的先后顺序依次执行的。右右图图是一个顺序结构的流程图，它有一个入口、一个出口，依次执行语句1和语句2。实现程序顺序结构的语句主要是赋值语句和内置的输入函数（input()）和输出函数（print()）。4.1.1 赋值

3、语句赋值语句, , . , = , , . , 赋值语句的功能是分加将, , . , 的值赋给, , . , 。赋值语句还有增量赋值的形式： += 这种增量赋值语句等价于： = + 增量赋值语句不可以对多个变量增量赋值。可以用于增量赋值语句的运算符有：+=、-=、*=、/=、/=、*=、%=、&=、|=、=、=、 x, y = y, x4.1.2 基本输入输出基本输入输出在Python语言中数据的输入/输出是通过调用函数实现的，主要有input()、print()。input()函数函数input()函数的一般格式：x = input(提示串提示串) x = input(x=)# 直接输入12

4、.5，x是一个数字的字符串 x12.5 x = input(x=)# 直接输入abcd，x是字符串abcd xabcd x = float(input(x=) x123.77print()函数函数print()函数在Python 3.X中是唯一的数据输出形式，已经不存在print语句的概念了。print()函数的一般格式：print(对象1,对象2,.,sep= ,end=n,file=sys.stdout)可以指定输出对象间的分隔符、结束标志符，输出文件。如果缺省这些，分隔符是空格，结束标志符是换行，输出目标是显示器。例如： print(1,2,3,sep=*,end=n)1*2*3 pri

5、nt(1,2,3)1 2 3print()函数还可以采用格式化输出形式：print(格式串%(对象1,对象2,.)其中，格式串是指定后面输出对象的格式的，格式串中可以包含随格式输出的字符，当然主要是对每个输出对象定义的输出格式。对于不同类型的对象采用不同的格式：输出字符串： %s输出整数：%d输出浮点数： %f指定占位宽度：%10s, %10d, %10f(都是指定10位宽度)指定小数位数：%10.3f指定左对齐： %-10s, %-10d, %-10f, %-10.3f4.2 分支结构分支结构在顺序结构中，程序只能机械地从头运行到尾。所谓分支结构，就是按照给定条件有选择地所谓分支结构，就是按

6、照给定条件有选择地执行程序中的语句。执行程序中的语句。在Python语言中，实现程序分支结构的语句有：if语句（单分支）、if.else语句（双分支）和if.elif语句（多分支）。4.2.1 if语句（单分支）语句（单分支）if语句的语法格式：if :其中：（1）表达式是任意的数值、字符、关系或逻辑表达式，或用其它数据类型表示的表达式。它表示条件，以True（1）表示真，False（0）表示假。（2）称为if语句的内嵌语句序列或子句序列，内嵌语句序列严格地以缩进方式表达，编辑器也会提示程序员开始书写内嵌语句的位置，如果不再缩进，表示内嵌语句在上一行就写完了。执行顺序是：首先计算表达式的值，若

7、表达式的值为True，则执行内嵌语句序列，否则不做任何操作。if语句的流程图如图所示。例例4.1 输入两个整数a和b，按从小到大的顺序输出这两个数（从这个例子开始，写出完整的Python程序代码）。分析：若ab，则将a、b交换，否则不交换。两个数据相互交换是程序设计的一项基本方法，可采用借助于第三个变量间接交换的方法，先将a中的原始值放入t中保存起来，然后将b的值赋给a，最后将t中保存的a的原始值赋给b，这样就实现了a和b中数据的交换。程序代码如下：# ex4-1a = eval(input(a=)b = eval(input(b=)if ba: t = a a = b b = tprint(

8、a,b)4.2.2 if.else语句（双分支）语句（双分支）if.else语句的语法格式：if :else:执行顺序是：首先计算表达式的值，若的值为True，则执行，否则执行。if.else语句的流程图如下。例例4.2 输入一个年份year，判断是否为闰年。分析：闰年的条件为：（1） 能被4整除但不能被100整除；（2）能被400整除。用逻辑表达式表示为 (year%4=0 and year%100 !=0) or (year%400=0)程序代码如下：# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-2year = eval(input(输入年份：输入年份：) # 可用可用int

9、()函数函数if (year%4=0 and year%100 !=0) or (year%400=0):print(year,: 闰年闰年)else: print(year,: 非闰年非闰年)4.2.3 if.elif语句（多分支）语句（多分支）双分支结构只能根据条件的True和False决定处理两个分支中的一支。当实际处理的问题有多种条件时，就要用到多分支结构。if.elif语句的语法格式：if :elif :.elif :else:执行顺序是：首先计算的值，若其值为True，则执行；否则，继续计算的值，若其值为True，则执行；依此类推，若所有表达式的值都为False，则执行。注意：注意

10、：（1）不管有几个分支，程序执行了一个分支以后，其余分支不再执行。（2）当多分支中有多个表达式同时满足条件，则只执行第一条与之匹配的语句。x5xe cosxyx(79x)lnx（x0）（0 x15）（15x30）（x30）例例4.3 根据x的值，计算分段函数y的值。y的计算公式如下：程序四次运行的结果如下（x的值分别输入-5、10、27、38）：y= 5y= -18481.78033459865y= 14348907.0代码在下页面代码在下页面# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-3from math import * # 导入数学模块导入数学模块mathx = eval

11、(input(请输入请输入x: )if x0 : y = abs(x)elif x15 : y = exp(x)*cos(x) # exp(x)在在math中中elif x30 : y = pow(x,5)else : y = (7+9*x)*log(x) # log(x)在在math中中 print(y= , y)4.2.4 if语句和语句和if. else语句的嵌套形式语句的嵌套形式如果if语句和if. else语句中的内嵌的语句序列又是一个if语句或if. else语句，则称这种形式为if语句（或if. else语句）的嵌套形式。例如：if :if :else:else:if :else

12、:实际上，用实际上，用if语句（或语句（或if. else语语句）的嵌套形式完全可以代替句）的嵌套形式完全可以代替if.elif语句。但从程序结构上讲，语句。但从程序结构上讲，后者更清晰。所以，程序语言中后者更清晰。所以，程序语言中的某些语句只是为了方便程序员的某些语句只是为了方便程序员写程序，不一定是必要的。写程序，不一定是必要的。对于例对于例4.3，完全可用嵌套形式表达如下：，完全可用嵌套形式表达如下：# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-3_2 if语句（或语句（或if. else语句）的嵌套形式语句）的嵌套形式from math import * # 导入数学模块

13、导入数学模块mathx = eval(input(请输入请输入x: )if x15 : if x0 : y = abs(x) else : y = exp(x)*cos(x) # exp(x)在在math中中else : if x30 : y = pow(x,5) else : y = (7+9*x)*log(x) # log(x)在在math中中print(y= , y)4.3 循环语句循环语句所谓循环结构，就是按照给定规则重复地执行程序中的语句。实现程序循环结构的语句称为循环语句。Python语言提供两种循环语句：while语句和for语句。4.3.1 while语句语句while语句用于

14、实现当型循环结构，其特点是：先判断，后执行。语法格式：While : 其中：（1）称为循环条件，可以是任何合法的表达式，其值为True、False，它用于控制循环是否继续进行。（2）称为循环体，它是要被重复执行的代码行。执行顺序是：首先判断的值，若为True，则执行循环体，继而再判断，直至的值为False时退出循环 。例例4.4 求自然数1100之和。即计算sum=1+2+3+.+100。分析：这是一个累加求和的问题，循环结构的算法是，定义两个int变量，i表示加数，其初值为1；sum表示和，其初值为0。首先将sum和i相加，然后i增1，再与sum相加并存入sum，直到i大于100为止。 #

15、-*- coding: gb2312 -*-# ex4-4 累计和累计和i = 1sum = 0while i=100 : sum +=i i+=1 print(sum= , sum)程序的运行结果如下：sum=5050注意：注意：（1）在循环体中应该有改变循环条件表达式值的语句，否则将会造成无限循环（死循环）。例如，在例4.4的循环体中，若没有i+=1语句，则i的值始终不会改变，循环也就永远不会终止。（2）该循环结构是先判断后执行循环体，因此，若的值一开始就为False，则循环体一次也不执行，直接退出循环。（3）要留心边界值（循环次数）。在设置循环条件时，要仔细分析边界值，以免多执行一次或少

16、执行一次。例例4.5 求出满足不等式的最小n值。1111823n分析：此不等式的左边是一个和式，该和式中的数据项个数是未知的，也正是要求出的。对于和式中的每个数据项，对应的通式为1/i（i=1，2，n），所以可以采用循环累加的方法计算出和式的和。设循环变量为i，它应从1开始取值，每次增加1，直到和式的值不小于8为止，此时的i值就是所求的n。设累加变量为s，在循环体内应把1/i的值累加到s。程序的运行结果如下：n=1674# ex-5i = 0s = 0while s8 : i+=1 s +=1/i print(n= , i)4.3.2 for 语句语句for in :其中，可以扩展为变量表，变

17、量与变量之间用“，”分开。可以是序列、迭代器或其它支持迭代的对象。执行顺序：取遍中的每一个值。每取一个值，如果这个值在中，执行，返回，再取下一个值，再判断，再执行，.，直到遍历完成或发生异常退出循环。Python语言的for语句可以理解为循环语句的一种（所以将for语句列入循环语句一类中介绍），也可以单独理解为就是一种用于迭代的语句，与其它程序语言的for 语句不一样。使用序列迭代使用序列迭代： s = XYZ, Hello, ABC, Python for i in s :. print(i). XYZHelloABCPython使用序列索引迭代使用序列索引迭代： s = XYZ, Hell

18、o, ABC, Python for i in range(len(s) :. print(i,si). 0 XYZ1 Hello2 ABC3 Python使用数字对象迭代使用数字对象迭代： x = range(5) for i in x :. print(i, xi). 0 01 12 23 34 4使用迭代器迭代使用迭代器迭代： s = XYZ, Hello, ABC, Python s1 = 200, 300, 1000, 500, 800 for x, y in zip(s, s1) :. print(%8s%8d%(x, y). XYZ 200 Hello 300 ABC 1000

19、Python 5004.3.3 多重循环多重循环多重循环又称为循环嵌套，是指在某个循环语句的循环体内还可以包含有循环语句。在实际应用中，两种循环语句不仅可以自身嵌套，还可以相互嵌套，嵌套的层数没有限制，呈现出多种复杂形式。在嵌套时，要注意在一个循环体内包含另一个完整的循环结构。例例4.6 编程输出“9X9乘法表”。# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-6print()for i in range(1,10) : for j in range(1,10) : print(i*j, end=t)# 值以t空开 print()12345678924681012141618369

20、12151821242748121620242832365101520253035404561218243036424854714212835424956638162432404856647291827364554637281# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-6_2print()i = 1while i=9 : j = 1 while j pass# 什么事也没做，一个空语句 if True :# 在if语句中，if语句满足条件时，也不做事. pass. while 1 :# 无穷循环，循环体没有任何动作. pass4.4.2 break 语句语句break语句用在循

21、环语句（迭代）中，结束当前的循环（迭代）跳转到循环语句的下一条。break语句常常与if语句联合，满足某条件时退出循环（迭代）。例例4.7 输入一个数，判断是否为质数。# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-7from math import *x = eval(input(输入一个数：输入一个数： )i = 2while iint(sqrt(x) : print(x, : 质数质数)else : print(x, : 非质数非质数)这个程序的特点是：当循环通过break语句跳出循环时，变量i的值小等于int(sqrt(x)；只有x是质数时，循环才会执行到终点，这时变量i的

22、值大于终点。这是一个判断循环执行是否到终点的办法。三次运行程序，分别输入三次运行程序，分别输入19、8、97，三次运行结果如下：，三次运行结果如下：19 : 质数质数8 : 非质数非质数97 : 质数质数4.4.3 continue语句continue语句用在循环语句（迭代）中，忽略循环体内continue语句后面的语句，回到下一次循环（迭代）。例例4.8 continue语句应用示例。请写出下列程序的运行结果。程序代码如下：# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-8s = 0for i in range(1,11) : if i%2 = 0 : continue if i

23、%10 = 7 : break s = s+iprint(s= ,s)程序的运行结果如下：s= 94.4.4 else语句在Python语言中，else语句还可以在while语句或for语句中使用。else语句（块）写在while语句或for语句尾部，当循环语句或迭代语句正常退出（达到循环终点、或迭代完所有元素）时，执行else语句下面的语句序列（else语句下面可以写多个子句）。这意味着break语句也会跳过else语句。这是我们目前看到的程序设计语言中独到的地方，这这是我们目前看到的程序设计语言中独到的地方，这个附加的个附加的else语句加得好，让程序员不必考虑循环退出语句加得好，让程序员

24、不必考虑循环退出后，循环是正常退出还是中途退出。后，循环是正常退出还是中途退出。下面是改进了的例下面是改进了的例4.7：# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-9from math import *x = eval(input(输入一个数：输入一个数： )i = 2while i=int(sqrt(x) : if x%i =0 : print(x, : 非质数非质数) break i = i+1else : print(x, : 质数质数)4.5 程序实例程序实例在这一节，我们选择几个有代表性的例子来设计程序，目的是帮助读者提高程序设计能力，加深对所学基本概念和各种语句的理

25、解。更重要的是通过示例，探索解决问题的方法。解决问题的思路、步骤是这一章的重点。解决问题的思路、步骤是这一章的重点。例例4.10 求两个正整数的最大公约数和最小公倍数。分析：设m为被除数，n为除数，r为余数，通常采用辗转相除的欧几里德算法来求最大公约数。将m除以n得余数r，如果r不等于0，则把n赋给m，把r赋给n，再继续求余数r = m%n，如果r仍然不等于0，则重复上述过程，直到余数r等于0为止。这时的n就是最大公约数。# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-10from math import *m = eval(input(输入第一个数：输入第一个数： )n = ev

26、al(input(输入第二个数：输入第二个数： )t = m*nif mn : m,n = n,mwhile m%n != 0 : r = m%n m = n n = rprint(最大公约数最大公约数: ,n)print(最小公倍数最小公倍数:,t/n)当输入的两正整数分别是：432、3584，程序的运行结果是：最大公约数: 16最小公倍数: 96768例例4.11 求Fibonacci(斐波拉契)数列的前20项，并输出。Fibonacci数列：f(0)=0,f(1)=1,f(n)=f(n-1)+f(n-2)(n2)分析：数列的前20项包括第0项到第19项。# -*- coding: gb2

27、312 -*-# ex4-11print()a, b = 0, 1for i in range(20) : if (i+1)%5!=0 : print(a, end=t) else : print(a, end=n) a, b = b, a+bprint()输出结果：0112358132134558914433377610987159725844181例例4.12 求3100之间的所有素数（质数）及和。分析：（1）一个大于1的整数，如果除了它自身和1以外，不能被其他任何正整数所整除，那么这个数就称为素数。判别某数m是否为素数，最简单的方法是：用i=2，3，m-1逐个除，只要有一个能整除，m就不

28、是素数，可以用break语句提前结束循环；若都不能整除，则m是素数。（2）如果m不是素数，则必然能被分解为两个因子a和b，并且其中之一必然小于等于 ，另一个必然大于等于 。所以要判断m是否为素数，可简化为判断它能否被2 之间的数整除即可。因为若m不能被2 之间的数整除，则必然也不能被 m-1之间的数整除。（3）要判断多个素数是否为素数，需要使用双重循环。外循环每循环一次提供一个数，由内循环通过多次除法判断其是否为素数。（4）因为有了else语句，我们不需要再判断是否是用break语句提前结束循环。# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-12from math import

29、*m = 3s = 0while m100 : k = int(sqrt(m) i =2 while i=0.000001 : sinx = sinx+t t = -t*x*x/(n+1)*(n+2) n = n+2print(编程求得的编程求得的sin(,x,)= ,sinx)print(调用标准函数求得的调用标准函数求得的sin(,x,)= ,sin(x)例例4.14 用“枚举法”求解百元买百鸡问题。假定公鸡5元1只，母鸡3元1只，小鸡1元3只，现在有100元钱要买100只鸡，且需包含公鸡、母鸡和小鸡，编程列出所有可能的购鸡方案。分析：“枚举法”也称为“穷举法”，即将可能出现的各种情况一一

30、进行测试，判断是否满足条件，采用循环可方便地实现。设公鸡、母鸡、小鸡各有x、y、z只，根据题目要求，可列出方程：xyz1005x3yz/3100# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-14print(公鸡数公鸡数,母鸡数母鸡数,小鸡数小鸡数, sep=t)for x in range(1,20) : for y in range(1,32) : z = 100-x-y if 5*x+3*y+z/3=100 : print(x,y,z, sep=t)程序的运行结果如下：公鸡数母鸡数小鸡数418788118112484例例4.15 计算的值。/4 =1-1/3+1/5-1/7+

31、1/9- . # -*- coding: gb2312 -*-# ex4-15 计算计算的值的值from math import *from time import clockt1 = clock() #启动计时启动计时# k表示正负；表示正负；t表示公式中某项数据；表示公式中某项数据；n, k, t, pi1 = 1, 1, 1.0, 0.0while abs(t)1.0E-8 : pi1=pi1+t n=n+2 k=-k t=(1.0/n)*kprint(程序计算出的程序计算出的值：值：, 4*pi1)print(math模块的模块的值：值： , pi)t2 = clock()print(

32、运行时间：运行时间：, t2-t1, s)程序运行结果如下：程序计算出的值： math模块的值：运行时间： 程序运行结果表明：计算出来的值与系统给的标准值基本相同，能保证小数点后7位是准确的。这个程序是用系统浮点数对象得到的，花费的时间也很长，如果要求更高的精度（例如保证小数点15位数是准确的），花费的运行时间将成指数增长。例例4.16 计算值实例2。在例4.15中，因为算法原因，导致计算时间过长，如果要求保证小数点15位精度，计算时间会更长。现在改变算法，用下面的公式计算值。 =这个算法比例这个算法比例4.15的算法显然要高效许多，后者的一正一负数据的算法显然要高效许多，后者的一正一负数据项

33、延缓了逼近结果的速度。项延缓了逼近结果的速度。程序运行结果：程序计算出的值：math模块的值：运行时间： 这个程序直接用Python的浮点类型输出结果，因为Python的浮点类型对象是64位，可以达到15位左右的数据精度。.)94*73*52*3173*52*3152*31311(*2# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-16 计算计算的值的值from math import *from time import clockt1 = clock() # 启动计时启动计时x = z = 2.0a,b = 1,3while z1.0E-15 : z=z*a/b x=x+z a=

34、a+1 b=b+2print(程序计算出的程序计算出的值：值：, x)print(math模块的模块的值：值： , pi)t2 = clock()print(运行时间：运行时间：, t2-t1, s)例例4.17 计算值实例3。在例4.16的基础上改变存储方式。程序原理与例4.16一样，将公式中每一个被加项在循环语句while的控制下，一项项地加到累计和（值）中，只是累计和不是用一个变量表示，而是用列表x保存的值，x1保存整数部分，xi(i=2,3,.)保存一位十进制小数；列表z保存被加项目。这个程序的关键点是如何将被加项目分布在列表z中，累计和（值）如何分布在列表x中。运行时间： 8.600

35、99756595276 s这个程序输出值，保留小数位数1000位，耗时9秒左右。还可以继续扩大列表容量（如N=10010），让程序输出更多位数的值。作者测试过，输出输出10000位需要费时位需要费时15分钟左右分钟左右。程序运行的结果如下：运行次数： 3346程序计算出的值：# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-17 计算计算的值的值from time import clockt1 = clock() # 启动计时启动计时N=1010WIDTH=N-10a,b,c,d,i,run,cnt,cntMAX=1,3,0,0,0,1,1,1000000 x,z=,# 分别保存分别

36、保存值、被加项目值值、被加项目值for i in range(N):# 设置列表，设置列表，10010个元素，置个元素，置0 x.append(0) z.append(0)x1=2z1=2while (run and cnt0: c=zi*a+d zi=c%10 d=c/10 i=i-1 # 把某一项的分母存储到列表把某一项的分母存储到列表z中中 d=0 i=0 while i0: c=xi+zi xi=c%10 xi-1=xi-1+c/10 run=run | zi i=i-1 a=a+1 b=b+2 cnt=cnt+1 print(运行次数：运行次数：, cnt)print(程序计算出的程

37、序计算出的值：值：)print(int(x1),., sep=,end=)for i in range(2, WIDTH+2): print(int(xi), sep=,end=)print()t2 = clock()print(运行时间：运行时间：, t2-t1, s)例例4.18 计算值实例4。使用另一个算法（马青公式）计算值。这个程序的最大特点是充分发挥了整数无界的特点，将值的小数点后移n+10位，直接用整数表示后移后的值。马青公式：/4 = 4arctg(1/5)-arctg(1/239)又因为arctg(x) = x-(1/3)x3+(1/5)x5-(1/7)x7+.+(-1)(n-

38、1)/(2n-1)x(2n-1)所以：/4 = (4/5-1/239)-(1/3)(4/53-1/2393)+(1/5)(4/55-1/2395)- .程序计算程序计算10000位的位的值耗时值耗时0.18秒，因为篇幅问题，此处就不秒，因为篇幅问题，此处就不列出输出结果。列出输出结果。# -*- coding: gb2312 -*-# ex4-18 计算计算的值的值from time import clockn = int(input(请输入要求请输入要求PI的小数位数的小数位数n:)t1 = clock() # 启动计时启动计时w = n+10b = 10*wx1 = b*4/5# 求含求含

39、4/5的首项的首项x2 = -b/239# 求含求含1/239的首项的首项pi = x1+x2n = n*2for i in range(3,2*n,2):x1 = -x1/25# 求每个含求每个含1/5的项及符号的项及符号x2 = -x2/57121# 求每个含求每个含1/239的项及符号的项及符号x = (x1+x2)/i# 求两项之和求两项之和pi = pi+xpi = pi*4pi = pi/10*10print(程序计算出的程序计算出的值：值：)print(pi)t2 = clock()print(运行时间：运行时间：, t2-t1, s)这个程序直接使用整数类型保存值（Python

40、语言的整数可以没有界限），所以运行时间很短。其实，例4.17的例子与例4.18的不同（运行时间的长短）在于保存值的方法不同。例4.17也可以在算法不变的情况下，通过整数类型存储值实现，应该运行时间也会很短。例4.17之所以那样实现，因为绝多数程序语言没有无界数据类型（像Python语言的无界整数），只能用替代办法实现许多位值计算。这就是说，其它程序语言要实现计算比较多的位数的值，运行效率会很低，反过来也说明了Python语言的优越性所在。其实，例4.17的程序就是从C+移植过来的。另外重要的一点是：对一个问题求解，选择算法的确是很重要的。通过对比例4.15的算法与例4.16、例4.17、例4.18的算法，读者会发现，有的算法会大幅度提高运行效率，而有的算法运行效率会很低，甚至得不到结果。不能说运行效率不高的算法不好，只能说应用场合、适用程度不同，反映出的效果不同。