7 循环与列表推导式

7.1 循环：重复执行的智慧

想象你在做体育课的热身运动，需要做10个俯卧撑。你不会每次都写”做一个俯卧撑”，而是说”重复10次”。Python中的循环就是这个道理！

7.1.1 for 循环：有明确次数的重复

for 循环就像是一个”计数器”，可以帮我们重复执行特定的任务。

7.1.1.1 基本用法

# 打印班级前五名同学的名字
top_students = ["小明", "小红", "小华", "小李", "小张"]

print("班级前五名同学是：")
for student in top_students:
    print(f"- {student}")

班级前五名同学是：
- 小明
- 小红
- 小华
- 小李
- 小张

7.1.1.2 使用range()函数

range() 函数可以生成一系列数字，常用于控制循环次数：

# 做5次俯卧撑
print("开始锻炼：")
for i in range(5):  # 从0数到4，总共5次
    print(f"第{i+1}个俯卧撑")

# range的三种用法
print("\nrange的三种用法：")
print("range(5):", list(range(5)))          # 从0开始，到5结束
print("range(2, 5):", list(range(2, 5)))    # 从2开始，到5结束
print("range(1, 10, 2):", list(range(1, 10, 2)))  # 从1开始，到10结束，每次加2

开始锻炼：
第1个俯卧撑
第2个俯卧撑
第3个俯卧撑
第4个俯卧撑
第5个俯卧撑

range的三种用法：
range(5): [0, 1, 2, 3, 4]
range(2, 5): [2, 3, 4]
range(1, 10, 2): [1, 3, 5, 7, 9]

7.1.1.3 实际应用示例

# 成绩统计计算
test_scores = [85, 55, 92, 45, 78, 65, 88]
print("成绩分析：")

# 初始化统计变量
total = 0
count = 0

# 遍历所有分数
for score in test_scores:
    if score >= 60:  # 及格
        total += score
        count += 1

# 输出统计结果
if count > 0:
    average = total / count
    print(f"及格人数：{count}")
    print(f"及格分数平均分：{average:.1f}")
else:
    print("没有及格的分数")

成绩分析：
及格人数：5
及格分数平均分：81.6

7.1.2 while 循环：条件满足就重复

while 循环会在条件为真时一直重复。就像你玩游戏时的”只要还有生命值就继续玩”。

7.1.2.1 基本用法

# 模拟倒计时
time_left = 5
print("倒计时开始！")
while time_left > 0:
    print(f"还剩 {time_left} 秒")
    time_left = time_left - 1
print("时间到！")

倒计时开始！
还剩 5 秒
还剩 4 秒
还剩 3 秒
还剩 2 秒
还剩 1 秒
时间到！

7.1.2.2 实际应用示例

# 猜数字游戏
import random
secret = random.randint(1, 10)  # 生成1-10的随机数
attempts = 0
max_attempts = 3

print("猜数字游戏开始！（1-10）")

while attempts < max_attempts:
    try:
        guess = int(input(f"还剩{max_attempts - attempts}次机会，请猜一个数字："))
        attempts += 1
        
        if guess == secret:
            print(f"恭喜你，猜对了！答案就是{secret}")
            break
        elif guess < secret:
            print("猜小了！")
        else:
            print("猜大了！")
    except:
        print("请输入有效的数字！")

print(f"游戏结束！正确答案是{secret}")

7.1.3 循环控制：特殊情况的处理

有时我们需要在特定情况下改变循环的行为：

break：立即结束循环（相当于紧急出口）
continue：跳过本次循环剩余部分（相当于跳过当前轮）
pass：什么都不做（相当于占位符）

# 模拟找座位
seats = ["空", "已占", "空", "已占", "空"]

print("寻找空座位：")
for i, status in enumerate(seats):
    if status == "已占":
        print(f"第{i+1}号座位已占，继续找下一个")
        continue  # 跳过已占座位
        
    print(f"第{i+1}号座位是空的，可以坐！")
    break  # 找到空座位就停止寻找

寻找空座位：
第1号座位是空的，可以坐！

7.1.4 循环的嵌套

循环中还可以包含循环，就像你在完成作业时：对每一科（外层循环），都要做多道题（内层循环）。

# 打印九九乘法表（一部分）
print("九九乘法表：")
for i in range(1, 4):  # 只打印前三行
    for j in range(1, i + 1):
        print(f"{j}×{i}={i*j}", end="\t")
    print()  # 换行

九九乘法表：
1×1=1   
1×2=2   2×2=4   
1×3=3   2×3=6   3×3=9

7.1.4.1 练习题

使用for循环打印出1-100中所有的偶数

🌟 要点总结

for循环用于知道循环次数的情况

while循环用于根据条件重复的情况

range()函数可以生成数字序列

break用于提前结束循环

continue用于跳过当前轮

pass用于占位

可以在循环中嵌套循环

7.2 列表推导式：创建列表的快捷方式

想象你在做数学题，要写出1到10的平方数。你可以一个一个计算，也可以用一个数学公式直接表达。列表推导式就像这样的”公式”，帮我们快速创建列表！

7.2.1 基本用法

传统方式vs列表推导式：

# 传统方式：创建1到5的平方数
squares1 = []
for i in range(1, 6):
    squares1.append(i ** 2)
print("传统方式:", squares1)

# 列表推导式：一行搞定！
squares2 = [i ** 2 for i in range(1, 6)]
print("列表推导式:", squares2)

传统方式: [1, 4, 9, 16, 25]
列表推导式: [1, 4, 9, 16, 25]

7.2.2 理解列表推导式

列表推导式的基本格式是：

[表达式 for 变量 in 序列]

就像在说：

“我要创建一个列表”（用[]表示）
“对序列中的每个数”（for 部分）
“进行某种运算”（表达式部分）

7.2.3 实用例子

创建学生成绩等级：

scores = [85, 92, 78, 95, 88]
grades = ['优秀' if x >= 90 else '良好' if x >= 80 else '及格' if x >= 60 else '不及格' for x in scores]

print("成绩：", scores)
print("等级：", grades)

成绩： [85, 92, 78, 95, 88]
等级： ['良好', '优秀', '及格', '优秀', '良好']

筛选符合条件的数据：

# 找出及格的分数
scores = [65, 45, 75, 85, 55, 90, 82]
passing_scores = [score for score in scores if score >= 60]
print("所有分数：", scores)
print("及格分数：", passing_scores)

所有分数： [65, 45, 75, 85, 55, 90, 82]
及格分数： [65, 75, 85, 90, 82]

处理字符串列表：

# 把名字都变成大写
names = ["alice", "bob", "charlie", "david"]
upper_names = [name.upper() for name in names]
print("原始名单：", names)
print("大写名单：", upper_names)

原始名单： ['alice', 'bob', 'charlie', 'david']
大写名单： ['ALICE', 'BOB', 'CHARLIE', 'DAVID']

7.2.4 带条件的列表推导式

可以在列表推导式中加入if条件，格式是：

[表达式 for 变量 in 序列 if 条件]

# 找出1-10中所有偶数的平方
even_squares = [x**2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print("1-10中偶数的平方：", even_squares)

# 找出字符串列表中长度大于3的单词
words = ["cat", "dog", "elephant", "bird", "butterfly"]
long_words = [word for word in words if len(word) > 3]
print("\n长度大于3的单词：", long_words)

1-10中偶数的平方： [4, 16, 36, 64, 100]

长度大于3的单词： ['elephant', 'bird', 'butterfly']

🌟 要点总结

列表推导式可以简化代码

可以带条件筛选数据

列表推导式比传统循环更简洁