Python 入門指南 5.0

單元 7 - 迴圈

～～學習進度表～～

程式 (program) 中的迴圈 (loop) 就是在特定程式區塊 (block) 中，重複執行相同的工作

while condition:
    pass

for i in condition:
    pass

Python 中有兩種迴圈，分別是 while 迴圈 (while loop) 與 for 迴圈 (for loop) 。我們先來看看 while 迴圈的寫法

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# 設定控制變數
i = 10
#  while 迴圈
while i > 0:
    # 迴圈工作區
    print(i)
    # 調整控制變數值
    i -= 1
# while 迴圈結束後執行
print("while 陳述後執行的部分")

# 檔名: while_demo.py
# 說明:《Python入門指南》的範例程式
# 網站: http://kaiching.org
# 作者: 張凱慶
# 時間: 2023 年 5 月

這個迴圈所進行的工作很簡單，先在命令列上印出 10 ，然後一路遞減到 0 為止。迴圈有三個地方要注意

while 迴圈的控制變數 (control variable) 必須在 while 之前就先設定好，此例中將控制變數 i 設定為 10 。然後進入 while 的地方，條件 (condition) 就在 while 之後到冒號之前的地方，此例中為當控制變數 i 大於 0 時，迴圈便會重複執行。迴圈工作區，也就是 while 底下用縮排 (indentation) 的程式區塊，這裡，我們只有簡單的印出控制變數 i 的值，迴圈工作區的最後需要有調整控制變數值的地方。

來執行看看結果吧！執行結果如下

$ python while_demo.py
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while 陳述後執行的部分
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當我們明確知道重複次數的時候，我們得利用控制變數來記錄 while 迴圈所進行次數，這樣 while 迴圈才會有結束的一天，不然若是三個與控制變數相關的部份，漏了任一部份時，就有可能導致無窮迴圈 (infinite loop) 的發生，例如

  
  
  
  
  
i = 10 # 設定控制變數
while i > 0:
    # 迴圈工作區
    print(i)
    # 沒有調整控制變數值

這樣一來，控制變數 i 永遠大於 0 ，所以迴圈會一直重複執行，此例中會不斷的在命令列印出 10 ，直到強制結束程式的執行為止。

另外一個 for 迴圈用於取得具有多個元素 (element) 的物件 (object) ，例如內建函數 (function) range() 回傳一個依序的 range 物件

  
  
  
for i in range(10, 0, -1):
    # 迴圈工作區
    print(i)

for 與 in 連用， in 後面接多個元素的物件。這個 for 迴圈的功能與上面的 while 迴圈完全相同，寫成完整的範例程式，如下

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#  for 迴圈
for i in range(10, 0, -1):
    # 迴圈工作區
    print(i)
# for 迴圈結束後執行
print("for 陳述後執行的部分")

# 檔名: for_demo.py
# 說明:《Python入門指南》的範例程式
# 網站: http://kaiching.org
# 作者: 張凱慶
# 時間: 2023 年 5 月

此例的 range() 用了三個參數 (parameter) ，第一個參數為起始值，第二個參數為結束值，第三個參數為遞增值。執行結果如下

$ python for_demo.py
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for 陳述後執行的部分
$

雖然 while 迴圈與 for 迴圈可以互相替代，但還是依特性去使用比較適合囉！

迴圈中可以有另一個迴圈，這樣的迴圈稱之為巢狀迴圈，例如以下利用巢狀 for 迴圈印出九九乘法表

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#  巢狀 for 迴圈
for i in range(1, 10):
    # 內層迴圈
    for j in range(1, 10):
        print("%(n)3d" % {"n" : i * j}, end = ", ")
    print()
# 巢狀 for 迴圈結束後執行
print("巢狀 for 陳述後執行的部分")

# 檔名: nestedloop_demo.py
# 說明:《Python入門指南》的範例程式
# 網站: http://kaiching.org
# 作者: 張凱慶
# 時間: 2023 年 5 月

執行結果如下

$ python nestedloop_demo.py
  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,
  4,   8,  12,  16,  20,  24,  28,  32,  36,
  5,  10,  15,  20,  25,  30,  35,  40,  45,
  6,  12,  18,  24,  30,  36,  42,  48,  54,
  7,  14,  21,  28,  35,  42,  49,  56,  63,
  8,  16,  24,  32,  40,  48,  56,  64,  72,
  9,  18,  27,  36,  45,  54,  63,  72,  81,
巢狀 for 陳述後執行的部分
$

注意到第 5 行，在型態字元 d 之前的數字 3 表示佔據的字元數，這是說 3d 就表示變數 n 佔據三個字元的整數，如果 n 不到 3 位數就會填上空格

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        print("%(n)3d" % {"n" : i * j}, end = ", ")

然後第 2 行及第 4 行，這裡 range() 用了兩個參數，第一個參數表示起始值，第二個參數表示結束值減 1 ，也就是到 9 為止的意思

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for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):

關鍵字 continue 可以讓迴圈直接進行下一輪，例如

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#  巢狀 for 迴圈
for i in range(1, 10):
    # 依條件執行 continue
    if i == 5 or i == 8:
        continue

    # 內層迴圈
    for j in range(1, 10):
        print("%(n)3d" % {"n" : i * j}, end = ", ")
    print()

# 巢狀 for 迴圈結束後執行
print("巢狀 for 陳述後執行的部分")

# 檔名: continue_demo.py
# 說明:《Python入門指南》的範例程式
# 網站: http://kaiching.org
# 作者: 張凱慶
# 時間: 2023 年 5 月

執行結果如下

$ python continue_demo.py
  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,
  4,   8,  12,  16,  20,  24,  28,  32,  36,
  6,  12,  18,  24,  30,  36,  42,  48,  54,
  7,  14,  21,  28,  35,  42,  49,  56,  63,
  9,  18,  27,  36,  45,  54,  63,  72,  81,
巢狀 for 陳述後執行的部分
$

當執行到 i 為 5 及 8 時便執行 continue 陳述，因此 5 和 8 兩行並不會被印出來

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    if i == 5 or i == 8:
        continue

關鍵字 break 則可以中斷或跳出迴圈，例如

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#  巢狀 for 迴圈
for i in range(1, 10):
    # 依條件執行 break
    if i == 8:
        break

    # 內層迴圈
    for j in range(1, 10):
        # 依條件執行 break
        if j == 7:
            break
        print("%(n)3d" % {"n" : i * j}, end = ", ")
    print()

# 巢狀 for 迴圈結束後執行
print("巢狀 for 陳述後執行的部分")

# 檔名: break_demo.py
# 說明:《Python入門指南》的範例程式
# 網站: http://kaiching.org
# 作者: 張凱慶
# 時間: 2023 年 5 月

執行結果如下

$ python break_demo.py
  1,   2,   3,   4,   5,   6,
  2,   4,   6,   8,  10,  12,
  3,   6,   9,  12,  15,  18,
  4,   8,  12,  16,  20,  24,
  5,  10,  15,  20,  25,  30,
  6,  12,  18,  24,  30,  36,
  7,  14,  21,  28,  35,  42,
巢狀 for 陳述後執行的部分
$

由於 i 為 8 及 j 為 7 的時候使用 break 陳述，因此橫向印到 6 為止，縱向印到 7 為止

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    if i == 8:
        break
        if j == 7:
            break

複合陳述除了選擇及迴圈外還有例外處理 (exception handling) ，所謂例外 (exception) 是指可預期的錯誤 (error) ，接下來我們繼續看到 Python 怎麼做錯誤控制。

程式區塊block
條件condition
控制變數control variable
元素element
錯誤error
例外exception
例外處理exception handling
for 迴圈for loop
函數function
縮排indentation
無窮迴圈infinite loop
迴圈loop
物件object
參數parameter
程式program
while 迴圈while loop
重點整理
1. 迴圈用於重複性質的工作， while 迴圈利用控制變數決定何時結束迴圈， for 迴圈則用於具有多個元素的複合資料型態。
2. 無窮迴圈是指沒有結束條件，一直執行的迴圈。
3. 巢狀迴圈是指迴圈中其他迴圈的迴圈。
4. 利用 break 陳述可提前跳出迴圈。
5. 利用 continue 陳述可使迴圈直接進行下一輪。
問題與討論
1. 很多情況都需要 while True 迴圈，這不是無窮迴圈嗎？那為什麼還要 while True 迴圈呢？
2. while 迴圈與 for 迴圈要如何互相替代？
3. 遞迴是一種演算法，遞迴跟迴圈有什麼不同呢？
練習
1. 寫一個程式 exercise0701.py ，利用迴圈計算 1 到 1000 的總和。 參考程式碼
2. 承上題，另寫一個程式 exercise0702.py ，改成接受使用者輸入，計算 1 到使用者輸入整數的總和。 參考程式碼
3. 迴圈中若有其他迴圈稱之為巢狀迴圈，利用巢狀迴圈及 '*' 寫一個程式 exercise0703.py，印出一個高 5 、底 5 的等腰直角三角形。 參考程式碼
4. 承上題，另寫一個程式 exercise0704.py ，將三角形倒過來印。 參考程式碼
5. 承上題，另寫一個程式 exercise0705.py ，改成接收使用者輸入邊長。 參考程式碼
6. 寫一個程式 exercise0706.py ，接收使用者輸入英文句子，計算母音字元數量，然後印出英文句子的總字元數與母音字元數。 參考程式碼
7. 寫一個程式 exercise0707.py ，在 while True 迴圈中接受使用者的輸入，當使用者輸入 'e' 的時候利用 break 跳出迴圈。 參考程式碼
8. 寫一個程式 exercise0708.py ，計算 10 的階乘，也就是從正整數 1 乘以正整數 2 ，一路乘到正整數 10 。 參考程式碼
9. 承上題，另寫一個程式 exercise0709.py ，改成接受使用者輸入，計算使用者輸入的階乘數。 參考程式碼
10. 費氏數列為 1 、 1 、 2 、 3 、 5 、 8 、 13 .... ，也就是後面的數字為前兩個數字的總和，寫一個程式 exercise0710.py ，計算出第 20 個數字。 參考程式碼
11. 承上題，另寫一個程式 exercise0711.py ，改成接受使用者輸入，計算使用者輸入的第幾個費氏數。 參考程式碼

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