Python

РАЗДЕЛ 2

Ветвления и оператор выбора

Оператор ветвления — конструкция в языках программирования, которая обеспечивает выполнение определённой команды или набора команд только при истинности некоторого логического выражения; либо выполнение одной из нескольких команд (наборов команд) в зависимости от значения некоторого выражения.

Блок-схема алгоритма с ветвлением показана на рис.1. Когда выражение в блоке "Условие" истинно, программа выполнит ''Действия ДА'', соответствующие ветви "ДА". В противном случае, то есть выражение ложно, будут выполнены ''Действия НЕТ''. В связи с этим условие необходимо составлять таким образом, чтобы выражение могло принимать только два значения — True или False.

В случае, когда одна проверка не может охватить все варианты, можно использовать "вложенные" условия, как показано на рис. 2. Уровень вложенности условий не ограничен, то есть они могут быть вложены друг в друга любое количество раз. Такая ситуация также называется "выбор".

Условная инструкция if-elif-else (оператор ветвления) — основной инструмент выбора в Python. Благодаря ей мы

можем задать, какое действие нужно выполнить при определенных значениях переменных в момент проверки логического условия.

Сначала идет обязательная часть if с условием, далее могут следовать (но не обязательно должны быть) одна или более частей elif и часть else. Общая схема такой конструкции if выглядит таким образом:

if <условие 1>:

<действие 1>

elif <условие 2>:

<действие 2>

else:

<действие 3>

Пример использования:

a = int(input())

if a < 50:

print('Плохо')

elif 50 <= a <= 85:

print('Хорошо')

else:

print('Отлично')

В данной программе на вход подается результат теста ученика а и выводится одна из трех фраз.

Приведенная ниже конструкция довольно простая, но, несмотря на это, громоздкая, так как занимает много строк:

if X:

A = 5

else:

A = 7

В таких случаях можно использовать выражение if/else:

A = 5 if X else 7

В данной строке интерпретатор, если X – истинно, присвоит А значение 5, иначе — 7. Вместо чисел можно так же записать некоторые выражения.

Задача.

На вход подается значение температуры t. Необходимо вывести "Хорошая погода!", при t больше 10º , или "Плохая погода!", при t ≤10º.

Решение.

t=input('Температура в градусах: ')

if t < 10:

s='Плохая погода!'

else:

s='Хорошая погода!'

print s

Начало каждой "ветви" программы обозначается символом ":". Условие записывается без скобок. В отличие от языка C++ окончание оператора if отсутствует как таковое. Следующий оператор начинается в строке без отступа. Поэтому нужно внимательно следить за отступами, так как иначе программа будет работать некорректно.

РАЗДЕЛ 3

Циклические алгоритмы

Циклические алгоритмы предоставляют возможность программирования повторяющихся действий.

В языке Python есть 2 основных циклических алгоритма: while и for.

Циклы WHILE

Инструкция while является самой универсальной конструкцией организации итераций в языке Python. Проще говоря, она продолжает выполнять блок инструкций (обычно с отступами) до тех пор, пока условное выражение продолжает возвращать истину. Она называется «циклом», потому что управление циклически возвращается к началу инструкции, пока условное выражение не вернет ложное значение. Как только в результате проверки будет получено ложное значение, управление будет передано первой инструкции, расположенной сразу же за вложенным блоком тела цикла while. В результате тело цикла продолжает выполняться снова и снова, пока условное выражение возвращает истинное выражение, а если условное выражение сразу вернет ложное значение, тело цикла никогда не будет выполнено.

Общий формат:

В своей наиболее сложной форме инструкция while состоит из строки заголовка с условным выражением, тела цикла, содержащего одну или более инструкций с отступами, и необязательной части else, которая выполняется, когда управление передается за пределы цикла без использования инструкции break. Интерпретатор продолжает вычислять условное выражение в строке заголовка и выполнять вложенные инструкции в теле цикла, пока условное выражение не вернет ложное значение:

While <условие>: #условное выражение

<тело цикла 1>

Else: #необязательная часть else

<тело цикла 2> #выполняется, если выход из цикла производится не

# инструкцией break

break, continue, pass

Pass

Инструкция pass не выполняет никаких действий и используется в случаях, когда синтаксис языка требует наличия инструкции, но никаких полезных действий в этой точке программы выполнить нельзя. Она часто

используется в качестве пустого тела составной инструкции. Грубо говоря, pass в мире инструкций – это то же, что None в мире объектов, – явное ничто. Инструкция pass используется например, для того, чтобы игнорировать исключение в инструкции try, или для определения пустых классов, реализующих объекты, которые ведут себя подобно структурам и записям в других языках. Иногда инструкция pass используется как заполнитель, вместо того, «что будет написано позднее».

Continue

Инструкция continue вызывает немедленный переход в начало цикла. Она иногда позволяет избежать использования вложенных инструкций. В языке Python нет инструкции «goto», но так как инструкция continue позволяет выполнять переходы внутри программы, большинство замечаний, касающихся удобочитаемости и простоты сопровождения, которые вы могли слышать в отношении инструкции «goto», применимы и к инструкции continue. Не злоупотребляйте использованием этой инструкции, особенно когда вы только начинаете работать с языком Python.

Break

Инструкция break вызывает немедленный выход из цикла. Так как программный код, следующий в цикле за этой инструкцией, не выполняется, если эта инструкция запущена, то ее также можно использовать, чтобы избежать вложения

Циклы FOR

Цикл for является универсальным итератором последовательностей в языке Python: он может выполнять обход элементов в любых упорядоченных объектах последовательностей. Инструкция for способна работать со строками, списками, кортежами, с другими встроенными объектами, поддерживающими возможность выполнения итераций, и с новыми объектами, которые создаются с помощью классов.

Общий формат:

Циклы for в языке Python начинаются со строки заголовка, где указывается переменная для присваивания (или – цель), а также объект, обход которого будет выполнен. Вслед за заголовком следует блок (обычно с отступами) инструкций, которые требуется выполнить:

For <переменная> in <объект> #связывает элементы объекта с переменной цикла

<тело цикла 1> #повторяющееся тело цикла: использует переменну

Else: #необязательная часть else

<тело цикла 2> #выполняется, если не попали на break

Когда интерпретатор выполняет цикл for, он поочередно, один за другим, присваивает элементы объекта последовательности переменной цикла и выполняет тело

цикла для каждого из них. Для обращения к текущему элементу последовательности в теле цикла обычно используется переменная цикла, как если бы это был курсор, шагающий от элемента к элементу.

В цикле for также используются инструкции break, continue, else.

Счетные циклы: while и range.

Функция range является по-настоящему универсальным инструментом, который может использоваться в самых разных ситуациях. Чаще всего она используется для генерации индексов в цикле for, но вы можете использовать ее везде, где необходимы с писки целых чисел. В Python 3.0 функция range возвращает итератор, который генерирует элементы по требованию, поэтому, чтобы отобразить результаты ее работы, мы должны обернуть вызов этой функции в вызов функции list:

List( range(5)), list( range(2, 5)), list( range(0, 10, 2))

([0, 1, 2, 3, 4], [2, 3, 4], [0, 2, 4, 6, 8])

Функция range с одним аргументом генерирует список целых чисел в диапазоне от нуля до указанного в аргументе значения, не включая его. Если функции передать два аргумента, первый будет рассматриваться как нижняя граница диапазона. Необязательный третий аргумент определяет шаг – в этом случае интерпретатор будет добавлять величину шага при вычислении каждого

последующего значения (по умолчанию шаг равен 1). Существует возможность воспроизводить последовательности чисел в диапазоне отрицательных значений и в порядке убывания:

List( range(-5, 5))

[-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]

List( range(5, -5, -1))

[5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4]

Такое использование функции range само по себе может быть полезным, однако чаще всего она используется в циклах for. Прежде всего, она обеспечивает простой способ повторить действие определенное число раз. Например, чтобы вывести три строки, можно использовать функцию range для создания соответствующего количества целых чисел – в версии 3.0 инструкция for автоматически извлекает все значения из итератора range, поэтому нам не потребовалось использовать функцию list:

for i in range(3):

... print(i, ‘Pythons’)

...

0Pythons

1Pythons

2 Pythons

Если вам действительно необходимо явно управлять логикой доступа к элементам, можно воспользоваться циклом while:

i = 0

while i < len(X):

print(X[i], end=’ ‘)

i+=1

Параллельный обход: zip и map

Встроенная функция zip позволяет использовать цикл for для обхода нескольких последовательностей параллельно. Функция zip принимает одну или несколько последовательностей в качестве аргументов и возвращает список кортежей, составленных из соответствующих элементов этих последовательностей. Например, предположим, что мы выполняем обработку двух списков:

L1 = [1,2,3,4]

L2 = [5,6,7,8]

Для объединения элементов этих списков можно использовать функцию zip, которая создаст список кортежей из пар элементов (подобно функции range, в версии 3.0 функция zip возвращает итерируемый объект,

поэтому, чтобы вывести все результаты, возвращаемые этой функцией, необходимо обернуть ее вызов вызовом функции list):

zip(L1, L2)

list(zip(L1, L2)) # Функция list необходима в 3.0, но не в 2.6

[(1, 5), (2, 6), (3, 7), (4, 8)]

Такой результат может пригодиться в самых разных ситуациях, но применительно к циклу for он обеспечивает возможность выполнения параллельных итераций:

for (x, y) in zip(L1, L2):

... print(x, y, ‘--’, x+y)

...

1 5 – 6

2 6 – 8

3 7 – 10

4 8 – 12

Здесь выполняется обход результата обращения к функции zip, то есть пар, составленных из элементов двух списков. Обратите внимание, что в этом цикле используется операция присваивания кортежей для получения элементов каждого кортежа, полученного от функции zip. На первой итерации она будет выглядеть,

как если бы была выполнена инструкция (x, y) = (1, 5). Благодаря этому мы можем сканировать оба списка L1 и L2 в одном цикле. Тот же эффект можно получить с помощью цикла while, в котором доступ к элементам производится вручную, но такой цикл будет сложнее в реализации и наверняка медленнее, чем прием, основанный на использовании for/zip. Функция zip на самом деле более универсальна, чем можно было бы представить на основе этого фрагмента. Например, она принимает последовательности любого типа (в действительности – любые итерируемые объекты, включая и файлы) и позволяет указывать более двух аргументов. При вызове с тремя аргументами, как показано в следующем примере, она конструирует список кортежей, состоящих из трех элементов, выбирая элементы из каждой последовательности с одним и тем же смещением (с технической точки зрения, из N аргументов функция zip создает N-мерный кортеж):

T1, T2, T3 = (1,2,3), (4,5,6), (7,8,9)

T3

(7, 8, 9)

list(zip(T1,T2,T3))

[(1, 4, 7), (2, 5, 8), (3, 6, 9)]

Длина списка, возвращаемого функцией zip, равна длине кратчайшей из последовательностей, если аргументы имеют разную длину.

Генерирование индексов и элементов: enumerate

Ранее мы рассматривали использование функции range для генерации индексов (смещений) элементов в строке вместо получения самих элементов с этими индексами.

Однако в некоторых программах необходимо получить и то, и другое: и элемент, и его индекс. Это можно выполнить с помощью функции enumerate:

S = ‘spam’

for (offset, item) in enumerate(S):

... print(item, ‘appears at offset’, offset)

...

s appears at offset 0

p appears at offset 1

a appears at offset 2

m appears at offset 3

РАЗДЕЛ 4

Обработка двумерных массивов (матриц)

Чтобы представить матрицу в языке Python можно использовать вложенные списки:

>> matrix = [ [1,2,3] , [4,5,6] , [7,8,9] ]

Список matrix содержит три элемента, каждый из которых также является списком, состоящим из трех элементов.

Обратившись к первому элементу списка matrix, мы получим вложенный список:

>> matrix[1]

4,5,6

Используя двойную индексацию, получим элемент вложенного списка. Первый индекс отвечает за вложенный список, второй – за элемент в этом списке:

>> matrix[1][2]

6

Генерация двумерных списков

Создадим матрицу размером n×n, заполненную нулями.

Чтобы получить n списков из n нулей, умножим список из n нулей на n:

>>n = 3

>>a = [ [ 0 ] * n ] * n

Теперь попробуем поменять какое-нибудь значение матрицы:

>> a[ 0 ][ 0 ] = 5

Но если мы выведем матрицу а на экран, то увидим, что изменились нулевые элементы во всех вложенных списках:

>> print(a)

[[5, 0, 0], [5, 0, 0], [5, 0, 0]]

Дело в том, что мы изначально создали список из n нулей, а потом создали список а как n ссылок на один и тот же список. Фактически мы создали не матрицу n×n, а строку из n элементов и скопировали ее n раз.

Чтобы действительно создать двумерный список, для каждого i от 0 до n-1 мы сгенерируем список из n элементов:

>> a = [ [ 0 ] * n for i in range(n) ]

Получили n независимых списков по n нулей в каждом.

Также можно использовать вложенные конструкции генератора списков:

>> a = [ [ 0 for i in range(n) ] for j in range(j) ]

Вывод на экран

Чтобы вывести двумерный список на экран, обычно используют два вложенных цикла for. Первый цикл пробегает по вложенным спискам, второй перебирает элементы внутри списка:

>>a = [ [1, 2, 3] , [4, 5, 6] , [7, 8, 9] ]

>>for i in a:

for j in i:

print( j , end = ' ' )

print( )

1 2 3

4 5 6

7 8 9

Для вывода по строкам можно использовать метод join:

>> for i in a:

print( ' '.join ( [ str( j ) for j in i ] ) )

Ввод с клавиатуры

Заполним массив n×m(элементы вводятся через пробел):

>>s = int( input( ) ) # вводим количество строк массива

>>a = [ ] # создаем пустой список

>>for i in range(s):

a.append( [ j for j in input( ).split( ) ] ) # добавляем в список по одному элементу

Или при помощи генератора:

>>s = int( input( ) )

>>a = [ [ j for j in input( ).split( ) ] for i in range(s) ]

Сапер

На вход подаются размеры поля для игры в сапер, количество мин и их координаты. Выводится поле игры, в котором указываются мины(*) и количество мин, находящихся рядом (если рядом с клеткой нет мин, то она обозначается точкой).

Пример входных данных

4 5 5

11

23

43