Управляющие структуры¶

Как мы уже отмечали ранее, алгоритмам требуются две важные управляющие структуры: для итераций и для выбора. Обе они поддерживаются в Python в различных формах. Программисты могут выбирать тот способ, который будет более уместным в данных обстоятельствах.

Для итераций Python предлагает стандартный оператор while и очень мощный оператор for. Первый из них повторяет тело кода столько раз, сколько остаётся истинным его условие. Например:

>>> counter = 1
>>> while counter <= 5:
...     print("Hello, world")
...     counter = counter + 1


Hello, world
Hello, world
Hello, world
Hello, world
Hello, world

напечатает фразу “Hello, world” пять раз. Условие оператора while вычисляется каждый раз в начале итерации. Если оно истинно, то будет выполнено тело оператора. Структуру оператора Python while легко увидеть через обязательные шаблоны отступов, которые навязывает этот язык.

Оператор while представляет собой итерационную структуру очень общего назначения, которая может использоваться во многих различных алгоритмах. Очень часто итерации контролирует составное условие. Код

while counter <= 10 and not done:
...

приведёт к тому, что тело оператора будет вычисляться только в случае, когда будут выполнены обе части условия. Значение переменной counter должно быть меньше или равно 10, а значение переменной done быть равным False (not False - это True), чтобы результат True and True тоже был истиной.

Несмотря на то, что этот тип конструкции широко используется во многих ситуациях, другая итеративная структура - оператор for - может быть использована в связке со многими коллекциями Python. for можно пользоваться для итерации по членам коллекции, если она является последовательной. Например,

>>> for item in [1,3,6,2,5]:
...    print(item)
...
1
3
6
2
5

присваивает переменной item каждое последующее значение из списка [1,3,6,2,5], после чего выполняется тело цикла. Этот способ работает для любой последовательной коллекции (списков, кортежей и строк).

Общее применение оператора for заключается в том, чтобы реализовывать определённую итерацию на диапазоне значений. Оператор

>>> for item in range(5):
...    print(item**2)
...
0
1
4
9
16
>>>

выполнит функцию print пять раз. Функция range вернёт диапазон, представляющий собой последовательность 0, 1, 2, 3, 4, и каждое из этих значений будет присвоено переменной item. Затем они будут возведены в квадрат и напечатаны.

Другой очень полезной версией использования этой итерационной структуры является обработка каждого символа строки. Следующий фрагмент кода проходит по списку строк, обрабатывая каждый символ в них присоединением его к списку. Результатом будет список символов из всех слов.

Операторы выбора позволяют программистам задавать вопросы и выполнять различные действия, основываясь на результате. Большинство языков программирования предоставляют две версии полезных конструкций: ifelse и if. Простой пример бинарного использования оператора ifelse:

if n<0:
   print("Sorry, value is negative")
else:
   print(math.sqrt(n))

В этом примере объект, ссылающийся на n, проверяется на условие “меньше нуля”. Если это так, то печатается сообщение, что n - отрицательное число. В противном случае выполняется ветка else, в которой вычисляется квадратный корень.

Конструкции выбора, как и любые управляющие конструкции, могут быть вложенными, чтобы результат одного ответа помогал определить, как ответить на следующий. Например, предположим, что score - это переменная, содержащая ссылку на результат теста по информатике.

if score >= 90:
   print('A')
else:
   if score >=80:
      print('B')
   else:
      if score >= 70:
         print('C')
      else:
         if score >= 60:
            print('D')
         else:
            print('F')

Этот фрагмент будет классифицировать значение под названием score с помощью вывода на печать буквы заработанной оценки. Если счёт выше или равен 90, то оператор напечатает А. Если это не так (else), то проверяется следующее условие. Если счёт выше или равен 80, то он должен лежать между 80 и 89, поскольку ответ на предыдущий вопрос был ложью. В этом случае печатается В. Вы можете видеть, как шаблоны отступов в Python помогают ассоциировать if и else без использования дополнительных синтаксических элементов.

Альтернативным синтаксисом для вложенного таким образом выбора является использование ключевого слова elif. else и последующий if комбинируются, исключая таким образом дополнительные уровни. Заметьте, что конечное else по-прежнему необходимо, чтобы предоставить случай по умолчанию, если все остальные условия не выполняться.

if score >= 90:
   print('A')
elif score >=80:
   print('B')
elif score >= 70:
   print('C')
elif score >= 60:
   print('D')
else:
   print('F')

Python также имеет вариант единичной конструкции выбора - оператор if. Для него, если условие истинно, то происходит выполнение действия. В противном случае процесс обработки просто переходит на следующий после if опеатор. Например, в коде ниже сначала проверится, является ли отрицательным значение n. Если это так, то его заменяют абсолютным значением. В любом случае, следующее действие - это извлечение квадратного корня.

if n<0:
   n = abs(n)
print(math.sqrt(n))

Возвращаясь к спискам, приведём альтернативный метод создания списка с использованием итерационных конструкций и конструкций выбора. Он известен, как генератор списков, и позволяет легко создавать списки, основываясь на неких критериях обработки и выбора. Например, если мы захотим получить список из первых десяти идеальных квадратов, то можем использовать оператор for:

>>> sqlist=[]
>>> for x in range(1,11):
         sqlist.append(x*x)

>>> sqlist
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
>>>

А с использованием генератора списков это делается одной строкой:

>>> sqlist=[x*x for x in range(1,11)]
>>> sqlist
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
>>>

Переменная x принимает значения от 1 до 10, как это определено для конструкции for. Затем вычисляется величина x*x и присоединяется к создаваемому списку. Общий синтаксис генераторов списков также разрешает использовать критерий выбора, чтобы добавлялись только подходящие элементы. Например,

>>> sqlist=[x*x for x in range(1,11) if x%2 != 0]
>>> sqlist
[1, 9, 25, 49, 81]
>>>

Этот генератор списков создаёт список, содержащий квадраты только нечётных чисел в диапазоне от 1 до 10. Совместно с генераторами списков можно использовать любые поддерживающие итерации последовательности. Результатом будет новый список.

>>>[ch.upper() for ch in 'comprehension' if ch not in 'aeiou']
['C', 'M', 'P', 'R', 'H', 'N', 'S', 'N']
>>>