导读：本文重点讲述for语句和while语句。for语句属于遍历循环，while语句属于当型循环。除了两个循环语句外，还介绍了break、continue与pass三个用于控制循环结构中的程序流向的语句。在此基础之上，还介绍了列表推导式，这是一种特殊的循环语句。
作者：李明江 张良均 周东平 张尚佳
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循环语句又称为重复结构，用于反复执行某一操作。面对大数量级的重复运算，即使借助计算机，重复编写代码也是费时的，这时就需要借助循环语句。使用循环语句一般要用到条件判断，根据判断式的返回值决定是否执行循环体。
循环分为两种模式，一种是条件满足时执行循环体；另一种则相反，在条件不满足时执行循环体。前者称为当型循环，后者称为直到型循环。
在图1中，虚线框内是一个当型循环结构，此结构包含判断条件和循环体，以及连接各部分的流向线。程序执行时，先判断条件的真假。判断为真时，则执行循环体；判断为假时，不再执行循环体，循环结束。当型循环先进行条件判断，如果满足循环条件，再执行循环体，因此又被称为前测试型循环。
▲图1 当型循环结构
在图2中，虚线框内是一个直到型循环结构，此结构包括判断条件和循环体，以及连接各部分的流向线。程序执行时，先执行一次循环体，再判断执行循环的结果是否满足判断条件。满足条件时，再次执行循环体；不满足条件时，不再执行循环体。直到型循环在执行判断前先进入循环体运行，因此又被称为后测试型循环。
▲图2 直到型循环结构
Python中主要有两种循环语句，即for语句和while语句。前者采用遍历的形式指定循环范围，后者视判断式返回值的情况而决定是否执行。要更灵活地操纵循环的流向，就要用到break、continue和pass等语句。
for循环是迭代循环，在Python中相当于一个通用的序列迭代器，可以遍历任何有序序列，如str、list、tuple等，也可以遍历任何可迭代对象，如dict。不同于C语言，Python中的for语句将遍历系列中的所有成员，遍历顺序为成员在系列中的顺序。需要注意，在for循环中改变任何序列的内容都是危险的！
for语句不属于当型循环或直到型循环，它遍历序列对象内的元素，对每个元素运行一次循环体，循环的步数在程序开始执行时已经指定，不属于条件判断。
在for语句中，for和in搭配组成for-in循环结构，for-in循环依次把list或tuple中的每个元素迭代出来。for语句的基本语法格式如下。
for 变量 in 序列: 操作语句
for语句常用的语法格式及其参数说明如下所示：
程序的执行从“for变量in序列”开始，该语句把序列中的每个元素代入变量，执行一遍操作语句1，重复的次数就是序列中元素的个数。
为了展示for循环的遍历功能，依次打印list中的姓名，如代码清单1所示。
# 单纯遍历的for语句 names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy'] # 遍历输出names中的元素 for name in names: print(name)
输出结果：
Michael Bob Tracy
for语句同样可以实现dict的遍历方法，如代码清单2所示。
dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
# 遍历键值对
print('key_value：', end = '')
for key, value in dic.items():
print(key, value, sep = ':', end = ' ')
# 遍历键
print('keys：', end = '')
for key in dic.keys():
print(key, end = ' ')
# 遍历值
print('values：', end = '')
for value in dic.values():
print(value, end = ' ')
输出结果：
key_value：a:1 b:2 c:3 d:4 keys：a b c d values：1 2 3 4
从代码清单2可以看到，for语句中用于遍历的“变量”不仅可以是Python默认的指代词，也可以是常规的变量。
和条件语句一样，循环语句也可以使用嵌套，作用同样是丰富程序的功能性。设计一个成绩录入系统，就必然要录入姓名和课程这两类信息，仅靠一层循环是无法实现的，可使用两层循环结构，如代码清单3所示。
students = ['小明', '小红']
subjects = ['语文', '数学']
sum1 = []
avg = []
for i in students:
print ('开始录入%s的考试成绩!'%i)
sum = 0
for j in subjects:
print('请输入%s成绩:'%j)
score = int(input())
sum += score
average = sum / 2
avg.Append(average)
sum1.append(sum)
print(students, '的总分依次是', sum1, ',', '平均分依次是', avg)
print('完成成绩录入！')
输出结果：
开始录入小明的考试成绩! 请输入语文成绩: 97 请输入数学成绩: 90 开始录入小红的考试成绩! 请输入语文成绩: 89 请输入数学成绩: 100 ['小明', '小红'] 的总分依次是 [187, 189] , 平均分依次是 [93.5, 94.5] 完成成绩录入！
理论上，for循环也可以无限嵌套，但并不推荐。
while语句是Python中最常用的递归结构。区别于for循环，while循环结构包含条件判断式，是一种条件循环，属于当型循环。
while语句最基本的形式包括一个位于顶部的布尔表达式，一个或多个属于while代码块的缩进语句。也可以在结尾处包含一个else代码块，它与while代码块是同级的，组成while-else的形式。while语句的基本语法格式如下。
while 条件表达式: 操作语句 1 操作语句 2
while语句常用的参数及其说明如下所示：
执行while语句时，只要顶部的条件表达式返回真值，就一直执行while部分嵌套的递归代码，当条件表达式返回假值时，不再执行操作语句，程序跳出while结构。
while语句的基础使用方法如代码清单4所示。
sum = 0 n = 99 while n > 0: sum += n n -= 2 print(sum)
输出结果：2500
如果布尔表达式不带有<、>、==、！=、in、not in等运算符，仅仅给出数值之类的条件，也是可以的。当while后写入一个非零整数时，视为真值，执行循环体；写入0时，视为假值，不执行循环体。也可以写入str、list或任何序列，长度非零则视为真值，执行循环体；否则视为假值，不执行循环体。
如果布尔表达式始终返回1，while语句就变成无限循环，如代码清单5所示。
# 布尔表达式为常数1，始终为真值
while 1:
print('循环')
输出结果：
循环 循环 …
# 布尔表达式每次递归运算都为2，始终为真值
x, y = 2, 1
while x / y:
print('循环')
x = x * 2
y = y * 2
输出结果：
循环 循环 …
运行代码清单5，将会不断打印出“循环”。代码清单5展示了制造无限循环的两种方式，既可以在while后写入一个固定的真值，也可以写入一个一直生成真值的表达式。要终止无限循环，可以使用快捷键Ctrl+C中断循环的执行，也可以用循环终止语句，这将在下文中介绍。
灵活地利用while语句中的布尔表达式及代入表达式的递归值，可以实现特别的功能，如代码清单6所示。
string = 'abcd' while string: print(string) # 该语句的递归计算是，每次从str的第2个字符开始截取 string = string[1:]
输出结果：
abcd bcd cd d
代码清单6包含一个自减迭代值，它并不通过明显的运算符实现自减，而是利用索引法则，x变量一直从str中第2个值截取至结尾，每次都将位于str最前面的字符截取掉，最终只剩下一个字符时，再次截取就只有空的结果，布尔表达式返回0，循环终止。
通过代码清单5和代码清单6可以看到，灵活地利用递归式，可以实现程序流向的控制。
while循环同样可以使用嵌套，嵌套的while循环实现成绩录入系统如代码清单7所示。
j = 1
while j <= 2:
sum = 0
i = 1
name = input('请输入学生姓名:')
while i <= 2:
print ('请输入第%d门的考试成绩: '%i)
sum += int(input())
i += 1
avg = sum / (i-1)
print(name, '的平均成绩是%d'%avg)
j += 1
print('学生成绩输入完成！')
输出结果：
请输入学生姓名:小明 请输入第1门的考试成绩: 98 请输入第2门的考试成绩: 88 小明 的平均成绩是93 请输入学生姓名:小红 请输入第1门的考试成绩: 65 请输入第2门的考试成绩: 100 小红 的平均成绩是82 学生成绩输入完成！
代码清单7的第1层while语句用于录入人名，第2层则在各人名下录入多门成绩，布尔表达式决定录入的人数和课程数。
在前两节中，已经介绍了Python中的两种循环语句。循环语句中还可以嵌入break、continue和pass语句，以灵活地改变流向，实现更多功能。
1. break
在Python中，break语句用于终止循环语句的执行。使用该语句时，即使循环条件判断为真，或序列未被完全递归，循环语句也会被立刻停止。
break语句一般配合条件判断使用，因为程序的终止必须是在某一条件被满足时执行。break语句在for循环和while循环中的使用如代码清单8所示。
# break语句用于for循环
string = "Python"
for i in string:
# 遍历至string中的字符n时，不再执行else代码块
if i == 'n':
break
else:
print("letter：{}". format(i))
输出结果：
letter：P letter：y letter：t letter：h letter：o
# break语句用于while循环 counts = 0 while True: print(counts) counts += 1 # 满足counts等于3时跳出循环，不再进入循环体 if counts == 3: break
输出结果：
0 1 2
从代码清单8可以看到，break语句用于for循环和while循环是有区别的。用于for循环时，只终止遍历中某一次的循环体执行；用于while循环时，整个循环被终止。
break只终止本层循环，如有多层嵌套的循环，在其中一层循环中写入break，只在这层循环中生效，程序将跳到上一层循环中继续运行，如代码清单9所示。
# 第1层循环，遍历次数为2
for i in range(2):
print("-----%d-----" %i)
# 第2层循环，遍历次数为10
for j in range(10):
# 使用break语句，j>1时不执行循环体
if j > 1:
break
print(j)
输出结果：
-----0----- 0 1 -----1----- 0 1
在代码清单9中，break语句在条件判断式“if j>1:”后被使用，因此尽管j的指定遍历次数为10，实际上遍历只运行两次。由于break语句只终止本层循环的运行，i依旧遍历执行了两次，而不是在第1次遍历过程末尾终止。
2. continue
Python中的continue语句用于跳出当前循环，并执行下一次循环，而break跳出整层循环，两者的功能具有明显区别。
如果一段代码中包含continue语句，循环执行至continue处时，先忽略本次循环，在本层仍满足条件的剩余循环次数中继续执行，不会终止这一层循环。实际上，如果在某一层的每次循环中都使用continue语句，就相当于使用break语句。
打印一个数表，要不打印某些指定的数字，或只打印某类数，就可以使用continue语句跳过一些循环次数，该语句在for循环和while循环中都可以自由地使用，如代码清单10所示。
# 当i等于1或3时，跳过continue后的print语句 for i in range(0,5): if i == 1 or i == 3: continue print(i)
输出结果：
0 2 4
# 如果遇到偶数，跳过continue后的print语句 counts = 0 while counts < 10: counts += 1 if counts % 2 == 0: continue print(counts)
输出结果：
1 3 5 7 9
break语句一旦用于嵌套循环中的第n层，该层循环会被终止，但在执行第n-1层循环时，仍会创造一个第n层循环并执行。continue语句同样如此，只是仍会执行某一层的剩余部分。因此，无论使用哪种循环终止语句，都只会影响使用终止语句的那一层循环，而不会干扰到其他层。continue语句用于循环的例子如代码清单11所示。
# 第1层循环，遍历次数为2
for i in range(2):
print("-----%d-----" %i)
# 第2层循环，遍历次数为5
for j in range(5):
# 当j等于2或4时，不执行循环体
if j == 2 or j == 4:
continue
print(j)
输出结果：
-----0----- 0 1 3 -----1----- 0 1 3
3. pass
pass是空语句，不做任何操作，只起到占位的作用，其作用是为了保持程序结构的完整性。尽管pass语句不做任何操作，但如果暂时不确定要在一个位置放上什么样的代码，可以先放置一个pass语句，让代码可以正常运行。pass语句并非循环或者条件语句的一部分，但与break、continue在代码形式上有些类似。
使用pass语句遍历输出str及数值计算，如代码清单12所示。
for element in "Python": # element为y时，不做任何操作，不会被输出 if element == "y": pass else: print(element)
输出结果：
P t h o n
counts = 0 while counts < 5: counts += 1 # i=3时，不执行循环体 if counts == 3: pass else: print(counts ** 2)
输出结果：
1 4 16 25
从代码清单12可以看到，Python在“P”和“t”之间占位，当循环遍历到“y”时不做任何操作；当i等于3时，幂运算不执行，但不影响其他数值。上述两个代码如果在pass的位置缺失，程序将无法执行，因为判断条件没有给出相应的执行语句，会导致逻辑出错。使用pass语句占位，一方面为了让程序正常执行，另一方面也是为了方便以后补充操作语句。
推导式是可以从一个数据序列构建另一个新的数据序列的结构体，能够非常简洁地构造新的变量。列表推导式是其中最常用的类型。
列表推导式又称为列表解析式，是Python迭代机制的一种应用，也是一种高效创建列list的方式，可以动态地创建list。由于列表推导式必须用到遍历循环，因此属于一种特殊的循环。
使用列表推导式时，需要将推导式写在[]中。list中的元素可以来源于其他类型序列、可迭代对象或自建的满足一定条件的序列。使用列表推导式的好处是代码更加简洁，实现效率更高。
列表推导式的基本语法格式如下：
[操作语句 for变量 in 序列 if 条件表达式]
列表推导式常用的参数及其说明如下所示：
列表推导式可以不包含条件表达式，只做遍历，生成list，如代码清单13所示。
vec = [-4, -2, 0, 2, 4] # 用vec中元素的倍数，创建一个数组 print([x * 2 for x in vec])
输出结果：
[-8, -4, 0, 4, 8]
# 创建一个包含2元tuple的list print([(x, x ** 2) for x in range(6)])
输出结果：
[(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]
在代码清单13中，除了列表推导式的简单形式，还说明了列表推导式中可以使用多样的函数和变量类型。另外，列表推导式中也可以包含条件语句，如代码清单14所示。
# 过滤list，删除list中的负数 print([x for x in vec if x >= 0])
输出结果：
[0, 2, 4]
列表推导式最大的优点还是简洁，这需要与常规的编程方式进行对比。如代码清单15所示，要创建一个平方数组成的list，这里的两种方式是等价的，但列表推导式的方式显然代码更加简洁。
# 创建一个平方数list：常规方式 squares = [] for x in range(10): squares.append(x ** 2) print(squares)
输出结果：
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
# 创建一个平方数list列表推导式 squares = [x ** 2 for x in range(10)] print(squares)
输出结果：
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
列表推导式中同样可以实现嵌套循环，如代码清单16所示。
# 打印由tuple组成的list，tuple中i由0至2，j由0至2 [(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
输出结果：
[(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]
# 打印由tuple组成的list，i在0至2之间且小于1，j在0至2之间且大于1 [(i, j) for i in range(0, 3) if i < 1 for j in range(0, 3) if j > 1]
输出结果：
[(0, 2)]
代码清单16所示的列表推导式将两个不同list中的元素整合到了一起。列表推导式中包含一对括号，在括号中有一个表达式，表达式后面紧跟一条for语句，然后是零条或多条for语句或if语句。通过for语句和if语句计算出表达式，结果作为新list的元素。
本文摘编自《Python3智能数据分析快速入门》，经出版方授权发布。
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