Python控制结构详解：条件、循环与列表推导式实战

0. 学习目标

Python是一门简洁且易于学习的面向对象编程语言，不仅具备强大的原生数据类型，还提供了直观的控制语句。在《Python基础教程》系列中，前文已介绍内置原生数据类型及程序与用户交互的输入输出方式。本节旨在全面讲解Python的控制语句，为后续学习奠定坚实基础，完整覆盖数据结构与算法所需的Python基础知识及核心思想，并辅以实战示例与详细解析。

• 理解并掌握 Python 条件语句与循环语句
• 掌握 Python 条件语句与循环语句的复杂嵌套以及列表解析式

1. 代码块与缩进

代码块是一组执行语句，Python中所有控制结构定义代码块的语法一致，既可用于满足特定条件时执行（如if语句），也可用于重复执行代码（如循环）。Python通过缩进（空格或制表符）来界定代码块。使用冒号（:）标识后续为代码块，且同一代码块内各行缩进量必须保持一致（通常每级缩进4个空格）：

if condition is True:
    print('this is a block')
    print('another line of this block')
print('escaped the previous block')

在定义函数体和类体时，同样遵循上述代码块缩进原则。

2. 条件语句

前述示例均为逐条执行，实际应用中需让程序根据条件选择执行特定语句块，此时布尔类型至关重要。

在布尔表达式中，标准值False、None、数值0以及空序列（如空字符串、空元组、空字典等）均被视为假（False），其余值均被视为真（True）。这意味着任何Python值均可解释为真值，但True和False是标准真值。与C语言中0表示假、1表示真不同，Python中True和False实际上是0和1的别名，作用完全相同：

>>> bool('')
False
>>> bool([0])
True
>>> bool('Hello world')
True
>>> True == 1
True
>>> True + 2
3

程序运行时，Python会自动将任意值转换为布尔值，无需显式转换：

# test_bool.py
string_test = 'Hello world'
if string_test:
    print('Automatic conversion ')

上述脚本执行结果如下，表明Python执行了自动转换：

Automatic conversion

需要注意的是，虽然值转换为真值后可能相等，例如 bool({}) == bool([]) == False，但本身它们并不相等，即 {} != []：

>>> bool({}) == bool([])
True
>>> {} == []
False

2.1 if 语句

条件语句（也称if语句）能够有条件地执行代码。如果条件（if和冒号之间的表达式）为真，则执行后续代码块；如果条件为假，则不执行：

if flag == True:
    flag = False
print(flag)

上述if语句称为单路分支结构。如果flag为True，则将其变为False，再打印flag值。另一种条件结构称为二元分支（也称if...else语句）：

answer = input('Please enter your answer: ')
if answer == 'A':
    print('Right!')
else:
    print('Error!')

在上述例子中，Python会检查用户输入答案，如果输入为A，则打印“Right!”，否则，会执行else分支打印“Error!”。

要检查多个条件，可使用elif，elif是else if的缩写，可以将其理解为包含条件的else子句：

num = int(input('Please enter a number: ')) 
if num > 0: 
    print('The number is positive') 
elif num < 0: 
    print('The number is negative') 
else: 
    print('The number is zero') 

需要注意的是，在使用elif时，最后的else是必需的，它用来在所有分支条件都不满足的情况下提供默认分支。

上述三种条件结构可以用以下流程图表示：

综上，我们可以总结出Python中，条件语句的最一般形式：

if first_condition:
    first_block
elif second_condition:
    second_block
elif third_condition:
    third_block
else:
    fourth_block

每个条件都是一个布尔表达式，每个代码块包含一个或多个满足条件时要执行的语句。如果第一个条件为真，则执行第一个代码块，而不会评估其他条件。如果第一个条件失败，则继续判断第二个条件，以此类推。if语句可以包括任意数量的elif子句（也可以为0个），最后一个else子句是可选的。

2.2 if 语句的嵌套

条件结构支持嵌套，即在if语句中调用任意数量的if语句：

if alcohol < 20:
    print('Does not constitute drinking behavior!')
else:
    if alcohol > 80:
        print('Already meet drinking and driving standards!')
    else:
        print('Has reached the standard for drunk driving!')

上述程序所表达的逻辑可以用流程图表示：

2.3 断言

为了让程序在错误条件出现时立即中止，Python还提供了类似if语句的关键字：assert，使用此关键字可以要求某些条件必须得到满足。assert语句类似检查点，当我们知道程序的执行必须满足特定条件，才能正确地运行时，使用assert语句可以及时终止程序运行，类似网站注册时邮箱格式正确性的检查：

>>> mail_1 = 'test123456789@gmail.com'
>>> assert mail_1.endswith('.com')
>>> mail_2 = 'test123456789@gmail.con'
>>> assert mail_2.endswith('.com')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError

为了说明程序终止的原因，可以在assert语句后添加说明字符串：

>>> assert mail_2.endswith('.com'),' Email must end with .com '
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError:  Email must end with .com

3. 循环

我们已经学习了如何在条件为真（或假）时执行代码块，但如何重复操作代码块多次呢？例如，打印1—100内的所有的偶数。我们当然可以写出50行print语句，但如果是这样，我们就不需要Python了。

Python提供了两种不同的循环结构。while循环允许对布尔条件进行重复测试，直到条件不能得到满足。for循环提供了遍历序列的迭代（例如字符串的字符、列表的元素或给定范围内的数字等）。

3.1 while 循环

while语句会在给定条件为真时重复执行代码块。例如，在下面的示例中，变量number被初始化为0，并且在while循环中，它每迭代一次就递增1，每次执行循环体前，首先进行条件判断，因此直到number等于5时结束循环：

number = 0
while number < 5:
    print('A total of {} time(s)'.format(number))
    number += 1

程序运行结果如下：

A total of 0 time(s)

A total of 1 time(s)

A total of 2 time(s)

A total of 3 time(s)

A total of 4 time(s)

3.2 for 循环

while语句可用于在条件为真时反复执行代码块，但有时候我们可能需要为序列中每个元素执行代码块。

为了介绍for循环，我们首先要了解可迭代对象，可迭代对象是可使用for循环进行遍历的对象，对于现阶段，我们可以只需将可迭代对象视为序列即可。 for语句可以用于遍历一个序列中的每个元素：

fruits = ['apple', 'orange', 'banana', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)

for语句将列表fruits中的每一个值依次赋给变量fruit。然后，代码块就会被执行。for语句的常见用法是在一定的值范围内进行有限次数的迭代。

我们已经在介绍数据类型list时，简单的介绍过内置函数range用于创建范围，range语法类似于切片，包含起始位置，但不包含结束位置。实际上，如果只提供了一个位置，将把这个位置视为结束位置，而起始位置为0。同时也可以为range函数提供步长参数，在范围内每隔若个元素提取一个元素：

for i in range(0, 10, 2):
    print('The square of {} equals {}'.format(i, i**2))

程序的输出结果如下：

The square of 0 equals 0

The square of 2 equals 4

The square of 4 equals 16

The square of 6 equals 36

The square of 8 equals 64

使用for循环还可以遍历字典，默认情况下，是遍历字典的键，如果需要遍历所有的值或键-值对，就需要用到字典的values和items方法了：

fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k in fruits:
    print(k, 'corresponds to', fruits[k])

上示代码等价于：

fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k, v in fruits.items():
    print(k, 'corresponds to', v)

3.3 中断循环

通常，循环会不断地执行代码块，直到条件为假或迭代完序列中的所有元素。但有时，我们可能需要开始新迭代（跳到下一次迭代开头，并不结束循环）或直接结束循环。

🔍 break

要结束循环，可使用break，假设要找到最大的三位水仙花数（每个位上的数字的3次幂之和等于它本身的三位数），可以从999开始向下迭代，找到一个水仙花数后，无需继续迭代，直接跳出循环：

for i in range(999, 99, -1):
    b = i % 10
    t = (i // 10) % 10
    h = i // 100
    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 == i:
        print(i)
        break

运行此程序，将在打印407后结束，在上述示例中，可以看到通过将range的步长设置为负数，让range反向迭代。

常规的while循环会在循环开头时进行判断用来结束循环，但有时我们想要循环在循环体中结束，这时就需要用到while True/break语法了，使用while True可以使循环永不结束，然后在循环体内使用if语句，当if语句的条件得到满足时调用break结束循环，例如在登陆界面中，只有用户输入了正确的用户名才能进行下一步操作：

users = ['root', 'admin', 'user_1']
while True:
    user = input('Please enter your name: ')
    if user in users:
        break
    print('User does not exist!')
print('The user name is correct!')

🔍 continue

当指定语句continue时，它结束当前迭代，并跳到下一次迭代开头。这基本上意味着跳过循环体中余下的语句，但不结束循环，例如计算所有水仙花数，如果使用语句continue，则可以写为：

for i in range(100, 1000):
    b = i % 10
    t = (i // 10) % 10
    h = i // 100
    if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 != i:
        continue
    print(i)

程序输出结果如下：

153

370

371

407

4. 控制语句综合嵌套

控制语句可以进行复杂的综合嵌套，可以通过打印九九乘法表来综合使用控制语句：

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):
        if i > j:
            print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j), end = '\t')
        elif i == j:
            print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j))
        else:
            continue

5. 列表解析式

列表推导是利用列表创建新列表的方式，列表推导的工作原理类似于for循环：

>>> [i**2 for i in range(10)]
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

在列表推导中也可以进行嵌套，例如添加更多的for循环和if语句：

>>> [[i, j] for i in range(10) for j in range(10) if i % 3 == 0 and j % 4 == 0]
[[0, 0], [0, 4], [0, 8], [3, 0], [3, 4], [3, 8], [6, 0], [6, 4], [6, 8], [9, 0], [9, 4], [9, 8]]

等价于：

new_list = []
for i in range(10):
    for j in range(1):
        if i % 3 == 0 and j % 4 == 0:
            new_list.append([i, j])

除了列表推导式外，还可以使用花括号来执行字典推导：

>>> print({i: i**3 for i in range(10)})
{0: 0, 1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125, 6: 216, 7: 343, 8: 512, 9: 729} 

注意：

1、循环也是以冒号(:)结尾

2、条件为各种算术表达式，

a) 当为真时，循环体语句组 1，重复执行

b) 当为假是，循环体语句组 2，停止执行

3、如果循环体忘记累计，条件判断一直为真，则为死循环。循环体一直实行。

a) 死循环有时候经常被用来构建无限循环

b) 可以使用 ctrl+c 终止，或者停止 IDE

总结

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