Python: Цикл While

Программы, которые мы пишем на курсе, становятся сложнее и объемнее. Они еще далеки от реальных программ, хотя уже заставляют напрячься.

В этом уроке мы переходим к одной из самых сложных базовых тем в программировании — циклам.

Прикладные программы помогают управлять сотрудниками, финансами и могут развлекать. Несмотря на различия, они выполняют заложенные в них алгоритмы, которые похожи. Алгоритм — это последовательность действий, которая приводит к ожидаемому результату.

Представим, что у нас есть книга, и мы хотим найти в ней конкретную фразу. Саму фразу мы помним, но не знаем, на какой она странице. Нам придется последовательно просматривать страницы до тех пор, пока не найдем нужную. Этот процесс и называется алгоритмом.

Алгоритм включает логические проверки и перебор страниц. Количество страниц, которое придется посмотреть, заранее неизвестно. Но сам процесс просмотра повторяется одинаковым образом. Чтобы выполнять повторяющиеся действия, нужны циклы. Каждый повтор называется итерацией.

Напишем функцию с простым циклом, который будет n раз выводить на экран строку 'Hello!':

def print_hello(n):
  counter = 0
  while counter < n:
      print('Hello!')
      counter = counter + 1

print_hello(2)
# => Hello!
# => Hello!

Теперь проанализируем пример функции с циклом, который выводит на экран числа от одного до числа-аргумента:

print_numbers(3)
# => 1
# => 2
# => 3

Эту функцию невозможно реализовать уже изученными средствами, так как количество выводов на экран заранее неизвестно. А с циклами проблем не будет:

def print_numbers(last_number):
  # i сокращение от index (порядковый номер)
  # используется по общему соглашению во множестве языков
  # как счетчик цикла
  i = 1
  while i <= last_number:
      print(i)
      i = i + 1
  print('finished!')

print_numbers(3)
# => 1
# => 2
# => 3
# => finished!

Цикл while состоит из трех элементов:

• Ключевое слово while
• Предикат — условие, которое указывается после while и вычисляется на каждой итерации
• Блок кода — тело цикла

Каждое выполнение тела называется итерацией. В примере выше print_numbers(3) вызвал три итерации, на каждой из которых была выведена на экран переменная i. Конструкция читается так: «делать то, что указано в теле цикла, пока истинно условие i <= last_number».

Разберем работу этого кода для вызова print_numbers(3):

# Инициализируется i
i = 1

# Предикат возвращает true, поэтому выполняется тело цикла
while 1 <= 3
# print(1)
# i = 1 + 1

# Закончилось тело цикла, поэтому происходит возврат в начало
while 2 <= 3
# print(2)
# i = 2 + 1

# Закончилось тело цикла, поэтому происходит возврат в начало
while 3 <= 3
# print(3)
# i = 3 + 1

# Предикат возвращает false, поэтому выполнение переходит за цикл
while 4 <= 3

# print('finished!');
# На этом этапе i равен 4, но он нам уже не нужен
# Функция завершается

Процесс, который порождает цикл, должен остановиться. За это отвечает программист.

Обычно задача сводится к введению переменной — счетчику цикла. Сначала он инициализируется — ему задается начальное значение. В нашем примере это строчка i = 1. Затем в условии цикла проверяется, не достиг ли счетчик своего предельного значения.

Предельное значение в примере определяется аргументом функции. Если условие цикла не выполнено, то тело не выполняется и интерпретатор двигается дальше — работает с инструкциями после цикла.

Если условие цикла истинно, то выполняется тело, в котором находится элемент остановки — изменение счетчика. Обычно его делают в конце тела, и это изменение — место, где нельзя обойтись без переменной. В примере выше за изменение отвечает строчка i = i + 1.

На этом моменте новички много ошибаются. Например, можно забыть увеличить счетчик или неправильно проверить его в предикате. Это приведет к зацикливанию — цикл будет работать бесконечно и программа никогда не остановится. В таком случае ее нужно завершить принудительно.

def print_numbers(last_number):
  i = 1
  # Этот цикл никогда не остановится
  # и будет печатать всегда одно значение
  while i <= last_number:
      print(i)
  print('finished!')

В некоторых случаях бесконечные циклы полезны. Мы не будем рассматривать такие ситуации, но покажем, как выглядит этот код:

while True:
  # Что-то делаем

Без циклов невозможно обойтись, когда алгоритм решения задачи требует повторения каких-то действий и количество этих операций заранее неизвестно.

Задание

Модифицируйте функцию print_numbers() так, чтобы она выводила числа в обратном порядке. Для этого нужно идти от верхней границы к нижней. То есть счётчик должен быть инициализирован максимальным значением, а в теле цикла его нужно уменьшать до нижней границы.

Пример вызова и вывода:

print_numbers(4)

4
3
2
1
finished!

Определения

• Цикл While - инструкция для повторения кода, пока удовлетворяется какое-то условие.