Python: Цикл While
Программы, которые мы пишем, становятся всё сложнее и объемнее. Они все ещё очень далеки от реальных программ, где количество строк кода измеряется десятками и сотнями тысяч (а иногда и миллионами), но текущая сложность уже способна заставить напрячься людей без опыта. Начиная с этого урока, мы переходим к одной из самых сложных базовых тем в программировании – циклам.
Любые прикладные программы служат очень прагматичным целям. Они помогают управлять сотрудниками, финансами, развлекают, в конце концов. Несмотря на различия, все эти программы выполняют заложенные в них алгоритмы, которые очень похожи между собой. Что это такое? Алгоритм — это последовательность действий (инструкций), которая приводит нас к некоему ожидаемому результату. В принципе, это описание подходит под любую программу, но под алгоритмами обычно понимается что-то более специфичное.
Представьте себе, что у нас есть книга и мы хотим найти внутри неё какую-то конкретную фразу. Саму фразу мы помним, но не знаем, на какой она странице. Как найти нужную страницу? Самый простой (и долгий) способ — последовательно просматривать страницы до тех пор, пока мы не найдем нужную. В худшем случае придется просмотреть все страницы, но результат мы всё равно получим. Именно этот процесс и называется алгоритмом. Он включает в себя логические проверки (нашли ли фразу) и перебор страниц. Количество страниц, которое придется посмотреть, заранее неизвестно, но сам процесс просмотра повторяется из раза в раз совершенно одинаковым образом. Для выполнения повторяющихся действий как раз и нужны циклы. Каждый повтор, в таком случае, 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 подробно проанализируем пример функции с циклом, который выводит на экран числа от 1 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 это не составит никаких проблем:
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 трёх элементов:
- Ключевое слово
while
. - Предикат. Условие, которое указывается после
while
. Это условие вычисляется на каждой итерации. - Блок кода (тело цикла).
Каждое выполнение тела называется итерацией. В нашем примере вызов print_numbers(3)
породил 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 (предикат) i <= last_number
». Разберём 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
Самое главное в цикле — завершение (выход). Процесс, который порождает цикл, должен в конце концов остановиться. Ответственность за остановку полностью лежит на программисте.
Обычно задача сводится к введению переменной, называемой «счётчиком цикла». Сначала он инициализируется, то есть ему задаётся начальное значение. В нашем примере это строчка i = 1
. Затем в условии цикла проверяется, не достиг ли счётчик своего предельного значения.
В нашем примере предельное значение определяется аргументом функции. Если условие цикла не выполнено, то тело не выполняется и интерпретатор двигается дальше, выполняя инструкции после цикла. Но если условие цикла истинно, то выполняется тело, в котором находится ключевой элемент остановки — изменение счетчика. Обычно его делают в конце тела, и это изменение — одно из редких мест, где невозможно обойтись без переменной. В нашем примере за изменение отвечает строчка i = i + 1
.
На этом моменте новички делают больше всего ошибок. Например, случайно забытое увеличение счётчика или неправильная проверка в предикате способны привести к зацикливанию. Это ситуация, при которой цикл работает бесконечно и программа никогда не останавливается. В таком случае приходится её завершать принудительно (кто знает, может быть когда зависают реальные программы, в этот момент внутри них выполняется бесконечный цикл).
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. Здесь мы такие случаи не рассматриваем, но полезно видеть как выглядит этот код:
while True:
# Что-то делаем
Подводя итог. Когда всё же нужны циклы, а когда можно обойтись без них? Физически невозможно обойтись без циклов тогда, когда алгоритм решения задачи требует повторения каких-то действий, как в примере с книгой, 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!
Упражнение не проходит проверку — что делать? 😶
Если вы зашли в тупик, то самое время задать вопрос в «Обсуждениях». Как правильно задать вопрос:
- Обязательно приложите вывод тестов, без него практически невозможно понять что не так, даже если вы покажете свой код. Программисты плохо исполняют код в голове, но по полученной ошибке почти всегда понятно, куда смотреть.
В моей среде код работает, а здесь нет 🤨
Тесты устроены таким образом, что они проверяют решение разными способами и на разных данных. Часто решение работает с одними входными данными, но не работает с другими. Чтобы разобраться с этим моментом, изучите вкладку «Тесты» и внимательно посмотрите на вывод ошибок, в котором есть подсказки.
Мой код отличается от решения учителя 🤔
Это нормально 🙆, в программировании одну задачу можно выполнить множеством способов. Если ваш код прошел проверку, то он соответствует условиям задачи.
В редких случаях бывает, что решение подогнано под тесты, но это видно сразу.
Прочитал урок — ничего не понятно 🙄
Создавать обучающие материалы, понятные для всех без исключения, довольно сложно. Мы очень стараемся, но всегда есть что улучшать. Если вы встретили материал, который вам непонятен, опишите проблему в «Обсуждениях». Идеально, если вы сформулируете непонятные моменты в виде вопросов. Обычно нам нужно несколько дней для внесения правок.
Кстати, вы тоже можете участвовать в улучшении курсов: внизу есть ссылка на исходный код уроков, который можно править прямо из браузера.
Определения
Цикл While - инструкция для повторения кода, пока удовлетворяется какое-то условие.