基本功：條件與循環
寫在前面
你好，我是禪墨！
哈哈哈，堅持第五天！今天的很重要！
前面幾節，一起學習了列表、元組、字典、集合和字符串等一系列 Python 的基本數據類型。但是，如何把這一個個基本的數據結構類型串接起來，組成一手漂亮的代碼呢？這就是我們今天所要討論的“條件與循環”。
我習慣把“條件與循環”，叫做編程中的基本功。爲什麼稱它爲基本功呢？因爲它控制着代碼的邏輯，可以說是程序的中樞系統。如果把寫程序比作蓋樓房，那麼條件與循環就是樓房的根基，其他所有東西都是在此基礎上構建而成。毫不誇張地說，寫一手簡潔易讀的條件與循環代碼，對提高程序整體的質量至關重要。
條件語句
首先，我們一起來看一下 Python 的條件語句，用法很簡單。比如，我想要表示 y=|x|這個函數，那麼相應的代碼便是：
# y = |x|
if x < 0:
y = -x
else:
y = x
和其他語言不一樣，我們不能在條件語句中加括號，寫成下面這樣的格式。
if (x < 0)
但需要注意的是，在條件語句的末尾必須加上冒號（:），這是 Python 特定的語法規範。
由於 Python 不支持 switch 語句，因此，當存在多個條件判斷時，我們需要用 else if 來實現，這在 Python 中的表達是 elif。語法如下：
if condition_1:
statement_1
elif condition_2:
statement_2
...
elif condition_i:
statement_i
else:
statement_n
不過要注意，if 語句是可以單獨使用的，但 elif、else 都必須和 if 成對使用。另外，在我們進行條件判斷時， 不少人喜歡省略判斷的條件，比如寫成下面這樣：
if s: # s is a string
...
if l: # l is a list
...
if i: # i is an int
...
...
關於省略判斷條件的常見用法，我大概總結了一下：
不過，切記，在實際寫代碼時，我們鼓勵，除了 boolean 類型的數據，條件判斷最好是顯性的。比如，在判斷一個整型數是否爲 0 時，我們最好寫出判斷的條件：
if i != 0:
…
而不是只寫出變量名：
if i:
…
循環語句
講完了條件語句，我們接着來看循環語句。所謂循環，顧名思義，本質上就是遍歷集合中的元素。和其他語言一樣，Python 中的循環一般通過 for 循環和 while 循環實現。
比如，我們有一個列表，需要遍歷列表中的所有元素並打印輸出，代碼如下：
l = [1, 2, 3, 4]
for item in l:
print(item)
1
2
3
4
你看，是不是很簡單呢？
其實，Python 中的數據結構只要是可迭代的（iterable），比如列表、集合等等，那麼都可以通過下面這種方式遍歷：
for item in :
…
這裏需要單獨強調一下字典。字典本身只有鍵是可迭代的，如果我們要遍歷它的值或者是鍵值對，就需要通過其內置的函數 values() 或者 items() 實現。其中，values() 返回字典的值的集合，items() 返回鍵值對的集合。
d = {'name': 'jason', 'dob': '2000-01-01', 'gender': 'male'}
for k in d: # 遍歷字典的鍵
print(k)
name
dob
gender
for v in d.values(): # 遍歷字典的值
print(v)
jason
2000-01-01
male
for k, v in d.items(): # 遍歷字典的鍵值對
print('key: {}, value: {}'.format(k, v))
key: name, value: jason
key: dob, value: 2000-01-01
key: gender, value: male
看到這裏你也許會問，有沒有辦法通過集合中的索引來遍歷元素呢？當然可以，其實這種情況在實際工作中還是很常見的，甚至很多時候，我們還得根據索引來做一些條件判斷。
我們通常通過 range() 這個函數，拿到索引，再去遍歷訪問集合中的元素。比如下面的代碼，遍歷一個列表中的元素，當索引小於 5 時，打印輸出：
l = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
for index in range(0, len(l)):
if index < 5:
print(l[index])
1
2
3
4
5
當我們同時需要索引和元素時，還有一種更簡潔的方式，那就是通過 Python 內置的函數 enumerate()。用它來遍歷集合，不僅返回每個元素，並且還返回其對應的索引，這樣一來，上面的例子就可以寫成:
l = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
for index, item in enumerate(l):
if index < 5:
print(item)
1
2
3
4
5
在循環語句中，我們還常常搭配 continue 和 break 一起使用。所謂 continue，就是讓程序跳過當前這層循環，繼續執行下面的循環；而 break 則是指完全跳出所在的整個循環體。在循環中適當加入 continue 和 break，往往能使程序更加簡潔、易讀。
比如，給定兩個字典，分別是產品名稱到價格的映射，和產品名稱到顏色列表的映射。我們要找出價格小於 1000，並且顏色不是紅色的所有產品名稱和顏色的組合。如果不用 continue，代碼應該是下面這樣的：
# name_price: 產品名稱(str)到價格(int)的映射字典
# name_color: 產品名字(str)到顏色(list of str)的映射字典
for name, price in name_price.items():
if price < 1000:
if name in name_color:
for color in name_color[name]:
if color != 'red':
print('name: {}, color: {}'.format(name, color))
else:
print('name: {}, color: {}'.format(name, 'None'))
而加入 continue 後，代碼顯然清晰了很多：
# name_price: 產品名稱(str)到價格(int)的映射字典
# name_color: 產品名字(str)到顏色(list of str)的映射字典
for name, price in name_price.items():
if price >= 1000:
continue
if name not in name_color:
print('name: {}, color: {}'.format(name, 'None'))
continue
for color in name_color[name]:
if color == 'red':
continue
print('name: {}, color: {}'.format(name, color))
我們可以看到，按照第一個版本的寫法，從開始一直到打印輸出符合條件的產品名稱和顏色，共有 5 層 for 或者 if 的嵌套；但第二個版本加入了 continue 後，只有 3 層嵌套。
顯然，如果代碼中出現嵌套裏還有嵌套的情況，代碼便會變得非常冗餘、難讀，也不利於後續的調試、修改。因此，我們要儘量避免這種多層嵌套的情況。
前面講了 for 循環，對於 while 循環，原理也是一樣的。它表示當 condition 滿足時，一直重複循環內部的操作，直到 condition 不再滿足，就跳出循環體。
while condition:
…
很多時候，for 循環和 while 循環可以互相轉換，比如要遍歷一個列表，我們用 while 循環同樣可以完成：
l = [1, 2, 3, 4]
index = 0
while index < len(l):
print(l[index])
index += 1
那麼，兩者的使用場景又有什麼區別呢？
通常來說，如果你只是遍歷一個已知的集合，找出滿足條件的元素，並進行相應的操作，那麼使用 for 循環更加簡潔。但如果你需要在滿足某個條件前，不停地重複某些操作，並且沒有特定的集合需要去遍歷，那麼一般則會使用 while 循環。
比如，某個交互式問答系統，用戶輸入文字，系統會根據內容做出相應的回答。爲了實現這個功能，我們一般會使用 while 循環，大致代碼如下：
while True:
try:
text = input('Please enter your questions, enter "q" to exit')
if text == 'q':
print('Exit system')
break
...
...
print(response)
except as err:
print('Encountered error: {}'.format(err))
break
同時需要注意的是，for 循環和 while 循環的效率問題。比如下面的 while 循環：
i = 0
while i < 1000000:
i += 1
和等價的 for 循環：
for i in range(0, 1000000):
pass
究竟哪個效率高呢？
要知道，range() 函數是直接由 C 語言寫的，調用它速度非常快。而 while 循環中的“i += 1”這個操作，得通過 Python 的解釋器間接調用底層的 C 語言；並且這個簡單的操作，又涉及到了對象的創建和刪除（因爲 i 是整型，是 immutable，i += 1 相當於 i = new int(i + 1)）。所以，顯然，for 循環的效率更勝一籌。
條件與循環往復
前面兩部分講了條件與循環的一些基本操作，接下來，我們重點來看它們的進階操作，讓程序變得更簡潔高效。
在閱讀代碼的時候，你應該常常會發現，有很多將條件與循環並做一行的操作，例如：
expression1 if condition else expression2 for item in iterable
將這個表達式分解開來，其實就等同於下面這樣的嵌套結構：
for item in iterable:
if condition:
expression1
else:
expression2
而如果沒有 else 語句，則需要寫成：
expression for item in iterable if condition
舉個例子，比如我們要繪製 y = 2*|x| + 5 的函數圖像，給定集合 x 的數據點，需要計算出 y 的數據集合，那麼只用一行代碼，就可以很輕鬆地解決問題了：
y = [value * 2 + 5 if value > 0 else -value * 2 + 5 for value in x]
再比如我們在處理文件中的字符串時，常常遇到的一個場景：將文件中逐行讀取的一個完整語句，按逗號分割單詞，去掉首位的空字符，並過濾掉長度小於等於 5 的單詞，最後返回由單詞組成的列表。這同樣可以簡潔地表達成一行：
text = ' Today, is, Sunday'
text_list = [s.strip() for s in text.split(',') if len(s.strip()) > 5]
print(text_list)
['Today', 'Sunday']
當然，這樣的複用並不僅僅侷限於一個循環。比如，給定兩個列表 x、y，要求返回 x、y 中所有元素對組成的元組，相等情況除外。那麼，你也可以很容易表示出來：
[(xx, yy) for xx in x for yy in y if xx != yy]
這樣的寫法就等價於：
l = []
for xx in x:
for yy in y:
if xx != yy:
l.append((xx, yy))
熟練之後，你會發現這種寫法非常方便。當然，如果遇到邏輯很複雜的複用，你可能會覺得寫成一行難以理解、容易出錯。那種情況下，用正常的形式表達，也不失爲一種好的規範和選擇。
寫在後面
有元素對組成的元組，相等情況除外。那麼，你也可以很容易表示出來：
[(xx, yy) for xx in x for yy in y if xx != yy]
這樣的寫法就等價於：
l = []
for xx in x:
for yy in y:
if xx != yy:
l.append((xx, yy))
熟練之後，你會發現這種寫法非常方便。當然，如果遇到邏輯很複雜的複用，你可能會覺得寫成一行難以理解、容易出錯。那種情況下，用正常的形式表達，也不失爲一種好的規範和選擇。
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