Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Информатика

Основы программирования на языке Python. Часть 2

3.5.2022
11250

На этой странице вы узнаете

  • Что такое табуляция и почему забыть про нее — катастрофа?
  • Как работают математические операторы сравнения и логические операторы?
  • В чем опасность применения range? 

На минутку представим себя богами. В первой части этой статьи мы с вами разобрали самые базовые элементы программирования. Или на нашем, на «божественном» — мы научились создавать самый простой мир, в котором живут разные человечки со своими особенностями, но без целей в жизни. Пора заставить их что-то делать и использовать свой потенциал по максимуму. Для этого переходим на новый уровень.

Условная конструкция. Табуляция

В этой статье мы будем переводить с алгоритмического языка на язык Python то, что выучили в одной из предыдущих статей — «Основы алгоритмов». Также мы успели изучить создание и применение переменных в Python, и то, какие типы данных могут быть им присвоены, в статье «Основы программирования на языке Python. Часть 1». Но далеко на этом не уедешь — нет никакой гибкости, никаких дополнительных возможностей, ничего интересного.

Условная конструкция if-elif-else — первый шаг на пути к разнообразию. Ее цель — совершать конкретные действия при конкретных обстоятельствах.

Эта логическая конструкция расшифровывается так — «если-иначе». Даже без нашего четкого осознания она появляется в повседневной жизни везде. Самая простая идея алгоритма с ветвлением (с условием): «Если в холодильнике нет продуктов, их надо купить, прежде чем начать готовить ужин, иначе можно сразу начинать готовку».

Как в программе Python выглядят ветвления?
Подробно разберем строение этой конструкции:

  • if — главная команда создания условия, ее одной уже достаточно. С ней конструкция будет выглядеть так:

if <условие>:
                <тело условия 1>

Если <условие> выполнится, то будет запущено <тело условия>, иначе не произойдет ничего.

x = 25
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
Вывод программы:
х больше 0
x = -6
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
Вывод программы:
ничего не будет выведено
  • else — команда, задающая альтернативу.

if <условие>:
                            <тело условия 1>
else:
                             <тело условия 2>

Если <условие> выполнится, то будет запущен блок <тело условия 1>, а если оно не выполнится — запустится <тело условия 2>.

x = 25
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
else:
    print(“х не больше 0”)

Вывод программы:
х больше 0
x = -6
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
else:
    print(“х не больше 0”)

Вывод программы:
х не больше 0
  • elif — команда для создания сложного условия, когда у нас есть не два исхода, а больше.

                if <условие 1>:
                                        <тело условия 1>
                    elif <условие 2>:
                                        <тело условия 2>
                    elif <условие 3>:
                                        <тело условия 3>

else:
                                        <тело условия n>

В зависимости от выполнения какого-то из <условий> будет запущено соответствующее <тело условия>. Команда else в данном случае не обязательна: если она есть, при невыполнении всех условий выполнится ее тело, а если ее нет — просто не произойдет ничего.

x = 25
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
elif x == 0:
    print(“х равен 0”)
else:
    print(“х меньше 0”)

Вывод программы:
х больше 0
x = 0
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
elif x == 0:
    print(“х равен 0”)
else:
    print(“х меньше 0”)

Вывод программы:
х равен 0
x = -6
if x > 0:
    print(“x больше 0”)
elif x == 0:
    print(“х равен 0”)
else:
    print(“х меньше 0”)

Вывод программы:
х меньше 0
Что такое табуляция и почему забыть про нее — катастрофа?

Давайте обратим внимание на отступы перед телами условий в примерах выше. Это табуляция, очень важная вещь в Python. Именно она отвечает за структуризацию блоков. Часть кода, строки в которой идут с одинаковой табуляцией, является одним блоком кода.

Табуляцию можно проставить либо нажатием клавиши Tab, либо используя несколько идущих подряд пробелов. Традиционно табуляции соответствует 4 пробела. Но нельзя одновременно использовать и пробелы, и Tab — в одном блоке должно быть только что-то одно.

Про табуляцию вообще нельзя забывать и нужно быть с ней аккуратнее:

  • если ее проставить неправильно — программа будет выполняться не так, как мы задумали;
  • если не проставить совсем — программа не сможет даже запуститься.

А чем вообще может быть условие команды?
Это должна быть такая конструкция, про которую определенно можно сказать, истинна она или ложна. Например, 5 > 1 — истина (True), а 5 > 10 — ложь (False).  

Для записи условий в Python предусмотрены как математические операторы сравнения, так и логические операторы:

Как работают математические операторы сравнения и логические операторы?

Математические операторы сравнения работают так же, как и в школьном курсе алгебры. Только обратите внимание, что большинство из них записывается иначе, и могут применяться не только для чисел, а и для других типов данных.

Про логические операторы подробнее можно узнать в статьях «Алгебра логики» и «Алгебра логики в программировании». Но с минимальным знанием английского языка смысл большинства из них будет понятен вам прямо сейчас:
— конъюнкция (and) — по смыслу максимально приближенная к союзу «и»;
— дизъюнкция (or) — по своему применению максимально приближена к союзу «или» в значении «или то, или это, или оба сразу»;
— отрицание (not) — используется для обозначения отрицания «не что-то»;
— импликация — обозначает следование чего-то одного из другого, «есть условие и какое-то следствие условия»;
— эквивалентность — это, говоря простыми словами, равенство.

Когда мы попробуем вывести на экран результат выполнения условия, мы увидим, что он может вернуть:

  • либо значение True, которое соответствует выполнению записанного условия;
  • либо False, соответствующее невыполнению условия. 

x = 15
y = 16
print(x == y)
print((y > x) and (x > 5))


Вывод:
False
True


Это как раз и есть тот самый тип данных bool из предыдущей части статьи.

А ниже приведен пример кода, в котором разная расстановка отступов дает нам совершенно разное поведение программ.

Циклы. Тип range

Как в программе Python выглядят циклы?

Циклы используются для многократного повторения определенной команды или набора команд. Для выделения тела цикла также используется табуляция

В Python есть два цикла — while и for.

Цикл while будет повторять команды своего тела до тех пор, пока выполняется условие, записанное для него. 

Структура записи этого цикла:

while <условие>:
    
                        <тело цикла>

Например, нам нужно уменьшать значение переменной a в 2 раза нацело до тех пор, пока она не станет меньше или равной переменной b. Для этого в условии цикла прописываем сравнение переменных, а в теле цикла — уменьшение значения переменной a. Пока условие выполняется (то есть принимает значение True), будет выполняться тело цикла, а когда оно перестанет выполняться — свою работу продолжит основной блок кода.


a = 1000000
b = 16
while a > b:
    a //= 2
print(a)


Вывод: 15


После первой итерации (запуска содержимого цикла) переменная а будет равна 500 000, после второй — 250 000 и т.п. Итерации будут повторяться, пока будет продолжать быть истинным выражение a > b. Когда итерации цикла завершаются, мы видим итоговое значение переменной а после всех делений — 15.

Бесконечный цикл — ситуация, когда цикл while сам по себе никогда не сможет завершить свою работу, то есть значение его условия никогда не перестанет быть равным True.

Но как вообще можно в него попасть?

  1. Случайно, когда в записи условия работы цикла была допущена ошибка.

В приведенном примере цикл будет работать до тех пор, пока значение переменной b больше 0. Но никакого изменения этой переменной не происходит, она не меняет своего значения, и, соответственно, никогда не станет меньше или равной 0. А значит, цикл никогда не завершит свою работу.

  1. Специально. Редко, но это имеет смысл. Например, когда условие работы цикла зависит от большого количества параметров, проще будет прямо в цикле указать, что ему стоит прекратить свою работу.

Для создания бесконечного цикла в условии работы нужно прописать выражение, результат которого всегда будет равен True. Например, это может быть само значение True или условие сравнения 0 == 0, также возвращающее всегда True (0 действительно всегда равен 0).

Для остановки цикла используется команда break. Когда цикл натыкается на нее, он моментально прекращает свою работу. Не сработает и последующий блок кода, не будет и следующего шага цикла — программа сразу перескакивает в основной блок кода после цикла.

В примере мы создали бесконечный цикл, но, как только значение a станет меньше или равным b, выполнится условие if и сработает команда break, которая завершит цикл.

Цикл for необходим для выполнения команды или набора команд определенное количество раз или перебора набора данных.

Этот цикл похож на человека, выкладывающего продукты на кассе в магазине. Сколько бы ни было продуктов в корзине — он каждый достанет из корзины и положит на ленту, перебирая по очереди все продукты.

Структура записи цикла for:

for <переменная> in <коллекция>:
<тело цикла>

Здесь мы сталкиваемся с понятием коллекции — той самой нашей «корзины с покупками», то есть какой-то структуры данных, содержащей много различных значений в себе. Пока что мы из таких типов структур данных знакомы со строками и списками из первой части статьи, а ниже в этой статье разберем еще одну — range.

Как работает цикл for? На каждом шаге цикла <переменная> будет принимать новое значение из <коллекции>, после чего будет выполняться <тело цикла>.

По традиции, если перебираемая переменная не несет в себе особой смысловой нагрузки, ее называют i, j или k.

<коллекция> может принимать любое значение, которое можно перебрать. 

Например:

  • перебор строк:
a = «abcd»
for i in a:
    print(i)
Вывод:
a
b
c
d
  • перебор списка:
a = [12, 34, 567, 8910]
for i in a:
    print(i)
Вывод:
12
34
567
8910
  • перебор диапазона range, который создает набор целых чисел.

Команда range позволяет создавать диапазоны — последовательности целых чисел, отличающихся друг от друга на одно и то же число — разницу или шаг диапазона.   

 Есть несколько способов создания диапазона:

  • range(a) — диапазон целых чисел от 0 до (a — 1) с шагом 1.
    Например: range(5) — 0, 1, 2, 3, 4.
  • range(a, b) — диапазон чисел от a до (b — 1) с шагом 1.
    Например: range(2, 7) — 2, 3, 4, 5, 6.
  • range(a, b, step) — диапазон чисел от a до (b — 1) с разницей между соседними числами, равной step.
    Например: range(1, 17, 3) — 1, 4, 7, 10, 13, 16.
В чем опасность применения range?

Важно сразу заметить — верхняя граница диапазона берется НЕ включительно. Если, например, верхней границей диапазона вы укажете 5, перебор произойдет только до 4. Если важно перебрать числа именно до 5 — верхней границей необходимо указать 6.
for i in range(2, 6):
    print(i)
Вывод:
2
3
4
5

Взаимозаменяемость циклов

Сейчас мы будем заниматься практикой, а заодно посмотрим, как с помощью разных циклов можно решить одну и ту же задачу.

Задача.
У нас есть список чисел a. Нужно вывести на экран его содержимое, по одному числу в строке. 

Решение №1.

Чтобы выполнить задачу, нам необходимо перебрать каким-то циклом все его элементы и каждый вывести на экран. Тогда напрашивается самое очевидное решение:


for i in a:
  print(i)


Мы берем каждый элемент списка и выводим его, все просто. Но это не единственный способ.

Решение №2.

Мы можем вместо элементов списка перебирать числа-позиции элементов в списке а и выводить на экран элементы на соответствующих позициях. Это можно сделать, например, так:


for i in range(len(a)):
  print(a[i])


Здесь len(a) — это длина списка а. Мы используем ее, чтобы понять, до какого числа надо перебирать i, чтобы на i-тых позициях списка все еще были элементы. Это же можно тоже записать другим способом:


i = 0
while i < len(a):
  print(a[i])
  i += 1


Разные подходы к применению циклов позволяют всегда выбирать наиболее удобный под конкретные задачи. Например, здесь нам не важны позиции элементов списка и проще всего было использовать первое решение. Но в разных контекстах задач могут быть разные преимущества и недостатки каждого из циклов.

Вложенные структуры

После знакомства с условными конструкциями и циклами разброс наших возможностей сильно возрастает. Но он возрастет еще сильнее, если мы научимся правильно их комбинировать и использовать одно в другом.

Для этого можем воспользоваться вложенными структурами, когда одна конструкция находится внутри другой.

Такой пример уже мелькнул — когда мы говорили о бесконечном цикле и команде break. Мы сделали так, что внутри цикла команда break выполнится только при истинности условия, для чего прямо внутри цикла while мы использовали условную конструкцию if.

Чтобы программа «не сошла с ума», пытаясь понять, где тело цикла, а где тело условия, мы продолжили использовать табуляцию. 

Весь блок условия находится в цикле, поэтому табуляция цикла никуда не делась. Тело вложенного условия получает свою собственную табуляцию прямо поверх предыдущей. Эти разные табуляции отмечены зеленым и синим цветом.

Вложенные структуры — удобный способ повысить возможности программы. Здесь мы никак не ограничены: мы можем вкладывать циклы в циклы, условия в условия, циклы в условия и так далее. Количество вложений также ничем не ограничено.

Важно запомнить: если друг в друга вкладывается несколько циклов for, их переменные должны иметь разные имена.

Разберем в качестве примера следующий код:


n = 1
for i in range(3):
  for j in range(2):
    n += 2
  n *= 3
print(n)



Какое число на экране будет в результате этой программы?

У нас есть внутренний цикл и внешний. Тело внутреннего цикла запускается дважды: при j = 0 и j =1. Каждый раз значение n увеличивается на 2. Значит, в процессе работы внутреннего цикла значение n увеличивается на 2 * 2 = 4.

Тогда тело внешнего цикла — прибавление к n 4 и умножение на 3. Цикл повторяется трижды — i принимает значения 0, 1, 2. Тогда после первой итерации внешнего цикла n=(1+4)*3=15, после второй итерации n=(15+4)*3=57, после третьей — n=(57+4)*3=183. 

На экран будет выведено 183.  

Импорт модулей

Для еще большего увеличения мощи нашей программы мы можем использовать модули — наборы инструментов с готовыми решениями части наших задач.

Это легко сравнить с проведением ремонта в квартире. Мы можем что-то сделать простыми инструментами, которые лежат на балконе. Но гораздо эффективнее будет съездить в магазин за специальными инструментами. Так мы не только шкаф — ракету соберем.

Какие есть модули и какие в них есть инструменты — мы будем изучать по мере необходимости. Сейчас главное — узнать, как именно это делается. И делать мы это будем на примере модуля math, в котором лежит прекрасная функция sqrt. Она умеет извлекать корни чисел. 

Если вдруг случилось так, что вы совсем забыли, как извлекаются корни чисел, то советуем обратиться к нашей статье по математике «Понятие корня».

Для получения инструментов модуля необходимо произвести его импорт — добавление модуля или его частей в программу. Сделать это можно несколькими способами:

  • Импорт всего модуля:

import math

При такой записи доступ к конкретной функции мы получим, прописав название этого модуля, после него через точку — название необходимой функции.

  • Импорт всех функций модуля:

from math import *

При такой записи в нашу программу попадают вообще все функции модуля, для доступа к которым теперь не нужно прописывать название самого модуля.

  • Импорт конкретных функций модуля:

from math import sqrt

Такая запись даст нам доступ только к конкретным функциям из всего модуля, которые мы импортируем.

Понимание условий и циклов необходимо для решения любых задач на программирование. Разберем пример задачи №6 ОГЭ.

Дана программа на языке программирования Python:

a = int(input())
b = int(input())
if a == 15 or b == 50:
    print(“Да”)
else:
    print(“Нет”)

Было проведено 9 запусков. В качестве переменных a и b пользователь вводил следующие значения. Первое значение – переменная a, второе значение – переменная b.

(15; 19); (19; 50); (10; 26); (10; 56); (8; 50); (10; 10); (50; 50); (10; 2); (10; 40).

Определите количество запусков, при которых программа выведет «Да».

Решение.
Заметим, что программа печатает «Да», если a = 15 или b = 50, то есть выполнение хотя бы одного из равенств говорит о том, что программа выведет «Да».

Проверим пары чисел на условия:
— (15; 19) выполнено a = 15;
— (19; 50) выполнено b = 50;
— (10; 26) — не выполнено;
-(10; 56) — не выполнено;
— (8; 50) выполнено b = 50;
— (10; 10) — не выполнено;
— (50; 50) выполнено b = 50;
— (10; 2) — не выполнено;
— (10; 40) — не выполнено.

Нам подойдут все пары, кроме тех, где написано «не выполнено». Их всего 4 штуки.

Ответ: 4

Существует математическое доказательство того, что с помощью циклов и условий можно реализовать совершенно любой алгоритм. Но использование циклов и условий — только самый базовый уровень программирования, и какие-то сложные вещи нам останутся недоступны. 

Это все равно что собирать автомобиль, имея под рукой только листы металла. Дальше вы узнаете про много особенностей языка, упрощающих создание алгоритмов, чтобы заменить эти листы металла на заготовки деталей и прочие более удобные для сборки элементы. Но прежде чем работать с более высокоуровневыми конструкциями, надо попрактиковаться в работе с уже пройденным материалом, например, в этой статье.

Фактчек

  • Табуляция — способ структуризации кода, где отдельные блоки кода выделяются отступами.
  • Условная конструкция if-elif-else необходима для выполнения определенных блоков кода при определенных исходах условия.
  • Циклы нужны для многократного повторения блока кода. Цикл while выполняет блок кода, пока выполняется переданное ему условие; цикл for перебирает переданные ему значения.
  • Импортируя модули, мы можем получить доступ к функциям, которые изначально в программе доступны не были.

Проверь себя

Задание 1. 

Без запуска кода определите, что будет выведено на экран в результате выполнения программы:


a = 110
if a < 100:
    a += 15
else:
    a -= 90
print(a)


  1. 125
  2. 35
  3. 90
  4. 20

Задание 2. 

Без запуска кода определите, что будет выведено на экран в результате выполнения программы:


x = 250
if x < 100:
    print(x + 25)
elif x <= 250:
    print(x — 100)


  1. 275
  2. 250
  3. 150
  4. Ничего

Задание 3. 

Без запуска кода определите, что будет выведено на экран в результате выполнения программы:


b = 0
for i in range(5):
    b = b + i
print(b)


  1. 0
  2. 5
  3. 10
  4. 15

Задание 4.

Без запуска кода определите, что будет выведено на экран в результате выполнения программы:


x = 50
y = 20
while x < y:
    x -= 20
print(x)


  1. 10
  2. 20
  3. 50
  4. Ничего

Ответы: 1. — 4; 2. 3; 3. 3; 4. — 3.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов