python UNIT 3 选择与循环(2)
目录
1。循环的优化
经典优化分析:
未优化的代码:
细节分析:
优化后的代码:
优化的细节:
性能对比
优化的关键在于:
经典习题讲解:(紫色的解析请重点关注一下)
1。例三
个人代码解析:
总代码演示:
例3-8:
个人代码解析:
总代码演示:
例3-9:
这种题的难度就在于两层循环的起始点和步长等的控制。
个人代码解析:
全部代码展示:
循环变形:
打印效果:
我们先来看一下循环的优化!!!
1。循环的优化
经典优化分析:
优化的核心在于减少循环内不必要的计算,通过将与循环变量无关的操作移到外部,从而提高性能。
未优化的代码:
import time
digits = (1, 2, 3, 4)
T1 = time.perf_counter()
for _ in range(1000): # 外层循环
result = []
for i in digits: # 第一个内层循环
for j in digits: # 第二个内层循环
for k in digits: # 第三个内层循环
result.append(i * 100 + j * 10 + k) # 在这里进行计算
T2 = time.perf_counter()
print('优化前程序运行时间:%s毫秒' % ((T2 - T1) * 1000))
细节分析:
i * 100
和j * 10
是每次内层循环中都需要计算的部分,但实际上,i
和j
的值在每个循环中是固定的。因此,它们每次重复计算没有意义。- 也就是说,在每一次
i
或j
循环不变时,我们多次重复计算了i * 100
和j * 10
。这个操作浪费了时间。
优化后的代码:
import time
digits = (1, 2, 3, 4)
T3 = time.perf_counter()
for _ in range(1000): # 外层循环
result = []
for i in digits: # 第一个内层循环
i = i * 100 # 将 i * 100 提取到第二层循环外部
for j in digits: # 第二个内层循环
j = j * 10 # 将 j * 10 提取到第三层循环外部
for k in digits: # 第三个内层循环
result.append(i + j + k) # 优化后的计算
T4 = time.perf_counter()
print(f'优化后程序运行时间:{(T4 - T3) * 1000}毫秒')
优化的细节:
-
提取计算到外层循环:
- 在未优化的版本中,
i * 100
和j * 10
在每次k
的循环时都被重复计算。而实际上,i * 100
在每次i
变化后才会变化,所以我们可以把它提取到for j in digits:
循环的外部。 - 同理,
j * 10
只需要在每次j
变化时计算一次,我们将它提取到for k in digits:
循环的外部。
优化后的计算公式变成了
i + j + k
,其中i
和j
预先乘好了系数,避免了重复计算。 - 在未优化的版本中,
-
减少了计算量:
- 通过提前计算
i * 100
和j * 10
,我们在最内层的k
循环中避免了这两项乘法操作。 - 在内层循环次数非常多的情况下(例如这里的 1000 * 4 * 4 * 4 = 64000 次),减少每次循环的计算量会显著提升效率。
- 通过提前计算
性能对比
- 优化前:循环中每次都重复进行
i * 100 + j * 10 + k
的运算,时间为 38.0651 毫秒。 - 优化后:通过将乘法移出循环,每次只进行
i + j + k
的简单加法运算,时间降到了 24.8886 毫秒。
优化的关键在于:
- 减少循环中的重复计算:如果某些计算可以在循环外部完成,不依赖于内部的循环变量,则应当提取到外层循环。
- 减少运算次数:乘法比加法的计算开销大,所以将乘法移出内层循环,改为在外层计算一次,能有效提升性能。
经典习题讲解:(紫色的解析请重点关注一下)
1。例三
虽然已经有答案了,但是我想说的是这个答案不是非常标准,有一个隐藏的bug!!!
个人代码解析:
num = 0;
scores = 0;
作用:初始化两个变量。
- num:用于计数有效的成绩输入(即学生人数)。
- scores:累加所有输入的成绩,用于后续计算平均成绩。
ret = 0;
while 1:
作用:进入一个无限循环,直到通过 break 语句显式退出。
- 1表示循环条件永远为真,因此这个循环会不断执行,直到用户输入退出条件(Q 或 q)。和上面的True一个意思
x = input("请输入学生成绩(按(Q或q结束):)")
作用:使用 input() 获取用户输入的成绩。
- 使用input函数充当输入函数用户的输入被赋值给变量 x。输入的内容总是字符串类型,因此后续可能需要进行类型转换。
if (x == 'Q' or x == 'q'):
break
作用:检查用户是否输入了 Q 或 q。
- 如果用户输入的是 Q 或 q,则终止循环(使用 break),结束成绩录入过程。
# if (x.upper() == 'Q'):
# break
upper()函数的作用是将一个字符串的全部字符转换成大写的,原本就是大写的不变,这里使用这个就避免了大小写要辨别两次的问题。
if (float(x) < 0):
continue
作用:将用户输入的 x 转换为浮点数,并检查是否为负数。
- 如果用户输入了负数,程序会跳过当前循环,不进行成绩累加和人数统计,直接进入下一次循环(通过 continue 跳过后续代码)。
num += 1# python里面没有++自增的这个用法
scores += float(x)
num += 1:学生人数计数器 num 增加 1,表示记录了一个有效的成绩。
scores += float(x):将用户输入的成绩(转换为浮点数)加到 scores 中,累积所有输入的成绩。
if (num == 0):
print(f'学生人数={num}, 平均成绩={scores}')
作用:在输入结束后,检查是否有有效成绩(即检查学生人数 num 是否为 0)。这里正是图片答案丢失的点,加上这个if判断可以有效解决这个bug
- 如果 num 为 0,说明用户没有输入任何有效成绩(没有录入任何非负数的成绩),程序输出提示“没有有效成绩输入”。
else:
print(f'学生人数={num}, 平均成绩={scores / num}')
作用:如果有有效成绩(num 不为 0),则计算并输出平均成绩。
- scores / num:将总成绩除以学生人数,计算平均成绩。
- 使用 f-string 格式化输出,显示学生人数和平均成绩。
总代码演示:
num = 0;
scores = 0;
ret = 0;
while 1:
x = input("请输入学生成绩(按(Q或q结束):)")
if (x == 'Q' or x == 'q'):
break
# if (x.upper() == 'Q'):
# break
if (float(x) < 0):
continue
num += 1# 没有++
scores += float(x)
if (num == 0):
print(f'学生人数={num}, 平均成绩={scores}')
else:
print(f'学生人数={num}, 平均成绩={scores / num}')
例3-8:
这个题的解法精妙之处在于使用了字典进行存储个数。
个人代码解析:
scores = [89, 70, 49, 87, 92, 84, 73, 71, 78, 81, 90, 37, 77, 82, 81, 79, 80,
82, 75, 90, 54, 80, 70, 68, 61]
作用:定义一个包含多个学生成绩的列表 scores。这里列表相当于数组来用了
列表内容:包含 24 个整数,代表不同学生的考试分数。
groups = {'优秀' : 0, '良':0, '中':0, '及格':0, '不及格':0}
作用:初始化一个字典 groups,用于统计不同分数段的学生人数。
字典内容:
- '优秀':统计分数 >= 90 的学生人数,初始值为 0。
- '良':统计分数在 80 到 89 的学生人数,初始值为 0。
- '中':统计分数在 70 到 79 的学生人数,初始值为 0。
- '及格':统计分数在 60 到 69 的学生人数,初始值为 0。
- '不及格':统计分数 < 60 的学生人数,初始值为 0。
这里等级和人数是构成对应关系的,这种对应关系有的KV模型的意思,我们现今所学的有数据构成这种KV关系的就只有字典了
for score in scores:
作用:使用 for 循环遍历 scores 列表中的每个分数,将每个分数赋值给变量 score。
if score >= 90:
groups['优秀'] += 1
作用:检查当前的 score 是否大于或等于 90。
- 如果是,则将 groups 字典中 '优秀' 的值加 1,表示又增加了一个优秀的学生。
elif score >= 80:
groups['良'] += 1
作用:如果上一个条件不满足,则检查 score 是否在 80 到 89 之间。
- 如果是,将 '良' 的值加 1。
elif score >= 70:
groups['中'] += 1
作用:如果上一个条件也不满足,检查 score 是否在 70 到 79 之间。
- 如果是,将 '中' 的值加 1。
elif score >= 60:
groups['及格'] += 1;
作用:检查 score 是否在 60 到 69 之间。
- 如果是,将 '及格' 的值加 1。
else:
groups['不及格'] += 1;
作用:如果以上条件都不满足,说明 score 小于 60。
- 将 '不及格' 的值加 1,统计不及格的学生人数。
print("groups = ", groups)
作用:输出 groups 字典的内容,显示各个分数段的学生人数。
输出格式:使用 print() 函数,前面添加了 "groups = " 作为描述,后面跟着字典内容。
print可以打印任何类型的数据
在循环部分有人会写成这个样子,也可以的,就是没有利用到条件直接的排除性,但是需要考虑两边的and的边界问题,也注意一下逻辑与的使用,python没有&&这个在C++表示逻辑与的字符
for score in scores:
if score >= 90 and score <= 100:
groups['优秀'] += 1
elif score >= 80 and score < 90:
groups['良'] += 1
elif score >= 70 and score < 80:
groups['中'] += 1
elif score >= 60 and score < 70:
groups['及格'] += 1;
else:
groups['不及格'] += 1;
总代码演示:
scores = [89, 70, 49, 87, 92, 84, 73, 71, 78, 81, 90, 37, 77, 82, 81, 79, 80,
82, 75, 90, 54, 80, 70, 68, 61]
groups = {'优秀' : 0, '良':0, '中':0, '及格':0, '不及格':0}
for score in scores:
if score >= 90:
groups['优秀'] += 1
elif score >= 80:
groups['良'] += 1
elif score >= 70:
groups['中'] += 1
elif score >= 60:
groups['及格'] += 1;
else:
groups['不及格'] += 1;
print("groups = ", groups)
例3-9:
这种题的难度就在于两层循环的起始点和步长等的控制。
个人代码解析:
for i in range(1, 10):
作用:这个循环从 1 到 9(包括 1,不包括 10)迭代,i 将取这些值之一。
for j in range(1, i + 1):
作用:这是一个嵌套循环,j 从 1 到 i(包括 i)迭代。随着 i 的增加,j 的范围也会增加。
print(f'{i} * {j} = {i * j : 2}', end = ' ')
作用:打印乘法表达式 i * j 的结果,格式化输出。{i * j : 2} 意味着结果的宽度至少为 2。格式化打印,end = ' ':这使得打印不换行,而是用空格分隔。
print()
作用:在内层循环结束后打印一个换行符,以便为下一个 i 的输出创建新的一行。
这部分代码打印一个标准的乘法表。每一行对应一个数字 i,显示了从 1 到 i 的乘法结果。
print()
作用:打印一个空行,以便在两个乘法表之间有一个间隔。
for i in range(1, 10):
作用:与之前相同,i 从 1 到 9 迭代。
for j in range(i, 10):
作用:这个嵌套循环从 i 到 9(包括 9)迭代,打印乘法表达式。
示例:当 i = 3 时,j 将取值 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9。由于可以观察到上三角形式打印每行开始j的值都等于i所以j的循环开始条件就是j == i
print(f'{i} * {j} = {i * j : <2}', end=' ' * 4)
作用:打印乘法表达式 i * j 的结果,格式化输出。{i * j : <2} 表示结果左对齐,宽度至少为 2。
{i*j:2<} 表示计算 i*j 并输出其结果,确保输出的宽度至少为 2 个字符,并且左对齐。
如果结果的字符数小于 2,就在右侧填充空格;如果字符数大于 2,则不做处理。
请区别于{i*j:<2},所以为了保证前面对齐我们要使用<2。
end=' ' * 4:这个地方的 end 参数实际上是空格字符。' ' * 4 会创建一个字符串 ' '(四个空格),因此在每个乘法表达式之后会添加四个空格。
print()
作用:在内层循环结束后打印一个换行符,以便为下一个 i 的输出创建新的一行。
这部分代码打印了另一种格式的乘法表,每一行显示了 i 乘以从 i 到 9 的结果,并且每个乘法表达式之间用四个空格分隔。
全部代码展示:
for i in range(1, 10):
for j in range(1, i + 1):
print(f'{i} * {j} = {i * j : 2}', end = ' ')
print()
print()
for i in range(1, 10):
for j in range(i, 10):
print(f'{i} * {j} = {i * j : <2}', end=' ' * 4)
print()
循环变形:
变形:(观察变形过程)
for i in range(1, 10):
for k in range(1, i):
作用:这个嵌套循环在每一行开始前,打印空格。k 从 1 到 i - 1 迭代,负责输出前导空格。
示例:当 i = 3 时,k 将取 1, 2,这意味着会打印两个空格。多了每行之前会打印一定量的空格的操作。
print(' ' * 6, end = ' ')
for j in range(i, 10):
print(f'{i} * {j} = {i * j : <2}', end=' ')
print()
打印效果:
相比之下,就是每行前面多了很多有规律的空格。
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