Цикл for

Содержание урока

Применение циклов
Итерации
Синтаксис for
range() и enumerate()
break и continue
else
Best practice

Циклы являются мощнейшим инструментом, предоставляемым высокоуровневыми языками программирования. Эти управляющие конструкции позволяют многократно выполнять требуемую последовательность инструкций. Циклы в языке Python представлены двумя основными конструкциями: while и for. Подробнее о циклах while вы можете прочитать здесь.

Применение циклов

Концепция циклов – это не просто очередная абстрактная выдумка программистов. Повторяющиеся раз за разом операции окружают нас и в реальной жизни:

🥣 добление щепотки приправ в варящийся бульон и помешивание его до тех пор, пока пакетик специй не закончится,

🕙 следование строгому расписанию каждый будний день, пока не наступят долгожданные выходные,

🌄 даже банальная смена времён год,

– всё это циклы, и представить нормальную жизнь без них попросту невозможно.

Впрочем, то же касается и программирования. Представьте, что вам нужно последовательно напечатать числа от 1 до 9999999999. В отсутствии циклов, эту задачу пришлось бы выполнять ручками, что потребовало бы колоссального количества кода и огромных временных затрат:

print(1)
print(2)
print(3)
# ...# 9999999995 строк# ...
print(9999999998)
print(9999999999)

Циклы же позволяют уместить такую многокилометровую запись в изящную и простую для понимания конструкцию, состоящую всего из двух строчек:

for i in range(1, 10000000000):
    print(i)

Смысл её крайне прост. В основе цикла for лежат последовательности, и в примере выше это последовательность чисел от 1 до 9999999999. for поэлементно её перебирает и выполняет код, который записан в теле цикла. В частности, для решения данной задачи туда была помещена инструкция, позволяющая выводить значение элемента последовательности на экран.

Итерации

Итерация (Iteration) – это одно из повторений цикла (один шаг или один "виток" циклического процесса). К примеру цикл из 3-х повторений можно представить как 3 итерации.
Итерируемый объект (Iterable) – объект, который можно повторять. Проще говоря это объект, который умеет отдавать по одному результату за каждую итерацию.
Итератор (iterator) – итерируемый объект, в рамках которого реализован метод __next__, позволяющий получать следующий элемент.

👉 Чтобы выполнить итерацию, Python делает следующее:

Вызывает у итерируемого объекта метод iter(), тем самым получая итератор.
Вызывает метод next(), чтобы получить каждый элемент от итератора.
Когда метод next возвращает исключение StopIteration, цикл останавливается.

Схема работы цикла "for" в Python

Синтаксис for

Как было замечено, цикл for python – есть средство для перебора последовательностей. С его помощью можно совершать обход строк, списков, кортежей и описанных выше итерируемых объектов.

В простейшем случае он выглядит так:

for item in collection:
# do something

Если последовательность collection состоит, скажем, из 10 элементов, for будет поочерёдно обходить их, храня значение текущего элемента в переменной item.

Принцип работы for максимально схож с таковым у циклов foreach, применяемых во многих других высокоуровневых языках.

aliceQuote = "The best way to explain it is to do it."
# с помощью цикла for посчитаем количество символов (с пробелами) в строке# зададим счетчик
count = 0
# будем посимвольно обходить весь текст
for letterin aliceQuote:
# на каждой новой итерации:
    # в переменной letter будет храниться следующий символ предложения;
    # увеличиваем счетчик на 1;
    count += 1

print(count)
> 39

range() и enumerate()

Вы уже наверняка запомнили, что for работает с последовательностями. В программировании очень часто приходится повторять какую-то операцию фиксированное количество раз. А где упоминается "количество чего-то", существует и последовательность, числовая.

👉 Для того чтобы выполнить какую-либо инструкцию строго определенное число раз, воспользуемся функцией range():

# скажем Миру привет целых пять раз!
for i in range(5):
    print("Hello World!")

>
Hello World!
Hello World!
Hello World!
Hello World!
Hello World!

range() можно представлять, как функцию, что возвращает последовательность чисел, регулируемую количеством переданных в неё аргументов. Их может быть 1, 2 или 3:

range(finish);
range(start, finish);
range(start, finish, step).

Здесь start – это первый элемент последовательности (включительно), finish – последний (не включительно), а step – разность между следующим и предыдущим членами последовательности.

# 0 - начальный элемент по умолчанию
for a in range(3):
    print(a)

>
0
1
2

# два аргумента
for b in range(7, 10):
    print(b)

>
7
8
9

# три аргумента
for c in range(0, 13, 3):
    print(c)

>
0
3
6
9
12

👉 Чрезвычайно полезная функция enumerate() определена на множестве итерируемых объектов и служит для создания кортежей на основании каждого из элементов объекта. Кортежи строятся по принципу (индекс элемента, элемент), что бывает крайне удобно, когда помимо самих элементов требуется ещё и их индекс.

# заменим каждый пятый символ предложения, начиная с 0-го, на *
text = "Это не те дроиды, которых вы ищете"
new_text = ""
for charin enumerate(text):
if char[0] % 5 == 0:
        new_text += '*'
else:
    new_text += char[1]
print(new_text)

> *то н* те *роид*, ко*орых*вы и*ете

break и continue

Два похожих оператора, которые можно встретить и в других языках программирования.

break – прерывает цикл и выходит из него;
continue – прерывает текущую итерацию и переходит к следующей.

# break
for num in range(40, 51):
     if num == 45:
             break
   print(num)

>
40
41
42
43
44

Здесь видно, как цикл, дойдя до числа 45 и вернув истину в условном выражении, прерывается и заканчивает свою работу.

# continue
for num in range(40, 51):
     if num == 45:
         continue
   print(num)

>
40
41
42
43
44
46
47
48
49
50

В случае continue происходит похожая ситуация, только прерывается лишь одна итерация, а сам же цикл продолжается.

else

Если два предыдущих оператора можно часто встречать за пределами Python, то else, как составная часть цикла, куда более редкий зверь. Эта часть напрямую связана с оператором break и выполняется лишь тогда, когда выход из цикла был произведен НЕ через break.

group_of_students = [21, 18, 19, 21, 18]
for age in group_of_students:
    if age < 18:
        break
else:
    print('Всё в порядке, они совершеннолетние')

> Всё в порядке, они совершеннолетние

Best practice

Цикл по списку

Перебрать list в цикле не составляет никакого труда, поскольку список – объект итерируемый:

# есть список
entities_of_warp = ["Tzeench", "Slaanesh", "Khorne", "Nurgle"]
# просто берём список, «загружаем» его в цикл и без всякой задней мысли делаем обход
for entity in entities_of_warp:
    print(entity)

>
Tzeench
Slaanesh
Khorne
Nurgle

Так как элементами списков могут быть другие итерируемые объекты, то стоит упомянуть и о вложенных циклах. Цикл внутри цикла вполне обыденное явление, и хоть количество уровней вложенности не имеет пределов, злоупотреблять этим не следует. Циклы свыше второго уровня вложенности крайне тяжело воспринимаются и читаются.

strange_phonebook = [
    ["Alex", "Andrew", "Aya", "Azazel"],
    ["Barry", "Bill", "Brave", "Byanka"],
    ["Casey", "Chad", "Claire", "Cuddy"],
    ["Dana", "Ditrich", "Dmitry", "Donovan"]
]
# это список списков, где каждый подсписок состоит из строк
# следовательно можно (зачем-то) применить тройной for
# для посимвольного чтения всех имён
# и вывода их в одну строку
for letter in strange_phonebook:
        for name in letter:
                for character in name:
            print(character, end='')

> A l e x A n d r e w A y a A z a z e l B a r ...

Цикл по словарю

Чуть более сложный пример связан с итерированием словарей. Обычно, при переборе словаря, нужно получать и ключ и значение. Для этого существует метод .items(), который создает представление в виде кортежа для каждого словарного элемента.

Цикл, в таком случае, будет выглядеть следующим образом:

# создадим словарь
top_10_largest_lakes = {
    "Caspian Sea": "Saline",
    "Superior": "Freshwater",
    "Victoria": "Freshwater",
    "Huron": "Freshwater",
}

# обойдём его в цикле for и посчитаем количество озер с солёной водой и количество озёр с пресной
salt = 0
fresh = 0
# пара "lake, water", в данном случае, есть распакованный кортеж, где lake - ключ словаря, а water - значение.# цикл, соответственно, обходит не сам словарь, а его представление в виде пар кортежей
for lake, water in top_10_largest_lakes.items():
        if water == 'Freshwater':
        fresh += 1
else:
       salt += 1
print("Amount of saline lakes in top10: ", salt)
print("Amount of freshwater lakes in top10: ", fresh)

> Amount of saline lakesin top10:  1
> Amount of freshwater lakesin top10:  3

Цикл по строке

Строки, по сути своей – весьма простые последовательности, состоящие из символов. Поэтому обходить их в цикле тоже совсем несложно.

word = 'Alabama'
for w in word:
    print(w, end=" ")

> A l a b a m a

Как сделать цикл for с шагом

Цикл for с шагом создается при помощи уже известной нам функции range, куда, в качестве третьего по счету аргумента, нужно передать размер шага:

# выведем числа от 100 до 1000 с шагом 150
for nums in range(100, 1000, 150):
    print(nums)

>
100
250
400
550
700
850

Обратный цикл for

Если вы еще не убедились в том, что range() полезна, то вот ещё пример: благодаря этой функции можно взять и обойти последовательность в обратном направлении.

# выведем числа от 40 до 50 по убыванию# для этого установим step -1
for nums in range(50, 39, -1):
    print(nums)

>
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40

for в одну строку

Крутая питоновская фишка, основанная на так называемых list comprehensions или, по-русски, генераторов. Их запись, быть может, несколько сложнее для понимания, зато очевидно короче и, по некоторым данным, она работает заметно быстрее на больших массивах данных.

В общем виде генератор выглядит так:

[результирующее выражение | цикл | опциональное условие]

Приведем пример, в котором продублируем каждый символ строки inputString:

# здесь letter * 2 — результирующее выражение; for letter in inputString — цикл, а необязательное условие опущено
double_letter = [letter * 2 for letter in "Banana"]

print(double_letter)
> ['BB', 'aa', 'nn', 'aa', 'nn', 'aa']

Другой пример, но теперь уже с условием:

# создадим список, что будет состоять из четных чисел от нуля до тридцати# здесь if x % 2 == 0 — необязательное условие
even_nums = [x for x in range(30) if x % 2 == 0]

print(even_nums)
[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28]