Оператор цикла while

Курс по Python: https://stepik.org/course/100707

На этом занятии начнем знакомиться с еще одним ключевым элементом компьютерных программ – циклами. Вначале, давайте я на простом примере покажу, о чем идет речь. Представим, что нам нужно вычислить сумму целых чисел от 1 до N. Причем, N может быть сколько угодно большой: тысяча, миллион и так далее. Понятно, что мы не можем здесь просто записать операторы сложения чисел друг за другом для вычисления этой последовательности. Тем более, что на момент написания программы, N может быть неизвестна. Вот в таких ситуациях нам на помощь, как раз, и приходят циклы.

Циклы позволяют реализовывать некие повторяющиеся действия. Например, предположим, что маленькие панды прыгают с горки в течение часа, пока мама-панда не позовет всех к столу – кушать. На уровне текста это можно записать, так:

цикл (пока не прошел час):
прыгаем с горки

То есть, пока истинно условие, цикл работает, как только условие становится ложным – прошел час, цикл завершается. Ровно так работает цикл while, о котором и пойдет речь на нашем занятии. Он имеет, следующее определение (синтаксис):

Вначале записывается ключевое слово while, затем, условие работы цикла, ставится двоеточие для определения блока операторов, работающих внутри этого цикла. Такой блок еще называют телом цикла, а ключевое слово while с условием – заголовком цикла.

Обратите внимание на форматирование. Здесь также, как и в условных операторах, набор операторов внутри тела цикла должны иметь одинаковые отступы относительно ключевого слова while.

Давайте вернемся к исходной задаче – вычисления суммы чисел от 1 до N и посмотрим, как здесь нам поможет цикл while. Вначале определим три вспомогательные переменные: N – значение последнего слагаемого; s – для хранения вычисленной суммы (начальное значение 0); i – значение текущего слагаемого (начинается с 1):

N = 1000
s = 0
i = 1

Далее, так как сумму нужно вычислять, пока слагаемое i не достигнет значения N, то условие цикла можно определить, следующим образом:

while i <= N:

А внутри цикла будем выполнять следующие действия:

s += i
i += 1

Вначале i равна 1 и эта единица прибавляется к сумме s. После чего i увеличивается на 1 и становится равной 2. Затем, выполняется проверка условия цикла. Пока оно у нас истинно, поэтому снова попадаем внутрь тела цикла и к s прибавляется уже значение 2, а i опять увеличиваем на 1 и оно становится равным 3. И так до тех пор пока i не станет больше N. К этому моменты мы просуммируем все числа и результат будет храниться в переменной s. Вот принцип работы циклов, причем, во всех языках программирования, не только в Python.

Также однократное выполнение тела цикла в программировании называют итерацией. Я буду часто использовать этот термин, поэтому привел его, чтобы вы меня правильно понимали.

Давайте реализуем теперь эту программу на Python и посмотрим как она сработает.

Возможно, у вас возник вопрос: а какие условия можно прописывать в циклах? В действительности, все те же самые, что и в условных операторах. В том числе и составные. Например, давайте будем вычислять сумму пока не дойдем до слагаемого N или до значения 50. Так как цикл работает, пока истинно условие, то его следует записать, так:

while i <= N and i <= 50:
    ...

Смотрите, мы здесь указали делать цикл пока i меньше или равна N и меньше или равна 50. Если хотя бы одно из этих подусловий окажется ложным, то и все составное условие также станет ложным и цикл завершится. В результате, i достигнет или N или 50. Вот это нужно хорошо себе представлять: в циклах прописываются условия их работы, а не завершения.

Используя этот же цикл, мы легко можем поменять условие задачи и вычислить сумму чисел, которые меняются через один:

1, 3, 5, 7, …

Для этого достаточно счетчик i увеличивать не на 1, а сразу на два:

i += 2

При этом, условие цикла можно оставить прежним. Он завершится, как только i превысит N или 50. Здесь уже нет гарантии, что последнее слагаемое будет именно N или 50, но нам это и не нужно, мы лишь указываем завершить цикл, когда превысим одно из этих значений.

Конечно, внутри тела цикла можно записывать любые операторы, в том числе и функцию print(). Давайте, например, отобразим в консоли цифры от 0 до 9:

i = 0
 
while i < 10:
    print(i)
    i += 1

Я здесь указал условие i меньше 10, а не i <= 9, так как оператор < работает несколько быстрее оператора <=. Поэтому на практике предпочтительно, по возможности, применять не составные, а простые операторы: меньше, больше, равно и не равно. Хотя использование <= или >= не критично и вполне допустимо. Но, все же, по возможности, лучше прописывать простые операторы в условиях циклов.

Если нам нужно реализовать убывающую последовательность чисел, например:

-1, -2, -3, …, -N

то это делается аналогично, только с уменьшающимся счетчиком:

N = -10
i = -1
 
while i >= N:
    print(i)
    i -= 1

Вообще, счетчик в цикле можно менять произвольным образом, например, умножая на два:

i *= 2

Здесь нет никаких ограничений.

В заключение этого занятия приведу еще пару примеров с оператором цикла while. Предположим, что пользователь вводит пароль, до тех пор, пока не введет верно. Это можно сделать, следующим образом:

pass_true = 'password'
ps = ''
 
while ps != pass_true:
    ps = input("Введите пароль: ")
 
print("Вход в систему осуществлен")

Вначале мы задаем пароль для проверки, затем, переменную ps, которая хранит введенный пользователем пароль и делаем цикл, пока пароли не совпадают. Обратите внимание, условие цикла – пока пароли не совпадают. Опять же, всегда следует помнить, что мы прописываем условие работы, а не остановки цикла. Поэтому здесь нам нужно проверять на несовпадение паролей и запрашивать у пользователя пароль, пока они не совпадут.

Наконец, внутри цикла while можно прописывать, например, и условные операторы. Давайте выведем все числа, кратные 3, которые нам встретятся при переборе целых значений от 1 до N:

N = 20
i = 1
 
while i <= N:
    if i % 3 == 0:
        print(i)
 
    i += 1

Как видите, все достаточно просто и очевидно. Здесь главное не забывать о правильном форматировании текста программы: функция print() находится внутри условия if, поэтому перед ней необходимы отступы. А сам блок условия имеет отступы относительно оператора while. Так определяются вложенные блоки операторов в языке Python. И об этом всегда следует помнить.

На этом мы завершим первое знакомство с оператором цикла while. На следующем уроке продолжим эту тему. А для закрепления текущего материала не забудьте выполнить несколько практических заданий. До встречи на следующем уроке.

Курс по Python: https://stepik.org/course/100707

Оператор цикла while

Видео по теме