🐍 Самоучитель по Python для начинающих. Часть 9: Особенности цикла for

Рассмотрим все тонкости использования простых и вложенных циклов for для ввода, обработки и вывода данных. Разберем дополнительные операторы и условия, а в конце статьи – решим 10 практических заданий.

Для выполнения повторяющихся, однотипных операций в программировании используются циклы. В Python таких циклов два:

• for – счетный цикл, повторяется определенное количество раз;
• while – условный цикл, повторяется до выполнения определенного условия.

В этой статье мы разберем цикл for, а в следующей – while.

Назначение цикла for в Python

Цикл for используется в двух случаях:

• Если нужно выполнить одну операцию (или набор из нескольких различных действий) определенное количество раз.
• Если необходимо провести итерацию (перебор) элементов коллекции – списка, строки, словаря, кортежа, множества – одновременно выполняя какие-либо операции с этими элементами.

В любом из этих случаев цикл for может быть:

• простым – состоящим из одного for-цикла;
• вложенным – состоящим из двух и более for-циклов.

Кроме того, цикл может содержать:

• простые и многоуровневые условия if… elif… else;
• оператор break для прерывания и continue для перехода к следующей итерации.

Каждый из этих вариантов мы рассмотрим ниже.

Структура простого цикла Python for

Простой цикл for выглядит так:

for название_переменной in range(число_повторений):
    тело цикла

Простейший пример такого цикла:

>>> for i in range(5):
    print('Python')
    
Python
Python
Python
Python
Python

Другой пример простого цикла – перебор элементов какой-либо коллекции:

for название_переменной in название_коллекции:
    тело цикла

Код и результат работы подобного цикла выглядят так:

>>> for i in 'Python':
    print(i)
    
P
y
t
h
o
n

Первая строка, открывающая цикл for, завершается двоеточием:. Такие двоеточия используются во многих конструкциях Python, не только в for, и каждый раз, обнаруживая :, интерпретатор будет ожидать индентацию (отступ) на следующей строке. Отступы в Python разделяют код на логические блоки (в других языках такое разделение происходит с помощью иных знаков – фигурных скобок, точки с запятой). В соответствии с руководством PEP8, отступ может состоять либо из 4 пробелов, либо из одного символа табуляции Tab. Индентация пробелами – предпочтительна, табами – допустима. Однако недопустимо смешивать пробелы и табуляцию – это сразу же приведет к ошибке:

TabError: inconsistent use of tabs and spaces in indentation

Недостаток или избыток пробелов также приводят к ошибке, поскольку не дают интерпретатору определить, к какому именно логическому блоку относится фрагмент кода:

IndentationError: unindent does not match any outer indentation level

Структура вложенного цикла for

Любой цикл for может включать в себя другой for-цикл (или даже несколько):

lst1 = ['1', '2', '3', '4', '5']
lst2 = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
for i in lst1:
    for j in lst2:
        print(i + j)

Во время выполнения вложенного цикла Python сначала перебирает все элементы внутреннего цикла, а затем переходит к следующему элементу внешнего цикла:

1a
1b
1c
1d
1e
2a
2b
2c
2d
2e
3a
3b
3c
3d
3e
4a
4b
4c
4d
4e
5a
5b
5c
5d
5e

Структура цикла for с условием

Для проверки соответствия переменных (элементов) каким-либо условиям в Python используется конструкция вида if… elif… else…:

age = int(input('Сколько тебе лет? '))
if age < 7:
    print('В какой детсад ходишь?')
elif 7 <= age <= 18:
    print('В какой школе учишься?')
elif 18 <= age <= 23:
        print('Учишься в ВУЗе?')
elif 60 <= age < 90 :
        print('Уже не работаешь?')        
elif age > 90:
        print('Долгожитель!')
else:
    print('Где работаешь?')

Разумеется, при решении более простых задач условие может выглядеть гораздо проще:

st = 'abracad5bra'
for i in st:
    if not i.isalpha():
        print(i)

Структура цикла for с прерыванием break и пропуском continue

Иногда цикл нужно завершить досрочно в связи с обнаружением какого-либо значения или события. В этом случае используют оператор break:

st = '32ey.5yhsf$h%owe82038e-3q0dwaefsfdgfhyfWfd9fG'
for i in st:
    if i.isdigit() and int(i) > 8:
        break

Выполнение этого кода прервется, как только интерпретатор дойдет до цифры 9 в строке st.

Помимо прерывания цикла, часто возникает необходимость не совершать операцию (или набор действий) для определенного элемента. Для этого используют оператор continue, который переходит к следующей итерации при обнаружении элемента, который не следует обрабатывать:

st = 'м.у$т^а>б(о@р'
for i in st:
    if not i.isalpha():
        continue
    else:
        print(i)

Этот код пропускает все символы, которые не являются буквами. Результат:

м
у
т
а
б
о
р

Ввод и вывод данных с помощью цикла for в Питоне

Цикл for часто используют для ввода данных. Например, так можно ввести вложенный список (матрицу) из n строк:

n = int(input())
lst = []
for i in range(n):
    lst.append(list(map(int, input().split())))

А так матрицу можно вывести:

# 1-й способ вывода
for i in lst:
    print(*i)

# 2-й способ вывода
for i in range(len(lst)):
    for j in range(len(lst)):
        print(lst[i][j], end=' ')
    print()
print() 

Результат вывода матрицы из 5 строк:

1 2 3 4 7
7 8 3 9 0
1 3 9 5 3
2 7 4 9 2
1 9 0 4 5

Особенности цикла for в Python

1. В цикле for может быть более одной переменной. Например, так можно вывести на экран элементы словаря:

>>> my_dict = {'цвет': 'красный', 'артикул': 'ABC123', 'цена': 650}
>>> for k, v in my_dict.items():
	print(f'{k} - {v}')
	
цвет - красный
артикул - ABC123
цена - 650

2. Если переменная не используется в теле цикла, вместо названия можно указывать символ подчеркивания _ :

>>> mydict = {}
>>> for _ in range(int(input())):
	k, v = input().split(': ')
	mydict[k.capitalize()] = v.title()
	
3
жанр: ужасы, триллер
название: "мизери"
автор: стивен кинг
>>> print(mydict)
{'Жанр': 'Ужасы, Триллер', 'Название': '"Мизери"', 'Автор': 'Стивен Кинг'}

3. В цикле for можно использовать дополнительные параметры функции range() – старт и шаг:

>>> for i in range(1, 12, 2):
	print('*' * i)
	
*
***
*****
*******
*********
***********

4. Для проверки множества условий в цикле for очень удобно использовать словарь:

ops = {'-':'a - b', '+':'a + b', '*': 'a * b', '/':'a / b'}
a, b = int(input('Введите значение a: ')), int(input('Введите значение b: '))
op = input('Введите знак операции: ')
if op in ops.keys():
    print(eval(ops[op]))
else:
    print('Поддерживаются операции +, -, * и /')

Без словаря код выглядел бы так:

a, b = int(input('Введите значение a: ')), int(input('Введите значение b: '))
op = input('Введите знак операции: ')
if op == '-':
    print(a - b)
elif op == '+':
    print(a + b)
elif op == '/':
    print(a / b)
elif op == '*':
    print(a * b)  
else:
    print('Поддерживаются операции +, -, * и /')

5. Несмотря на то, что во многих случаях цикл for – простой, вложенный, с условиями – можно заменить генератором или списковым включением, обычный цикл читается легче – сравните эти примеры:

Генератор:

my_dict = {s[0].lower(): s[1] for s in (input().split(': ') for _ in range(int(input())))}

Обычный цикл for:

for _ in range(int(input())):
    k, v = input().split(': ')
    my_dict[k.lower()] = v

Кроме того, решение многих задач с помощью циклов выглядит более понятным и интуитивным – сравните цикл и генератор для вычисления ряда Фибоначчи:

Цикл + кортежи:

f1, f2 = 1, 1
for i in range(int(input())):
    print(f1)
    f1, f2 = f2, f1 + f2

Генератор Фибоначчи:

fib = [1, 1]
calc = [fib.append(fib[i - 1] + fib[i - 2]) for i in range(2, int(input()))]
print(*fib)

6. Вложенные циклы делают код для ввода и вывода матриц (вложенных списков) довольно объемным. Предположим, что нужно написать программу для ввода и вывода матрицы n x m. При n = 4 и m = 3 результат вывода выглядит так:

2 5 6
1 7 8
9 0 3
4 7 5

Сравним код ввода и вывода, написанный с применением вложенных циклов и код, реализованный с помощью генератора:

Вложенные циклы:

n, m = int(input()), int(input())
matrix = []
for i in range(n):
    matrix.append([])
    for j in range(m):
        temp = input()
        matrix[i].append(temp)
for i in range(n):
    for j in range(m):
        print(matrix[i][j], end=' ')
    print()

Генератор:

n, m = int(input()), int(input())
matrix = [[input() for word in range(m)] for _ in range(n)]
[print(*i) for i in matrix]

7. Хотя генераторы и списковые включения являются, по сути, сжатой формой записи цикла, в синтаксисе циклов и генераторов есть различия. Например, в генераторax и списковыx включениях, в отличие от циклов, не используются операторы break и continue – вместо этого условие формулируется по-другому:

Цикл:

st = input()
sp = []
for i in st:
    if i.isalpha():
        sp.append(i)
    else:
        continue
print(sp)

Генератор:

sp2 = [i for i in st if i.isalpha()]
print(sp2)

8. Для параллельной итерации вместо вложенного цикла удобнее использовать простой for вместе с функцией zip():

>>> list1 = ['а', 'б', 'в', 'г', 'д']
>>> list2 = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> for i, j in zip(list1, list2):
        print(i + str(j))
а1
б2
в3
г4
д5 

Другой способ параллельной итерации – использование индекса одного из списков. Для обращения к индексам в range() включают функцию len():

>>> lst1 = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
>>> lst2 = [11, 12, 13, 14, 15]
>>> for i in range(len(lst1)):
	print(lst1[i], lst2[i])
	
a 11
b 12
c 13
d 14
e 15

9. Для работы с индексами в цикле часто используется функция enumerate():

>>> my_list = ['хард-рок', 'хэви-метал', 'хип-хоп', 'рэп', 'панк-рок']
>>> for i, j in enumerate(my_list):
	print(i, j)
	
0 хард-рок
1 хэви-метал
2 хип-хоп
3 рэп
4 панк-рок

10. При решении задач в циклах часто используют счетчики. Так, например, можно подсчитать количество отрицательных чисел:

lst = [5, 6, -3, 1, 12, -2, -7, 8, 3, 2]
k = 0
for i in lst:
    if i < 0:
        k += 1
print(f'Количество отрицательных чисел: {k}')  

Результат:

Количество отрицательных чисел: 3

Практика

Задание 1

Напишите программу, которая получает от пользователя число n и выводит n строк с результатом умножения чисел от 1 до n на символ *.

Пример ввода:

7

Вывод:

Умножаю * на 1: *
Умножаю * на 2: **
Умножаю * на 3: ***
Умножаю * на 4: ****
Умножаю * на 5: *****
Умножаю * на 6: ******
Умножаю * на 7: *******

Решение:

n = int(input())
for i in range(1, n + 1):
    print(f"Умножаю * на {i}: {'*' * i}")

Задание 2

Напишите программу, которая получает от пользователя строку целых чисел, и выводит:

• Количество положительных чисел.
• Произведение всех отрицательных чисел.
• Минимальное и максимальное числа без использования функций min() и max().

Пример ввода:

3 -5 2 4 12 7 3 4 6 9 25 -50 12 35 2 11

Вывод:

Количество положительных чисел: 14
Произведение отрицательных чисел: 250
Минимальное число: -50
Максимальное число: 35

Решение:

lst = map(int, input().split())
pos = 0
neg_prod = 1
min_num = 0
max_num = 0
for i in lst:
    if i > 0:
        pos += 1
    elif i < 0:
        neg_prod *= i
    if i < min_num:
        min_num = i
    elif i > max_num:
        max_num = i
print(f'Количество положительных чисел: {pos}')
print(f'Произведение отрицательных чисел: {neg_prod}')
print(f'Минимальное число: {min_num}')
print(f'Максимальное число: {max_num}')

Задание 3

Напишите программу, которая создает вложенный список из n строк, полученных от пользователя, и выводит сумму и произведение элементов каждого подсписка (без использования sum() и math.prod()).

Пример ввода:

6
4 5 6 7 8
2 1 3 9 8
6 4 3 2 6
9 7 6 3 2
1 4 5 7 2
7 3 2 1 6

Вывод:

Подсписок 0: сумма чисел = 30, произведение = 6720
Подсписок 1: сумма чисел = 53, произведение = 2903040
Подсписок 2: сумма чисел = 74, произведение = 2508226560
Подсписок 3: сумма чисел = 101, произведение = 5688657838080
Подсписок 4: сумма чисел = 120, произведение = 1592824194662400
Подсписок 5: сумма чисел = 139, произведение = 401391697054924800

Решение:

n = int(input())
lst = []
for i in range(n):
    lst.append(list(map(int, input().split())))

summa = 0
prod = 1
for i, j in enumerate(lst):
    for num in j:
        summa += num
        prod *= num        
    print(f'Подсписок {i}: сумма чисел = {summa}, произведение = {prod}')

Задание 4

Напишите программу, которая получает от пользователя строку текста и число n, а затем выводит вложенный список, в котором n последовательных элементов принадлежат разным подспискам.

Пример ввода:

абвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя
9

Вывод:

[['а', 'и', 'с', 'ъ'], ['б', 'й', 'т', 'ы'], ['в', 'к', 'у', 'ь'], ['г', 'л', 'ф', 'э'], ['д', 'м', 'х', 'ю'], ['е', 'н', 'ц', 'я'], ['ё', 'о', 'ч'], ['ж', 'п', 'ш'], ['з', 'р', 'щ']]

Решение:

st = list(input())
n = int(input())
result = []
for i in range(n):
    result.append(st[i::n])
print(result)

Задание 5

Напишите программу для транспонирования квадратной матрицы.

Пример ввода:

5
1 4 7 8 9
3 5 6 1 0
8 2 4 7 2
8 1 0 3 6
5 4 9 1 2

Вывод:

1 3 8 8 5
4 5 2 1 4
7 6 4 0 9
8 1 7 3 1
9 0 2 6 2

Решение:

n = int(input())
matrix = [input().split() for _ in range(n)]
for i in range(n):
    for j in range(i, n):
        matrix[i][j], matrix[j][i] = matrix[j][i], matrix[i][j]
for i in matrix:
    print(*i)  

Задание 6

Напишите программу, которая выводит на экран снежинку размера n x n. Элементы снежинки состоят из символов *, фон – из точек.

Пример ввода:

15

Вывод:

* . . . . . . * . . . . . . *
. * . . . . . * . . . . . * .
. . * . . . . * . . . . * . .
. . . * . . . * . . . * . . .
. . . . * . . * . . * . . . .
. . . . . * . * . * . . . . .
. . . . . . * * * . . . . . .
* * * * * * * * * * * * * * *
. . . . . . * * * . . . . . .
. . . . . * . * . * . . . . .
. . . . * . . * . . * . . . .
. . . * . . . * . . . * . . .
. . * . . . . * . . . . * . .
. * . . . . . * . . . . . * .
* . . . . . . * . . . . . . *

Решение:

n = int(input())
snowflake = [['.'] * n for _ in range(n)]

for i in range(n):
    for j in range(n):
        if i == n // 2 or j == n // 2:
            snowflake[i][j] = '*'
        elif i == j or i + j + 1 == n:
            snowflake[i][j] = '*'
            
for line in snowflake:
    print(*line)  

Задание 7

Напишите программу, которая:

• создает квадратную матрицу из полученных на вход строк;
• проверяет, является ли матрица симметричной относительно побочной диагонали;
• выводит Да или Нет в зависимости от результата.

Пример ввода:

4
1 2 3 1
2 2 2 3
3 3 2 2
4 3 2 1

Вывод:

Да

Решение:

n = int(input())
matrix = []
for _ in range(n):
    matrix.append(list(map(int, input().split())))
ans = 'Да'
for i in range(n - 1):
    for j in range(n - i - 1):
        if matrix[i][j] != matrix[n - j - 1][n - i - 1]:
            ans = 'Нет'
            break
    if ans == 'Нет':
        break
print(ans)

Задание 8

Напишите программу, которая получает от пользователя число 1 <= n <= 9, и выводит таблицу умножения для всех чисел от 1 до n.

Пример ввода:

5

Вывод:

1 * 1 = 1
1 * 2 = 2
1 * 3 = 3
1 * 4 = 4
1 * 5 = 5
1 * 6 = 6
1 * 7 = 7
1 * 8 = 8
1 * 9 = 9
 
2 * 1 = 2
2 * 2 = 4
2 * 3 = 6
2 * 4 = 8
2 * 5 = 10
2 * 6 = 12
2 * 7 = 14
2 * 8 = 16
2 * 9 = 18
 
3 * 1 = 3
3 * 2 = 6
3 * 3 = 9
3 * 4 = 12
3 * 5 = 15
3 * 6 = 18
3 * 7 = 21
3 * 8 = 24
3 * 9 = 27
 
4 * 1 = 4
4 * 2 = 8
4 * 3 = 12
4 * 4 = 16
4 * 5 = 20
4 * 6 = 24
4 * 7 = 28
4 * 8 = 32
4 * 9 = 36
 
5 * 1 = 5
5 * 2 = 10
5 * 3 = 15
5 * 4 = 20
5 * 5 = 25
5 * 6 = 30
5 * 7 = 35
5 * 8 = 40
5 * 9 = 45

Решение:

n = int(input())
for i in range(1, n + 1):
    for j in range(1, 10):
        print(i, '*', j, '=', i * j)
    print()

Задание 9

Напишите программу, которая получает на вход нечетное положительное число n, и выводит треугольник, указывающий вправо.

Пример ввода:

11

Вывод:

*
**
***
****
*****
******
*****
****
***
**
*

Решение:

n = int(input())
for i in range(1, n // 2 + 2):
    print('*' * i, sep='\n')
for i in range(n // 2, 0, -1):
    print('*' * i)

Задание 10

Напишите программу, которая:

• получает на вход x и y координаты n точек;
• подсчитывает количество точек в каждой из координатных четвертей.

Примечание: к четвертям не относят точки, лежащие непосредственно на координатных осях X и Y.

Пример ввода:

8
-4 1
3 6
7 -9
-1 -10
15 5
-12 15
11 17
-10 1

Вывод:

Первая четверть: 3
Вторая четверть: 3
Третья четверть: 1
Четвертая четверть: 1

Решение:

q_1, q_2, q_3, q_4 = 0, 0, 0, 0
for _ in range(int(input())):
    x, y = [int(i) for i in input().split()]
    if int(x) > 0 and int(y) > 0:
        q_1 += 1
    elif int(x) < 0 and int(y) > 0:
        q_2 += 1
    elif int(x) < 0 and int(y) < 0:
        q_3 += 1
    elif int(x) > 0 and int(y) < 0: 
        q_4 += 1

print(f'Первая четверть: {q_1}', f'Вторая четверть: {q_2}', f'Третья четверть: {q_3}', f'Четвертая четверть: {q_4}', sep='\n')

Подведем итоги

Цикл for универсален – его можно использовать для ввода, обработки и вывода данных. Простые циклы удобнее заменять генераторами и списковыми включениями, но сложные лучше использовать в обычном, развернутом виде – это упрощает отладку и чтение кода.

В следующей статье будем изучать особенности цикла while.

Содержание самоучителя

1. Особенности, сферы применения, установка, онлайн IDE
2. Все, что нужно для изучения Python с нуля – книги, сайты, каналы и курсы
3. Типы данных: преобразование и базовые операции
4. Методы работы со строками
5. Методы работы со списками и списковыми включениями
6. Методы работы со словарями и генераторами словарей
7. Методы работы с кортежами
8. Методы работы со множествами
9. Особенности цикла for
10. Условный цикл while
    
11. Функции с позиционными и именованными аргументами
    
12. Анонимные функции
    
13. Рекурсивные функции
    
14. Функции высшего порядка, замыкания и декораторы
    
15. Методы работы с файлами и файловой системой
    
16. Регулярные выражения
    
17. Основы скрапинга и парсинга
    
18. Основы ООП: инкапсуляция и наследование
    
19. Основы ООП – абстракция и полиморфизм
    
20. Графический интерфейс на Tkinter
    
21. Основы разработки игр на Pygame
    
22. Основы работы с SQLite
    
23. Основы веб-разработки на Flask
    
24. Основы работы с NumPy
    
25. Основы анализа данных с Pandas