Изучаем Python

Содержательные подсказки

Каждый раз, когда в вашей программе используется функция input(), вы должны включать четкую, понятную подсказку, которая точно сообщит пользователю, какую информацию вы от него хотите получить. Подойдет любое предложение, которое сообщает пользователю, что нужно вводить. Пример:

greeter.py

name = input("Please enter your name: ")

print("Hello, " + name + "!")

Добавьте пробел в конце подсказки (после двоеточия в предыдущем примере), чтобы отделить подсказку от данных, вводимых пользователем, и четко показать, где должен вводиться текст. Пример:

Please enter your name: Eric

Hello, Eric!

Иногда подсказка занимает более одной строки. Например, вы можете сообщить пользователю, для чего программа запрашивает данные. Текст подсказки можно сохранить в переменной и передать эту переменную функции input(): вы строите длинное приглашение из нескольких строк, а потом выполняете одну компактную команду input().

greeter.py

prompt = "If you tell us who you are, we can personalize the messages you see."

prompt += "\nWhat is your first name? "

name = input(prompt)

print("\nHello, " + name + "!")

В этом примере продемонстрирован один из способов построения длинных строк. Первая часть длинного сообщения сохраняется в переменной prompt. Затем оператор += объединяет текст, хранящийся в prompt, с новым фрагментом текста.

Теперь содержимое prompt занимает две строки (вопросительный знак снова отделяется от ввода пробелом):

If you tell us who you are, we can personalize the messages you see.

What is your first name? Eric

Hello, Eric!

Использование int() для получения числового ввода

При использовании функции input() Python интерпретирует все данные, введенные пользователем, как строку. В следующем сеансе интерпретатора программа запрашивает у пользователя возраст:

>>> age = input("How old are you? ")

How old are you? 21

>>> age

'21'

Пользователь вводит число 21, но, когда мы запрашиваем у Python значение age, выводится '21' — представление введенного числа в строковом формате. Кавычки, в которые заключены данные, указывают на то, что Python интерпретирует ввод как строку. Но попытка использовать данные как число приведет к ошибке:

>>> age = input("How old are you? ")

How old are you? 21

(1) >>> age >= 18

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

(2)TypeError: unorderable types: str() >= int()

Когда вы пытаетесь сравнить введенные данные с числом в точке (1) , Python выдает ошибку, потому что не может сравнить строку с числом: строка '21', хранящаяся в age, не сравнивается с числовым значением 18; происходит ошибка (2).

Проблему можно решить при помощи функции int(), интерпретирующей строку как числовое значение. Функция int() преобразует строковое представление числа в само число:

>>> age = input("How old are you? ")

How old are you? 21

(1) >>> age = int(age)

>>> age >= 18

True

В этом примере введенный текст 21 интерпретируется как строка, но затем он преобразуется в числовое представление вызовом int() в точке (1) . Теперь Python может проверить условие: сравнить переменную age (которая теперь содержит числовое значение 21) с 18. Условие «значение age больше или равно 18» выполняется, и результат проверки равен True.

Как использовать функцию int() в реальной программе? Допустим, программа проверяет рост пользователя и определяет, достаточен ли он для катания на аттракционе:

rollercoaster.py

height = input("How tall are you, in inches? ")

height = int(height)

if height >= 36:

. .print("\nYou're tall enough to ride!")

else:

. .print("\nYou'll be able to ride when you're a little older.")

Программа может сравнить height с 36, потому что строка height = int(height) преобразует входное значение в число перед проведением сравнения. Если введенное число больше или равно 36, программа сообщает пользователю, что он прошел проверку:

How tall are you, in inches? 71

You're tall enough to ride!

Если пользователь вводит числовые данные, которые используются в вашей программе для вычислений и сравнений, обязательно преобразуйте введенное значение в его числовой эквивалент.

Оператор вычисления остатка

При работе с числовыми данными может пригодиться оператор вычисления остатка (%), который делит одно число на другое и возвращает остаток:

>>> 4 % 3

1

>>> 5 % 3

2

>>> 6 % 3

0

>>> 7 % 3

1

Оператор % не сообщает частное от целочисленного деления; он возвращает только остаток.

Когда одно число нацело делится на другое, остаток равен 0, и оператор % возвращает 0. Например, этот факт может использоваться для проверки четности или нечетности числа:

even_or_odd.py

number = input("Enter a number, and I'll tell you if it's even or odd: ")

number = int(number)

if number % 2 == 0:

. .print("\nThe number " + str(number) + " is even.")

else:

. .print("\nThe number " + str(number) + " is odd.")

Четные числа всегда делятся на 2. Следовательно, если остаток от деления на 2 равен 0 (number % 2 == 0), число четное, а если нет — нечетное.

Enter a number, and I'll tell you if it's even or odd: 42

The number 42 is even.

Ввод данных в Python 2.7

Если вы работаете с Python 2.7, для запроса данных у пользователя следует использовать функцию raw_input(). Эта функция интерпретирует весь ввод как строку — точно так же, как функция input() в Python 3.

В Python 2.7 также есть функция input(), но эта функция интерпретирует пользовательский ввод как код Python и пытается выполнить его. В лучшем случае Python не сможет интерпретировать введенные данные, и вы получите сообщение об ошибке; в худшем случае будет выполнен код, который вы выполнять не собирались. Итак, в Python 2.7 вместо функции input() используется функция raw_input().

Упражнения

7-1. Прокат машин: напишите программу, которая спрашивает у пользователя, какую машину он хотел бы взять напрокат. Выведите сообщение с введенными данными (например, “Let me see if I can find you a Subaru”).

7-2. Заказ стола: напишите программу, которая спрашивает у пользователя, на сколько мест он хочет забронировать стол в ресторане. Если введенное число больше 8, выведите сообщение о том, что пользователю придется подождать. В противном случае сообщите, что стол готов.

7-3. Числа, кратные 10: запросите у пользователя число и сообщите, кратно оно 10 или нет.

Цикл while в действии

Цикл while может использоваться для перебора числовой последовательности. Например, следующий цикл считает от 1 до 5:

counting.py

current_number = 1

while current_number <= 5:

. .print(current_number)

. .current_number += 1

В первой строке отсчет начинается с 1, для чего current_number присваивается значение 1. Далее запускается цикл while, который продолжает работать, пока значение current_number остается меньшим или равным 5. Код в цикле выводит значение current_number и увеличивает его на 1 командой current_number += 1. (Оператор += является сокращенной формой записи для current_number = current_number + 1.)

Цикл повторяется, пока условие current_number <= 5 остается истинным. Так как 1 меньше 5, Python выводит 1, а затем увеличивает значение на 1, отчего current_number становится равным 2. Так как 2 меньше 5, Python выводит 2 и снова прибавляет 1 и т.д. Как только значение current_number превысит 5, цикл останавливается, а программа завершается:

1

2

3

4

5

Очень многие повседневные программы содержат циклы while. Например, представьте компьютерную игру: цикл while выполняется, пока игра продолжается, и завершается, как только игрок захочет остановить игру. Вряд ли кого-нибудь обрадует, если программа завершает работу преждевременно или продолжает работать, когда ей приказали остановиться, так что циклы while весьма полезны.

Пользователь решает прервать работу программы

Программа parrot.py может выполняться, пока пользователь не захочет остановить ее, — для этого бульшая часть кода заключается в цикл while. В программе определяется признак завершения, и программа работает, пока пользователь не введет нужное значение:

parrot.py

(1) prompt = "\nTell me something, and I will repeat it back to you:"

prompt += "\nEnter 'quit' to end the program. "

(2)message = ""

(3)while message != 'quit':

. .message = input(prompt)

. .print(message)

В точке (1) определяется сообщение, которое объясняет, что у пользователя есть два варианта: ввести сообщение или ввести признак завершения (в данном случае это строка 'quit'). Затем переменной message (2) присваивается значение, введенное пользователем. В программе переменная message инициализируется пустой строкой "", чтобы значение проверялось без ошибок при первом выполнении строки while. Когда программа только запускается и выполнение достигает команды while, значение message необходимо сравнить с 'quit', но пользователь еще не вводил ­никакие данные. Если у Python нет данных для сравнения, продолжение выполнения становится невозможным. Чтобы решить эту проблему, необходимо предоставить message исходное значение. И хотя это всего лишь пустая строка, для Python такое значение выглядит вполне осмысленно; программа сможет выполнить сравнение, на котором основана работа цикла while. Цикл while (3) выполняется, пока значение message не равно 'quit'.

При первом выполнении цикла message содержит пустую строку, и Python входит в цикл. При выполнении команды message = input(prompt) Python отображает подсказку и ожидает, пока пользователь введет данные. Эти данные сохраняются в message и выводятся командой print; после этого Python снова проверяет условие команды while. Пока пользователь не введет слово 'quit', приглашение будет выводиться снова и снова, а Python будет ожидать новых данных. При вводе слова 'quit' Python перестает выполнять цикл while, а программа завершается:

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. Hello everyone!

Hello everyone!

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. Hello again.

Hello again.

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. quit

quit

Программа работает неплохо, если не считать того, что она выводит слово 'quit', словно оно является обычным сообщением. Простая проверка if решает проблему:

prompt = "\nTell me something, and I will repeat it back to you:"

prompt += "\nEnter 'quit' to end the program. "

message = ""

while message != 'quit':

message = input(prompt)

. .

. .if message != 'quit':

print(message)

Теперь программа проводит проверку перед выводом сообщения и выводит сообщение только в том случае, если оно не совпадает с признаком завершения:

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. Hello everyone!

Hello everyone!

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. Hello again.

Hello again.

Tell me something, and I will repeat it back to you:

Enter 'quit' to end the program. quit

Флаги

В предыдущем примере программа выполняла некоторые операции, пока заданное условие оставалось истинным. А что если вы пишете более сложную программу, выполнение которой может прерываться по нескольким разным условиям?

Например, компьютерная игра может завершаться по разным причинам: у игрока кончились все «жизни»; прошло отведенное время; все города, которые он должен был защищать, были уничтожены и т.д. Игра должна завершаться при выполнении любого из этих условий. Попытки проверять все возможные условия в одной команде while быстро усложняются и становятся слишком громоздкими.

Если программа должна выполняться только при истинности нескольких условий, определите одну переменную-флаг. Эта переменная сообщает, должна ли программа выполняться далее. Программу можно написать так, чтобы она продолжала выполнение, если флаг находится в состоянии True, и завершалась, если любое из нескольких событий перевело флаг в состояние False. В результате в команде while достаточно проверить всего одно условие: находится ли флаг в состоянии True. Все остальные проверки (которые должны определить, произошло ли событие, переводящее флаг в состояние False) удобно организуются в остальном коде.

Добавим флаг в программу parrot.py из предыдущего раздела. Этот флаг, который мы назовем active (хотя переменная может называться как угодно), управляет тем, должно ли продолжаться выполнение программы:

prompt = "\nTell me something, and I will repeat it back to you:"

prompt += "\nEnter 'quit' to end the program. "

(1) active = True

(2)while active:

. .message = input(prompt)

. .

(3) . .if message == 'quit':

. . . .active = False

(4) . .else:

. . . .print(message)

В точке (1) переменной active присваивается True, чтобы программа начинала работу в активном состоянии. Это присваивание упрощает команду while, потому что в самой команде while никакие сравнения не выполняются; вся логика реализуется в других частях программы. Пока переменная active остается равной True, цикл выполняется.

В команде if внутри цикла while значение message проверяется после того, как пользователь введет данные. Если пользователь ввел строку 'quit' (3), флаг active переходит в состояние False, а цикл while останавливается. Если пользователь ввел любой текст, кроме 'quit' (4), то введенные им данные выводятся как сообщение.

Результаты работы этой программы ничем не отличаются от предыдущего примера, в котором условная проверка выполняется прямо в команде while. Но теперь в программе имеется флаг, указывающий, находится ли она в активном состоянии, и вы сможете легко добавить новые проверки (в форме команд elif) для событий, с которыми переменная active может перейти в состояние False. Это может быть удобно в сложных программах — например, в компьютерных играх с многочисленными событиями, каждое из которых может привести к завершению программы. Когда по любому из этих событий флаг active переходит в состояние False, основной игровой цикл прервется, выводится сообщение о завершении игры, и у игрока появляется возможность сыграть еще раз.

Команда break и выход из цикла

Чтобы немедленно прервать цикл while без выполнения оставшегося кода в цикле независимо от состояния условия, используйте команду break. Команда break управляет ходом выполнения программы; она позволит вам управлять тем, какая часть кода выполняется, а какая нет.

Рассмотрим пример — программу, которая спрашивает у пользователя, в каких городах он бывал. Чтобы прервать цикл while, программа выполняет команду break, как только пользователь введет значение 'quit':

cities.py

prompt = "\nPlease enter the name of a city you have visited:"

prompt += "\n(Enter 'quit' when you are finished.) "

(1) while True:

. .city = input(prompt)

. .

. .if city == 'quit':

. . . .break

. .else:

. . . .print("I'd love to go to " + city.title() + "!")

Цикл, который начинается с while True (1) , будет выполняться бесконечно — если только в нем не будет выполнена команда break. Цикл в программе продолжает запрашивать у пользователя названия городов, пока пользователь не введет строку 'quit'. При вводе строки 'quit' выполняется команда break, по которой Python выходит из цикла:

Please enter the name of a city you have visited:

(Enter 'quit' when you are finished.) New York

I'd love to go to New York!

Please enter the name of a city you have visited:

(Enter 'quit' when you are finished.) San Francisco

I'd love to go to San Francisco!

Please enter the name of a city you have visited:

(Enter 'quit' when you are finished.) quit

примечание

Команда break может использоваться в любых циклах Python. Например, ее можно включить в цикл for для перебора элементов словаря.

Команда continue и продолжение цикла

Вместо того чтобы полностью прерывать выполнение цикла без выполнения оставшейся части кода, вы можете воспользоваться командой continue для возвращения к началу цикла и проверке условия. Например, возьмем цикл, который считает от 1 до 10, но выводит только нечетные числа в этом диапазоне:

counting.py

current_number = 0

while current_number < 10:

(1) . .current_number += 1

. .if current_number % 2 == 0:

. . . .continue

. .

. .print(current_number)

Сначала переменной current_number присваивается 0. Так как значение меньше 10, Python входит в цикл while. При входе в цикл счетчик увеличивается на 1 в точке (1) , поэтому current_number принимает значение 1. Затем команда if проверяет остаток от деления current_number на 2. Если остаток равен 0 (это означает, что current_number делится на 2), команда continue приказывает Python проигнорировать оставшийся код цикла и вернуться к началу. Если счетчик не делится на 2, то оставшаяся часть цикла выполняется, и Python выводит текущее значение счетчика:

1

3

5

7

9

Предотвращение зацикливания

У каждого цикла while должна быть предусмотрена возможность завершения, чтобы цикл не выполнялся бесконечно. Например, следующий цикл считает от 1 до 5:

counting.py

x = 1

while x <= 5:

. .print(x)

. .x += 1

Но если случайно пропустить строку x += 1 (см. далее), то цикл будет выполняться бесконечно:

# Бесконечный цикл!

x = 1

while x <= 5:

. .print(x)

Теперь переменной x присваивается начальное значение 1, но это значение никогда не изменяется в программе. В результате проверка условия x <= 5 всегда дает результат True, и цикл while выводит бесконечную серию единиц:

1

1

1

1

…

Любой программист время от времени пишет бесконечный цикл, особенно если в программе используются неочевидные условия завершения. Если ваша программа зациклилась, нажмите Ctrl+C или просто закройте терминальное окно с выводом программы.

Чтобы избежать зацикливания, тщательно проверьте каждый цикл while и убедитесь в том, что цикл прерывается именно тогда, когда предполагается. Если программа должна завершаться при вводе некоторого значения, запустите программу и введите это значение. Если программа не завершилась, проанализируйте обработку значения, которое должно приводить к выходу из цикла. Проверьте, чтобы хотя бы одна часть программы могла привести к тому, что условие цикла станет равно False или будет выполнена команда break.

примечание

В некоторых редакторах — например, в Sublime Text — используется встроенное окно вывода. Оно может усложнить прерывание бесконечных циклов; возможно, для выхода из цикла придется закрыть редактор.

Упражнения

7-4. Дополнения для пиццы: напишите цикл, который предлагает пользователю вводить дополнения для пиццы до тех пор, пока не будет введено значение 'quit’. При вводе каждого дополнения выведите сообщение о том, что это дополнение включено в заказ.

7-5. Билеты в кино: кинотеатр установил несколько вариантов цены на билеты в зависимости от возраста посетителя. Для посетителей младше 3 лет билет бесплатный; в возрасте от 3 до 12 билет стоит $10; наконец, если возраст посетителя больше 12, билет стоит $15. Напишите цикл, который предлагает пользователю ввести возраст и выводит цену билета.

7-6. Три выхода: напишите альтернативную версию упражнения 7-4 или упражнения 7-5, в которой каждый пункт следующего списка встречается хотя бы один раз.

• Завершение цикла по проверке условия в команде while.

• Управление продолжительностью выполнения цикла в зависимости от переменной active.

• Выход из цикла по команде break, если пользователь вводит значение ‘quit’.

7-7. Бесконечный цикл: напишите цикл, который никогда не завершается, и выполните его. (Чтобы выйти из цикла, нажмите Ctrl+C или закройте окно с выводом.)

Удаление всех вхождений конкретного значения из списка

В главе 3 функция remove() использовалась для удаления конкретного значения из списка. Функция remove() работала, потому что интересующее нас значение встречалось в списке только один раз. Но что если вы захотите удалить все вхождения значения из списка?

Допустим, имеется список pets, в котором значение 'cat' встречается многократно. Чтобы удалить все экземпляры этого значения, можно выполнять цикл while до тех пор, пока в списке не останется ни одного экземпляра 'cat':

pets.py

pets = ['dog', 'cat', 'dog', 'goldfish', 'cat', 'rabbit', 'cat']

print(pets)

while 'cat' in pets:

. .pets.remove('cat')

. .

print(pets)

Программа начинает со списка, содержащего множественные экземпляры 'cat'. После вывода списка Python входит в цикл while, потому что значение 'cat' присутствует в списке хотя бы в одном экземпляре. После входа цикл Python удаляет первое вхождение 'cat', возвращается к строке while, а затем обнаруживает, что экземпляры 'cat' все еще присутствуют в списке, и проходит цикл заново. Вхождения 'cat' удаляются до тех пор, пока не окажется, что в списке значений 'cat' не осталось; в этот момент Python завершает цикл и выводит список заново:

['dog', 'cat', 'dog', 'goldfish', 'cat', 'rabbit', 'cat']

['dog', 'dog', 'goldfish', 'rabbit']

Заполнение словаря данными, введенными пользователем

При каждом проходе цикла while ваша программа может запрашивать любое необходимое количество данных. Напишем программу, которая при каждом проходе цикла запрашивает имя участника и его ответ. Собранные данные будут сохраняться в словаре, потому что каждый ответ должен быть связан с конкретным пользователем:

mountain_poll.py

responses = {}

# Установка флага продолжения опроса.

polling_active = True

while polling_active:

. .# Запрос имени и ответа пользователя.

(1) . .name = input("\nWhat is your name? ")

. .response = input("Which mountain would you like to climb someday? ")

. .

. .# Ответ сохраняется в словаре:

(2) . .responses[name] = response

. .

. .# Проверка продолжения опроса.

(3) . .repeat = input("Would you like to let another person respond? (yes/ no) ")

. .if repeat == 'no':

. . . .polling_active = False

. . . .

# Опрос завершен, вывести результаты.

print("\n--- Poll Results ---")

(4)for name, response in responses.items():

. .print(name + " would like to climb " + response + ".")

Сначала программа определяет пустой словарь (responses) и устанавливает флаг (polling_active), показывающий, что опрос продолжается. Пока polling_active содержит True, Python будет выполнять код в цикле while.

В цикле пользователю предлагается ввести имя и название горы, на которую ему хотелось бы подняться (1) . Эта информация сохраняется в словаре responses в строке (2), после чего программа спрашивает у пользователя, нужно ли продолжать опрос (3). Если пользователь отвечает положительно, то программа снова входит в цикл while. Если же ответ отрицателен, флаг polling_active переходит в состояние False, цикл while перестает выполняться, и завершающий блок кода (4) выводит результаты опроса.

Если вы запустите эту программу и введете пару ответов, результат будет выглядеть примерно так:

What is your name? Eric

Which mountain would you like to climb someday? Denali

Would you like to let another person respond? (yes/ no) yes

What is your name? Lynn

Which mountain would you like to climb someday? Devil's Thumb

Would you like to let another person respond? (yes/ no) no

--- Poll Results ---

Lynn would like to climb Devil's Thumb.

Eric would like to climb Denali.

Упражнения

7-8. Сэндвичи: создайте список с именем sandwich_orders, заполните его названиями различных видов сэндвичей. Создайте пустой список с именем finished_sandwiches. В цикле переберите элементы первого списка и выведите сообщение для каждого элемента (например, «I made your tuna sandwich»). После этого каждый сэндвич из первого списка перемещается в список finished_sandwiches. После того как все элементы первого списка будут обработаны, выведите сообщение с перечислением всех изготовленных сэндвичей.

7-9. Без пастрами: используя список sandwich_orders из упражнения 7-8, проследите за тем, чтобы значение ‘pastrami’ встречалось в списке как минимум три раза. Добавьте в начало программы код для вывода сообщения о том, что пастрами больше нет, и напишите цикл while для удаления всех вхождений ‘pastrami’ из sandwich_orders. Убедитесь в том, что в finished_sandwiches значение ‘pastrami’ не встречается ни одного раза.

7-10. Отпуск мечты: напишите программу, которая опрашивает пользователей, где бы они хотели провести отпуск. Включите блок кода для вывода результатов опроса.