Topic 8.2 - `for` 循环的进阶用法¶

1. `for` 循环中的 `break`、`continue` 和 `else` 语句¶

在 Python 中，和 while 循环一样，for 循环可以与 break、continue 和 else 语句结合使用，以实现更复杂的控制流

break 语句：用于退出整个循环
continue 语句：用于跳过当前循环，继续下一次循环
else 语句：当循环正常结束（没有被 break 中断）时执行的代码块

我们先来看一个例子，演示 break 和 else 的用法：

以下代码中，当遇到名字 '李四' 时，循环会被 break 语句中断，因此不会执行 else 语句块

names = ['张三', '李四', '王五']
for name in names:
    if name == '李四':
        break
    print(name)
else:
    print("循环正常结束")

张三

如果将判断条件改为 if name == '赵六':，则不会触发 break，循环会正常结束，else 语句块会被执行

names = ['张三', '李四', '王五']
for name in names:
    if name == '赵六':
        break
    print(name)
else:
    print("循环正常结束")

张三
李四
王五
循环正常结束

我们再来看一个例子，演示 continue 的用法：

以下代码中，当遇到名字 '李四' 时，continue 语句会跳过当前循环，继续下一次循环

names = ['张三', '李四', '王五']
for name in names:
    if name == '李四':
        continue
    print(name)

张三
王五

当然，continue 也可以与 else 结合使用，如果循环中触发了 continue，则 else 语句块仍然会被执行，因为循环并没有被 break 中断

names = ['张三', '李四', '王五']
for name in names:
    if name == '李四':
        continue
    print(name)
else:
    print("循环正常结束")

张三
王五
循环正常结束

2. `for` 循环嵌套¶

for 循环嵌套和 while 循环嵌套的原理是一样的：

我们可以在 for 循环内部再嵌套一个 for 循环
内圈循环全部结束后，才会进行下一圈的外圈循环

for i in range(3):  
    print(f"外圈第{i+1}圈开始")
    for j in range(2): 
        print(f"  内圈第{j+1}圈")
    print(f"外圈第{i+1}圈结束")

外圈第1圈开始
  内圈第1圈
  内圈第2圈
外圈第1圈结束
外圈第2圈开始
  内圈第1圈
  内圈第2圈
外圈第2圈结束
外圈第3圈开始
  内圈第1圈
  内圈第2圈
外圈第3圈结束

在这个例子中：外圈循环使用变量 i 跑3圈，内圈循环使用变量 j 跑2圈：

第1圈外圈循环（i=0）：
- 输出 "外圈第1圈开始"
- 进入内圈循环：
  - 第1圈内圈循环（j=0）：输出 " 内圈第1圈"
  - 第2圈内圈循环（j=1）：输出 " 内圈第2圈"
- 内圈循环结束，输出 "外圈第1圈结束"
第2圈外圈循环（i=1）：
- 输出 "外圈第2圈开始"
- 进入内圈循环：
  - 第1圈内圈循环（j=0）：输出 " 内圈第1圈"
  - 第2圈内圈循环（j=1）：输出 " 内圈第2圈"
- 内圈循环结束，输出 "外圈第2圈结束"
第3圈外圈循环（i=2）：
- 输出 "外圈第3圈开始"
- 进入内圈循环：
  - 第1圈内圈循环（j=0）：输出 " 内圈第1圈"
  - 第2圈内圈循环（j=1）：输出 " 内圈第2圈"
- 内圈循环结束，输出 "外圈第3圈结束"

3. `for` 循环综合练习¶

(1) 打印九九乘法表¶

要求：
- 之前我们用 while 循环打印过九九乘法表，这次我们使用 for 循环来实现同样的功能
- 使用嵌套的 for 循环来打印九九乘法表会简单许多
以下代码是我们将 while 循环实现的逻辑改为 for 循环：

for row in range(1, 10):
    for col in range(1,10):
        if col <= row:  
            print(f"{col} * {row} = {row*col}", end="\t")
    print()

1 * 1 = 1   
1 * 2 = 2   2 * 2 = 4   
1 * 3 = 3   2 * 3 = 6   3 * 3 = 9   
1 * 4 = 4   2 * 4 = 8   3 * 4 = 12  4 * 4 = 16  
1 * 5 = 5   2 * 5 = 10  3 * 5 = 15  4 * 5 = 20  5 * 5 = 25  
1 * 6 = 6   2 * 6 = 12  3 * 6 = 18  4 * 6 = 24  5 * 6 = 30  6 * 6 = 36  
1 * 7 = 7   2 * 7 = 14  3 * 7 = 21  4 * 7 = 28  5 * 7 = 35  6 * 7 = 42  7 * 7 = 49  
1 * 8 = 8   2 * 8 = 16  3 * 8 = 24  4 * 8 = 32  5 * 8 = 40  6 * 8 = 48  7 * 8 = 56  8 * 8 = 64  
1 * 9 = 9   2 * 9 = 18  3 * 9 = 27  4 * 9 = 36  5 * 9 = 45  6 * 9 = 54  7 * 9 = 63  8 * 9 = 72  9 * 9 = 81

我们可以对这个代码进行一个小升级：
- 我们在内循环内加入 if col <= row 这个条件，其实是为了控制列号小于等于行号
- 其实，我们也可以直接把内循环的范围改为 range(1, row+1)，这个逻辑是内循环中列号的最大值是行号
- 这样就不需要 if 条件判断了
- 改进后的代码如下：

for row in range(1, 10):
    for col in range(1,row+1):
        print(f"{col} * {row} = {row*col}", end="\t")
    print()

1 * 1 = 1   
1 * 2 = 2   2 * 2 = 4   
1 * 3 = 3   2 * 3 = 6   3 * 3 = 9   
1 * 4 = 4   2 * 4 = 8   3 * 4 = 12  4 * 4 = 16  
1 * 5 = 5   2 * 5 = 10  3 * 5 = 15  4 * 5 = 20  5 * 5 = 25  
1 * 6 = 6   2 * 6 = 12  3 * 6 = 18  4 * 6 = 24  5 * 6 = 30  6 * 6 = 36  
1 * 7 = 7   2 * 7 = 14  3 * 7 = 21  4 * 7 = 28  5 * 7 = 35  6 * 7 = 42  7 * 7 = 49  
1 * 8 = 8   2 * 8 = 16  3 * 8 = 24  4 * 8 = 32  5 * 8 = 40  6 * 8 = 48  7 * 8 = 56  8 * 8 = 64  
1 * 9 = 9   2 * 9 = 18  3 * 9 = 27  4 * 9 = 36  5 * 9 = 45  6 * 9 = 54  7 * 9 = 63  8 * 9 = 72  9 * 9 = 81

(2) 学生信息管理 (计算机学院 Python 课真题类型)¶

要求：

以下是几个学生信息的列表：

names = ["Alice Smith", "Bob Johnson", "Charlie Lee"]
ages = [20, 20, 21]
genders = ["Female", "Male", "Male"]
citys = ["New York", "Los Angeles", "Chicago"]

将所有学生信息整理到一个列表套字典的数据格式当中，形式如下：

[
    {"First Name": "Alice", "Last Name": "Smith", "age": 20, "gender": "Female", "city": "New York"},
    {"First Name": "Bob", "Last Name": "Johnson", "age": 20, "gender": "Male", "city": "Los Angeles"},
    {"First Name": "Charlie", "Last Name": "Lee", "age": 21, "gender": "Male", "city": "Chicago"}
]

需求分析：
- 首先我们肯定要定义一个空列表 students = []，之后用循环将一个个的学生信息添加到这个列表中
- 我们可以使用 for 循环，但是这里有四个列表，我们知道 for 循环一次只能遍历一个列表，我们如何做到同时遍历四个列表呢？
- 这里我们可以使用 range(3) 函数来生成一个整数序列，这个序列的范围是列表的索引范围：
  - 当取到 range(3) 的第1个数字0时，我们就可以用0这个索引去访问四个列表的第1个元素
  - 当取到 range(3) 的第2个数字1时，我们就可以用1这个索引去访问四个列表的第2个元素
  - 当取到 range(3) 的第3个数字2时，我们就可以用2这个索引去访问四个列表的第3个元素
- 这样我们就可以通过一个 for 循环来同时遍历四个列表了
代码实现：

names = ["Alice Smith", "Bob Johnson", "Charlie Lee"]
ages = [20, 20, 21]
genders = ["Female", "Male", "Male"]
citys = ["New York", "Los Angeles", "Chicago"]

students = []

for i in range(3):

    full_name = names[i]
    full_name_list = full_name.split()
    first_name = full_name_list[0]
    last_name = full_name_list[1]

    age = ages[i]
    gender = genders[i]
    city = citys[i]

    student_id = f"Student {i+1}"

    student_sub_dict = {
        "First Name": first_name,
        "Last Name": last_name,
        "age": age,
        "gender": gender,
        "city": city
    }

    students.append(student_sub_dict)

print(students)

[{'First Name': 'Alice', 'Last Name': 'Smith', 'age': 20, 'gender': 'Female', 'city': 'New York'}, {'First Name': 'Bob', 'Last Name': 'Johnson', 'age': 20, 'gender': 'Male', 'city': 'Los Angeles'}, {'First Name': 'Charlie', 'Last Name': 'Lee', 'age': 21, 'gender': 'Male', 'city': 'Chicago'}]

(3) 现金流折现¶

要求：
- 我们设计一个现金流折现的程序，计算未来现金流的现值（NPV，Net Present Value）
- 公式如下：
\(NPV = \sum_{t=0}^{n} \frac{CF_t}{(1 + r)^t}\)
- 其中：
  - \(CF_t\) 是第 \(t\) 年的现金流
  - \(r\) 是折现率（年利率）
  - \(n\) 是现金流的总年数
- 我们假设有以下现金流数据，注意这里的现金流是从第0年开始的：

cash_flows = [-2000, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000]
r = 0.05

需求分析：
- 我们需要使用 for 循环来遍历现金流列表 cash_flows
- 如果我们直接遍历这个列表的话，我们只能拿到每一年的现金流 \(CF_t\)，我们无法知道这是第几年 \(t\)
- 所以我们可以使用 range(len(cash_flows)) 来生成一个从0到5的整数序列，作为年份 \(t\)
- 在每一圈循环中，我们可以通过 cash_flows[t] 来获取对应年份的现金流 \(CF_t\)
- 然后我们可以创建一个空列表 npv_list = []，在每一圈循环中计算出每一年的现值，并将其添加到 npv_list 列表中
- 最后我们使用 sum() 函数对 npv_list 列表中的所有现值进行求和，得到最终的 NPV
代码实现：

cash_flows = [-2000, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000]
r = 0.05

npv_list = []

for t in range(len(cash_flows)):
    cf_t = cash_flows[t]
    npv_t = cf_t / ((1 + r) ** t)
    npv_list.append(npv_t)

npv = sum(npv_list)
print(f"现金流的现值（NPV）为：{npv}")

现金流的现值（NPV）为：6447.93505351606

Topic 8.2 - for 循环的进阶用法¶

1. for 循环中的 break、continue 和 else 语句¶

2. for 循环嵌套¶

3. for 循环综合练习¶