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# 07 | 修炼基本功：条件与循环
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你好，我是景霄。
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前面几节，我们一起学习了列表、元组、字典、集合和字符串等一系列Python的基本数据类型。但是，如何把这一个个基本的数据结构类型串接起来，组成一手漂亮的代码呢？这就是我们今天所要讨论的“条件与循环”。
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我习惯把“条件与循环”，叫做编程中的基本功。为什么称它为基本功呢？因为它控制着代码的逻辑，可以说是程序的中枢系统。如果把写程序比作盖楼房，那么条件与循环就是楼房的根基，其他所有东西都是在此基础上构建而成。
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毫不夸张地说，写一手简洁易读的条件与循环代码，对提高程序整体的质量至关重要。
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## 条件语句
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首先，我们一起来看一下Python的条件语句，用法很简单。比如，我想要表示y=|x|这个函数，那么相应的代码便是：
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```
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# y = |x|
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if x < 0:
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y = -x
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else:
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y = x
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```
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和其他语言不一样，我们不能在条件语句中加括号，写成下面这样的格式。
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```
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if (x < 0)
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```
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但需要注意的是，在条件语句的末尾必须加上冒号（:），这是Python特定的语法规范。
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由于Python不支持switch语句，因此，当存在多个条件判断时，我们需要用else if来实现，这在Python中的表达是**elif**。语法如下：
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```
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if condition_1:
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statement_1
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elif condition_2:
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statement_2
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...
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elif condition_i:
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statement_i
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else:
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statement_n
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```
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整个条件语句是顺序执行的，如果遇到一个条件满足，比如condition\_i满足时，在执行完statement\_i后，便会退出整个if、elif、else条件语句，而不会继续向下执行。这个语句在工作中很常用，比如下面的这个例子。
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实际工作中，我们经常用ID表示一个事物的属性，然后进行条件判断并且输出。比如，在integrity的工作中，通常用0、1、2分别表示一部电影的色情暴力程度。其中，0的程度最高，是red级别；1其次，是yellow级别；2代表没有质量问题，属于green。
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如果给定一个ID，要求输出某部电影的质量评级，则代码如下：
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```
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if id == 0:
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print('red')
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elif id == 1:
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print('yellow')
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else:
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print('green')
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```
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不过要注意，if语句是可以单独使用的，但elif、else都必须和if成对使用。
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另外，在我们进行条件判断时， 不少人喜欢省略判断的条件，比如写成下面这样：
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```
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if s: # s is a string
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...
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if l: # l is a list
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...
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if i: # i is an int
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...
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...
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```
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关于省略判断条件的常见用法，我大概总结了一下：
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不过，切记，在实际写代码时，我们鼓励，除了boolean类型的数据，条件判断最好是显性的。比如，在判断一个整型数是否为0时，我们最好写出判断的条件：
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```
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if i != 0:
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...
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```
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而不是只写出变量名：
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```
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if i:
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...
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```
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## 循环语句
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讲完了条件语句，我们接着来看循环语句。所谓循环，顾名思义，本质上就是遍历集合中的元素。和其他语言一样，Python中的循环一般通过for循环和while循环实现。
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比如，我们有一个列表，需要遍历列表中的所有元素并打印输出，代码如下：
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```
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l = [1, 2, 3, 4]
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for item in l:
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print(item)
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1
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2
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3
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4
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```
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你看，是不是很简单呢？
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其实，Python中的数据结构只要是可迭代的（iterable），比如列表、集合等等，那么都可以通过下面这种方式遍历：
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```
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for item in <iterable>:
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...
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```
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这里需要单独强调一下字典。字典本身只有键是可迭代的，如果我们要遍历它的值或者是键值对，就需要通过其内置的函数values()或者items()实现。其中，values()返回字典的值的集合，items()返回键值对的集合。
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```
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d = {'name': 'jason', 'dob': '2000-01-01', 'gender': 'male'}
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for k in d: # 遍历字典的键
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print(k)
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name
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dob
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gender
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for v in d.values(): # 遍历字典的值
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print(v)
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jason
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2000-01-01
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male
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for k, v in d.items(): # 遍历字典的键值对
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print('key: {}, value: {}'.format(k, v))
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key: name, value: jason
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key: dob, value: 2000-01-01
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key: gender, value: male
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```
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看到这里你也许会问，有没有办法通过集合中的索引来遍历元素呢？当然可以，其实这种情况在实际工作中还是很常见的，甚至很多时候，我们还得根据索引来做一些条件判断。
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我们通常通过range()这个函数，拿到索引，再去遍历访问集合中的元素。比如下面的代码，遍历一个列表中的元素，当索引小于5时，打印输出：
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```
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l = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
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for index in range(0, len(l)):
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if index < 5:
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print(l[index])
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1
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2
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3
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4
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5
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```
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当我们同时需要索引和元素时，还有一种更简洁的方式，那就是通过Python内置的函数enumerate()。用它来遍历集合，不仅返回每个元素，并且还返回其对应的索引，这样一来，上面的例子就可以写成:
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```
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l = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
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for index, item in enumerate(l):
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if index < 5:
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print(item)
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1
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2
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3
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4
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5
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```
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在循环语句中，我们还常常搭配continue和break一起使用。所谓continue，就是让程序跳过当前这层循环，继续执行下面的循环；而break则是指完全跳出所在的整个循环体。在循环中适当加入continue和break，往往能使程序更加简洁、易读。
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比如，给定两个字典，分别是产品名称到价格的映射，和产品名称到颜色列表的映射。我们要找出价格小于1000，并且颜色不是红色的所有产品名称和颜色的组合。如果不用continue，代码应该是下面这样的：
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```
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# name_price: 产品名称(str)到价格(int)的映射字典
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# name_color: 产品名字(str)到颜色(list of str)的映射字典
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for name, price in name_price.items():
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if price < 1000:
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if name in name_color:
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for color in name_color[name]:
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if color != 'red':
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print('name: {}, color: {}'.format(name, color))
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else:
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print('name: {}, color: {}'.format(name, 'None'))
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```
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而加入continue后，代码显然清晰了很多：
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```
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# name_price: 产品名称(str)到价格(int)的映射字典
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# name_color: 产品名字(str)到颜色(list of str)的映射字典
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for name, price in name_price.items():
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if price >= 1000:
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continue
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if name not in name_color:
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|||
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print('name: {}, color: {}'.format(name, 'None'))
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continue
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for color in name_color[name]:
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|||
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if color == 'red':
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|||
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|
continue
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|||
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print('name: {}, color: {}'.format(name, color))
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|||
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```
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我们可以看到，按照第一个版本的写法，从开始一直到打印输出符合条件的产品名称和颜色，共有5层for或者if的嵌套；但第二个版本加入了continue后，只有3层嵌套。
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显然，如果代码中出现嵌套里还有嵌套的情况，代码便会变得非常冗余、难读，也不利于后续的调试、修改。因此，我们要尽量避免这种多层嵌套的情况。
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前面讲了for循环，对于while循环，原理也是一样的。它表示当condition满足时，一直重复循环内部的操作，直到condition不再满足，就跳出循环体。
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```
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while condition:
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|
....
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```
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很多时候，for循环和while循环可以互相转换，比如要遍历一个列表，我们用while循环同样可以完成：
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```
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l = [1, 2, 3, 4]
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index = 0
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while index < len(l):
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print(l[index])
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index += 1
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```
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那么，两者的使用场景又有什么区别呢？
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通常来说，如果你只是遍历一个已知的集合，找出满足条件的元素，并进行相应的操作，那么使用for循环更加简洁。但如果你需要在满足某个条件前，不停地重复某些操作，并且没有特定的集合需要去遍历，那么一般则会使用while循环。
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比如，某个交互式问答系统，用户输入文字，系统会根据内容做出相应的回答。为了实现这个功能，我们一般会使用while循环，大致代码如下：
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```
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while True:
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try:
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text = input('Please enter your questions, enter "q" to exit')
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if text == 'q':
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print('Exit system')
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break
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...
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...
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print(response)
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except Exception as err:
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print('Encountered error: {}'.format(err))
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break
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```
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同时需要注意的是，for循环和while循环的效率问题。比如下面的while循环：
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```
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i = 0
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while i < 1000000:
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i += 1
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```
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和等价的for循环：
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```
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for i in range(0, 1000000):
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|
pass
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```
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究竟哪个效率高呢？
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要知道，range()函数是直接由C语言写的，调用它速度非常快。而while循环中的“i += 1”这个操作，得通过Python的解释器间接调用底层的C语言；并且这个简单的操作，又涉及到了对象的创建和删除（因为i是整型，是immutable，i += 1相当于i = new int(i + 1)）。所以，显然，for循环的效率更胜一筹。
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## 条件与循环的复用
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前面两部分讲了条件与循环的一些基本操作，接下来，我们重点来看它们的进阶操作，让程序变得更简洁高效。
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在阅读代码的时候，你应该常常会发现，有很多将条件与循环并做一行的操作，例如：
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```
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expression1 if condition else expression2 for item in iterable
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```
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将这个表达式分解开来，其实就等同于下面这样的嵌套结构：
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```
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for item in iterable:
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if condition:
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expression1
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else:
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expression2
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```
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而如果没有else语句，则需要写成：
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```
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|
expression for item in iterable if condition
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```
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举个例子，比如我们要绘制y = 2\*|x| + 5 的函数图像，给定集合x的数据点，需要计算出y的数据集合，那么只用一行代码，就可以很轻松地解决问题了：
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```
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y = [value * 2 + 5 if value > 0 else -value * 2 + 5 for value in x]
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```
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再比如我们在处理文件中的字符串时，常常遇到的一个场景：将文件中逐行读取的一个完整语句，按逗号分割单词，去掉首位的空字符，并过滤掉长度小于等于3的单词，最后返回由单词组成的列表。这同样可以简洁地表达成一行：
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```
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text = ' Today, is, Sunday'
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text_list = [s.strip() for s in text.split(',') if len(s.strip()) > 3]
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print(text_list)
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['Today', 'Sunday']
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```
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当然，这样的复用并不仅仅局限于一个循环。比如，给定两个列表x、y，要求返回x、y中所有元素对组成的元组，相等情况除外。那么，你也可以很容易表示出来：
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```
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[(xx, yy) for xx in x for yy in y if xx != yy]
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```
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这样的写法就等价于：
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```
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l = []
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for xx in x:
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for yy in y:
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if xx != yy:
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l.append((xx, yy))
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```
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熟练之后，你会发现这种写法非常方便。当然，如果遇到逻辑很复杂的复用，你可能会觉得写成一行难以理解、容易出错。那种情况下，用正常的形式表达，也不失为一种好的规范和选择。
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## 总结
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今天这节课，我们一起学习了条件与循环的基本概念、进阶用法以及相应的应用。这里，我重点强调几个易错的地方。
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* 在条件语句中，if可以单独使用，但是elif和else必须和if同时搭配使用；而If条件语句的判断，除了boolean类型外，其他的最好显示出来。
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* 在for循环中，如果需要同时访问索引和元素，你可以使用enumerate()函数来简化代码。
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* 写条件与循环时，合理利用continue或者break来避免复杂的嵌套，是十分重要的。
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* 要注意条件与循环的复用，简单功能往往可以用一行直接完成，极大地提高代码质量与效率。
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## 思考题
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最后给你留一个思考题。给定下面两个列表attributes和values，要求针对values中每一组子列表value，输出其和attributes中的键对应后的字典，最后返回字典组成的列表。
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```
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attributes = ['name', 'dob', 'gender']
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values = [['jason', '2000-01-01', 'male'],
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['mike', '1999-01-01', 'male'],
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['nancy', '2001-02-01', 'female']
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]
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# expected output:
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[{'name': 'jason', 'dob': '2000-01-01', 'gender': 'male'},
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{'name': 'mike', 'dob': '1999-01-01', 'gender': 'male'},
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{'name': 'nancy', 'dob': '2001-02-01', 'gender': 'female'}]
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```
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你能分别用一行和多行条件循环语句，来实现这个功能吗？
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欢迎在留言区写下你的答案，还有你今天学习的心得和疑惑，也欢迎你把这篇文章分享给你的同事、朋友。
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