Python与医药数据处理第四章

第四章程序的控制结构

前言

我们阅读本章目录对知识进行回顾，主要介绍了四种结构：顺序结构，分支结构，循环结构，异常处理结构。不少结构都有相应的关键字作为引导，并且通过缩进来严格控制结构从属关系

顺序结构：即按照代码语句的逻辑先后顺序执行，语句之间为先后顺序关系。顺序结构是任何程序的基本结构，也被包含在其他结构中。

分支结构：即出现了根据不同情况进行选择，出现可以选择的分支（“岔路”）的情况，语句之间为判断和选择关系。分为if引导的单分支结构，if...else...引导的二分支结构，if...elif...else...引导的多分支结构，分支嵌套

循环结构：即规定的一段代码按要求重复执行，重复执行的内容称为循环体。循环结构可以有while引导的条件循环和for引导的遍历循环两种，并且都可以使用else扩展

异常处理结构：由try...except...引导，主要解决如果try代码块发生异常后做什么，正常运行后做什么，逻辑上也是类似于分支结构的一种判断与选择的结构

4.1 分支结构

4.1.1 单分支结构（if）

if <条件表达式>:
    <语句块>

这个结构中，通过 <条件表达式> 来判断是否执行 <语句块>，如果表达式值为 \(True\) 则执行 <语句块>；为 \(False\) 则不执行

<条件表达式> 的返回值必须为 \(True\) 或 \(False\)，否则会引发错误，我们在 3.3.3 中列出过返回值为逻辑类型的运算

4.1.2 二分支结构（if...else...）

if <条件表达式>:
    <语句块 1>
else:
    <语句块 2>

这个结构中，通过 <条件表达式> 来判断执行哪一段 <语句块>，如果表达式值为 \(True\) 则执行 <语句块1>，为 \(False\) 则进入else结构执行 <语句块2>

这个结构还有一种紧凑形式，只在两个语句块都仅含一行代码时使用：

<表达式1> if <条件表达式> else <表达式2>

4.1.3 多分支结构（if...elif...else...）

if <条件表达式 1>:
    <语句块 1>
elif <条件表达式 2>:
    <语句块 2>
...
else:
    <语句块 n>

从if开始依次执行每一个条件表达式的判断，如果在某一个判断中为 \(True\) 则执行该条件表达式对应的语句块，完成后直接退出整个多分支结构，不再执行后续的所有判断语句

如果依次进行所有的 if 和 elif 判断结果都为 \(False\)，那么最后进入else结构直接执行相应语句块

4.1.4 分支嵌套

if <条件表达式 1>:
    <语句块 1>
    if <条件表达式 1.1>:
        <语句块 1.1>
    else:
        <语句块 1.2>
else <条件表达式 2>:
    <语句块 2>
    if <条件表达式 2.1>:
        <语句块 2.1>
    else:
        <语句块 2.2>

我们有时候会有进行完一次判断之后再进行一次判断的需求，比如评估一个苹果好不好，会先看表面有没有坏，再看外观红不红，再吃口味甜不甜等等，最后才得出结论，这就是分支嵌套的过程。顾名思义，分支嵌套就是综合了上述三种基础分支结构，层层叠加的结果，以达到解决复杂的分支结构问题的目的。

理解了分支结构的逻辑，分支嵌套本身并没有什么值得再讲的了，但值得注意的是，嵌套级数的从属关系仍然由缩进严格控制

4.2 循环结构

4.2.1 遍历循环结构（for）

for <循环变量> in <可迭代对象>:
    <循环体>

创建 for 结构下的局部变量 <循环变量>。每一次循环前，基于 <可迭代对象> 对 <循环变量> 进行赋值，然后执行 <循环体> 代码块。如此往复，直到所有可迭代对象都完成过循环结束

常见的可迭代对象有：字符串、列表、元组、字典、集合、文件、range()、迭代器

4.2.2 条件循环结构（while）

while <条件表达式>:
    <循环体>

在进行每一次循环前，进行 <条件表达式> 的判断，如果其值为真，则执行 <循环体>，如果为假，则结束循环

特殊地 while 1 while True的表达式恒为真，故表示无限循环，退出无限循环需要用 Ctrl+C 来完成

4.2.3 break 与 continue 语句

\(break\) 语句："break" 意为打破循环，执行该语句直接结束本次循环体的执行，并跳出该层循环结构。需要注意的是，出现循环嵌套时，只能跳出该语句所在的最内层循环体，如：

for i in ...: # 将该层循环称为 <循环1>
    ...
    for j in ...: # 将该层循环称为 <循环2>
        ...
        break # 终止并跳出 <循环2>
    ... # 继续执行 <循环1> 的语句

\(continue\) 语句："continue" 意为继续循环，执行该语句结束本次循环体的执行，并进入下一次循环。

4.2.4 else 扩展语句

    for <循环变量> in <可迭代对象>:
        <语句块1>
    else:
        <语句块2>

else 模块的语句只在正常结束循环结构时执行，该要求的两个条件：

对于 for 是遍历了所有 <可迭代对象> 的内容而退出循环，对于 while 是由于 <条件表达式> 而退出循环
没有因为 break 或 return 语句中断循环结构（continue 不影响，因为其本身并不包括中断循环结构的作用）

4.3 异常处理结构

4.3.1 异常

程序在运行过程中出现的非正常现象，被称为异常。如：输入错误、除数为零、下标越界、处理的文件不存在等等

Python解释器会提示相关的错误，并在控制台中打印出来，可以查看错误说明对异常进行定位和修改，这一过程也俗称报错

4.3.2 异常处理结构（try...except...）

处理异常的过程：

抛出异常：创建一个代表异常的对象，停止当前执行路径，把异常对象提交给 Python 解释器
捕获异常：解释器得到异常后，层层向上传递，寻找相应的代码并处理异常
如果程序员编写了处理异常的代码，则将按照该代码处理异常。如果没有，则终止程序，显示 traceback 信息报错（如图）

try:
    <被监控的可能引发异常的代码块>
except [<异常类型>]:
    <异常处理语句块>

如果 try 结构中的语句没有异常，则不执行 except 结构中的语句，直接执行后续语句

如果有异常，则立即结束 try 结构，不再运行 try 结构内的后续代码，跳转到 <异常类型> 相匹配的 except 语句，进行异常处理，然后再执行后续语句

<异常类型> 可以缺省，表示任意类型的异常。即只要有异常出现，就执行 except 模块的代码块

4.3.3 多类型异常处理结构（try...多个except...）

try:
    <被监控的可能引发异常的代码块>
except <异常类型 1>:
    <处理 Exception1 的语句块>
except <异常类型 2>:
    <处理 Exception2 的语句块>
...
except [BaseException as e]:
    <处理 Exception1 的语句块>

该结构主要用于针对可能出现的不同类型的异常进行不同的处理，逻辑上类似于 if...elif...else，原理如下：

监控 try 结构下代码，如果出现异常，立即结束 try 结构，不再运行 try 结构内的后续代码
出现异常后跳转到第一个 except 结构，判断发生的异常类型与该 except 结构要求的异常类型是否一致：如果一致，则执行该 except 结构下的异常处理语句块，完成后跳出try...多个except结构。如果不一致，则按顺序跳转到下一个 except 结构，重复该步骤
最后我们通常写一个 except: 或者 except BaseException as e: 语句，类似于 else 的功能。如果前面所有的 except 要求的异常类型都与我们实际发生的异常类型不符合，则可以跳转到这个结构中，处理该异常，如：
```
try:
    <被监控的可能引发异常的代码块>
except <异常类型 1>:
    <处理 Exception1 的语句块>
except <异常类型 2>:
    <处理 Exception2 的语句块>
...
except BaseException as e:
    print(e)
```
如果发生的异常不被包含在前面所有的 except 结构中，则其会被归入最后一句的 BaseException 类型中（该类型涵盖所有异常，见上关于异常分类的图），执行最后一个 except 模块，并且，我们将该异常赋值给了变量 e，我们可以输出 e 来得知该异常的类型

4.3.3 else 扩展语句

try:
    <被监控的可能引发异常的代码块>
except [<异常类型>]:
    <异常处理语句块>
else:
    <语句块>

原理：如果 try 结构内代码出现异常，则执行 except 处理异常，不执行 else 结构下内容。只有 try 结构内代码正常运行完之后才会执行 else 结构下内容

根据原理，如果有的代码内容只有在 try 结构正常结束后才应该被运行，那么他就应该被写进 else 中。举一个通俗的例子：在吃饼干的过程中，分为 “拿起饼干” 和 “把饼干放进嘴里” 两个过程。如果在 “拿起饼干” 的过程中出现了 “饼干掉到地上” 的异常，那么下一步应该进行 “捡起饼干扔进垃圾桶”，而不进行 “把饼干放进嘴里” 的过程。只有在没有发生 “饼干掉到地上” 的异常时，才会进行 “把饼干放进嘴里” 的过程。这给吃饼干的过程用 try...except...else 结构的伪代码来表示就是：

try:
    拿起饼干
except 饼干掉到地上:
    捡起饼干扔进垃圾桶
else:
    把饼干放进嘴里

4.4 random 库

randint(a, b)：生成一个 \([a, b]\) 的随机整数
uniform(a, b)：生成一个 \([a, b]\) 的随机小数
choice(seq)：从序列类型对象（如列表）中随机返回一个元素
getrandbits(k)：生成一个 k 位长度的随机整数（位数是二进制位数）
randrange(start, stop[, step])：生成成一个 \([start, stop)\) 步长为 \(step\) 的随机整数
shuffle(seq)：将序列类型对象中的元素随机打乱排列，返回打乱后的序列
sample(seq, k)：从序列类型对象中随机选取 \(k\) 个元素并随机排列，以列表形式返回

posted @ 2025-06-24 16:23 AyaMomizi 阅读(31) 评论(0) 收藏举报

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前言

4.1 分支结构

4.1.1 单分支结构（if）

4.1.2 二分支结构（if...else...）

4.1.3 多分支结构（if...elif...else...）

4.1.4 分支嵌套

4.2 循环结构

4.2.1 遍历循环结构（for）

4.2.2 条件循环结构（while）

4.2.3 break 与 continue 语句

4.2.4 else 扩展语句

4.3 异常处理结构

4.3.1 异常

4.3.2 异常处理结构（try...except...）

4.3.3 多类型异常处理结构（try...多个except...）

4.3.3 else 扩展语句

4.4 random 库

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4.1 分支结构

4.1.1 单分支结构（if）

4.1.2 二分支结构（if...else...）

4.1.3 多分支结构（if...elif...else...）

4.1.4 分支嵌套

4.2 循环结构

4.2.1 遍历循环结构（for）

4.2.2 条件循环结构（while）

4.2.3 break 与 continue 语句

4.2.4 else 扩展语句

4.3 异常处理结构

4.3.1 异常

4.3.2 异常处理结构（try...except...）

4.3.3 多类型异常处理结构（try...多个except...）

4.3.3 else 扩展语句

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