人工智能之编程基础 Python 入门：第四章 条件循环与异常

人工智能之编程基础 Python 入门

第四章 条件循环与异常

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目录

• 人工智能之编程基础 Python 入门
• 前言
• 条件语句
  • 基本语法
  • 示例
    • 1. 简单的 if 语句
    • 2. if-else 语句
    • 3. if-elif-else 语句 (处理多个条件)
    • 4. 嵌套的 if 语句
    • 真值测试 (Truthiness)
• 循环语句
  • 1. for 循环
    • 基本语法
    • 示例
  • 2. while 循环
    • 基本语法
    • 示例
  • 3. 循环控制语句
    • 示例
  • 4. else 子句
    • 示例
  • 5. 嵌套循环
    • 示例
  • 6. 实用技巧
    • 遍历时获取索引
    • 同时遍历多个序列
• 错误与异常
  • 1. 语法错误 (Syntax Errors)
    • 常见的语法错误示例：
  • 2. 异常 (Exceptions)
    • 常见的异常类型：
    • 异常示例：
  • 3. 异常处理
    • 基本语法：
    • 示例：
  • 4. 抛出异常
  • 5. 自定义异常
  • 6. 最佳实践
• 总结
• 资料关注

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前言

本章节紧接上一章内容继续学习python的基本语法结构，主要学习条件语句、循环语句以及错误异常的处理方式。

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条件语句

Python 中的条件语句用于根据不同的条件执行不同的代码块。主要的条件语句是 if、elif（else if 的缩写）和 else。

基本语法

if 条件1:
    # 条件1为真时执行的代码
    语句块1
elif 条件2:
    # 条件1为假，且条件2为真时执行的代码
    语句块2
else:
    # 所有前面的条件都为假时执行的代码
    语句块3

关键点：

1. ​冒号 (:)​: 每个 if, elif, else 语句后面必须跟一个冒号。
2. ​缩进​: 冒号后面的代码块必须缩进（通常使用 4 个空格）。Python 通过缩进来判断哪些代码属于哪个条件分支。
3. ​elif 和 else 是可选的​: 你可以只有 if，也可以有 if-else 或 if-elif-else 链。
4. ​条件求值​: 条件表达式的结果会被转换为布尔值 (True 或 False)。

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示例

1. 简单的 if 语句

age = 18
if age >= 18:
    print("你已成年，可以投票！")
print("程序结束。") # 这行代码总是会执行

输出：

你已成年，可以投票！
程序结束。

2. if-else 语句

age = 16
if age >= 18:
    print("你已成年，可以投票！")
else:
    print("你还未成年，需要等待。")
print("程序结束。")

输出：

你还未成年，需要等待。
程序结束。

3. if-elif-else 语句 (处理多个条件)

score = 85
if score >= 90:
    grade = 'A'
elif score >= 80: # 注意：因为score<90才会到这里，所以这里只需检查>=80
    grade = 'B'
elif score >= 70:
    grade = 'C'
elif score >= 60:
    grade = 'D'
else:
    grade = 'F'
print(f"你的成绩等级是: {grade}")

输出：

你的成绩等级是: B

4. 嵌套的 if 语句

age = 20
has_license = True

if age >= 18:
    if has_license:
        print("你可以合法驾驶。")
    else:
        print("你年龄够了，但需要先考驾照。")
else:
    print("你还太小，不能驾驶。")

输出：

你可以合法驾驶。

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真值测试 (Truthiness)

在 Python 中，很多值在条件语句中会被自动转换为布尔值：

• 被认为是 False 的值 (falsy):
  • False
  • None
  • 数值零：0, 0.0
  • 空序列："", [], (), {}
  • 空集合：set()
• 其他所有值都被认为是 True (truthy):
  • True
  • 非零数值
  • 非空字符串、列表、元组、字典等

示例：

my_list = [1, 2, 3]
if my_list: # 检查列表是否非空，比 len(my_list) > 0 更Pythonic
    print("列表不为空，包含元素:", my_list)
else:
    print("列表为空。")

name = ""
if name: # 检查字符串是否非空
    print(f"你好, {name}!")
else:
    print("名字不能为空。")

输出：

列表不为空，包含元素: [1, 2, 3]
名字不能为空。

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循环语句

Python 中的循环语句用于重复执行一段代码，直到满足某个条件为止。主要有两种类型的循环：for 循环和 while 循环。

1. for 循环

for 循环用于遍历序列（如列表、元组、字符串）或其他可迭代对象。

基本语法

for 变量 in 序列:
    # 循环体
    语句块

示例

# 遍历列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

输出：

苹果
香蕉
橙子

# 遍历字符串
word = "Python"
for letter in word:
    print(letter)

输出：

P
y
t
h
o
n

# 使用 range() 函数
for i in range(5): # range(5) 生成 0, 1, 2, 3, 4
    print(i)

输出：

0
1
2
3
4

# range(start, stop, step)
for i in range(1, 10, 2): # 从1开始，到10结束（不包含10），步长为2
    print(i)

输出：

1
3
5
7
9

2. while 循环

while 循环在条件为 True 时重复执行代码块。

基本语法

while 条件:
    # 循环体
    语句块
    # 更新条件，避免无限循环

示例

# 计数器循环
count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1 # 重要：更新条件变量，否则会无限循环

输出：

0
1
2
3
4

# 用户输入循环
user_input = ""
while user_input.lower() != "退出":
    user_input = input("请输入命令（输入'退出'结束）: ")
    print(f"你输入了: {user_input}")

3. 循环控制语句

• break: 立即退出循环。
• continue: 跳过当前迭代，继续下一次迭代。

示例

# 使用 break
for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print(i)

输出：

0
1
2
3
4

# 使用 continue
for i in range(5):
    if i == 2:
        continue
    print(i)

输出：

0
1
3
4

4. else 子句

for 和 while 循环都可以有一个可选的 else 子句。当循环正常结束（没有被 break 中断）时，else 子句会执行。

示例

# for-else
for i in range(3):
    print(i)
else:
    print("循环正常结束")

输出：

0
1
2
循环正常结束

# for-else with break
for i in range(5):
    if i == 3:
        break
    print(i)
else:
    print("循环正常结束") # 这行不会执行，因为循环被break了

print("循环结束")

输出：

0
1
2
循环结束

5. 嵌套循环

循环内部可以包含另一个循环。

示例

# 打印乘法表
for i in range(1, 4):
    for j in range(1, 4):
        print(f"{i} * {j} = {i * j}", end="  ")
    print() # 换行

输出：

1 * 1 = 1  1 * 2 = 2  1 * 3 = 3  
2 * 1 = 2  2 * 2 = 4  2 * 3 = 6  
3 * 1 = 3  3 * 2 = 6  3 * 3 = 9

6. 实用技巧

遍历时获取索引

fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"索引 {index}: {fruit}")

输出：

索引 0: 苹果
索引 1: 香蕉
索引 2: 橙子

同时遍历多个序列

names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
ages = [25, 30, 35]
for name, age in zip(names, ages):
    print(f"{name} 今年 {age} 岁")

输出：

Alice 今年 25 岁
Bob 今年 30 岁
Charlie 今年 35 岁

错误与异常

在 Python 编程中，错误主要分为两类：语法错误（Syntax Errors） 和 ​异常（Exceptions）​。理解它们的区别和处理方法对于编写健壮的程序至关重要。

1. 语法错误 (Syntax Errors)

语法错误发生在 Python 解释器解析代码时，发现代码不符合 Python 的语法规则。这类错误会在程序运行前就被检测出来，导致程序无法启动。

常见的语法错误示例：

# 1. 缺少冒号
if x > 5
    print("x is greater than 5")

# 2. 括号不匹配
print("Hello World"

# 3. 缩进错误
if x > 5:
print("x is greater than 5") # 缺少缩进

# 4. 引号不匹配
message = "Hello World'

语法错误的特点：

• 发生在程序运行之前
• Python 解释器会指出错误的行号和类型
• 必须修正后程序才能运行

2. 异常 (Exceptions)

异常是在程序运行过程中发生的错误，此时代码的语法是正确的，但在执行时遇到了问题（如除零、访问不存在的文件等）。

常见的异常类型：

异常类型	描述	示例
ZeroDivisionError	除以零	10 / 0
NameError	变量名未定义	print(undefined_variable)
TypeError	操作或函数应用于不适当类型的对象	"hello" + 5
ValueError	操作或函数接收到类型正确但值不合适的参数	int("hello")
IndexError	序列中没有此索引	my_list[10](列表长度不足)
KeyError	字典中没有此键	my_dict["missing_key"]
FileNotFoundError	文件未找到	open("nonexistent.txt")

异常示例：

# ZeroDivisionError
print(10 / 0)  # ZeroDivisionError: division by zero

# ValueError
int("hello")   # ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'hello'

# IndexError
my_list = [1, 2, 3]
print(my_list[5])  # IndexError: list index out of range

3. 异常处理

Python 提供了 try-except 语句来处理异常，让程序在遇到错误时不会崩溃，而是执行预设的错误处理代码。

基本语法：

try:
    # 可能出现异常的代码
    可能出错的代码
except ExceptionType:
    # 处理特定异常的代码
    错误处理代码
except AnotherExceptionType:
    # 处理另一种异常
    错误处理代码
else:
    # 没有异常时执行的代码（可选）
    无异常时的代码
finally:
    # 无论是否有异常都会执行的代码（可选）
    最终清理代码

示例：

# 基本异常处理
try:
    x = int(input("请输入一个数字: "))
    result = 10 / x
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError:
    print("输入的不是有效数字！")
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")
except Exception as e:
    print(f"发生了未预期的错误: {e}")
else:
    print("计算成功完成！")
finally:
    print("程序执行完毕。")

# 捕获所有异常
try:
    # 一些可能出错的代码
    file = open("nonexistent.txt", "r")
except:
    print("发生了某种错误！")

# 捕获异常对象
try:
    numbers = [1, 2, 3]
    print(numbers[10])
except IndexError as e:
    print(f"索引错误: {e}")

4. 抛出异常

可以使用 raise 语句手动抛出异常。

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise ValueError("年龄不能超过150")
    return True

try:
    validate_age(-5)
except ValueError as e:
    print(f"验证失败: {e}")

5. 自定义异常

可以创建自定义异常类来处理特定的错误情况。

class CustomError(Exception):
    """自定义异常类"""
    pass

class AgeError(Exception):
    """年龄相关的异常"""
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

try:
    raise AgeError("年龄不在有效范围内")
except AgeError as e:
    print(f"自定义异常: {e.message}")

6. 最佳实践

1. ​具体化异常处理​：尽量捕获具体的异常类型，而不是使用通用的 except。
2. ​避免空的 except 块​：至少要记录错误或采取适当的措施。
3. ​使用 finally 进行清理​：在 finally 块中进行资源清理工作。
4. ​不要忽略异常​：即使不处理，也要记录下来。

# 好的做法
try:
    file = open("data.txt", "r")
    content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到")
except PermissionError:
    print("没有权限访问文件")
finally:
    if 'file' in locals() and not file.closed:
        file.close()

总结

本文主要对python的条件循环以及错误语法的叙述与实践，下一章节会学习python的基本数据结构，以及基本数据结构的用法，它们之间的相互转换，和迭代生成。

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