## 循环结构
### 应用场景
如果在程序中我们需要重复的执行某条或某些指令，例如用程序控制机器人踢足球，如果机器人持球而且还没有进入射门范围，那么我们就要一直发出让机器人向球门方向奔跑的指令。当然你可能已经注意到了，刚才的描述中其实不仅仅有需要重复的动作，还有我们上一个章节讲到的分支结构。再举一个简单的例子，比如在我们的程序中要实现每隔1秒中在屏幕上打印一个"hello, world"这样的字符串并持续一个小时，我们肯定不能够将`print('hello, world')`这句代码写上3600遍，如果真的需要这样做，那么编程的工作就太无聊了。因此，我们还需要了解一下循环结构，有了循环结构我们就可以轻松的控制某件事或者某些事重复、重复、再重复的去执行。
在Python中构造循环结构有两种做法，一种是`for-in`循环，一种是`while`循环。
### for-in循环
如果明确的知道循环执行的次数或者要对一个容器进行迭代（后面会讲到），那么我们推荐使用`for-in`循环，例如下面代码中计算1~100求和的结果（$\displaystyle \sum \limits_{n=1}^{100}n$）。
```Python
"""
用for循环实现1~100求和
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
sum = 0
for x in range(101):
sum += x
print(sum)
```
需要说明的是上面代码中的`range`类型，`range`可以用来产生一个不变的数值序列，而且这个序列通常都是用在循环中的，例如：
- `range(101)`可以产生一个0到100的整数序列。
- `range(1, 100)`可以产生一个1到99的整数序列。
- `range(1, 100, 2)`可以产生一个1到99的奇数序列，其中的2是步长，即数值序列的增量。
知道了这一点，我们可以用下面的代码来实现1~100之间的偶数求和。
```Python
"""
用for循环实现1~100之间的偶数求和
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
sum = 0
for x in range(2, 101, 2):
sum += x
print(sum)
```
也可以通过在循环中使用分支结构的方式来实现相同的功能，代码如下所示。
```Python
"""
用for循环实现1~100之间的偶数求和
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
sum = 0
for x in range(1, 101):
if x % 2 == 0:
sum += x
print(sum)
```
### while循环
如果要构造不知道具体循环次数的循环结构，我们推荐使用`while`循环。`while`循环通过一个能够产生或转换出`bool`值的表达式来控制循环，表达式的值为`True`循环继续，表达式的值为`False`循环结束。下面我们通过一个“猜数字”的小游戏（计算机出一个1~100之间的随机数，人输入自己猜的数字，计算机给出对应的提示信息，直到人猜出计算机出的数字）来看看如何使用`while`循环。
```Python
"""
猜数字游戏
计算机出一个1~100之间的随机数由人来猜
计算机根据人猜的数字分别给出提示大一点/小一点/猜对了
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
import random
answer = random.randint(1, 100)
counter = 0
while True:
counter += 1
number = int(input('请输入: '))
if number < answer:
print('大一点')
elif number > answer:
print('小一点')
else:
print('恭喜你猜对了!')
break
print('你总共猜了%d次' % counter)
if counter > 7:
print('你的智商余额明显不足')
```
> **说明：** 上面的代码中使用了`break`关键字来提前终止循环，需要注意的是`break`只能终止它所在的那个循环，这一点在使用嵌套的循环结构（下面会讲到）需要引起注意。除了`break`之外，还有另一个关键字是`continue`，它可以用来放弃本次循环后续的代码直接让循环进入下一轮。
和分支结构一样，循环结构也是可以嵌套的，也就是说在循环中还可以构造循环结构。下面的例子演示了如何通过嵌套的循环来输出一个九九乘法表。
```Python
"""
输出乘法口诀表(九九表)
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
for i in range(1, 10):
for j in range(1, i + 1):
print('%d*%d=%d' % (i, j, i * j), end='\t')
print()
```
### 练习
#### 练习1：输入一个数判断是不是素数。
```Python
"""
输入一个正整数判断它是不是素数
Version: 0.1
Author: 骆昊
Date: 2018-03-01
"""
from math import sqrt
num = int(input('请输入一个正整数: '))
end = int(sqrt(num))
is_prime = True
for x in range(2, end + 1):
if num % x == 0:
is_prime = False
break
if is_prime and num != 1:
print('%d是素数' % num)
else:
print('%d不是素数' % num)
```
#### 练习2：输入两个正整数，计算最大公约数和最小公倍数。
```Python
"""
输入两个正整数计算最大公约数和最小公倍数
Version: 0.1
Author: 骆昊
Date: 2018-03-01
"""
x = int(input('x = '))
y = int(input('y = '))
if x > y:
x, y = y, x
for factor in range(x, 0, -1):
if x % factor == 0 and y % factor == 0:
print('%d和%d的最大公约数是%d' % (x, y, factor))
print('%d和%d的最小公倍数是%d' % (x, y, x * y // factor))
break
```
#### 练习3：打印三角形图案。
```Python
"""
打印各种三角形图案
*
**
***
****
*****
*
**
***
****
*****
*
***
*****
*******
*********
Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
row = int(input('请输入行数: '))
for i in range(row):
for _ in range(i + 1):
print('*', end='')
print()
for i in range(row):
for j in range(row):
if j < row - i - 1:
print(' ', end='')
else:
print('*', end='')
print()
for i in range(row):
for _ in range(row - i - 1):
print(' ', end='')
for _ in range(2 * i + 1):
print('*', end='')
print()
```
