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Python入门教程丨2.3 流程控制、算法效率分析及优化

news 来源：原创 2025/6/4 16:01:10

流程控制是用于控制程序执行顺序的机制，它决定了程序中的语句按照何种顺序被执行。

本节课将详细讲解 Python 流程控制的三大核心结构：顺序、条件和循环，并配备一些小案例。

1. 顺序结构：从头到尾依次执行

顺序结构是程序中最基础的控制方式，代码会按照书写顺序从上到下逐行执行，没有任何跳转或判断。

例如我们用输出字符串的方式模拟一个日常活动，依次完成：

print("早上起床")
print("刷牙洗脸")
print("开始学习 Python 流程控制")
print("总结笔记并练习")

程序输出：

早上起床
刷牙洗脸
开始学习 Python 流程控制
总结笔记并练习

亦或是一个简易的计算器，给出两数进行加减乘除：

num1 = 10
num2 = 5add = num1 + num2
subtract = num1 - num2
multiply = num1 * num2
divide = num1 / num2print(f"加法结果：{add}")
print(f"减法结果：{subtract}")
print(f"乘法结果：{multiply}")
print(f"除法结果：{divide}")

2. 条件结构：让代码学会“拐弯”

条件结构通过判断条件是否成立，决定执行哪段代码，从流程图上看就是一个岔路口，不同的条件走不同的路线。

在 Python 中，条件控制结构主要有 if-else 和 match-case 两种形式，它们各自适用于不同场景。

2.1 if-else

我们首先来看较常用的if-else 。

语法格式：

if 条件:执行语句1
elif 条件:执行语句2
else:其他情况

例如我们通过输入分数，判断学生的成绩：

score = int(input("请输入分数："))
if score >= 90:print("优秀！")
elif 70 <= score < 90:print("良好！")
elif 60 <= score < 70:print("及格！")
else:print("不及格，请努力！")

又或者是输入三条边，判断是否能构成三角形，并判定类型：

a = int(input("请输入第一条边："))
b = int(input("请输入第二条边："))
c = int(input("请输入第三条边："))if a + b > c and a + c > b and b + c > a:if a == b == c:print("这是一个等边三角形！")elif a == b or b == c or a == c:print("这是一个等腰三角形！")else:print("这是一个普通三角形！")
else:print("无法构成三角形。")
2.2 match-case

match-case 是 类似于其他语言中的 switch-case。它适用于明确的值匹配或简单的模式匹配场景。

语法格式：

match 表达式:
case 情况1:执行语句1
case 情况2:执行语句2
case _:默认执行语句

适用范围：

  • 条件是固定值或简单的匹配模式，如具体的数值。
  • 多个条件分支数量较多且独立。

例如我们按照星期安排活动：

day = input("请输入星期几（如星期天）：")match day:
case "星期一":print("今天是周一，安排组会！")
case "星期二":print("今天是周二，团队讨论！")
case "星期五":print("今天是周五，准备周报！")
case _:print("今天没有特别安排。")

3. 循环结构

循环结构可以让代码反复执行某些操作。Python 提供了两种主要循环：for 循环和 while 循环。

3.1 for 循环

for 循环是迭代式循环，用于遍历序列（如列表、元组、字符串等）中的每个元素，或者循环特定次数。

语法：

for 变量 in 可迭代对象:执行语句

适用范围：

  • 确定循环次数。
  • 需要遍历序列中的每个元素。

例如计算列表元素的和

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
total = 0
for num in numbers:total += num
print(f"列表的总和是：{total}")

嵌套循环指在一个循环内再包含另一个循环，适用于需要多层次迭代的场景。

经典案例：打印九九乘法表

for i in range(1, 10):  # 外层控制行for j in range(1, i + 1):  # 内层控制列print(f"{j}×{i}={i * j}", end="\t")  # 使用制表符对齐print()  # 每行结束后换行

输出结果：

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
3.2 while 循环：灵活性更强的循环

while 循环是条件式循环，反复执行代码块，直到条件为 False。

语法：

while 条件:执行语句

适用范围：

  • 循环次数不确定，但有明确的终止条件。
  • 循环依赖某种动态计算的条件。

例子：猜数字游戏，并不能确保第几次猜对，就需要用 while 条件判断。

import randomsecret_number = random.randint(1, 10)
attempts = 3while attempts > 0:guess = int(input("猜猜我是几（1-10）："))if guess == secret_number:print("恭喜你，猜对了！")breakelif guess < secret_number:print("小了！")else:print("大了！")attempts -= 1if attempts == 0:print(f"很遗憾，正确答案是：{secret_number}")
3.3 break 和 continue循环控制语句
  • break：提前结束循环。
  • continue：跳过本次循环，继续下一次。

例如需要过滤奇数

for i in range(10):if i % 2 == 0:continueprint(f"奇数：{i}")

4.时间复杂度与算法效率

在引入循环的概念后，我们就需要开始注重算法效率，循环在程序中往往会被反复执行，是性能瓶颈的主要来源之一。

而顺序结构是一次性执行的，运行时间是固定的，与输入规模无关。例如：

x = 5
y = x + 1
print(y)

无论输入规模多大，这些操作只执行一次，它们的时间复杂度是 O(1)，无需深入分析。

循环执行的次数直接影响程序的运行时间，如果循环次数随着输入规模显著增加，会导致程序运行缓慢，甚至无法处理较大的输入。因此，分析循环的算法效率至关重要。

4.1 什么是时间复杂度？

时间复杂度是描述算法执行时间与输入规模之间关系的指标，用大O符号表示。例如：

  • O(1) 表示操作的执行时间不随问题规模变化。
  • O(n) 表示执行时间与问题规模成正比。
  • O(n^2) 表示执行时间与问题规模成平方次比。

一般来说，一次循环的时间复杂度为 O(n)，嵌套循环的时间复杂度为 O(n^2)，当然具体问题需要具体分析，也有可能是 O(nlog2n)。但总体来说，嵌套循环会大大增加时间复杂度，编写程序时注意用其他方式替换来优化。

时间复杂度让我们预测程序在不同输入规模下的性能，从而评估其效率。

4.2 不同时间复杂度算法对比

我们用具体的例子来说明算法对时间复杂度的影响。

假设有两个数组：找到两个数组中和为目标值的所有数对
arr1 = [1, 2, 3, 4]
arr2 = [3, 4, 5, 6]
目标是找出所有满足 x + y = 7 的数对。

1） 不使用嵌套循环解决问题（排序 + 下标）

我们可以先数组排序，然后使用两个下标（指针）来解决问题。

arr1 = [1, 2, 3, 4]
arr2 = [3, 4, 5, 6]
target = 7# 排序两个数组
arr1.sort()
arr2.sort()result = []
i, j = 0, len(arr2) - 1  # 设置两个下标，一个从 arr1 开始，一个从 arr2 末尾while i < len(arr1) and j >= 0: if arr1[i] + arr2[j] == target:result.append((arr1[i], arr2[j]))i += 1j -= 1  # 找到匹配的后，同时移动两个下标elif arr1[i] + arr2[j] < target:i += 1  # 当前和小于目标值，增加较小的数字else:j -= 1  # 当前和大于目标值，减少较大的数字print("结果:", result)

输出：

结果: [(1, 6), (3, 4)]

2） 使用嵌套循环解决问题

arr1 = [1, 2, 3, 4]
arr2 = [3, 4, 5, 6]
target = 7result = []
for x in arr1:  # 遍历第一个数组for y in arr2:  # 遍历第二个数组if x + y == target:  # 检查是否满足条件result.append((x, y))print("结果（嵌套循环）:", result)

输出：

结果（嵌套循环）: [(1, 6), (3, 4)]
4.3 算法效率分析：

在这个嵌套循环中，每个外层循环 n 次，内层循环 m次，时间复杂度为：O(nxm)=O(n^2)

若n = m = 1,000 ，循环次数=1,000×1,000=1,000,000，需要执行百万次操作。

当 n = m = 10^6 时，循环次数=10^6×10^6=10^12，需要执行万亿次操作。

而在不使用嵌套循环的算法中：

排序两个数组需要：O(nlog⁡n+mlog⁡m),遍历两个数组的时间复杂度为：O(n+m)

若 n = m = 1,000，排序时间约为 1,000log⁡1,000≈10,000 次操作，遍历时间为 1,000+1,000=2,000次操作。

总循环次数=10,000+2,000=12,000，优化了 99% 以上的计算量。

若 n = m= 10^6，总循环次数=20,000,000+2,000,000=22,000,000，相比万亿级的计算量已经大大减少。

因此在编程时，我们要特别注意：

  • 嵌套循环虽然简单直接，处理日常任务可以使用，但容易因指数增长导致效率低下。
  • 在需要处理大规模数据时，应尽量避免嵌套循环，优化算法效率，减少不必要的重复计算。

5.小结

在本节中，我们一些重要的控制结构，重点是条件判断和循环。

⭐️ 循环结构用于重复执行代码，有 for 和 while 两种形式，适合不同场景。

⭐ 条件判断让程序具备决策能力，if-else 适合复杂逻辑，match-case 则简化多分支选择。

⭐ 算法效率与时间复杂度密切相关，循环的次数随数据规模增加而快速增长，优化代码能显著提高性能。

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编程日记 2025/4/27 8:46:11

mono3d汇总

lidar坐标系 lidar坐标系可以简单归纳为标准lidar坐标系和nucense lidar坐标系&#xff0c;参考链接。这个坐标系和车辆的ego坐标系是一致的。 标准lidar坐标系 opendet3d&#xff0c;mmdetection3d和kitt都i使用了该坐标系 up z^ x front| /| /left y <------ 0kitti采…...

编程日记 2025/6/2 8:53:11

机器学习第一道菜（一）：线性回归的理论模型

机器学习第一道菜&#xff08;一&#xff09;&#xff1a;线性回归的理论模型 一、问题&#xff1a;千金买笑1.1 散点图1.2 机器学习能搞啥 二、模型的建立2.1 线性回归2.2 回归模型 前面讲了机器学习的“四大绝技”&#xff0c;今天&#xff0c;开始研究第一绝技“回归”&…...

编程日记 2025/6/2 10:08:18

Unity的Transform类

1.position 游戏对象的世界坐标以(0, 0, 0)为原点 2.localPosition 本地坐标&#xff0c;相对父物体坐标 3.eulerAngles 相对世界的欧拉角 4.localEulerAngles 本地欧拉角 5.rotation 相对世界四元数 6.localRotation 本地四元…...

编程日记 2025/5/30 7:19:37

指针的进阶

指针的主题&#xff0c;我们在初级阶段的《指针》章节已经接触过了&#xff0c;我们知道了指针的概念&#xff1a; 1. 指针就是个变量&#xff0c;用来存放地址&#xff0c;地址唯一标识一块内存空间。 2. 指针的大小是固定的4/8个字节&#xff08;32位平台/64位平台&#xff0…...

编程日记 2025/6/3 12:57:23

每日学习30分轻松掌握CursorAI：Cursor插件系统与扩展功能

Cursor插件系统与扩展功能 一、课程概述 今天我们将学习Cursor AI的插件系统&#xff0c;了解如何通过插件扩展和增强IDE功能。由于Cursor AI基于VS Code开发&#xff0c;我们可以利用丰富的VS Code插件生态系统。 1.1 学习目标 了解插件系统原理掌握插件安装管理使用常用开…...

编程日记 2025/6/4 7:17:12

【WEB】网络传输中的信息安全 - 加密、签名、数字证书与HTTPS

文章目录 1. 概述2. 网络传输安全2.1.什么是中间人攻击2.2. 加密和签名2.2.1.加密算法2.2.2.摘要2.2.3.签名 2.3.数字证书2.3.1.证书的使用2.3.2.根证书2.3.3.证书链 2.4.HTTPS 1. 概述 本篇主要是讲解讲一些安全相关的基本知识&#xff08;如加密、签名、证书等&#xff09;&…...

编程日记 2025/5/25 0:26:45

Dexie.js内存管理技巧：在大型数据集操作中避免浏览器崩溃

Dexie.js 内存管理技巧&#xff1a;避免浏览器崩溃 在使用 Dexie.js 操作 大型数据集 时&#xff0c;如果不注意内存管理&#xff0c;可能会导致浏览器内存溢出&#xff08;OOM&#xff0c;Out of Memory&#xff09;或崩溃。因此&#xff0c;以下 内存管理技巧 可用于优化性能…...

编程日记 2025/6/2 21:48:33

vscode项目依赖问题

必读 一定要将前端下拉的项目备份一下&#xff0c;很容易运行导致依赖报错&#xff0c;重新下载 命令 使用幽灵分解器安装 pnpm install 替代 npm install 设置淘宝NPM镜像源 yarn config set registry https://registry.npmmirror.com 查看目前依赖包的版本 npm list ant-d…...

编程日记 2025/5/29 21:49:55

LLMs之RAG：《EdgeRAG: Online-Indexed RAG for Edge Devices》翻译与解读

LLMs之RAG&#xff1a;《EdgeRAG: Online-Indexed RAG for Edge Devices》翻译与解读 导读&#xff1a;这篇论文针对在资源受限的边缘设备上部署检索增强生成 (RAG) 系统的挑战&#xff0c;提出了一种名为 EdgeRAG 的高效方法。EdgeRAG 通过巧妙地结合预计算、在线生成和缓存策…...

编程日记 2025/6/2 14:25:09

宇泰串口卡驱动在Ubuntu22.04编译、安装汇总

从官网下载驱动官网地址 上传到Ubuntu, 目录结构如下&#xff1a; 驱动源代码: 驱动代码是基于开源项目编译来的 编译路径不能有中文路径&#xff0c;否则可能有类似错误 源码是基于Linux2.3内核编译&#xff0c;我当前是6.8.0-51&#xff0c;数据结构有升级&#xff0c;需要调…...

编程日记 2025/5/31 0:21:59

python管理工具：conda部署+使用

python管理工具&#xff1a;conda部署使用 一、安装部署 1、 下载 - 官网下载&#xff1a; https://repo.anaconda.com/archive/index.html - wget方式&#xff1a; wget -c https://repo.anaconda.com/archive/Anaconda3-2023.03-1-Linux-x86_64.sh2、 安装 在conda文件的…...

编程日记 2025/6/4 3:03:10

（三）html2canvas将HTML 转为图片并实现下载

将 HTML 转为图片并实现下载&#xff0c;通常可以使用一个叫做 html2canvas 的 JavaScript 库。html2canvas 能够将 HTML 元素及其样式渲染成一个画布 (Canvas)&#xff0c;然后将该画布转换为图片格式&#xff08;如 PNG 或 JPEG&#xff09;&#xff0c;最终提供下载功能。 …...

编程日记 2025/6/4 13:40:17