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Python L1：条件语句 (Conditionals)

什么是条件语句 (Conditionals)

条件语句 (Conditionals) 允许你的程序根据特定条件做出决策，就像在岔路口选择走左边的路还是右边的路一样。

Python 内置了一系列“操作符” (operators)，用于进行数学问题的比较。

  • >: 大于
  • <: 小于
  • >=: 大于或等于
  • <=: 小于或等于
  • ==: 等于 (注意是双等号。单个等号 = 用于赋值 assign，而双等号 == 用于比较 compare 值)
  • !=: 不等于

条件语句 (conditional statements) 通过比较左侧项和右侧项来工作。

if 语句 (if Statements)

if 语句使用布尔值 (bool / Boolean) —— True 或 False —— 来决定是否执行一段代码。如果条件为 True，解释器 (interpreter) 就会运行缩进的代码块。

示例: 创建一个名为 compare.py 的文件。

# 获取用户输入并转换为整数 (integer)
x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

# 如果 x 小于 y
if x < y:
    print("x is less than y")

在这个例子中，程序会获取用户为 x 和 y 输入的值，并将它们存入相应的变量 (variables)。然后，if 语句比较 x 和 y。如果 x < y 这个条件满足 (即为 True)，那么 print 语句就会被执行。

控制流 (Control Flow)、elif 和 else

Control flow (控制流) 是程序执行决策的流程。

1. 多个 if 语句

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x < y:
    print("x is less than y")
if x > y:
    print("x is greater than y")
if x == y:
    print("x is equal to y")

这种写法中，程序会依次检查每一个 if 条件，无论前面的条件是否满足。这在逻辑上是低效的，因为这三个条件是互斥的。

这个流程可以用下面的流程图表示：

graph TD
    A[开始] --> B{x < y ?};
    B -- True --> C["print('x is less than y')"];
    B -- False --> D{x > y ?};
    C --> D;
    D -- True --> E["print('x is greater than y')"];
    D -- False --> F{x == y ?};
    E --> F;
    F -- True --> G["print('x is equal to y')"];
    F -- False --> H[结束];
    G --> H;
Loading

2. 使用 elif 改进 我们可以使用 elif (else if 的缩写) 来优化代码，让程序在找到一个满足的条件后就停止检查。

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x < y:
    print("x is less than y")
elif x > y:
    print("x is greater than y")
elif x == y:
    print("x is equal to y")

这里，如果 x < y 为 True，程序将不会再检查后面的 elif 条件。如果 x < y 为 False，它才会去检查 elif x > y。

这个流程可以用下面的流程图表示：

graph TD
    A[开始] --> B{x < y ?};
    B -- True --> C["print('x is less than y')"];
    C --> Z[结束];
    B -- False --> D{x > y ?};
    D -- True --> E["print('x is greater than y')"];
    E --> Z;
    D -- False --> F{x == y ?};
    F -- True --> G["print('x is equal to y')"];
    G --> Z;
    F -- False --> Z;
Loading

3. 使用 else 最终优化 逻辑上，如果 x 既不小于 y，也不大于 y，那么它必然等于 y。所以我们不需要明确检查 x == y，而是可以使用 else 作为“全捕捉” (catch-all) 的默认情况。

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x < y:
    print("x is less than y")
elif x > y:
    print("x is greater than y")
else:
    print("x is equal to y")

这个版本逻辑更清晰，也更高效。

这个流程可以用下面的流程图表示：

graph TD
    A[开始] --> B{x < y ?};
    B -- True --> C["print('x is less than y')"];
    C --> Z[结束];
    B -- False --> D{x > y ?};
    D -- True --> E["print('x is greater than y')"];
    E --> Z;
    D -- False --> F["print('x is equal to y')"];
    F --> Z;
Loading

or 关键字

or 关键字允许你在一个条件中检查多个可能性，只要其中一个为 True，整个条件就为 True。

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x < y or x > y:
    print("x is not equal to y")
else:
    print("x is equal to y")

当然，这段代码有更好的实现方式，比如直接使用 != 操作符：

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x != y:
    print("x is not equal to y")
else:
    print("x is equal to y")

或者反过来，先判断相等的情况：

x = int(input("What's x? "))
y = int(input("What's y? "))

if x == y:
    print("x is equal to y")
else:
    print("x is not equal to y")

这两种写法都只问了一个问题，非常高效。

and 关键字

and 关键字要求所有条件都为 True 时，整个条件才为 True。

示例：grade.py

score = int(input("Score: "))

if score >= 90 and score <= 100:
    print("Grade: A")
elif score >= 80 and score < 90:
    print("Grade: B")
elif score >= 70 and score < 80:
    print("Grade: C")
elif score >= 60 and score < 70:
    print("Grade: D")
else:
    print("Grade: F")

代码改进： Python 允许你像数学中一样链式书写比较，这在其他语言中不常见。

score = int(input("Score: "))

if 90 <= score <= 100:
    print("Grade: A")
# ...

最佳实践： 利用 if-elif 的流程控制，我们可以写出更简洁、更易于维护的代码。

score = int(input("Score: "))

if score >= 90:
    print("Grade: A")
elif score >= 80:
    print("Grade: B")
elif score >= 70:
    print("Grade: C")
elif score >= 60:
    print("Grade: D")
else:
    print("Grade: F")

在这个版本中，如果一个分数是 95，它满足 score >= 90，程序打印 "Grade: A" 后就会退出条件判断，不会再检查 elif score >= 80，这正是我们想要的结果。

更多信息可以查阅 Python 官方文档中关于 control flow 的部分。

模运算 (Modulo)

在数学中，parity (奇偶性) 指的是一个数是偶数还是奇数。

Modulo (模) 运算符 % 可以计算两个数相除的余数。

  • 4 % 2 的结果是 0，因为它们可以整除。
  • 3 % 2 的结果是 1，因为有余数。

示例：parity.py 我们可以用它来判断一个数的奇偶性。

x = int(input("What's x? "))

if x % 2 == 0:
    print("Even")
else:
    print("Odd")

创建我们自己的奇偶性函数 (Creating Our Own Parity Function)

将常用功能封装成自定义函数 (function) 是一个好习惯。

def main():
    x = int(input("What's x? "))
    if is_even(x):
        print("Even")
    else:
        print("Odd")

def is_even(n):
    if n % 2 == 0:
        return True
    else:
        return False

main()

注意，if is_even(x): 这行代码能工作，是因为 is_even 函数返回了一个布尔值 (bool)：True 或 False。if 语句直接根据这个返回值来做判断。

Pythonic 风格

Pythonic 是指一种具有 Python 语言鲜明特色的编程风格，通常意味着代码简洁、易读。

我们可以用更 Pythonic 的方式重写 is_even 函数。

版本 1：三元运算符

def is_even(n):
    return True if n % 2 == 0 else False

这一行代码读起来就像一个英文句子，是 Python 特有的写法。

版本 2：更简洁的 Pythonic 风格 n % 2 == 0 这个表达式本身就会得出一个布尔值 (True 或 False)，所以我们可以直接返回它的结果。

def is_even(n):
    return n % 2 == 0

这是最简洁、最 Pythonic 的写法。

match 语句

match 语句（在 Python 3.10 中引入）可以作为 if-elif-else 的一种替代方案，用于匹配特定的值。

if-elif-else 示例：

name = input("What's your name? ")

if name == "Harry" or name == "Hermione" or name == "Ron":
    print("Gryffindor")
elif name == "Draco":
    print("Slytherin")
else:
    print("Who?")

使用 match 语句实现： match 语句会将 match 后面的值与每个 case 后的值进行比较。一旦找到匹配项，就会执行相应的代码块，然后停止匹配。

name = input("What's your name? ")

match name:
    case "Harry":
        print("Gryffindor")
    case "Hermione":
        print("Gryffindor")
    case "Ron":
        print("Gryffindor")
    case "Draco":
        print("Slytherin")
    case _:
        print("Who?")

case _ 中的下划线 _ 是一个通配符，可以匹配任何其他情况，作用类似于 else。

使用 | 改进 match 语句： 我们可以使用 | (逻辑或) 将多个 case 合并成一个。

name = input("What's your name? ")

match name:
    case "Harry" | "Hermione" | "Ron":
        print("Gryffindor")
    case "Draco":
        print("Slytherin")
    case _:
        print("Who?")

总结 (Summing Up)

通过本节课的学习，你已经掌握了在 Python 中使用条件语句来让程序根据不同情况采取相应行动的能力。我们讨论了以下内容：

  • 条件语句 (Conditionals)
  • if 语句 (if Statements)
  • 控制流 (Control flow)、elif 和 else
  • or 关键字
  • and 关键字
  • 模运算 (Modulo)
  • 创建自定义函数 (Creating your own function)
  • Pythonic 编程风格 (Pythonic coding)
  • match 语句