Как работает цикл For OTUS
Программирование требует от пользователя наличия определенного багажа знаний и навыков. Без понимания некоторых базовых принципов создание качественного программного обеспечения невозможно.
Огромную роль при написании софта играют циклы. В данной статье речь зайдет о такой блок-схеме как For. Будут рассмотрены примеры, написанные на языках СИ-семейства. Все это пригодится новичкам, которые только познакомились с разработкой.
Термины – базовые понятия
Циклы, включая блок For – это не так трудно, как кажется на первых порах. Такая схема есть почти во всех языках программирования. Только перед его более детальном рассмотрением рекомендуется запомнить несколько базовых определений. Соответствующие термины помогут не запутаться новичкам, а также освежат знания опытных разработчиков.
Запомнить стоит такие понятия:
- Алгоритм – принципы, а также правила, помогающие решать конкретные задачи.
- Переменные – единицы хранения информации.
Именованные ячейки. - Константы – значения, которые не будут корректироваться по ходу реализации программного кода.
- Оператор – то, что умеет манипулировать через операнды.
- Операнд – объект, которым можно управлять через операторы.
- Итерация – один проход через набор операций в пределах исполняемого кода.
- Ключевое слово – специальное слово, зарезервированное языком программирования. Помогает описывать команды и операции, выполнять различные действия. Ключевое слово не может выступать именем переменной.
- Петля – инструкции, которые повторяют один и тот же процесс. Происходит это до тех пор, пока не будет выдана команда на остановку или пока не выполнено заданное условие.
Последний термин можно также описать словом «цикл». Программирование предусматривает огромное множество подобных «компонентов». Самый распространенный – это схема For.
Но сначала стоит запомнить, что есть еще и бесконечный цикл. Он представлен непрерывным повторением фрагмента приложения.
Не прекращается самостоятельно. Чтобы затормозить соответствующий процесс, программисту предстоит использовать принудительную остановку.
Описание цикла
Оператор цикла For – это оператор управляющего характера в языке Си. Он позволяет реализовывать выполнения петли непосредственно в алгоритме. Пользуется спросом как у новичков, так и у опытных разработчиков.
Имеет такой синтаксис:
For (счетчик; условие; итератор)
{
// тело цикла
}
Именно такую схему необходимо использовать в будущем контенте. Но ее необходимо грамотно применять. А еще – понять принцип работы соответствующего блока.
Как функционирует
For – это цикл, который распространен в языках программирования. Встречается не только в СИ-семейству. Позволяет выполнять разнообразные команды по принципу петли. Работает по следующему алгоритму:
- Предусматривает три переменные в своем цикле. А именно – итератор, условие и счетчик.
- Объявляется при помощи ключевого слова «For».
- Счет объявляется всего один раз. Делается это в самом начале блока. Инициализация обычно происходит непосредственно после объявления.
- Происходит проверка заданного условия. Соответствующее «требование» — это булево выражение. Оно будет возвращать значение True/False.
- Если условие – это «Истина», то выполняются инструкции, прописанные внутри заданного цикла. Далее – инициализируется итератор. Обычно процесс предусматривает корректировку значения переменной. Происходит повторная проверка условия. Операция повторяется до тех пор, пока заданный «критерий» не определится системой как «Ложный».
- Когда условие, прописанное в теле For, изначально имеет «статус» False, происходит завершение «петли».
Соответствующий алгоритм помогает при различных задачах в разработке программного обеспечения. Пример – сортировка данных в пределах заданного массива.
Схематичное представление
Ниже представлена схема цикла For:
Эта визуальная форма представления «петли» поможет лучше понять, как функционирует заданная схема.
Итерации
А вот наглядный пример кода, который способствует более быстрому пониманию и усвоению итераций внутри For:
Здесь:
- счетчик – это int i = 1;
- условие – переменная < = 5;
- итератор – i++.
После того, как приложение окажется запущенным, произойдет следующее:
- Объявляется и проходит инициализацию переменная с именем i. Она получает значение 1.
- Проверяется условие, в котором i меньше или равно 5.
- Если утверждение верно, обрабатывается тело цикла. В представленной схеме происходит увеличение значения переменной на +1.
- Осуществляется замена i с последующей проверкой условия.
- Когда переменная в For будет равна 6, приложение завершит цикл.
А вот еще один пример. Он поможет вычислить сумму первых n натуральных чисел в заданной последовательности:
Результатом окажется надпись «Сумма первых 5 натуральных чисел = 15». В предложенном фрагменте объявлены сразу две переменные – n и sum.
Несколько выражений
Внутри For можно использовать сразу несколько выражений. Это значит, что схема предусматривает инициализацию пары-тройки счетчиков, а также итераторов. Лучше всего рассматривать данный процесс на наглядном примере:
Здесь произошла инициализация переменных, которые выступают в виде счетчиков – i и j. У итератора тоже присутствуют два выражения. На каждой итерации цикла j и i происходит увеличение на единицу.
Без объявления
Еще одна ситуация, предусматриваемая в программировании – это использование изучаемого цикла без предварительного объявления счетчиков и итераторов. В For соответствующие операции не являются обязательными. Запуск «петли» возможен без них. В этом случае принцип работы цикла подобен while:
Здесь:
- Счетчик и итератор не были объявлены программистом.
- Переменная i объявлена до заданного цикла. Ее значение будет увеличиваться внутри тела For.
- Представленный пример аналогичен первому представленному ранее образцу.
Условие цикла – это еще один необязательный компонент. Если оно отсутствует, имеет смысл говорить о бесконечной «петле».
Бесконечность
Бесконечный «повторяющийся блок кода» выполняется тогда, когда прописанное условие всегда выступает в качестве «истины». Наглядно ситуация выглядит так:
Здесь:
- Переменная i получила значение, равное 1.
- Условие, которое проверяется на истинность – i больше 0.
- Во время каждой совершаемой итерации значение i будет увеличиваться на единицу.
- Из вышесказанного следует, что на выходе приложение начнет ссылаться на то, что прописанное условие – истина. Значение False никогда не встретится.
Описанная ситуация приведет к бесконечному исполнению кода. Инициализировать цикл удается при помощи замены условия пробелом. Вот примеры:
Break и Continue
Работая с For, нужно обратить внимание на операторы break и continue. Первая «команда» помогает незамедлительно выйти из цикла. Исполнение утилиты продолжается со следующего идущего оператора.
Continue – это оператор, который вызывает пропуск оставшейся части тела. Далее – переводит программу к последующей итерации. В For и While continue помогает оценивать условие продолжения.
Пример с факториалом
Рассмотренный цикл – это то, что позволяет быстро производить весьма сложные вычисления. Вот – наглядный пример подсчета факториала:
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
Цикл со счетчиком | это… Что такое Цикл со счетчиком?
Цикл — разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода).
Содержание
|
1 Безусловные циклыОпределения
Последовательность инструкций, предназначенная для многократного исполнения, называется телом цикла. Однократное выполнение тела цикла называется итерацией. Выражение определяющее, будет в очередной раз выполняться итерация, или цикл завершится, называется условием выхода или условием окончания цикла (либо условием продолжения в зависимости от того, как интерпретируется его истинность — как признак необходимости завершения или продолжения цикла). Переменная, хранящая текущий номер итерации, называется счётчиком итераций цикла или просто счётчиком цикла.
Цикл не обязательно содержит счётчик, счётчик не обязан быть один — условие выхода из цикла может зависеть от нескольких изменяемых в цикле переменных, а может определяться внешними условиями (например, наступлением определённого времени), в последнем случае счётчик может вообще не понадобиться.
Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода.
Виды циклов
Безусловные циклы
Иногда в программах используются циклы, выход из которых не предусмотрен логикой программы. Такие циклы называются безусловными, или бесконечными. Специальных синтаксических средств для создания бесконечных циклов, ввиду их нетипичности, языки программирования не предусматривают, поэтому такие циклы создаются с помощью конструкций, предназначенных для создания обычных (или условных) циклов.
Цикл с предусловием
Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while, отсюда его второе название — while-цикл.
Цикл с постусловием
Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until; в Си — do…while.
В трактовке условия цикла с постусловием в разных языках есть различия.
Цикл с выходом из середины
Цикл с выходом из середины — наиболее общая форма условного цикла. Синтаксически такой цикл оформляется с помощью трёх конструкций: начала цикла, конца цикла и команды выхода из цикла. Конструкция начала маркирует точку программы, в которой начинается тело цикла, конструкция конца — точку, где тело заканчивается. Внутри тела должна присутствовать команда выхода из цикла, при выполнении которой цикл заканчивается и управление передаётся на оператор, следующий за конструкцией конца цикла. Естественно, чтобы цикл выполнился более одного раза, команда выхода должна вызываться не безусловно, а только при выполнении условия выхода из цикла.
Принципиальным отличием такого вида цикла от рассмотренных выше является то, что часть тела цикла, расположенная после начала цикла и до команды выхода, выполняется всегда (даже если условие выхода из цикла истинно при первой итерации), а часть тела цикла, находящаяся после команды выхода, не выполняется при последней итерации.
Легко видеть, что с помощью цикла с выходом из середины можно легко смоделировать и цикл с предусловием (разместив команду выхода в начале тела цикла), и цикл с постусловием (разместив команду выхода в конце тела цикла).
Часть языков программирования содержат специальные конструкции для организации цикла с выходом из середины. Так, в языке Ада для этого используется конструкция LOOP…END LOOP и команда выхода EXIT или EXIT WHEN:
LOOP
... Часть тела цикла
EXIT WHEN <условие выхода>;
... Часть тела цикла
IF <условие выхода> THEN
EXIT;
END;
... Часть тела цикла
END LOOP:
Здесь внутри цикла может быть любое количество команд выхода обоих типов.
Сами команды выхода принципиально не различаются, обычно EXIT WHEN применяют, когда проверяется только условие выхода, а просто EXIT — когда выход из цикла производится в одном из вариантов сложного условного оператора.
В тех языках, где подобных конструкций не предусмотрено, цикл с выходом из середины может быть смоделирован с помощью любого условного цикла и оператора досрочного выхода из цикла (такого, как break в Си), либо оператора безусловного перехода goto.
Цикл cо счётчиком
Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором
Например, в языке Оберон-2 такой цикл имеет вид:FOR v := b TO e BY s DO ... тело цикла END
(здесь v — счётчик, b — начальное значение счётчика, e — граничное значение счётчика, s — шаг).
Неоднозначен вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик. Например, если в программе на языке Паскаль встретится конструкция вида:
i := 100; for i := 0 to 9 do begin ... тело цикла end; k := i;
возникает вопрос: какое значение будет в итоге присвоено переменной k: 9, 10, 100, может быть, какое-то другое? А если цикл завершится досрочно? Ответы зависят от того, увеличивается ли значение счётчика после последней итерации и не изменяет ли транслятор это значение дополнительно. Ещё один вопрос: что будет, если внутри цикла счётчику будет явно присвоено новое значение? Различные языки программирования решают данные вопросы по-разному. В некоторых поведение счётчика чётко регламентировано.
В других, например, в том же Паскале, стандарт языка не определяет ни конечного значения счётчика, ни последствий его явного изменения в цикле, но не рекомендует изменять счётчик явно и использовать его по завершении цикла без повторной инициализации. Программа на Паскале, игнорирующая эту рекомендацию, может давать разные результаты при выполнении на разных системах и использовании разных трансляторов.
Радикально решён вопрос в языке Ада: счётчик считается описанным в заголовке цикла, и вне его просто не существует. Даже если имя счётчика в программе уже используется, внутри цикла в качестве счётчика используется отдельная переменная. Счётчику запрещено явно присваивать какие бы то ни было значения, он может меняться только внутренним механизмом оператора цикла. В результате конструкция
i := 100; for i in (0..9) loop ... тело цикла end loop; k := i;
внешне аналогичная вышеприведённому циклу на Паскале, трактуется однозначно: переменной k будет присвоено значение 100, поскольку переменная i, используемая вне данного цикла, не имеет никакого отношения к счётчику i, который создаётся и изменяется внутри цикла.
Цикл со счётчиком всегда можно записать как условный цикл, перед началом которого счётчику присваивается начальное значение, а условием выхода является достижение счётчиком конечного значения; к телу цикла при этом добавляется оператор изменения счётчика на заданный шаг. Однако специальные операторы цикла со счётчиком могут эффективнее транслироваться, так как формализованный вид такого цикла позволяет использовать специальные процессорные команды организации циклов.
В некоторых языках, например, Си и других, произошедших от него, цикл for, несмотря на синтаксическую форму цикла со счётчиком, в действительности является циклом с предусловием. То есть в Си конструкция цикла:
for (i = 0; i < 10; ++i)
{
... тело цикла
}
фактически представляет собой другую форму записи конструкции:
i = 0;
while (i < 10)
{
... тело цикла
++i;
}
То есть в конструкции for сначала пишется произвольное предложение инициализации цикла, затем — условие продолжения и, наконец, выполняемая после каждого тела цикла некоторая операция (это не обязательно должно быть изменение счётчика; это может быть правка указателя или какая-нибудь совершенно посторонняя операция). Для языков такого вида вышеописанная проблема решается очень просто: переменная-счётчик ведёт себя совершенно предсказуемо и по завершении цикла сохраняет своё последнее значение.
Вложенные циклы
Существует возможность организовать цикл внутри тела другого цикла.
Такой цикл будет называться вложенным циклом. Вложенный цикл по отношению к циклу в тело которого он вложен будет именоваться внутренним циклом, и наоборот цикл в теле которого существует вложенный цикл будет именоваться внешним по отношению к вложенному. Внутри вложенного цикла в свою очередь может быть вложен еще один цикл, образуя следующий уровень вложенности и так далее. Количество уровней вложенности как правило не ограничивается.
Полное число исполнений тела внутреннего цикла не превышает произведения числа итераций внутреннего и всех внешних циклов. Например взяв три вложенных друг в друга цикла, каждый по 10 итераций, получим 10 исполнений тела для внешнего цикла, 100 для цикла второго уровня и 1000 в самом внутреннем цикле.
Одна из проблем, связанных с вложенными циклами — организация досрочного выхода из них. Во многих языках программирования есть оператор досрочного завершения цикла (break в Си, exit в Турбо Паскале, last в Perl и т.
п.), но он, как правило, обеспечивает выход только из цикла того уровня, откуда вызван. Вызов его из вложенного цикла приведёт к завершению только этого внутреннего цикла, объемлющий же цикл продолжит выполняться. Проблема может показаться надуманной, но она действительно иногда возникает при программировании сложной обработки данных, когда алгоритм требует немедленного прерывания в определённых условиях, наличие которых можно проверить только в глубоко вложенном цикле.
Решений проблемы выхода из вложенных циклов несколько.
- Простейший — использовать оператор безусловного перехода goto для выхода в точку программы, непосредственно следующую за вложенным циклом. Этот вариант критикуется сторонниками структурного программирования, как и все конструкции, требующие использования goto. Некоторые языки программирования, например Modula-2, просто не имеют оператора безусловного перехода, и в них подобная конструкция невозможна.
- Альтернатива — использовать штатные средства завершения циклов, в случае необходимости устанавливая специальные флаги, требующие немедленного завершения обработки.
Недостаток — усложнение кода, снижение производительности без каких-либо преимуществ, кроме теоретической «правильности» из-за отказа от goto. - Размещение вложенного цикла в процедуре. Идея состоит в том, чтобы всё действие, которое может потребоваться прервать досрочно, оформить в виде отдельной процедуры, и для досрочного завершения использовать оператор выхода из процедуры (если такой есть в языке программирования). В Си, например, можно построить функцию с вложенным циклом, а выход из неё организовать с помощью оператора return. Недостаток — выделение фрагмента кода в процедуру не всегда логически обосновано, и не все языки имеют штатные средства досрочного завершения процедур.
- Воспользоваться механизмом генерации и обработки исключений (исключительных ситуаций), который имеется сейчас в большинстве ЯВУ. В этом случае в нештатной ситуации код во вложенном цикле возбуждает исключение, а блок обработки исключений, в который помещён весь вложенный цикл, перехватывает и обрабатывает его.
Недостаток — реализация механизма обработки исключений в большинстве случаев такова, что скорость работы программы уменьшается. Правда, в современных условиях это не особенно важно: практически потеря производительности столь мала, что имеет значение лишь для очень немногих приложений. - Наконец, существуют специальные языковые средства для выхода из вложенных циклов. Так, в языке Ада программист может пометить цикл (верхний уровень вложенного цикла) меткой, и в команде досрочного завершения цикла указать эту метку. Выход произойдёт не из текущего цикла, а из всех вложенных циклов до помеченного, включительно.
Совместный цикл
Ещё одним вариантом цикла является цикл, задающий выполнение некоторой операции для объектов из заданного множества, без явного указания порядка перечисления этих объектов. Такие циклы называются совместными (а также циклами по коллекции, циклами просмотра) и представляют собой формальную запись инструкции вида: «Выполнить операцию X для всех элементов, входящих в множество M».
Совместный цикл, теоретически, никак не определяет, в каком порядке операция будет применяться к элементам множества, хотя конкретные языки программирования, разумеется, могут задавать конкретный порядок перебора элементов. Произвольность даёт возможность оптимизации исполнения цикла за счёт организации доступа не в заданном программистом, а в наиболее выгодном порядке. При наличии возможности параллельного выполнения нескольких операций возможно даже распараллеливание выполнения совместного цикла, когда одна и та же операция одновременно выполняется на разных вычислительных модулях для разных объектов, при том что логически программа остаётся последовательной.
Совместные циклы имеются в некоторых языках программирования (C#, JavaScript, Python, LISP, коллекции объектов. В определении такого цикла требуется указать только коллекцию объектов и переменную, которой в теле цикла будет присвоено значение обрабатываемого в данный момент объекта (или ссылка на него). Синтаксис в различных языках программирования синтаксис оператора различен:
C#:
foreach (type item in set)
{
//использование item
}
foreach (@set)
{
#использование $_
}
Python for Loop — Учитесь на примере
Оператор for в Python немного отличается от того, что вы обычно используете в других языках программирования.
Вместо того, чтобы перебирать числовую прогрессию, оператор Python for перебирает элементы любого итерируемого (список, кортеж, словарь, набор или строка). Элементы повторяются в том порядке, в котором они появляются в итерируемом.
Синтаксис
Вот синтаксис для оператора :
Основные примеры
# Итерация по списку
цвета = ['красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый']
для x в цветах:
печать (х)
# Печатает красный зеленый синий желтый # Перебор строки
S = 'питон'
для х в S:
печать (х)
# Выводит py th on Break in for Loop
Оператор break Python используется для немедленного выхода из цикла. Он просто вообще выпрыгивает из цикла, и программа продолжается после цикла.
# Разорвать цикл на «синем»
цвета = ['красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый']
для x в цветах:
если x == 'синий':
перерыв
печать (х)
# Печатает красный зеленый Продолжить цикл for
Оператор continue пропускает текущую итерацию цикла и продолжает следующую итерацию.
# Пропустить «синий»
цвета = ['красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый']
для x в цветах:
если x == 'синий':
продолжать
печать (х)
# Выводит красный зеленый желтый Else in for Loop
Python допускает опциональное предложение else в конце цикла for . Предложение else будет выполнено, если цикл завершится естественно (через истощение).
цветов = ['красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый']
для x в цветах:
печать (х)
еще:
печать('Готово!')
# Печатает красный зеленый синий желтый
# Печать Готово! Если цикл завершится преждевременно с break , предложение else не будет выполнено.
цветов = ['красный', 'зеленый', 'синий', 'желтый']
для x в цветах:
если x == 'синий':
перерыв
печать (х)
еще:
печать('Готово!')
# Печатает красный зеленый Функция range() в цикле for
Если вам нужно выполнить группу операторов заданное количество раз, используйте встроенную функцию range().
Функция range(start,stop,step) генерирует последовательность чисел от 0 до указанного числа (но не включая его).
# Создать последовательность чисел от 0 до 6
для x в диапазоне (7):
печать (х)
# Выводит 0 1 2 3 4 5 6 range() обеспечивает простой способ повторения действия определенное количество раз.
# Напечатать «Привет!» три раза
для x в диапазоне (3):
печать('Привет!')
# Печатает Привет!
# Печатает Привет!
# Печатает Привет! Диапазон начинается с 0 по умолчанию. Но вы можете начать диапазон с другого номера, указав начальный параметр.
# Сгенерировать последовательность чисел от 2 до 6
для x в диапазоне (2, 7):
печать (х)
# Выводит 2 3 4 5 6 Вы также можете генерировать диапазон отрицательных чисел.
для x в диапазоне (-5,0):
печать (х)
# Выводит -5 -4 -3 -2 -1 Диапазон увеличивается на 1 по умолчанию. Но вы можете указать другой шаг, добавив параметр шага.
# Увеличение диапазона на 2
для x в диапазоне (2, 7, 2):
печать (х)
# Выводит 2 4 6 Вложенный цикл for
Цикл внутри другого цикла называется вложенным циклом .
# Сведение вложенного списка
список = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
для подсписка в списке:
для номера в подсписке:
печать (число)
# Печатает 1 2 3 4 5 6 7 8 9Индекс доступа в цикле for
Для перебора индексов последовательности вы можете комбинировать range() и len() следующим образом:
colors = ['красный', 'зеленый', 'синий']
для индекса в диапазоне (len (цвета)):
печать (индекс, цвета [индекс])
# Печатает 0 красный
# Печатает 1 зеленый
# Выводит 2 blue Однако в большинстве таких случаев удобно использовать функцию enumerate().
цветов = ['красный', 'зеленый', 'синий']
для индекса значение в перечислении (цвета):
печать (индекс, значение)
# Печатает 0 красный
# Печатает 1 зеленый
# Напечатает 2 синих Цикл ниже for выполняет множественное присваивание (распаковывает текущий кортеж) каждый раз в цикле.
# Распаковка кортежа
Т = [(1, 2), (3, 4), (5, 6)]
для (а, б) в Т:
напечатать (а, б)
# Печатает 1 2
# Печатает 3 4
# Выводит 5 6 Точно так же вы можете перебирать как ключи, так и значения в словаре.
# Распаковка словаря
D = {'имя': 'Боб', 'возраст': 25}
для x, y в D.items():
напечатать (х, у)
# Отпечатки возраста 25 лет
# Выводит имя Bob Изменить список во время итерации
Не изменять изменяемые объекты во время циклирования на них. Это может создать бесконечный цикл.
# бесконечный цикл
цвета = ['красный', 'зеленый', 'синий']
для x в цветах:
если x == 'красный':
colors.insert(0, 'оранжевый')
print(colors) Рекомендуется сначала сделать копию. Оператор нарезки делает это особенно удобным.
цветов = ['красный', 'зеленый', 'синий'] для x в цветах[:]: если x == 'красный': colors.insert(0, 'оранжевый') печать (цвета) # Выводит ['оранжевый', 'красный', 'зеленый', 'синий']
Перебор нескольких списков
Используя встроенную функцию zip(), вы можете перебирать несколько списков одновременно.
# Перебрать сразу два списка
имя = ['Боб', 'Сэм', 'Макс']
возраст = [25, 35, 30]
для x, y в zip (имя, возраст):
напечатать (х, у)
# Печатает Боб 25
# Печатает Сэм 35
# Выводит макс. 30 Как использовать цикл For в R (с 18 примерами кода)
13 июня 2022 г.
Цикл for — одна из основных конструкций потока управления в языке программирования R. Итак, что это значит и как вы это используете?
В этом руководстве мы обсудим, что такое цикл for в R, какой у него синтаксис, когда его можно применять, как использовать его в разных структурах данных, как вложить несколько циклов for и как мы можем регулировать выполнение цикла for.
Что такое цикл For в R?
Цикл for — одна из основных конструкций потока управления в языке программирования R. Он используется для перебора набора объектов, таких как вектор, список, матрица или кадр данных, и применения одного и того же набора операций к каждому элементу заданной структуры данных.
Мы используем циклы for, чтобы сохранить наш код в чистоте и избежать ненужного повторения блока кода.
Базовый синтаксис цикла for в R следующий:
для (переменная в последовательности) {
выражение
} Здесь последовательность — это набор объектов (например, вектор), по которым проходит цикл for, переменная — это элемент этого набора на каждой итерации, а выражение в теле цикла — это набор операций, вычисляемых для каждого элемента.
Из приведенного выше синтаксиса ключевые слова для и в обязательны, как и круглые скобки. Другие элементы, такие как фигурные скобки, отступ, размещение выражения и закрывающей фигурной скобки на новой строке, пробел между головой и телом цикла for, не являются обязательными, но настоятельно рекомендуются. Они рекомендуются для выделения основных частей цикла for и, следовательно, улучшения читаемости кода и облегчения отладки (при необходимости).
Цикл for останавливается после последнего элемента коллекции объектов, если только 9Используется оператор 0003 break (мы рассмотрим этот оператор позже в этом руководстве).
Как использовать цикл For в R
Давайте посмотрим, как можно использовать цикл for в R для перебора различных типов коллекций объектов. В частности, рассмотрим вектор, список и матрицу.
Использование цикла For для вектора
Чтобы начать с очень простого примера, давайте напечатаем все числа от 1 до 5 включительно. Для этой цели мы возьмем соответствующий вектор, созданный с помощью : оператор ( 1:5 ) и используйте функцию print() как выражение:
для (x в 1:5) {
печать (х)
} [1] 1 [1] 2 [1] 3 [1] 4 [1] 5
В реальном мире мы можем захотеть использовать более осмысленное имя переменной, чем x (например, цена , месяц и т. д.).
Если нам нужно напечатать каждое значение как символ, дающий дополнительный контекст, мы можем добавить функцию paste() к выражению:
за (месяц в 1:5) {
печать(вставить('Месяц:', месяц))
} [1] "Месяц: 1" [1] «Месяц: 2» [1] «Месяц: 3» [1] «Месяц: 4» [1] "Месяц: 5"
Часто нам нужно вычислить условное выражение в теле цикла и на его основе вывести соответствующий результат:
за (месяц в 1:5) {
если (месяц < 3) {
print(paste('Зима, месяц', месяц))
} еще {
print(paste('Весна, месяц', месяц))
}
} [1] «Зима, месяц 1» [1] «Зима, месяц 2» [1] «Весна, месяц 3» [1] «Весна, месяц 4» [1] «Весна, месяц 5»
Используя понятный и последовательный синтаксис, обращая внимание на отступы и помещая каждую часть тела цикла на новую строку, мы ясно видим, что для месяцев 1 и 2 (т.
е. менее 3) цикл печатает «Зима» и номер месяца. Для других месяцев цикл for выводит «Весна» и номер месяца. С фрагментом кода ниже мы фактически получаем тот же результат:
for(месяц в масштабе 1:5) if(month < 3)print(paste('Зима, месяц', месяц)) else print(paste('Весна, месяц', месяц)) [1] «Зима, месяц 1» [1] «Зима, месяц 2» [1] «Весна, месяц 3» [1] «Весна, месяц 4» [1] "Весна, месяц 5"
Во втором случае код выглядит намного сложнее для понимания. Это подтверждает, что использование правильного синтаксиса, включая необязательные элементы, важно для лучшей читабельности кода.
Мы можем сохранить результат цикла for в новом векторе, добавив результат каждой итерации к изначально пустому вектору, как в примере ниже:
vect_1 <- c(2, 7, 4, 9, 8)
vect_2 <- числовой()
для (число в vect_1) {
vect_2 <- c(vect_2, число * 10)
}
vect_2 - 20
- 70
- 40
- 90
- 80
Выше мы умножили каждый элемент числового вектора vect_1 на 10 и добавили значение каждой итерации к vect_2 .
Цикл for работает также с векторами символов:
животных <- c('коала', 'кошка', 'собака', 'панда')
для (животное в животных) {
печать (животное)
} [1] "коала" [1] «кошка» [1] «собака» [1] "панда"
Использование цикла For в списке
Давайте попробуем применить цикл for к спискам.
Сначала создадим список со смешанными типами данных и структурами:
my_list <- list(c(5, 8, 2, 9), 'кошка', 'собака', c('коала', 'панда', 'кролик'), TRUE, 3.14)
мой_список - 5
- 8
- 2
- 9
- «кошка»
- 'собака'
-
- "коала"
- 'панда'
- 'кролик'
Мы можем вывести значение каждого элемента в списке:
для (элемент в my_list) {
печать (элемент)
} [1] 5 8 2 9 [1] «кошка» [1] «собака» [1] «коала» «панда» «кролик» [1] ИСТИНА [1] 3.14
Мы также можем вывести длину каждого элемента в списке:
для (элемент в my_list) {
печать (длина (элемент))
} [1] 4 [1] 1 [1] 1 [1] 3 [1] 1 [1] 1
Теперь давайте создадим новый список на основе my_list , в котором каждый элемент исходного списка будет реплицирован дважды:
мой_список_2 <- список()
для (я в 1: длина (мой_список)) {
my_list_2[[i]] <- rep(my_list[[i]], 2)
}
мой_список_2 - 5
- 8
- 2
- 9
- 5
- 8
- 2
- 9
- «кошка»
- «кошка»
-
- "собака"
- 'собака'
- «коала»
- «панда»
- «кролик»
- 'коала'
- «панда»
- «кролик»
- ИСТИНА
- ИСТИНА
- 3,14
- 3,14
Как и в разделе о векторах, мы можем добавить оценку условия в тело цикла for выше.
Создадим новый список my_list_3 , опять же на основе my_list с каждым элементом исходного списка, реплицированного дважды, , но только для элементов длиной более 1 . В противном случае будет добавлен символ 'Слишком короткий элемент' :
мой_список_3 <- список()
для (я в 1: длина (мой_список)) {
если (длина (мой_список [[i]]) > 1) {
my_list_3[[i]] <- rep(my_list[[i]], 2)
} еще {
my_list_3[[i]] <- 'Слишком короткий элемент'
}
}
мой_список_3 - 5
- 8
- 2
- 9
- 5
- 8
- 2
- 9
- ‘Слишком короткий элемент’
- 'Слишком короткий элемент'
-
- 'коала'
- 'панда'
- 'кролик'
- 'коала'
- 'панда'
- 'кролик'
Использование цикла For на матрице
Поскольку матрица в R представляет собой двумерную структуру данных со строками и столбцами, для цикла по матрице мы должны использовать вложенные циклы for , т.
е. один цикл for внутри другого цикла for:
my_matrix <- матрица (1:9, nrow=3, ncol=3)
для (строка в 1:nrow(my_matrix)) {
for (столбец в 1:ncol(my_matrix)) {
print(paste('Row', row, 'col', col, 'value', my_matrix[row, col]))
}
} [1] "Строка 1 столбец 1 значение 1" [1] «Строка 1, столбец 2, значение 4» [1] «Строка 1, столбец 3, значение 7» [1] «Строка 2, столбец 1, значение 2» [1] «Строка 2, столбец 2, значение 5» [1] «Строка 2, столбец 3, значение 8» [1] «Строка 3, столбец 1, значение 3» [1] «Строка 3, столбец 2, значение 6» [1] "Строка 3, столбец 3, значение 9"
В приведенном выше фрагменте кода мы создали матрицу 3×3, заполнили ее целыми числами от 1 до 9 включительно и использовали 2 вложенных цикла for для перебора строк и столбцов и вывода значения для каждой ячейки матрица.
С помощью вложенных циклов for мы можем изменять значения матрицы. Например, давайте обнулим все значения нашей матрицы, чтобы каждое из них стало равным сумме индексов соответствующей ячейки.
Для этой цели мы будем использовать встроенную функцию R dim() , который возвращает размер матрицы:
для (я в 1: тусклый (моя_матрица) [1]) {
for(j in 1:dim(my_matrix)[2]) {
my_matrix[я, j] = я + j
}
}
моя_матрица | 2 | 3 | 4 |
| 3 | 4 | 5 |
| 4 | 5 | 6 |
Вложенные циклы for в R применимы не только для манипулирования матрицами. Ниже приведен простой пример создания различных комбинаций значений двух векторов и печати этих комбинаций:
качеств <- c('смешной', 'милый', 'дружелюбный')
животные <- c('коала', 'кошка', 'собака', 'панда')
for (x в качестве) {
для (y у животных) {
печать (вставить (х, у))
}
} [1] "веселая коала" [1] «забавный кот» [1] «смешная собака» [1] "веселая панда" [1] «милая коала» [1] «милый кот» [1] «милая собачка» [1] «милая панда» [1] «дружелюбная коала» [1] «дружелюбный кот» [1] «дружелюбная собака» [1] «дружелюбная панда»
Использование цикла For для DataFrame
Точно так же, как мы сделали с матрицей выше, мы можем перебрать фрейм данных, который также является двумерной структурой данных:
super_sleepers <- data.frame(рейтинг=1:4, животное=с('коала', 'ежик', 'ленивец', 'панда'), country=c('Австралия', 'Италия', 'Перу', 'Китай'), avg_sleep_hours=c(21, 18, 17, 10)) печать (super_sleepers)
рейтинг животных страны avg_sleep_hours 1 1 коала Австралия 21 2 2 ёжик Италия 18 3 3 ленивец Перу 17 4 4 панда Китай 10
для (строка в 1:nrow(super_sleepers)) {
for (столбец в 1:ncol(super_sleepers)) {
print(paste('Row', row, 'col', col, 'value', super_sleepers[row, col]))
}
} [1] "Строка 1 столбец 1 значение 1" [1] «Строка 1, столбец 2, значение коала» [1] «Строка 1, столбец 3, значение Австралия» [1] «Строка 1, столбец 4, значение 21» [1] «Строка 2, столбец 1, значение 2» [1] «Строка 2, столбец 2, значение ежа» [1] «Строка 2, столбец 3, значение Италия» [1] «Строка 2, столбец 4, значение 18» [1] «Строка 3, столбец 1, значение 3» [1] «Строка 3, столбец 2, значение лени» [1] «Строка 3, столбец 3, значение Перу» [1] «Строка 3, столбец 4, значение 17» [1] «Строка 4, столбец 1, значение 4» [1] «Строка 4, столбец 2, значение panda» [1] «Строка 4, столбец 3, значение Китай» [1] «Строка 4, столбец 4, значение 10»
Использование оператора
Break в цикле For Оператор break используется внутри логического условия в цикле for для выхода из цикла до того, как он пройдет через все элементы.
В случае вложенных циклов этот оператор приводит к прерыванию только самого внутреннего цикла.
Давайте повторим наш вектор символов животных из предыдущего примера и остановим цикл for, как только он встретит элемент с менее чем 4 символами:
животных <- c('коала', 'кошка', 'собака', 'панда')
для (животное в животных) {
если (nchar(животное) < 4) {
перерыв
}
печать (животное)
} [1] "коала"
Мы видим, что несмотря на то, что где-то после "koala" у нас есть еще один элемент с не менее чем 4 символами ("panda") в нашем векторе animals , цикл for не достиг этого значения и остановил выполнение при первом появлении предмет, содержащий менее 4 символов ("кошка").
Использование
Следующий оператор внутри цикла For В отличие от оператора break , этот используется для пропуска итерации на основе определенных предопределенных условий, а не выхода из всего цикла.
Чтобы понять, как работает этот оператор, давайте запустим тот же фрагмент кода, что и выше, заменив break на next :
