前言

本篇主要介紹程式結構控制，以BMI的計算為例，介紹回圈結構的控制和使用，以圓周率的計算為例，介紹random庫的使用，
（從本篇開始，出現的一些庫中函式介紹以及部分簡單代碼都將以圖片形式呈現）

讀完本篇，你將了解：
1.方法論
Python程式的控制語法及結構
2.實踐能力
學會撰寫帶有條件判斷及回圈的程式

本篇將系統介紹：
1.程式的分支結構（單、二、多分支結構，條件判斷及例外處理）
2.實體：身體質量指數BMI
3.程式的回圈結構（遍歷回圈、無限回圈；回圈控制保留字及回圈高級用法）
4.模塊3: random庫的使用（基本隨機函式及擴展隨機函式）
5.實體:圓周率的計算

一、程式的分支結構

1.單分支結構

根據判斷條件結果而選擇不同向前路徑的運行方式
（1）結構：（如果，則）
if<條件>∶
<陳述句塊>

（2）簡單實體

guess = eval(input())
if guess == 99:
    print("猜對了")

也可直接使用真偽

if True:
    print("條件正確")

2.二分支結構

根據判斷條件結果而選擇不同向前路徑的運行方式
（1）結構：
if<條件>∶
<陳述句塊1>
else:
<陳述句塊2>
（2）簡單實體

guess = eval(input())
if guess == 99:
    print("猜對了")
else:
    print("猜錯了")

if True:
    print("陳述句塊1")
else:
    print("陳述句塊2")

（3）緊湊形式：適用于簡單運算式的二分支結構
①結構：<運算式1> if <條件> else<運算式2>
當條件成立了回傳運算式1的資訊
②見代碼

guess = eval(input())
print("猜{}了".format("對" if guess == 99 else"錯"))

③好處：簡單的一行代碼表達二分支結構
④注意：緊湊形式中，if else所對應的輸出不是陳述句（帶賦值形式的，有等號構成），而是運算式

3.多分支結構

根據多個條件來選擇不同陳述句塊運行的一種分支結構
（1）結構：
if <條件>︰
<陳述句塊1>
elif :
<陳述句塊2>
…
else :
<陳述句塊2>

（2）簡單實體：對不同分數分級的問題

score = eval(input())
if score >= 90:
    grade = "A"
elif score >= 80:
    grade = "B"
elif score >= 70:
    grade = "C"
elif score >= 60:
    grade = "D"
print("輸入成績屬于級別{}".format(grade))

（3）注意：
①注意多條件之間的包含關系
②注意變數取值范圍的覆寫

4.條件判斷及組合

（1）條件判斷
相關運算子

（2）條件組合
用于條件組合的三個保留字

（3）實體

guess = eval(input())
if guess > 99 or guess < 99:
    print("猜錯了")
else:
    print("猜對了")

if not True:
    print("陳述句塊2")
else:
    print("陳述句塊1")

5.程式的例外處理

（1）例外處理的基本使用
try :
<陳述句塊1>
except :
<陳述句塊2>
執行陳述句1，出現例外執行陳述句2

（2）進一步區分不同的例外型別
try :
<陳述句塊1>
except<例外型別> :
<陳述句塊2>
增加標記，僅在此種例外型別發生時才執行陳述句塊2

（3）簡單實體

try:
    num = eval(input("請輸入一個整數: "))
    print(num ** 2)
except:
    print("輸入不是整數")

也可改為except NameError

（4）注意：標注例外型別后，僅回應該例外，例外型別名字等同于變數
（5）例外處理的高級使用
try :
<陳述句塊1>
except :
<陳述句塊2>
else :
<陳述句塊3>
finally:
<陳述句塊4>
注意：無論前面是否發生例外，finally對應陳述句塊4—定執行
else對應陳述句塊3在不發生例外時執行

二、實體5：身體質量指數BMI

1.問題分析

BMI∶對身體質量的刻畫
（1）BMI : Body Mass Index
國際上常用的衡量人體肥胖和健康程度的重要標準，主要用于統計分析
（2）定義:BMI=體重(kg)/身高^2(m2 )
（3）問題需求
輸入∶給定體重和身高值
輸出:BMI指標分類資訊(國際和國內)

2.實體講解

（1）思路方法
難點在于同時輸出國際和國內對應的分類
①思路1:分別計算并給出國際和國內BMI分類
②思路2∶混合計算并給出國際和國內BMI分類

（2）代碼實作
①思路1

# CalBMIv1
height, weight = eval(input("請輸入身高(米)和體重(公斤)[逗號隔開]:"))
bmi = weight / pow(height, 2)
print("BMI數值為:{:.2f}".format(bmi))
who = ""
if bmi < 18.5:
    who = "偏瘦"
elif 18.5 <= bmi < 25:
    who = "正常"
elif 25 <= bmi < 30:
    who = "偏胖"
else:
    who = "肥胖"
print("BMI指標為:國際‘{0}’".format(who))

簡單修改后即可輸出國內BMI
②思路2

# CalBMIv2
height, weight = eval(input("請輸入身高(米)和體重(公斤)[逗號隔開]:"))
bmi = weight / pow(height, 2)
print("BMI數值為:{:.2f}".format(bmi))
who, nat = "", ""
if bmi < 18.5:
    who, nat = "偏瘦", "偏瘦"
elif 18.5 <= bmi < 25:
    who, nat = "正常", "正常"
elif 24 <= bmi < 25:
    who, nat = "正常", "偏胖"
elif 25 <= bmi < 28:
    who, nat = "偏胖", "偏胖"
elif 28 <= bmi < 30:
    who, nat = "偏胖", "肥胖"
print("BMI指標為:國際‘{0}’, 國內'{1]".format(who, nat))

3.舉一反三

（1）關注多分支條件的組合
①多分支條件之間的覆寫是重要問題
②程式可運行，但不正確，要注意多分支
③分支結構是程式的重要框架，讀程式先看分支

三、程式的回圈結構

1.遍歷回圈

遍歷某個結構形成的回圈運行方式
（1）結構：從遍歷結構中逐一提取元素，放在回圈變數中
for <回圈變數> in<遍歷結構>∶
<陳述句塊>
①由保留字for和in組成，完整遍歷所有元素后結束
②每次回圈，所獲得元素放入回圈變數，并執行一次陳述句塊

（2）常用搭配使用方式（具體應用）
①計數回圈（N次)
for i in range(N):
<陳述句塊>
遍歷由range()函式產生的數字序列，產生回圈

②計數回圈（特定次)：實作特定次的計數回圈
for i in range(N,M,K):
<陳述句塊>
1）M開始（不到N）到N之前的整數,以K為步長
2）舉例：

③字串遍歷回圈
for c in s:
<陳述句塊>
1）s是字串，遍歷字串每個字符放到c中，產生回圈
2）舉例：

④串列遍歷回圈
for item in ls:
<陳述句塊>
1）ls是一個串列，遍歷其每個元素放到item中，產生回圈
2）舉例：

⑤檔案遍歷回圈
for line in fi:
<陳述句塊>
1）fi是一個檔案識別符號，遍歷其每行，產生回圈
2）舉例：

2.無限回圈

由條件控制的回圈運行方式
（1）結構：
while<條件>∶
<陳述句塊>
反復執行陳述句塊，直到條件不滿足時結束

（2）無限回圈的條件

這段程式將永遠執行下去

3.回圈控制保留字

（1）break和continue
①break跳出并結束當前整個回圈，執行回圈后的陳述句
②continue只結束當次回圈，繼續執行后續次數回圈
③break和continue可以與for和while回圈搭配使用

（2）雙層回圈舉例：

s不為空則列印s，每次for之后進行切片操作，在其中插入break
（即只要遇到T就停止遍歷）
說明：一個break僅跳出當前最內層回圈

4.回圈的高級用法

（1）回圈與else
①結構1：
for <回圈變數> in<遍歷結構>∶
<陳述句塊1>
else :
<陳述句塊2>

②結構2：
while <條件>:
<陳述句塊1>
else :
<陳述句塊2>

（2）作用：
①當回圈沒有被break陳述句退出時，執行else陳述句塊
②else陳述句塊作為"正常"完成回圈的獎勵
③這里else的用法與例外處理中else用法相似

（3）舉例：

四、模塊3: random庫的使用

1.random庫概述

random庫是使用亂數的Python標準庫
（1）偽亂數:采用梅森旋轉演算法生成的(偽)隨機序列中元素
（2）random庫主要用于生成亂數
（3）使用random庫:import random
（4）random庫包括兩類函式，常用共8個
①基本亂數函式: seed(), random()
②擴展亂數函式: randint(), getrandbits(), uniform(),randrange(), choice(), shuffle()

2.基本亂數函式

（1）亂數種子
隨機序列根據種子唯一確定，亂數種子確定了隨機序列的產生
（2）兩個基本函式

①若不呼叫seed函式，將使用當前作業系統的默認系統時間作為種子
②random函式中隨機小數的產生與種子有關

（3）舉例：

種子只需要給一次，會產生后續的亂數，不給種子，默認種子為當前呼叫第一次random函式的系統時間
（4）使用種子的好處：
可以復現或者再現程式運行的程序

3.6個常用擴展亂數函式

（1）函式介紹

另外兩個函式與序列有關

撰寫代碼時如果要將幾行代碼放在一行中，用分號分隔

4.需要掌握的能力

（1）能夠利用亂數種子產生"確定"偽亂數
（2）能夠產生隨機整數
（3）能夠對序列型別進行隨機操作

五、實體6:圓周率的計算

1.問題分析

（1）圓周率的近似計算公式

（2）蒙特卡羅方法
撒點（隨機）計算

2.實體講解

（1）撰寫程式實作上述近似公式
①累加求和，變數k從0開始到無窮大，后邊就是一個分數以及乘方乘積的關系
②for回圈實作累加

（2）代碼實作近似公式
①假設無窮大是100
②增加“\”使代碼進行換行
③運行結果：圓周率值是:3.141592653589793

（3）蒙特卡羅方法的實作（使用四分之一單位正方形）
①DARTS：當前在區域中拋撒點的總數量，設為100萬
②hits：在圓的內部的點的數量
③start：當前的系統時間的一個值，啟動計時
④回圈撒點的程序，可以描述為一次遍歷回圈的程序，對每一個點做一個回圈體的運算
⑤用for in range對所有點進行拋灑
⑥x，y：兩個亂數的坐標值，random函式回傳0-1的小數值，單位正方形橫縱坐標也在0-1之間
使用x，y獲得當前的某一個坐標，即為一個隨機拋點
⑦如何判斷點在圓內：使用這個點到圓心的距離，用pow函式計算，小于1則在圓內部，hits加一
⑧hits比上撒點值再乘以4，即為圓周率

3.舉一反三

（1）理解方法思維
①數學思維:找到公式，利用公式求解
②計算思維:抽象一種程序，用計算機自動化求解

（2）程式運行時間
①使用time庫的計時方法獲得程式運行時間
②改變撒點數量，理解程式運行時間的分布（從性能角度說，關注回圈）
③初步掌握簡單的程式性能分析方法

（3）計算問題的擴展
①不求解圓周率，而是某個特定圖形的面積
②在工程計算中尋找蒙特卡羅方法的應用場景

總結

經過本篇的學習，可以大致掌握運用控制回圈結構去實作一些問題的求解（本篇只是基礎），大家可以嘗試不同的控制結構去拓展更多的回圈高級用法，回圈的高級用法中的else處理機制與例外處理機制類似，是與c++中不同的語法體系，
善于使用random庫函式解決數學問題，學會用代碼實作數學思維向計算機語言思維的轉換，
如有錯誤，歡迎指正！
注：代碼非原創
下篇將介紹函式和代碼復用，