{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"# 程序的基本结构（三）：逻辑判断与分支"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"如果源代码是我们写出来的故事，那么“逻辑判断与分支”就是故事中的情节编排，是场景之间的关联、排列和衔接——这一点程序和小说、影视剧不那么相近，倒是更像电子游戏。游戏是互动性最强的艺术形式，可以根据玩家的行为走向不同的情节，发生不同的事件和冲突，这种分支多样性极大地增加了表现力和趣味性。\n",
"\n",
"程序也一样，如果一个程序只能顺序一条一条指令执行，能表达的东西就太少了。我们需要根据输入的不同执行不同的指令，最终给出不一样的结果，这样程序才有价值。所以所有的编程语言都会提供逻辑判断和分支执行的能力。"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## if...else 语句"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"所谓分支，其实也很简单，就是“如果这样就 A 否则就 B”，通过这个句式的组合可以实现无穷无尽的变化，这个句式翻译成 Python 的语法就是：\n",
"\n",
"```python\n",
"if X:\n",
" A\n",
"else:\n",
" B\n",
"```\n",
"\n",
"X 是一个“逻辑判断”，其结果要么是真（*True*）要么是假（*False*）；A 和 B 是两个代码段（*code block*），分别缩进以表示从属于 `if` 和 `else`。上面的代码意思是：如果 X 是真就执行代码段 A，否则就执行代码段 B。\n",
"\n",
"Python 还可以连着写好几个 `if`，比如：\n",
"\n",
"```python\n",
"if X:\n",
" A\n",
"elif Y:\n",
" B\n",
"else:\n",
" C\n",
"```\n",
"\n",
"这里的 `elif` 是 *else if* 的简化写法，整个意思是：如果 X 是真就执行 A（不管 Y 如何），否则继续判断 Y——如果 Y 是真就执行 B，否则就执行 C。\n",
"\n",
"下面我们重点看看 X、Y 这些所谓“逻辑判断”可以是什么东西。"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## 逻辑表达式"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"只要最终给出一个逻辑真值或假值的东西都可以算作“逻辑判断”，我们大致分分类可以有这么些：\n",
"* 布尔类型的变量或者值，要么是 `True` 要么是 `False`；\n",
"* 上一章介绍的**大小比较操作符**的运算结果，例如 `a <= 6` `a + b == c` 这类；\n",
"* 返回布尔值的函数，例如我们上一章介绍的 `isinstance()`；\n",
"* 上面这些东西通过上一章介绍的**逻辑运算操作符**组合起来，例如 `(a > 1) and (a <= 6)` `isinstance(x, int) or isinstance(x, float)`。\n",
"\n",
"这些东西通称“逻辑表达式”，因为其结果最终都是一个逻辑真值或者假值，根据其真假 `if...else` 语句就知道到底应该执行哪一个分支。我们来看例子。"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 1,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"94 是偶数\n"
]
}
],
"source": [
"from random import randrange\n",
"n = randrange(1, 100)\n",
"if n % 2 == 0:\n",
" print(n, '是偶数')\n",
"else:\n",
" print(n, '是奇数')"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"上面的代码首先引入 `random` 模块里的一个函数 `randrange()`，然后调用这个函数来生成一个 1~100 之间的随机数并赋给 n——我们先不去细究这里面的东西，知道这个结果就好，关键是下面的 `if...else` 语句：如果 n 除以 2 的余数是 0（还记得上一章我们介绍的整除操作符 `//` 和 `%` 吧），就打印 ‘n 是偶数’，否则打印 ‘n 是奇数’。由于 n 是随机生成的一个数，所以你可以反复多次运行上面这段代码（运行的方法是选择上面这个 *cell*，按 ⌃+回车），看看不同的结果。"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"有了逻辑判断和条件分支，我们可以做好多事情了，比如我们可以实现一个算绝对值的函数："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 2,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"def abs(x):\n",
" if x >= 0:\n",
" return x\n",
" else:\n",
" return -x"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"这个函数非常简单，如果是大于等于零的数就直接返回这个数，否则返回它的相反数，我们可以测试下："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 3,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"42"
]
},
"execution_count": 3,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"abs(42)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 4,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"3.14"
]
},
"execution_count": 4,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"abs(-3.14)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"我们还可以实现一个我们自己的 `type()` 函数，和官方的 `type()` 功能也差不多，即返回一个变量或者值的数据类型："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 5,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"def type_0(x):\n",
" if isinstance(x, bool):\n",
" return 'bool'\n",
" elif isinstance(x, int):\n",
" return 'int'\n",
" elif isinstance(x, float):\n",
" return 'float'\n",
" elif isinstance(x, str):\n",
" return 'str'\n",
" else:\n",
" return 'unknown'"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 6,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"'int'"
]
},
"execution_count": 6,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"type_0(42)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 7,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"'str'"
]
},
"execution_count": 7,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"type_0('abracadabra')"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 8,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"'bool'"
]
},
"execution_count": 8,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"type_0(False)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 9,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"'unknown'"
]
},
"execution_count": 9,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"type_0([1, 2, 3])"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"最后一个例子显示出我们的 `type_0` 实现和系统的 `type` 还是有点差距，不过没关系，我们才刚开始嘛。"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## 万物皆为布尔值"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"我们上一节列出了几类逻辑表达式，它们都可以放在 `if` 后面做逻辑判断，但可以放在 `if` 后面的远不止这些，事实上**几乎任何东西**都可以。因为 Python 提供了一组规则来判断一个值“相当于”逻辑真还是假，这种定义是在所谓“合理类比”和方便性的基础上做出的，比如：\n",
"* 数字 0 “相当于”假，而其他数字都相当于真；\n",
"* 空字符串“相当于”假，非空的字符串“相当于”真。\n",
"\n",
"其他很多情形也类似，一般来说 0 啊、空啊之类的都“相当于”假，其他就算真了。如果我们搞不清楚某个东西相当于真还是假，可以借助于内置函数 `bool()`，这个函数可以把任何东西变成布尔值（`True` 或者 `False`），下面是一些例子："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 10,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"True"
]
},
"execution_count": 10,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool(42)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 11,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"False"
]
},
"execution_count": 11,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool(0)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 12,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"False"
]
},
"execution_count": 12,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool(0.0)"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 13,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"False"
]
},
"execution_count": 13,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool('')"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 14,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"True"
]
},
"execution_count": 14,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool('abracadabra')"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 15,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"True"
]
},
"execution_count": 15,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool('0') # 这是一个非空字符串，不要和 bool(0) 搞混哦~"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 16,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"True"
]
},
"execution_count": 16,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool([1, 2, 3]) # 和字符串类似，非空列表相当于真，空列表相当于假"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 17,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"False"
]
},
"execution_count": 17,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bool([])"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"这种“相当于”的逻辑，可以帮助我们写出更简洁的代码，比如下面两段代码是完全等价的："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 18,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"a = 42\n",
"if n != 0:\n",
" a = a / n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 19,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"a = 42\n",
"if n:\n",
" a = a / n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"下面两段也完全等价："
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 20,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdin",
"output_type": "stream",
"text": [
"请输入您的姓名 \n"
]
},
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"姓名不可为空，请重新输入\n"
]
}
],
"source": [
"s = input('请输入您的姓名')\n",
"if s == '':\n",
" print('姓名不可为空，请重新输入')"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 21,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdin",
"output_type": "stream",
"text": [
"请输入您的姓名 Neo\n"
]
}
],
"source": [
"s = input('请输入您的姓名')\n",
"if not s:\n",
" print('姓名不可为空，请重新输入')"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"最后这个例子里的 `input()` 也是 Python 内置函数，它的作用是提示用户输入点什么，并把用户输入的东西作为函数值返回，我们会经常在例子中用到这个东西。"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## 小结"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"* 根据一个逻辑判断做分支执行的能力使得计算机程序真正开始变得“智能”，程序中的角色（变量与值）和交互（操作符与函数）通过它才最终编排成有用的东西；\n",
"* `if...else` 的语法简单直观，但通过各种逻辑表达式组合可以实现丰富的逻辑选择；\n",
"* Python 中的几乎任何值都能转换为布尔值 `True` 或 `False`，`bool()` 函数可以告诉我们特定值对应的是逻辑真还是假。"
]
}
],
"metadata": {
"kernelspec": {
"display_name": "Python 3",
"language": "python",
"name": "python3"
},
"language_info": {
"codemirror_mode": {
"name": "ipython",
"version": 3
},
"file_extension": ".py",
"mimetype": "text/x-python",
"name": "python",
"nbconvert_exporter": "python",
"pygments_lexer": "ipython3",
"version": "3.7.4"
}
},
"nbformat": 4,
"nbformat_minor": 4
}