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Python少儿编程-神奇的数字黑洞

2026-03-26 09:17:20

想象比知识更重要

编程能让想象变成现实

~Python少儿编程课堂来啦~

小朋友们，你们有没有听说过“黑洞”？不是宇宙里那个能吸走一切的可怕黑洞哦，今天我们要认识的是一个藏在数字里的“小调皮”——6174数字黑洞，也叫卡普雷卡尔黑洞～它是印度数学家卡普雷卡尔在1949年发现的，就像数字世界里的“无底洞”，不管你选一个什么样的4位数（注意哦，4个数字不能完全一样，比如1111、2222就不行），按照特定的规则玩游戏，最后一定会掉进“6174”这个黑洞里，再也逃不出来！是不是超神奇？

先来感受数字黑洞的魔力吧

我们拿小朋友们可能熟悉的数字8848来试试看（就是那个世界最高峰珠穆朗玛峰的高度哦，是不是很有纪念意义），跟着步骤走，看看它怎么“掉进”6174的：

排排坐，分大小：把8848的4个数字，按从大到小的顺序排一排，变成最大的数——8884；再按从小到大的顺序排一排，变成最小的数——4888。
来算差值：用最大的数减去最小的数，8884 - 4888 = 3996。
重复玩，找规律：拿着刚才算出来的3996，再重复上面的步骤：
9963 - 3699 = 6264
6642 - 2466 = 4176
7641 - 1467 = 6174

哇哦！只需要4次，8848就变成了6174～就算我们再对6174重复步骤，7641 - 1467还是6174，再也变不出别的数啦，这就是数字黑洞的神奇之处！

用Python验证数字黑洞

既然数字黑洞这么神奇，我们就用Python写一个小程序，让电脑来帮我们验证一下——不管输入哪个符合要求的4位数，最后是不是都能得到6174。在写程序之前，我们先把“大任务”拆成一个个“小积木”，就像搭乐高一样，一步步来，就很简单啦！

任务分解：把复杂问题变简单

小朋友们想一想，要完成“验证数字黑洞”，我们需要做哪些事？其实就3件核心小事：

第一步：让用户输入一个4位数（还要检查一下，数字不能全一样哦，不然游戏没法玩～）；

第二步：对这个数字，完成“排最大数→排最小数→算差值”的操作；

第三步：重复第二步，直到差值变成6174，然后告诉用户“成功啦，掉进黑洞啦”，还要数一数用了几次步骤。

模块设计：给程序分分工

我们给程序分3个“小模块”，每个模块做一件事，分工明确，不容易出错：

输入验证模块：负责接收用户输入的4位数，检查是否符合要求（4位、数字不全相同），不符合就提醒用户重新输入；
数字变换模块：负责把一个4位数，转换成最大数、最小数，再算出它们的差值；
循环验证模块：负责重复调用“数字变换模块”，直到得到6174，记录步骤数，最后输出结果。

流程图：看清程序的“行走路线”

小朋友们，我们用简单的流程图，看看程序是怎么一步步运行的，就像看地图一样清晰～

动手写代码啦

接下来就是最激动人心的环节——写代码！小朋友们跟着注释一步步看，每一行代码都有“小解释”，保证能看懂～

先上完整代码：

# 少儿编程Python：验证6174数字黑洞# 先写第一个模块：数字变换模块（把4位数变成最大数、最小数，算差值）defnumber_transform(num):    # 把数字转换成字符串，方便我们排序（比如1234变成"1234"）    num_str = str(num)    # 确保数字是4位（比如如果差值是3位数，就变成0396，保证4位）    num_str = num_str.zfill(4)  # zfill(4)表示不足4位，前面补0    # 排最大数：把字符串排序后反转，再转成整数    max_num =int(''.join(sorted(num_str, reverse=True)))    # 排最小数：直接排序字符串，再转成整数    min_num =int(''.join(sorted(num_str)))    # 算差值，返回结果    return max_num - min_num# 第二个模块：输入验证模块（检查用户输入是否符合要求）definput_check():    whileTrue:  # 循环，直到输入正确为止        num = input("请输入一个4位数（4个数字不能完全相同）：")        # 检查是否是4位数字        ifnotnum.isdigit()orlen(num)!=4:            print("哎呀，输入错啦！请输入4位数字哦～")            continue        # 检查4个数字是否完全相同（比如1111）        iflen(set(num))== 1:  # set(num)会去掉重复数字，长度为1说明全相同            print("哎呀，4个数字不能完全一样哦，重新输入吧！")            continue        # 输入正确，返回整数格式的数字        returnint(num)# 第三个模块：循环验证模块（主程序）defverify_black_hole():    print("🎉 6174数字黑洞验证程序启动啦！")    # 调用输入验证模块，获取正确的4位数    current_num = input_check()    step = 0  # 记录步骤数，初始为0    # 循环：直到当前数字变成6174    whilecurrent_num!=6174:        # 调用数字变换模块，算出下一个差值        current_num = number_transform(current_num)        step += 1  # 步骤数加1        # 打印每一步的结果，让我们看得更清楚        print(f"第{step}步：变换后得到 {current_num}")    # 循环结束，说明得到6174啦    print(f"\n✅ 验证成功！一共用了{step}步，成功掉进6174数字黑洞啦～")# 启动程序（这句话很重要，不然程序不会运行哦）verify_black_hole()

小朋友们，把这段代码复制到Python编辑器里，运行一下，输入一个4位数（比如1234、5678），看看电脑是不是能帮我们算出掉进黑洞的步骤～试试输入你喜欢的数字，看看谁用的步骤最少吧！

编程小知识：函数的“小秘密”

刚才我们写的代码里，有一个很重要的知识点——自定义函数，还有它的“小伙伴”——变量作用域。其实它们一点都不复杂，跟着我学，马上就能掌握！

（一）自定义函数：自己动手做“工具”

小朋友们，我们平时用的print()、input()，是Python自带的“工具”，而我们写的def number_transform(num): 这种，就是自己做的工具——自定义函数。

def 是“定义函数”的关键字，就像在说“我要做一个新工具啦”；
number_transform 是我们给工具起的名字，最好能看懂它做什么（比如这个名字，就是“数字变换”的意思）；
括号里的num，是“工具的原材料”，也就是函数的“参数”，我们把要处理的数字传给它；
return 是“工具的产出物”，也就是函数处理完后，给我们返回的结果（比如这个函数，返回的就是最大数减最小数的差值）。

为什么要自定义函数呢？比如我们的“数字变换”操作，在程序里要重复用好多次，如果每次都写一遍排序、算差值的代码，就太麻烦啦！我们把它做成函数，想用的时候直接“叫它”（调用函数）就可以，省时又省力～

（二）函数小拓展：无参、多参和带默认值的函数

小朋友们，除了上面这种需要传“原材料”（参数）的函数，函数家族还有三个“小伙伴”，它们各有各的本领，我们一起来认识一下，再动手写几个简单示例，一下子就能学会！

1. 无参函数：不需要“原材料”的工具

无参函数，就是不需要传任何“原材料”（括号里是空的），只要调用它，它就会自动完成任务的工具。就像我们按一下开关，电灯就会亮，不需要给电灯递东西一样～

示例代码

# 无参函数示例：打印一句问候语defsay_hello():  # 括号里是空的，没有参数，就是无参函数    print("小朋友们好呀！我是无参函数，不用传参数也能工作～")# 调用无参函数：直接写函数名+括号，不用传任何东西say_hello()# 运行结果：小朋友们好呀！我是无参函数，不用传参数也能工作～

小提醒：无参函数的括号不能少哦，哪怕里面没有内容，写say_hello()才是调用，写say_hello是没用的～

2. 多参函数：需要多个“原材料”的工具

之前我们写的number_transform(num)只有1个参数，而多参函数，就是需要2个或更多“原材料”才能工作的工具。比如我们做水果沙拉，需要苹果、香蕉、草莓多种水果，多参函数就像做沙拉的工具，要传多个“原材料”才行～

示例代码

# 多参函数示例：计算三个数字的总和defadd_three_num(a, b, c):  # 括号里有3个参数，就是多参函数    sum_result = a + b + c  # 用三个参数做加法    return sum_result  # 返回计算结果# 调用多参函数：要按顺序传3个“原材料”，用逗号隔开result1 = add_three_num(10, 20, 30)result2 = add_three_num(5, 15, 25)print("10+20+30的结果是：", result1)print("5+15+25的结果是：", result2)# 运行结果：# 10+20+30的结果是： 60# 5+15+25的结果是： 45

小技巧：调用多参函数时，参数的顺序要和定义时一致哦，不然会算错结果～

3. 参数带默认值的函数：有“默认原材料”的工具

这种函数更灵活啦！它的参数有一个“默认值”，就像商店里的商品有默认数量，你可以直接买默认的，也可以自己指定数量。调用时，不想传这个参数，就用默认值；想传，就用自己的数值～

示例代码

# 参数带默认值的函数示例：买文具defbuy_stationery(name, num=1):  # num=1就是参数的默认值    print(f"你买了{num}个{name}，一共花了{num*2}元（每个2元）～")# 调用方式1：只传第一个参数，第二个用默认值（num=1）buy_stationery("铅笔")# 调用方式2：传两个参数，覆盖默认值（num=5）buy_stationery("笔记本", 5)# 运行结果：# 你买了1个铅笔，一共花了2元（每个2元）～# 你买了5个笔记本，一共花了10元（每个2元）～

小重点：带默认值的参数，要放在所有无默认值参数的后面哦，比如def buy_stationery(num=1, name)是错的，一定要把name（无默认值）放在前面～

（二）变量作用域：变量的“活动范围”

小朋友们，你们有没有自己的小房间？房间里的玩具，只有你能随便玩，别人不能随便碰；而客厅里的玩具，全家人都能玩。变量也一样，有自己的“活动范围”，这就是变量作用域。我们结合两个超简单的代码示例，一看就懂！

1. 局部变量：“房间里的玩具”

局部变量就是在函数里面定义的变量，就像你房间里的专属玩具，出了自己的房间（函数），别人就找不到它、用不了它啦，一旦走出房间，它就“消失”咯～

示例代码（踩坑小测试，看看会发生什么）

# 定义一个函数，里面放一个“房间里的玩具”（局部变量）defmy_room():    toy = "乐高积木"  # toy是局部变量，只属于my_room这个“房间”    print("我房间里有：", toy)  # 在房间里，能找到玩具# 调用函数，看看房间里的玩具my_room()# 尝试在“房间外”（函数外）找这个玩具print("客厅里能找到玩具吗？", toy)

运行结果：会报错！提示“name 'toy' is not defined”（找不到toy这个变量）。

小解释：toy是在my_room函数里定义的局部变量，只能在这个函数里用，出了函数就“失效”了，所以外面打印toy会报错哦～

2. 全局变量：“客厅里的玩具”

全局变量是在所有函数外面定义的变量，就像客厅里的公共玩具，不管是你的房间、弟弟妹妹的房间（各个函数），都能找到它、使用它～

示例代码（成功运行小案例）：

# 在所有函数外面定义一个“客厅里的玩具”（全局变量）living_room_toy = "遥控汽车"  # 全局变量，属于整个程序# 第一个函数（你的房间），使用客厅玩具defmy_room():    print("我去客厅拿玩具：", living_room_toy)  # 能找到全局变量# 第二个函数（妹妹的房间），也使用客厅玩具defsister_room():    print("妹妹去客厅拿玩具：", living_room_toy)  # 也能找到全局变量# 调用两个函数，看看能不能用到客厅玩具my_room()sister_room()# 直接在“客厅”（函数外）打印玩具print("客厅里的玩具是：", living_room_toy)