配套专栏:Python 全栈修炼之路 第 06 篇《条件判断与循环控制》
难度分布:⭐ → ⭐⭐ → ⭐⭐ → ⭐⭐⭐ → ⭐⭐⭐ → ⭐⭐⭐⭐
核心覆盖:if/elif/else、for/while、break/continue、推导式、range 惰性求值、枚举、zip、矩阵操作
题目一:成绩等级判断器 ⭐
📌 题目描述
编写函数 get_grade(score),根据输入的百分制成绩返回对应的等级:
输入:85输出:"B"输入:105输出:"无效分数"
💡 编程思路
这道题考察 if/elif/else 的多分支判断:
- 方法一(传统 if-elif):从上到下依次判断,第一个满足的条件会被执行。注意条件的顺序,应该从高到低或从低到高,避免逻辑漏洞。
- 方法二(条件表达式嵌套):使用三元运算符的嵌套形式,适合简单场景但可读性稍差。
关键点:边界值测试(60, 70, 80, 90, 100)和无效输入处理(负数、超过100)。
🖥️ 参考代码
def get_grade_if(score): """方法一:传统 if-elif-else""" if not isinstance(score, (int, float)): return "无效分数" if score < 0 or score > 100: return "无效分数" elif score >= 90: return "A" elif score >= 80: return "B" elif score >= 70: return "C" elif score >= 60: return "D" else: return "F"def get_grade_ternary(score): """方法二:嵌套条件表达式(不推荐复杂场景使用)""" if not isinstance(score, (int, float)) or score < 0 or score > 100: return "无效分数" return "A" if score >= 90 else "B" if score >= 80 else "C" if score >= 70 else "D" if score >= 60 else "F"# 测试if __name__ == "__main__": test_cases = [ (95, "A"), (85, "B"), (75, "C"), (65, "D"), (55, "F"), (90, "A"), (80, "B"), (70, "C"), (60, "D"), (0, "F"), (100, "A"), (-5, "无效分数"), (105, "无效分数"), ("abc", "无效分数") ] for score, expected in test_cases: result = get_grade_if(score) assert result == expected, f"分数 {score} 期望 {expected},实际 {result}" print(f" {score:>6} 分 → 等级 {result}") print("\n所有测试通过 ✓")
🔗 关联知识点
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if/elif/else | |
isinstance() | |
| A if cond else B |
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题目二:素数筛选(埃拉托斯特尼筛法) ⭐⭐
📌 题目描述
编写函数 sieve_of_eratosthenes(n),使用埃拉托斯特尼筛法找出 2 到 n 之间的所有素数。
输入:30输出:[2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29]
算法原理:从 2 开始,将每个素数的倍数标记为合数,剩下的就是素数。
💡 编程思路
这道题考察 嵌套循环 + 标记数组:
- 创建一个布尔数组
is_prime[0..n],初始全部设为 True。 - 从 2 开始遍历,如果
is_prime[i] 为 True,则 i 是素数。 - 将 i 的所有倍数(从 i*i 开始)标记为
False。
优化点:
- 只需遍历到
sqrt(n),因为大于 sqrt(n) 的倍数已经被更小的素数标记过了。 - 标记倍数时从
i*i 开始,因为 i*2, i*3, ... 已经被更小的素数处理过了。
🖥️ 参考代码
def sieve_of_eratosthenes(n): """ 埃拉托斯特尼筛法 —— O(n log log n) 核心思想:素数的倍数一定是合数 """ if n < 2: return [] # 初始化:假设所有数都是素数 is_prime = [True] * (n + 1) is_prime[0] = is_prime[1] = False # 只需遍历到 sqrt(n) for i in range(2, int(n ** 0.5) + 1): if is_prime[i]: # 标记 i 的所有倍数为合数(从 i*i 开始优化) for j in range(i * i, n + 1, i): is_prime[j] = False # 收集所有素数 return [i for i in range(2, n + 1) if is_prime[i]]def sieve_optimized(n): """优化版本:只处理奇数,节省一半空间""" if n < 2: return [] if n == 2: return [2] # 只存储奇数(3, 5, 7, ...) sieve = [True] * ((n - 1) // 2) for i in range((int(n ** 0.5) + 1) // 2): if sieve[i]: # 当前素数:2*i + 3 p = 2 * i + 3 # 从 p*p 开始标记,步长为 2p(只标记奇数倍数) start = (p * p - 3) // 2 sieve[start::p] = [False] * ((len(sieve) - start - 1) // p + 1) return [2] + [2 * i + 3 for i in range(len(sieve)) if sieve[i]]# 测试if __name__ == "__main__": print("=== 筛法求素数 ===") primes = sieve_of_eratosthenes(50) print(f"2-50 之间的素数: {primes}") print(f"共 {len(primes)} 个") # 性能测试 import timeit n = 1000000 t1 = timeit.timeit(lambda: sieve_of_eratosthenes(n), number=5) t2 = timeit.timeit(lambda: sieve_optimized(n), number=5) print(f"\n{n} 以内素数:") print(f" 基础筛法: {t1:.4f}s") print(f" 优化筛法: {t2:.4f}s") print(f" 素数个数: {len(sieve_of_eratosthenes(n))}")
🔗 关联知识点
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range(start, stop, step) | |
| [i for i in range() if condition] |
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题目三:打印菱形图案 ⭐⭐
📌 题目描述
编写函数 print_diamond(n),打印一个高度为 2n-1 行的菱形图案。
输入:n = 4输出: * *** ************ ***** *** *
💡 编程思路
这道题考察 双重循环 + 字符串格式化:
上半部分(包括中间行):行号 i 从 0 到 n-1
下半部分:行号 i 从 n-2 到 0(倒序)
关键技巧:使用 str.center() 或计算空格数量,使用字符串乘法 '*' * count 生成星号串。
🖥️ 参考代码
def print_diamond(n): """打印菱形图案""" if n <= 0: return # 上半部分(包括中间行) for i in range(n): spaces = ' ' * (n - 1 - i) stars = '*' * (2 * i + 1) print(spaces + stars) # 下半部分 for i in range(n - 2, -1, -1): spaces = ' ' * (n - 1 - i) stars = '*' * (2 * i + 1) print(spaces + stars)def print_diamond_center(n): """使用 center 方法的简洁写法""" width = 2 * n - 1 # 上半部分 for i in range(n): line = '*' * (2 * i + 1) print(line.center(width)) # 下半部分 for i in range(n - 2, -1, -1): line = '*' * (2 * i + 1) print(line.center(width))def print_diamond_oneliner(n): """一行代码版本(推导式)""" print('\n'.join( ('*' * (2 * i + 1)).center(2 * n - 1) for i in list(range(n)) + list(range(n - 2, -1, -1)) ))# 测试if __name__ == "__main__": print("=== n = 3 ===") print_diamond(3) print("\n=== n = 5 ===") print_diamond(5) print("\n=== 使用 center 方法 ===") print_diamond_center(4) print("\n=== 一行代码版本 ===") print_diamond_oneliner(3)
🔗 关联知识点
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range(n - 2, -1, -1) | |
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str.center(width) | |
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题目四:猜数字游戏(完整版) ⭐⭐⭐
📌 题目描述
实现一个完整的猜数字游戏,包含以下功能:
示例游戏过程:==================================🎮 欢迎来到猜数字游戏!我想了一个 1-100 之间的数字,你有 7 次机会==================================第 1 次尝试,请输入: 50📉 太小了!范围: 51-100第 2 次尝试,请输入: 75📈 太大了!范围: 51-74第 3 次尝试,请输入: 60📈 太大了!范围: 51-59第 4 次尝试,请输入: 55🎉 恭喜你!用了 4 次猜对了!猜测历史: [50, 75, 60, 55]
💡 编程思路
这道题综合考察 while 循环 + 条件判断 + 输入验证:
- 游戏主循环:使用
while attempts < max_attempts 控制游戏轮数。 - 输入验证:使用
try-except 捕获非数字输入,使用条件判断验证范围。 - 历史记录:用列表存储猜测历史,用
in 检查是否重复猜测。 - 范围提示:维护
low 和 high 边界,根据猜测动态缩小范围。 - 提前退出
🖥️ 参考代码
import randomdef guessing_game(): """猜数字游戏 - 完整版""" secret = random.randint(1, 100) max_attempts = 7 attempts = 0 history = [] low, high = 1, 100 print("=" * 50) print("🎮 欢迎来到猜数字游戏!") print(f"我想了一个 {low}-{high} 之间的数字,你有 {max_attempts} 次机会") print("=" * 50) while attempts < max_attempts: print(f"\n范围: {low}-{high}") # 获取有效输入 try: guess_input = input(f"第 {attempts + 1} 次尝试,请输入: ").strip() guess = int(guess_input) except ValueError: print("⚠️ 请输入有效的数字!") continue # 范围检查 if guess < low or guess > high: print(f"⚠️ 请输入 {low}-{high} 范围内的数字!") continue # 重复猜测检查 if guess in history: print(f"⚠️ 你已经猜过 {guess} 了,猜测历史: {history}") continue history.append(guess) attempts += 1 # 判断结果 if guess < secret: print(f"📉 太小了!") low = guess + 1 elif guess > secret: print(f"📈 太大了!") high = guess - 1 else: print(f"\n🎉 恭喜你!用了 {attempts} 次就猜对了!") print(f"猜测历史: {history}") # 评级 if attempts <= 3: print("🏆 评级: 神级!") elif attempts <= 5: print("⭐ 评级: 优秀!") elif attempts <= 7: print("👍 评级: 良好!") return # 次数用完 print(f"\n😢 游戏结束!正确答案是 {secret}") print(f"你的猜测: {history}")def guessing_game_auto(secret=42, guesses=None): """自动测试版本(用于验证)""" max_attempts = 7 attempts = 0 history = [] low, high = 1, 100 if guesses is None: guesses = [50, 25, 37, 42] # 默认测试序列 for guess in guesses: if attempts >= max_attempts: return False, "次数用尽" if guess < low or guess > high: return False, f"{guess} 超出范围 {low}-{high}" if guess in history: return False, f"{guess} 重复猜测" history.append(guess) attempts += 1 if guess == secret: return True, f"{attempts} 次猜中" elif guess < secret: low = guess + 1 else: high = guess - 1 return False, "猜测列表用完但未猜中"# 测试if __name__ == "__main__": # 自动测试 print("=== 自动测试 ===") success, msg = guessing_game_auto(42, [50, 25, 37, 42]) print(f"测试1: {success}, {msg}") success, msg = guessing_game_auto(99, [50, 75, 88, 94, 97, 99]) print(f"测试2: {success}, {msg}") # 交互式游戏(取消注释运行) # guessing_game()
🔗 关联知识点
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while | |
try-except | |
break | |
continue | |
random.randint | |
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题目五:FizzBuzz 的多种实现 ⭐⭐⭐
📌 题目描述
实现 FizzBuzz 问题:对于 1 到 n 的数字:
- 同时被 3 和 5 整除 → “FizzBuzz”
输入:n = 15输出:["1", "2", "Fizz", "4", "Buzz", "Fizz", "7", "8", "Fizz", "Buzz", "11", "Fizz", "13", "14", "FizzBuzz"]
💡 编程思路
FizzBuzz 是经典的面试题,考察条件判断的清晰度。多种实现方式对比:
- 方法一(传统 if-elif):最直观,先判断最特殊的(15),再判断一般的(3, 5)。
- 方法二(字符串拼接):利用 Python 的短路特性,
"Fizz" * (i % 3 == 0) 条件为真时重复字符串。 - 方法三(字典映射):用字典存储因子和对应字符串,更易于扩展(如加入 7 → “Whizz”)。
🖥️ 参考代码
def fizzbuzz_traditional(n): """方法一:传统 if-elif(最清晰)""" result = [] for i in range(1, n + 1): if i % 15 == 0: result.append("FizzBuzz") elif i % 3 == 0: result.append("Fizz") elif i % 5 == 0: result.append("Buzz") else: result.append(str(i)) return resultdef fizzbuzz_concat(n): """方法二:字符串拼接(Pythonic)""" return [ "Fizz" * (i % 3 == 0) + "Buzz" * (i % 5 == 0) or str(i) for i in range(1, n + 1) ]def fizzbuzz_dict(n, rules=None): """方法三:字典映射(易于扩展)""" if rules is None: rules = {3: "Fizz", 5: "Buzz"} result = [] for i in range(1, n + 1): parts = [word for factor, word in rules.items() if i % factor == 0] result.append("".join(parts) or str(i)) return resultdef fizzbuzz_extended(n): """扩展版本:3-Fizz, 5-Buzz, 7-Whizz""" rules = {3: "Fizz", 5: "Buzz", 7: "Whizz"} return fizzbuzz_dict(n, rules)# 测试if __name__ == "__main__": n = 20 print("=== 传统方法 ===") print(fizzbuzz_traditional(n)) print("\n=== 字符串拼接 ===") print(fizzbuzz_concat(n)) print("\n=== 字典映射 ===") print(fizzbuzz_dict(n)) print("\n=== 扩展版本 (3,5,7) ===") print(fizzbuzz_extended(n)) # 验证三种方法结果一致 assert fizzbuzz_traditional(100) == fizzbuzz_concat(100) == fizzbuzz_dict(100) print("\n三种方法结果一致 ✓") # 性能对比 import timeit t1 = timeit.timeit(lambda: fizzbuzz_traditional(10000), number=100) t2 = timeit.timeit(lambda: fizzbuzz_concat(10000), number=100) t3 = timeit.timeit(lambda: fizzbuzz_dict(10000), number=100) print(f"\n性能对比 (10000个数字, 100次):") print(f" 传统方法: {t1:.4f}s") print(f" 字符串拼接: {t2:.4f}s") print(f" 字典映射: {t3:.4f}s")
🔗 关联知识点
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if/elif/else | |
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or | A or B |
| [v for k, v in d.items() if cond] |
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题目六:矩阵螺旋遍历 ⭐⭐⭐⭐
📌 题目描述
给定一个 m × n 的矩阵,返回其元素按螺旋顺序遍历的结果。
输入:matrix = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]输出:[1, 2, 3, 6, 9, 8, 7, 4, 5]解释:→ → → ↓↑ ↓ ← ←
💡 编程思路
这道题是经典的边界收缩问题,考察对循环和边界的精确控制:
- 定义四个边界:
top, bottom, left, right - 从上到下遍历
right 列,然后 right-- - 如果还有剩余行,从右到左遍历
bottom 行,然后 bottom-- - 如果还有剩余列,从下到上遍历
left 列,然后 left++
关键点:每次遍历一行/列后收缩边界,并在遍历前检查边界是否有效(防止重复遍历)。
🖥️ 参考代码
def spiral_order(matrix): """ 螺旋遍历矩阵 —— 边界收缩法 时间: O(m*n),空间: O(1)(不包括结果) """ if not matrix or not matrix[0]: return [] result = [] rows, cols = len(matrix), len(matrix[0]) # 定义边界 top, bottom = 0, rows - 1 left, right = 0, cols - 1 while top <= bottom and left <= right: # 1. 从左到右遍历 top 行 for col in range(left, right + 1): result.append(matrix[top][col]) top += 1 # 2. 从上到下遍历 right 列 for row in range(top, bottom + 1): result.append(matrix[row][right]) right -= 1 # 3. 从右到左遍历 bottom 行(检查是否还有剩余行) if top <= bottom: for col in range(right, left - 1, -1): result.append(matrix[bottom][col]) bottom -= 1 # 4. 从下到上遍历 left 列(检查是否还有剩余列) if left <= right: for row in range(bottom, top - 1, -1): result.append(matrix[row][left]) left += 1 return resultdef spiral_order_simulation(matrix): """模拟法:使用方向向量""" if not matrix or not matrix[0]: return [] rows, cols = len(matrix), len(matrix[0]) visited = [[False] * cols for _ in range(rows)] # 方向:右、下、左、上 directions = [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)] direction_idx = 0 row, col = 0, 0 result = [] for _ in range(rows * cols): result.append(matrix[row][col]) visited[row][col] = True # 计算下一步 next_row = row + directions[direction_idx][0] next_col = col + directions[direction_idx][1] # 需要转向的情况:越界或已访问 if (next_row < 0 or next_row >= rows or next_col < 0 or next_col >= cols or visited[next_row][next_col]): direction_idx = (direction_idx + 1) % 4 next_row = row + directions[direction_idx][0] next_col = col + directions[direction_idx][1] row, col = next_row, next_col return resultdef generate_spiral_matrix(n): """生成 n×n 的螺旋矩阵(逆向问题)""" matrix = [[0] * n for _ in range(n)] num = 1 top, bottom = 0, n - 1 left, right = 0, n - 1 while num <= n * n: # 从左到右 for col in range(left, right + 1): matrix[top][col] = num num += 1 top += 1 # 从上到下 for row in range(top, bottom + 1): matrix[row][right] = num num += 1 right -= 1 # 从右到左 for col in range(right, left - 1, -1): matrix[bottom][col] = num num += 1 bottom -= 1 # 从下到上 for row in range(bottom, top - 1, -1): matrix[row][left] = num num += 1 left += 1 return matrix# 测试if __name__ == "__main__": # 测试用例1:3x3 matrix1 = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9] ] print("=== 3x3 矩阵 ===") print(f"原始矩阵:") for row in matrix1: print(f" {row}") print(f"螺旋遍历: {spiral_order(matrix1)}") # 测试用例2:3x4 matrix2 = [ [1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12] ] print("\n=== 3x4 矩阵 ===") print(f"螺旋遍历: {spiral_order(matrix2)}") # 测试用例3:1x1 matrix3 = [[1]] print(f"\n=== 1x1 矩阵 ===") print(f"螺旋遍历: {spiral_order(matrix3)}") # 生成螺旋矩阵 print("\n=== 生成 4x4 螺旋矩阵 ===") spiral = generate_spiral_matrix(4) for row in spiral: print(f" {row}") # 验证:生成的矩阵螺旋遍历应该得到 1-16 assert spiral_order(spiral) == list(range(1, 17)) print("验证通过 ✓")
🔗 关联知识点
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| top++, bottom--, left++, right-- |
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range(start, stop, -1) | |
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总结:知识点覆盖矩阵
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| | if/elif/else |
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| | while 循环、输入验证、break/continue、边界维护 |
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建议:按顺序从第 1 题做到第 6 题。前 3 题巩固基础语法,第 4 题练习综合应用,第 5 题体会 Pythonic 写法,第 6 题是算法面试高频题,掌握边界收缩技巧对解决类似问题很有帮助。
延伸阅读
- LeetCode 204. 计数质数(埃拉托斯特尼筛法)
本文是《Python 全栈修炼之路》第 06 篇配套练习,欢迎点赞收藏!