Python 条件判断与循环专项练习:6 道编程题从入门到精通

输入：85输出："B"输入：105输出："无效分数"

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 ✓")

输入：30输出：[2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29]

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))}")

输入：n = 4输出：   *  *** ************ *****  ***   *

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)

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]

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()

输入：n = 15输出：["1", "2", "Fizz", "4", "Buzz", "Fizz", "7", "8",       "Fizz", "Buzz", "11", "Fizz", "13", "14", "FizzBuzz"]

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")

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：→ → →      ↓↑     ↓  ← ←

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 ✓")