05-while 循环内容补充

前面我们提到的起始值非常重要。如果我们现在不再是从 0 开始，而是从一个更重要的数值（比如业务中的关键参数）开始，并且这个值必须要包含在计算的结果中，那你就不能先进行 num += 1 操作了。

下面几个例子说明起始值可能的重要性：

1. 例子 1：进一步求和

例如，假设我们要计算从起始值 50 到 100 的和，这个起始值 50 是非常重要的，必须要被包含在结果内。

如果一开始就把次数 +1 放在求和操作之前，会出现什么问题？

start = 50       # 起始值，从 50 开始
total = 0        # 保存累加结果

num = start
while num <= 100:
    num += 1
    total += num    

print(f"从 {start} 到 100 的整数之和是：{total}")

运行后输出如下结果：

从 50 到 100 的整数之和是：3876

待会统一分析，正确的代码实现应该是这样的：

start = 50       # 起始值，从 50 开始
total = 0        # 保存累加结果

num = start
while num <= 100:
    total += num  # 必须首先使用起始值
    num += 1      # 然后才对 num 进行递增

print(f"从 {start} 到 100 的整数之和是：{total}")

输出如下结果：

从 50 到 100 的整数之和是：3825

在第一个代码块中，循环体内先执行了 num += 1，这导致了两个主要变化：

1. 起始值跳过：第一次循环时，num 从 50 变成 51，然后将 51 加入总和，因而初始的 50 没有被累加。
2. 多加了一个数：当 num 达到 100 时，循环内先将其增加到 101，再将 101 加入总和，因而最终累加的数列是 51 到 101，而不是 50 到 100。
3. 并且因为 num += 1 的提前，导致在循环内得到的 101 没有经过循环的判断。

因此，第一个代码块累加的是 51 到 101 的整数，其总和比第二个代码块（累加 50 到 100）的总和多了 $101 - 50 = 51$ 。

简单来说，就是因为递增操作的位置不同导致了累加的区间不同，最终结果也不同。在未来操作时一定要注意 +1 的位置。

2. 例子 2：业务上的关键初始值

下面这个例子，和例子一很像。但是我在写的时候感觉，例子1好理解。例子2也有自身的特点，故而留着。

假设起始值是某个账户的初始余额 100 元，你想计算累计增加到 150 元的总金额：

initial_balance = 100
target_balance = 150
total_balance = 0

balance = initial_balance
while balance <= target_balance:
    total_balance += balance
    balance += 1

print(f"账户余额从 {initial_balance} 元到 {target_balance} 元的累计金额是：{total_balance}")

3. 例子 3：需要进行某些操作的依赖

比如记录某事件发生的第一天到第 7 天的总次数需要如何变写呢？具体来说，操作顺序不同会造成完全不同的结果：如果 day += 1 放在输入事件次数之前，那么第一天的事件数据就被跳过了。

错误示范：

day = 1
total_events = 0

while day <= 7:
    day += 1    # 提前增加日期，导致跳过第一天的输入
    events_today = int(input(f"请输入第 {day} 天的事件次数: "))
    total_events += events_today

print(f"7天内事件总次数是：{total_events}")

正确的顺序应该是先记录事件数据再增加日期，这样第一天的记录才能正常被统计进去。

正确示范：

day = 1
total_events = 0

while day <= 7:
    events_today = int(input(f"请输入第 {day} 天的事件次数: "))
    total_events += events_today
    day += 1     # 记录完成后再增加日期

print(f"7天内事件总次数是：{total_events}")

4. 例子 4：打卡签到

假设你每天打卡签到，一旦错过了第一天，就会影响到连续打卡奖励。

错过第一天的版本：

day = 1
consecutive_days = 0

while day <= 7:
    day += 1
    sign_in = input(f"第 {day} 天，你打卡了吗？(yes/no): ")
    if sign_in.lower() == 'yes':
        consecutive_days += 1
    else:
        consecutive_days = 0  # 一旦错过一天，连续打卡数清零

print(f"你连续打卡了 {consecutive_days} 天！")

运行后输出如下：

第 2 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 3 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 4 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 5 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 6 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 7 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
第 8 天，你打卡了吗？(yes/no): yes
你连续打卡了 7 天！

一周 7 天，还出现了 8 天。显然是不对的，原因也是很明显的把 day += 1，放在前面跳过了第一天。

正确代码如下：

day = 1
consecutive_days = 0

while day <= 7:
    sign_in = input(f"第 {day} 天，你打卡了吗？(yes/no): ")
    if sign_in.lower() == 'yes':
        consecutive_days += 1
    else:
        consecutive_days = 0  # 一旦错过一天，连续打卡数清零
    day += 1

print(f"你连续打卡了 {consecutive_days} 天！")

这些例子清楚地展示了初始值的必要性和关键性，特别是操作顺序的重要性，提醒我们在循环设计时一定要谨慎对待起始值和操作顺序的问题。

5. 实现更灵活的数字转换

5.1 题目描述

获取用户输入，把用户输入的数据转换成对应的类型。此题只需要考虑数据：整数、浮点数即可。

1. 循环
2. 用户输入整数——>整数
3. 用户输入浮点数——>转换成小数
4. Other——>提示❌不合法，重新输入或退出程序
5. split、count、replace

编写程序，通过循环的方式，不断从用户处获取输入的数据，并根据输入内容自动判断并转换为对应的数字类型（整数或浮点数）。具体实现要求如下：

1. 使用循环持续接收用户的输入，直至用户选择退出程序。

2. 判断与转换逻辑：

   1. 若用户输入整数（如：10、-5），则将其转换成整数类型。
   2. 若用户输入浮点数（如：3.14、-0.01），则将其转换成浮点数类型。
   3. 若用户输入非数字类型的数据（如：字母或其他字符），则提示用户输入不合法，并要求重新输入或退出程序。

3. 提示与反馈要清晰易懂，使用户明确知道输入是否有效。

4. 建议实现提示： 可以使用字符串方法，如 split()、count() 或 replace()，帮助识别并判断输入内容的类型。

示例交互效果：

请输入一个数字（输入 q 退出）：10
你输入的是整数：10

请输入一个数字（输入 q 退出）：3.14
你输入的是浮点数：3.14

请输入一个数字（输入 q 退出）：hello
输入不合法，请重新输入！

请输入一个数字（输入 q 退出）：q
退出程序。

5.2 从思路到完整代码

5.2.1 先汇总问题及其难点和步骤

1. 题目：从题目可知，我们需要获取用户输入，并且可以进行强制转换，把字符串转换成数字和浮点数。
2. 难点 1：如何判断用户输入的是合法的数字型？
3. 难点 2：如何判断用户输入的是合法浮点数？
4. 难点 3：如何判断除题目之外的字符？核心解决方案在解决：难点1、难点2。
5. 代码开发流程：
   1. 先实现基础版本，不一次性实现循环；
   2. 在基础版的情况下，添加循环；

5.2.2 解决难点 1-1

获取用户输入肯定是使用 input() 函数，而 input() 函数得到的肯定是字符串。既然要判断是否是合法的整数，这个应该是所有问题中最简单的：直接判断字符串是不是纯数字字符串，如果是纯数字字符串必然是合法的整数！

不过上面的策略还不够全面，我们还需要考虑负数的情况。对于负数的字符串，在判断是否是纯数字时可以通过吗？我们来使用代码测试一下：

numbers = '-12'
print(numbers.isdigit())

运行后输出如下：

False

显然，无法通过 .isdigit() 函数判断。对于这种情况，我们必须手动实现判断。

5.2.3 解决难点 1-2

那么，我们人是如何判断一个字符串是一个合法的负数整数呢？

例如下面字符串负数整数：

numbers = '-12'

我们大脑是怎么确定变量 numbers 是合格的负整数呢？

1. 要点一：字符串中只有负数符号和数字，除此之外再无其它；（空格都不行）
2. 要点二：字符串中负数符号在数字前面，数字在负数符号后面；
3. 核心点：去除负号之后，应该只剩下数字！

那么我们代码中就可以使用什么来判断这两个条件呢？

1. Python 中没有现成的函数支持上面的要点一、要点二，想要实现只能我们自己实现；
2. 再思考一下：为什么不能使用 .isdigit() 函数进行判断呢？因为有其它必要的符号存在，故而解决方案也很简单：我们就把用户输入的字符串拆开，然后分别判断。
3. 首先使用 .startswith('-') 判断字符串开头，接着再提取出除开头的负号后，使用 .isdigit() 判断剩下的字符串是不是纯数字字符串。如果这两个条件都得到 True，表明是标准且合法的负整数。

5.2.4 解决难点 2

如何判断用户输入的是合法的浮点数呢？这个我们可以借助浮点数拥有的特点来实现，我们先来看一下浮点数有几种类型：

# 类型一：
numbers = '12.22'

# 类型二：
numbers = '-12.22'

在继续阅读之前，你先自己思考一下：作为一个人，我们是如何判断一个浮点数是否合法？

不管是类型一还是类型二，有什么共同的特点？合法的浮点数拥有如下特点：

1. 特点一：字符串中只有小数点、负号、数字之外再无其它；（空格都不行）
2. 特点二：浮点数的小数点在字符串中，只出现一次。一旦出现一次以上，则不是合法浮点数；
3. 特点三：负号只出现一次，并且负号只存在字符串开头；
4. 核心点：去除小数点和负号之后，只剩下纯数字；

为什么我们无法直接使用 .isdigit() 来判断是否是纯数字字符串呢？——因为，小数点的存在和符号的存在。那么我们就拆开！

1. 首先，根据特点一。我们先判断字符串中的小数点数量，是否为 1，如果超出 1 直接不是合法浮点数；
2. 接着我们利用核心点，使用 .replace() 去除小数点之后，查看是否为纯数字。
3. 如果上一步得到的结果不是纯数字，则再判断左侧是不是存在负号开头。左侧如果是负号开头，则继续判断字符串中负号之后是不是纯数字字符串。（已经去除小数点的字符串）

5.2.5 解决难点三

难点1、难点2已经解决。只要不符合，直接使用 else 即可。

5.2.6 实现单次程序判断

先实现单次的判断（程序），再实现循环。循环只是重复：单次的判断逻辑（程序）。

1. 获取用户输入

   user_input = input("请输入一个数字（输入 q 退出）：")

2. 判断用户输入的数据，是否是整数

   1. 代码是否是纯数字字符串：user_input.isdigit()；
   2. 代码是否以负号开头，且负号之后是否为纯数字字符串：user_input.startswith('-') and user_input[1:].isdigit())；

   if user_input.isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].isdigit()):
       number = int(user_input)
       print(f"你输入的是整数：{number}")

3. 判断用户输入的数据，是否是浮点数

   1. 字符串是否只含有一个小数点：user_input.count('.') == 1；
   2. 字符串是否在去除小数点后是纯数字：user_input.replace('.', '').isdigit()；
   3. 字符串是否是负号开头并且负号之后是纯数字（去除小数点后）：user_input.startswith('-') and user_input[1:].replace('.', '').isdigit()；

   elif user_input.count('.') == 1:
       if user_input.replace('.', '').isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].replace('.', '').isdigit()):
           number = float(user_input)
           print(f"你输入的是浮点数：{number}")
       else:
           print("输入不合法，请重新输入！")

4. 完成单次判断程序

   user_input = input("请输入一个数字（输入 q 退出）：")
   
   if user_input.isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].isdigit()):
       number = int(user_input)
       print(f"你输入的是整数：{number}")
   elif user_input.count('.') == 1:
       if user_input.replace('.', '').isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].replace('.', '').isdigit()):
           number = float(user_input)
           print(f"你输入的是浮点数：{number}")
       else:
           print("输入不合法，请重新输入！")
   else:
       print("输入不合法，请重新输入！")

5. 运行测试如下

   # 测试一
   请输入一个数字（输入 q 退出）：12
   你输入的是整数：12
   
   # 测试二
   请输入一个数字（输入 q 退出）：-12
   你输入的是整数：-12
   
   # 测试三
   请输入一个数字（输入 q 退出）：-12.3
   你输入的是浮点数：-12.3
   
   # 测试四
   请输入一个数字（输入 q 退出）：12.343
   你输入的是浮点数：12.343

小提示：在未来你独自开发程序时，如果你可以一次性从循环代码开始写，那么祝贺你达到一定水平了。但是如果，你刚刚入门。那我现在带你实现的步骤就很适合你学习：先实现单次运行的程序，才考虑添加循环。学到此，你应该要有体会：从 if 开始，现在这些都类似框架，框架内部的代码都使用 if 之前所学的知识，故而前面的基础知识很重要。建立的基础逻辑也很重要。

5.2.7 添加外层循环

添加循环很简单，此时只需要考虑以下点：

1. 循环的终止条件是什么？
2. 如何实现循环条件改变？

循环终止条件是：在用户输入 q 时退出，循环条件的改变使用变量。

1. 添加循环外壳

   其实，学到这你应该要慢慢有所感受。从 if 开始，前面都是基本语法。if 之后都是框架，只要前面基础语法学的好。框架语法都能理解，框架都不难。重点是如何巧妙利用 if 之前的基础语法。好好感受和去悟！

   condition = False
   while not condition:
       user_input = input("请输入一个数字（输入 q 退出）：")
   
       if user_input.isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].isdigit()):
           number = int(user_input)
           print(f"你输入的是整数：{number}")
       elif user_input.count('.') == 1:
           if user_input.replace('.', '').isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].replace('.', '').isdigit()):
               number = float(user_input)
               print(f"你输入的是浮点数：{number}")
           else:
               print("输入不合法，请重新输入！")
       else:
           print("输入不合法，请重新输入！")

2. 实现判断用户输入是否为 q 并退出

   condition = False
   while not condition:
       user_input = input("请输入一个数字（输入 q 退出）：")
       if user_input.lower() == 'q':
           condition = True
       elif user_input.isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].isdigit()):
           number = int(user_input)
           print(f"你输入的是整数：{number}")
       elif user_input.count('.') == 1:
           if user_input.replace('.', '').isdigit() or (user_input.startswith('-') and user_input[1:].replace('.', '').isdigit()):
               number = float(user_input)
               print(f"你输入的是浮点数：{number}")
           else:
               print("输入不合法，请重新输入！")
       else:
           print("输入不合法，请重新输入！")

下面代码是我之前上课时每每带学生敲打实现的思路，不是非常完整。但我还是想贴在本文后面，如同围棋看别人棋谱。代码我想也是如此，下面的代码不是最优实现。但其中思路是值得查阅思考的：

代码一：

number = input("Enter a number: ")
num_to_lst = number.split('.')
if len(num_to_lst) == 1:
    if num_to_lst[0].isdigit():
        print(f"number is {int(number)} and type is {int(number)}")
elif len(num_to_lst) == 2:
    if num_to_lst[0].isdigit() and num_to_lst[1].isdigit():
        print(f"number is {float(number)} and type is {float(number)}")
else:
    print("input is not a number")

代码二：

while True:
    user_input = input("Enter a number: ")
    count_point = user_input.count(".")
    if user_input.isdigit():
        integer = int(user_input)
        break
    elif count_point == 1:
        index = user_input.index(".")
        pre_point = user_input[:index]
        post_point = user_input[index:]
        if pre_point.isdigit() and post_point.isdigit():
            float_point = float(user_input)
            break
    else:
        print("Invalid input")