python编程 ：第八节课：结构的组合 – 嵌套循环与条件

第八课：结构的组合 – 嵌套循环与条件

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 理解“嵌套”的概念：在一个结构里面再放一个结构。
  • 学习嵌套 for 循环的用法，理解它的执行过程（外层循环转一圈，内层循环转所有圈）。
  • 学会使用嵌套 for 循环打印二维的图案（比如星号组成的矩形、三角形）。
  • 学习嵌套 if 语句的用法，理解它是如何进行更细致的判断的。
  • 掌握如何在循环里面使用条件判断 (if)，根据情况决定循环体内部的操作。
  • 通过综合练习，学会组合运用学过的各种结构解决问题。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 复习 for 循环、while 循环、条件判断 if-elif-else 和逻辑运算符。
• 提出问题: 老师提问：“我们现在可以重复做一件事情，也可以根据条件做选择。如果我想打印一个 5 行 5 列的星号组成的矩形，怎么办？每一行都是 5 个星号，我要打印 5 行。是不是要在一个重复打印星号的操作外面，再加一个重复的操作？” “如果我想判断一个数字是不是一个大于 10 的偶数，我需要先判断是不是大于 10，如果条件满足了，再进一步判断是不是偶数，这怎么办？”
• 引出嵌套: 这就是嵌套的概念，把一个循环放在另一个循环里面，或者把一个判断放在另一个判断里面。用钟表的时针和分针（时针走一格，分针要走一圈）、楼层和房间号来比喻嵌套。

2. 循环套循环 – 嵌套 for 循环 (25 分钟)

• 概念: 嵌套循环就是一个循环结构（外层循环）的循环体里面，包含另一个完整的循环结构（内层循环）。
• 语法:

  # 外层循环
  for 外层变量 in 外层序列:
      # 外层循环体开始
      print("外层循环执行一次")
      # 内层循环
      for 内层变量 in 内层序列:
          # 内层循环体：这里面的代码是重复最多的
          # 注意：这里的缩进更深！
          print("内层循环执行一次")
      # 内层循环体结束
      print("外层循环执行一次后的内层循环结束")
  # 外层循环体结束
  

• 执行流程 (重点！): 外层循环每执行一次，内层循环就会完整地执行一遍（从头到尾）。外层循环执行多少次，内层循环的代码就会完整执行多少次。
• 演示: 使用嵌套 for 循环打印坐标 (i, j)，一步步演示执行过程。

  print("--- 打印坐标 ---")
  for i in range(3): # 外层循环，i 会是 0, 1, 2
      print(f"外层循环 i = {i}") # f-string 简单介绍
      for j in range(4): # 内层循环，j 会是 0, 1, 2, 3
          print(f"  内层循环 j = {j}")
          # 通常我们会在这里执行一些操作，比如打印一个字符
          print(f"    打印 ({i}, {j})", end=" ") # end=" " 让打印不换行
      print() # 内层循环结束后，在外层循环体里打印一个换行
  print("嵌套循环结束。")
  

• 应用：打印图形: 使用嵌套 for 循环打印由星号 * 组成的矩形。

  print("--- 打印 5x5 矩形 ---")
  for i in range(5): # 外层循环控制行数
      for j in range(5): # 内层循环控制每行的字符数
          print("*", end=" ") # 打印一个星号和空格
      print() # 每行结束换行
  

• 动手实践: 学生跟着老师演示，理解嵌套循环的执行流程。 尝试修改代码，打印不同大小的矩形。

3. 条件套条件 – 嵌套 if 语句 (15 分钟)

• 概念: 嵌套 if 语句是一个 if (或 elif/else) 的代码块里面，包含另一个完整的 if-elif-else 结构。
• 语法:

  if 外层条件:
      # 外层条件为 True 时执行这里
      print("外层条件成立")
      if 内层条件:
          # 外层条件为 True，且 内层条件为 True 时执行这里
          # 注意：这里的缩进更深！
          print("外层和内层条件都成立")
      else:
          # 外层条件为 True，但 内层条件为 False 时执行这里
          print("外层条件成立，内层条件不成立")
  else:
      # 外层条件为 False 时执行这里
      print("外层条件不成立")
  

• 执行流程: 只有当外层条件为 True 时，程序才会进入到外层 if 的代码块内部，然后进一步判断里面的内层条件。如果外层条件就是 False，那么内层 if 里面的代码根本不会被看到。
• 演示: 判断分数等级，先判断是否及格，如果及格再判断是优秀、良好还是普通及格。

  print("--- 嵌套 if 判断等级 ---")
  score = 88
  
  if score >= 60:
      print("分数及格。")
      # 嵌套的 if-elif 结构
      if score >= 90:
          print("并且是优秀！")
      elif score >= 80:
          print("并且是良好！")
      else:
          print("只是普通及格。")
  else:
      print("分数不及格。")
  
  print("判断完成。")
  

• 动手实践: 学生修改分数，观察嵌套 if 的判断过程。 尝试编写程序，判断一个数字是否“大于 10 的偶数”（先判断是否大于 10，再判断是否是偶数）。

4. 循环里做选择 – 结合循环和条件判断 (15 分钟)

• 概念: 这是编程中最常用的模式之一。在循环（for 或 while）遍历的过程中，根据遇到的元素或当前的情况，使用 if 语句来决定做什么。
• 作用: 可以在循环中筛选数据、对特定元素进行不同处理、或者在满足条件时提前退出循环（结合 break）。
• 演示:
  • 遍历 1 到 10 的数字，只打印其中的偶数。（在 for 循环里使用 if 判断）。

    print("--- 打印偶数 ---")
    for i in range(1, 11):
        if i % 2 == 0: # 如果 i 是偶数
            print(i)
    

  • 使用嵌套循环打印一个网格，但在特定位置打印不同的字符。（在嵌套 for 循环内部使用 if）。

    print("--- 打印棋盘图案 (部分) ---")
    size = 5
    for row in range(size):
        for col in range(size):
            # 如果行号和列号都是偶数，或者都是奇数，打印 '#'，否则打印 '*'
            # (row % 2 == 0 and col % 2 == 0) or (row % 2 != 0 and col % 2 != 0) 简写为 (row + col) % 2 == 0
            if (row + col) % 2 == 0:
                print("#", end=" ")
            else:
                print("*", end=" ")
        print() # 每行结束换行
    

• 动手实践: 学生修改棋盘图案代码，实现不同的打印规则。 编写程序，遍历一个字符串，只打印其中的元音字母（a, e, i, o, u）。

5. 课堂综合练习 (15 分钟)

让学生独立完成以下综合练习，需要结合使用循环和条件判断（可能需要嵌套结构）：

• 练习 1: 编写一个程序，使用嵌套 for 循环打印一个由 * 组成的直角三角形（例如，第一行 1 个 *，第二行 2 个 *，直到第 5 行 5 个 *）。

  *
  **
  ***
  ****
  *****
  

  （提示：内层循环的次数取决于外层循环的变量）。

• 练习 2: 编写一个程序，使用 for 循环遍历 1 到 100 的所有数字。对于每个数字：
  • 如果能被 3 整除，打印 “Fizz”。
  • 如果能被 5 整除，打印 “Buzz”。
  • 如果既能被 3 整除又能被 5 整除，打印 “FizzBuzz”。
  • 否则，打印数字本身。
    （提示：使用 if-elif-else 结构，注意判断的顺序）。
• 练习 3: 编写一个程序，使用嵌套 for 循环打印 9×9 乘法表。（提示：外层循环控制被乘数，内层循环控制乘数，计算它们的乘积并打印）。

  1 * 1 = 1
  1 * 2 = 2  2 * 2 = 4
  ...
  9 * 9 = 81
  

  （注意调整打印格式，让每行乘法算式在一起）。

6. 总结与提问 (10 分钟)

• 回顾: 回顾本节课内容：嵌套的概念，嵌套 for 循环的执行流程（外层一次，内层完整一遍）和应用（打印图形），嵌套 if 语句的逻辑，如何在循环中结合 if 做选择。 再次强调缩进在嵌套结构中的重要性。
• 提问:
  • 在一个 for i in range(3): for j in range(2): print("*") 的嵌套循环中，外层循环执行几次？内层循环总共执行几次？总共会打印多少个 *？
  • 在一个嵌套 if 语句里，什么时候会执行内层 if 的代码？
  • 在循环里使用 if 可以用来做什么？
• 答疑: 回答学生问题。

7. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 编写一个程序，使用嵌套 for 循环打印一个由 * 组成的倒直角三角形。

  *****
  ****
  ***
  **
  *
  

• 作业 2: 编写一个程序，使用 for 循环遍历 1 到 50 的数字，找出并打印所有能同时被 3 和 5 整除的数字。（提示：使用一个 if 语句和 and 逻辑运算符）。
• 作业 3: 编写一个程序，使用嵌套 for 循环和 if 语句，打印一个由 * 组成的空心正方形（只打印边框，内部是空格）。
• 作业 4: (选做) 编写一个程序，找出 100 以内所有的素数（质数）。（提示：素数是只能被 1 和它本身整除的自然数。判断一个数 n 是否是素数，可以从 2 循环检查到 n-1，看能不能被整除。如果都不能被整除，那就是素数。需要一个外层循环遍历 1 到 100，内层循环进行素数判断，并在内层循环中使用 if 和 break 或 continue 来控制判断流程）。