حلقات For و While

الآلتان اللتان تكرران

اكتب برنامجًا يجمع أول مئة عددٍ صحيح وستتشنج يداك. جرّد الرياضيون التكرارَ في رمزٍ قبل وجود الحواسيب بزمنٍ طويل:

علامة $\sum$ تعليمةٌ بالتكرار. والحلقة هي $\sum$ الحاسوب ، وتقسم بايثون الفكرة إلى آلتين لنوعين من التكرار. تكرّر for عبر متتاليةٍ معلومة. وتكرّر while حتى يكفّ شرطٌ عن الصحة.

For: تكرارٌ عبر متتالية

تزور حلقة for كل عنصرٍ في المتتالية، عنصرٌ لكل جولة:

for fruit in ["apple", "banana", "cherry"]:
    print(fruit)
# apple
# banana
# cherry

اقرأها كما تعمل: «لكل فاكهةٍ في القائمة افعل هذا.» تأخذ متغير الحلقة، fruit، قيمةً جديدةً كل جولة حتى تنفد القائمة.

السلاسل متتالياتٌ أيضًا ، وعناصرُها حروف:

for letter in "Python":
    print(letter)

ولأن الحرف عنصرٌ واحد، يتفق الرياضي والآلة: التكرار عبر سلسلةٍ طولِها $n$ يشغّل $n$ جولةً بالضبط.

المتتالية العددية: range

معظم المجاميع تجري فوق الأعداد، لذا تقدّم بايثونrange ، متتاليةً يمكنك تجاوزُها قفزاتٍ:

for n in range(5):
    print(n)   # 0 1 2 3 4

تُنتج range(5) المتتاليةَ الحسابية $0, 1, 2, 3, 4$، مثل مجموعة فهارس $\sum_{i=0}^{4} a_i$. وبوسيطين إضافيين تأخذ الشكلَ الذي تريد: تمشي range(start, stop, step) من start بخطواتِ step، وتتوقف قبل stop:

for n in range(10, 0, -2):
    print(n)   # 10 8 6 4 2

يقول قاعدةُ التوقف بدقة: يسير $n$ ما دام $n < \text{stop}$ (أو $n > \text{stop}$ مع خطوةٍ سالبة)، كفترةٍ شبه مفتوحة $[\text{start}, \text{stop})$.

While: تكرارٌ حتى شرطٍ

بعض المهام لا يمكن حصر جولاتها مسبقًا ، تواصل حتى ينقلب شرطٌ ما. تقريب نيوتن هو النموذج: صَقّل حتى يهبط التغير تحت سماحةٍ معينة. تلك حلقة while:

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
# 0 1 2 3 4

الشرط في الأعلى ويُعاد فحصه كل جولة. تأكد أنه سينقلب إلى False في النهاية ، فإذا لم يغيّر شيءٌ داخل الجسم المتغيراتِ التي يقرؤها الشرط، لن تنتهي الحلقة أبدًا. المجموع الذي لا بد أن ينتهي يُكتب بـ for؛ والبحث الذي لا ينتهي إلا بإيجاد جوابه يُكتب بـ while.

Break و continue

كلمتان تضبطان التدفق من الداخل.

تتخلى break عن الحلقة فورًا، مهما بقي من جولات:

for n in [1, 3, 4, 7, 8]:
    if n % 2 == 0:
        print(f"Found even: {n}")
        break

تتخلى continue عن هذه الجولة فقط، قافزةً إلى التالية:

for n in range(6):
    if n % 2 != 0:
        continue
    print(n)  # 0 2 4

بينهما تنطبق المفاهيم على خط الأعداد: تقطع break الذيلَ $\{n \in \mathbb{Z} : n \geq m\}$؛ وتنحت continue مجموعةً فرعيةً من الجولات، كغربلةِ متناقلةٍ بمنخل.

Pass: مكانٌ شاغر

كل جسمٍ من if أو for أو while أو دالةٍ يحتاج جملةً واحدةً على الأقل، لكنك أحيانًا لم تكتبها بعد. pass هو اللافعلُ الذي يشغل المكان:

for n in range(10):
    if n % 3 == 0:
        pass  # TODO: handle multiples of 3 later
    else:
        print(n)

لا يفعل شيئًا ، وهذا هو عمله بالضبط: أن يُبقي الكتلة سليمةً نحو قواعد اللغة بينما تُصاغ الجملة الحقيقية.

مثالٌ محلول: آلةُ Σ تعملُ

تتألفُ أدواتُ هذا الدرسِ في رمزِ الجمعِ الواردِ في الافتتاح:

total = 0
for n in range(1, 11):
    if n % 2 != 0:
        continue          # الأزواجُ فقط
    total += n
print(total)              # 2 + 4 + 6 + 8 + 10 = 30

الحلقةُ هي $\sum$ مُيكنةً: كلُّ دورةٍ تجمع حدًّا، ويغربلُ continue الأدوارَ الفرديةَ، ويتراكمُ total كما تراكم المجموعُ المتصاعدُ في الدرسِ الثاني.

أخطاء شائعة

• حلقات while اللانهائية. انسَ تحديث المتغير الذي يقرؤه الشرط فتدور الحلقة بلا نهاية. تحقق أن الجسم يحرّك الحالة نحو False.
• تعديل قائمةٍ أثناء التكرار عليها. القطعُ أو الحذف في منتصف الطريق يزاح الفهارس تحت قدميك. كرّر على نسخةٍ، أو ابنِ قائمةً جديدة.
• for i in range(len(items)). ما لم تكن تحتاج إلى الفهرس نفسه، كرّر فوق المتتالية مباشرة ، «for fruit in fruits» يقول ما تقصد.
• يتجاوز continue الدورةَ، ويهجرُها break جملةً. يتجاوز continue التكرارَ الحاليَّ فقط؛ وينهي break الحلقةَ كلَّها. والخلطُ بينهما هو كيفَ يواصلُ دورانَهُ برجٌ كان عليه أن يقف.