迴圈

Python 程式設計：深入解析「迴圈結構」 (for, while)

1. 什麼是迴圈？為什麼需要它？

想像一下，你需要列印出 1 到 100 的所有數字。如果沒有迴圈，你可能需要寫 100 次的 print() 指令，這顯然非常沒有效率。迴圈（Loop） 的目的就是為了解決這類重複性的工作。

在 Python 中，主要有兩種迴圈結構：

• for 迴圈：用來遍歷集合物件中的第一個至最後一個元素。搭配 range 物件，可以遍歷固定間隔值的整數。
Python 中有許多集合物件。例：str, list, set, tupple, map, range ...。

• while 迴圈：只要指定的值為 True，就持續執行。

2. for 迴圈：遍歷指定的集合物件

for 迴圈的核心概念是「複製出集合物件中的每一個元素來做指定的運算」。

語法樣式
for 變數 in 集合物件:
	程式區塊範圍內，集合物件中的每一個元素，會從第一個至最後一個依序複製給變數

2.1 for 迴圈的常見用法

2.1.1 遍歷字串物件(str)

message = "Python"

for i in message:
    print(i, sep="-")

# 輸出:
# P-y-t-h-o-n

2.1.2 使用 range() 函數建立 range 物件

當你需要一群固定間隔的整數時，range() 是你最好的朋友。它會產生一個不可變的數字集合，非常節省記憶體。

range() 主要有三種呼叫方式：

• range(stop)

  指派一個大於 0 的正整數給 stop，環境會建立一個 range 物件。物件中會包含從 0 開始，直到 stop - 1 的連續整數。

  # 產生 0, 1, 2, 3, 4
  for i in range(5):
      print(i, end=' ') # 輸出: 0 1 2 3 4 

• range(start, stop)

  指派兩個整數給 start 與 stop ，正負值均可，但 start 必須小於 stop，環境會建立一個 range 物件。物件中會包含從 start 開始，直到 stop - 1 的連續整數。

  # 產生 2, 3, 4, 5
  for i in range(2, 6):
      print(i, end=' ') # 輸出: 2 3 4 5 

  # 產生 -5, -4, -3, -2
  for i in range(-5, -1):
      print(i, end=' ') # 輸出: -5 -4 -3 -2 

• range(start, stop, step)

  指派兩個整數給 start 與 stop ，正負值均可。但如果 start 小於 stop，就必須指派一個正值給 step，環境會建立一個 range 物件。物件中會包含從 start 開始，直到 stop - 1 間隔為 step 的整數。如果 start 大於 stop，就必須指派一個負值給 step，環境會建立一個 range 物件。物件中會包含從 start 開始，直到 stop + 1 間隔為 step 的整數。

  # 印出 1 到 10 之間的所有奇數 (間隔值為 2)
  for i in range(1, 11, 2):
      print(i, end=' ') # 輸出: 1 3 5 7 9
  
  # 從 5 倒數到 1 (間隔值為 -1)
  for i in range(5, 0, -1):
      print(i, end=' ') # 輸出: 5 4 3 2 1

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練習 2.1.2.01 數字總和

給定 1 個大於 0 的正整數，運算出從 1 至該整數(含)之間所有數字的和並輸出

例 1
輸入：
10
輸出：
55

例 2
輸入：
100
輸出：
5050

例 3
輸入：
1000
輸出：
500500

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練習 2.1.2.02 乘方值

給定 2 個大於等於 0 的正整數。假設為 a, b。
運算出 a 的 b 次方的值並輸出。

例 1
輸入：
2 5
輸出：
32
說明:
2 的 5 次方值為 32。


例 2
輸入：
3 0
輸出：
1

例 3
輸入：
0 5
輸出：
0

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練習 2.1.2.03 奇數和與偶數和的差的絶對值

給定 １ 個大於 0 的正整數。
分別運算出從 1 至該整數(含/若該整數為奇數)之間所有奇數的和
與從 2 至該整數(含/若該整數為偶數)之間所有偶數的和，
再運算出這兩個和的差的絶對值並輸出。

例 1
輸入：
5
輸出：
3
說明:
奇數=>1 3 5->9
偶數=>2 4->6
9-6 = 3


例 2
輸入：
8
輸出：
4
奇數=>1 3 5 7->16
偶數=>2 4 6 8->20
20-16=4


例 3
輸入：
123
輸出：
61

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練習 2.1.2.04 列印5的倍數

給定 2 個整數假設為 m, n ，m 不一定小於 n。
請由小到大，列印出 m 與 n 之間的所有 5 的倍數(含/若 m 或 n 為 5 的倍數)。
輸出的數字若一個以上用空格間隔。
若沒有數字可以輸出時，輸出 None．


例 1
輸入：
2 15
輸出：
5 10 15

例 2
輸入：
13 2
輸出：
5 10

例 3
輸入：
5 20
輸出：
5 10 15 20

例 4
輸入：
5 5
輸出：
5

例 5
輸入：
6 9
輸出：
None

---

練習 2.1.2.05 有幾個因數

給定 1 個正整數。輸出該整數有幾個因數。


例 1
輸入：
2
輸出：
2
說明: 1 2

例 2
輸入：
6
輸出：
4
說明: 1 2 3 6

例 3
輸入：
7
輸出：
2

例 4
輸入：
32
輸出：
6

---

2.1.3 巢狀迴圈 (Nested Loops)

範例： 列印九九乘法表

for i in range(1, 10):      # 控制第一個數字 (從 1 到 9)
    for j in range(1, 10):  # 控制第二個數字 (從 1 到 9)
        print(i, "*", j, "=", i*j, sep ="", end="\t")
    print() # 換行

3. while

while 迴圈會不斷地執行，直到它的值為False時停止。

語法樣式:
while 布林值:
	要重複執行的程式碼

注意： while 迴圈的區塊內必須有能改變值的程式碼，否則會變成無窮迴圈！

3.1.1 以計數器為條件的迴圈

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1 # 這是改變條件的關鍵

3.1.2 非以計數器為條件的迴圈

command = ""
while command.lower() != "quit":
    command = input("請輸入指令 (輸入 'quit' 結束): ")
    if command.lower() != "quit":
        print(f"你輸入了: {command}")

print("程式結束。")

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練習 3.1.2.01 2 的幾次方(2為底數的對數)

給定 1 個大於等於 1 的正整數，而且一定是 2 的某一個次方的值。
請運算並輸出它是 2 的幾次方。

例 
輸入：
16
輸出：
4

例 
輸入：
256
輸出：
8

例 
輸入：
1
輸出：
0

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4. 迴圈控制敍述

有時候我們需要在迴圈執行到一半時改變它的正常流程。

4.1 break：立即終止迴圈

break 會完全跳出當前所在的迴圈。

numbers = [10, 25, 30, -5, 40, -12]
for num in numbers:
    print(f"正在檢查: {num}")
    if num < 0:
        print(f"找到了第一個負數: {num}")
        break # 找到了，跳出迴圈

4.2 continue：跳過本次，進入下次

continue 會立即結束本次迭代，直接開始下一次迭代。

numbers = [10, -2, 5, -8, 20]
total = 0
for num in numbers:
    if num < 0:
        continue # 如果是負數，跳過本次，檢查下一個
    total += num
print(f"正數的總和是: {total}") # 輸出: 35

4.3 else 子句 in Loops

當迴圈正常結束（沒有被 break 中斷）時，else 區塊會被執行。

範例： 檢查一個數字是否為質數。

num_to_check = 13
for i in range(2, num_to_check):
    if num_to_check % i == 0:
        print(f"{num_to_check} 不是質數，可被 {i} 整除。")
        break
else:
    # 如果 for 迴圈從未被 break
    print(f"{num_to_check} 是質數。")

5. 總結：for vs while

特性	for 迴圈	while 迴圈
核心概念	遍歷 (Iteration)	條件 (Condition)
適用時機	已知要重複的確切次數，或處理序列中的每一個元素。	不知道要重複幾次，只知道停止的條件。
常見範例	處理串列、執行 n 次任務。	使用者輸入驗證、遊戲主迴圈。
潛在風險	(較少)	容易造成無窮迴圈。

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