Циклы
П ри решении практических задач постоянно возникает необходимость в повторении действия заданное количество раз, или до достижения какого-либо условия. Например, вывести список всех пользователей, замостить плоскость текстурой, провести вычисления над каждым элементом массива данных и т.п. В си для этих целей используются три вида циклов: с предусловием, постусловием и цикл for со счётчиком (хотя, это условное название, потому что счётчика может и не быть).
Любой цикл состоит из тела и проверки условия, при котором этот цикл должен быть прекращён. Тело цикла — это тот набор инструкций, который необходимо повторять. Каждое повторение цикла называют итерацией.
Рассмотрим цикл с предусловием.
Этот цикл выполняется до тех пор, пока истинно условие, заданное после ключевого слова while. Тело цикла — это две строки, одна выводит число, вторая изменяет его. Очевидно, что этот цикл будет выполнен 10 раз и выведет на экран
0
1 2 3 и так далее до 9.
Очень важно, чтобы условие выхода из цикла когда-нибудь выполнилось, иначе произойдёт зацикливание, и программа не завершится. К примеру
В этом цикле не изменяется переменная i, которая служит для определения условия останова, поэтому цикл не завершится.
В этой программе цикл, конечно, завершится, но из-за неправильного действия он будет выполнен гораздо больше 10 раз. Так как си не следит за переполнением переменной, нужно будет ждать, пока переменная переполнится и станет меньше нуля.
У этого примера неопределённое поведение. Так как переменная i заранее не инициализирована, то она хранит мусор, заранее неизвестное значение. При различном содержимом переменной i будет меняться поведение.
Если тело цикла while содержит один оператор, то фигурные скобки можно опустить.
Здесь мы инкрементируем переменную i при вызове функции printf. Следует избегать такого стиля кодирования. Отсутствие фигурных скобок, особенно в начале обучения, может приводить к ошибкам. Кроме того, код читается хуже, да и лишние скобки не сильно раздувают листинги.
Циклы с постусловием.
Ц икл с постусловием отличается от цикла while тем, что условие в нём проверяется после выполнения цикла, то есть этот цикл будет повторён как минимум один раз (в отличие от цикла while, который может вообще не выполняться). Синтаксис цикла
Предыдущий пример с использованием цикла do будет выглядеть как
Давайте рассмотрим пример использования цикла с постусловием и предусловием. Пусть нам необходимо проинтегрировать функцию.
Рис. 1 Численное интегрирование функции ∫ a b f ⁡ x d x
Интеграл — это сумма бесконечно малых. Мы можем представить интеграл как сумму, а бесконечно малые значения просто заменить маленькими значениями.
∫ a b f ⁡ x d x = ∑ i = a b f ⁡ i h
Из формулы видно, что мы на самом деле разбили площадь под графиком на множество прямоугольников, где высота прямоугольника — это значение функции в точке, а ширина — это наш шаг. Сложив площади всех прямоугольников, мы тем самым получим значение интеграла с некоторой погрешностью.
Пусть искомой функцией будет x 2 . Нам понадобятся следующие переменные. Во-первых, аккумулятор sum для хранения интеграла. Во-вторых, левая и правая границы a и b, в третьих — шаг h. Также нам понадобится текущее значение аргумента функции x.
Для нахождения интеграла необходимо пройти от a до b с некоторым шагом h, и прибавлять к сумме площадь прямоугольника со сторонами f(x) и h.
Программа выводит 0.328.
∫ 0 1 x 2 d x = x 3 3 | 0 1 = 1 3 ≈ 0.333
Если посмотреть на график, то видно, что каждый раз мы находим значение функции в левой точке. Поэтому такой метод численного интегрирования называют методом левых прямоугольников. Аналогично, можно взять правое значение. Тогда это будет метод правых прямоугольников.
Сумма в этом случае будет равна 0.338. Метод левых и правых прямоугольников не очень точен. Мы фактически аппроксимировали (приблизили) гладкий график монотонно возрастающей функции гистограммой. Если немного подумать, то аппроксимацию можно проводить не только суммируя прямоугольники, но и суммируя трапеции.
Приближение с помощью трапеций на самом деле является кусочной аппроксимацией кривыми первого порядка (ax+b). Мы соединяем точки на графике с помощью отрезков. Можно усложнить, соединяя точки не отрезками, а кусками параболы, тогда это будет метод Симпсона. Если ещё усложнить, то придём к сплайн интерполяции, но это уже другой, очень долгий разговор.
Вернёмся к нашим баранам. Рассмотрим 4 цикла.
Если выполнить эти примеры, то будет видно, что циклы выполняются от двух, до четырёх раз. На это стоит обратить внимание, потому что неверное изменение счётчика цикла часто приводит к ошибкам.
Часто случается, что нам необходимо выйти из цикла, не дожидаясь, пока будет поднят какой-то флаг, или значение переменной изменится. Для этих целей служит оператор break, который заставляет программу выйти из текущего цикла.
Давайте решим простую задачу. Пользователь вводит числа до тех пор, пока не будет введено число 0, после этого выводит самое большое из введённых. Здесь есть одна загвоздка. Сколько чисел введёт пользователь не известно. Поэтому мы создадим бесконечный цикл, а выходить из него будем с помощью оператора break. Внутри цикла мы будем получать от пользователя данные и выбирать максимальное число.
Напомню, что в си нет специального булевого типа. Вместо него используются числа. Ноль — это ложь, все остальные значения – это истина. Цикл while(1) будет выполняться бесконечно. Единственной точкой выхода из него является условие
В этом случае мы выходим из цикла с помощью break; Для начала в качестве максимального задаём 0. Пользователь вводит число, после чего мы проверяем, ноль это или нет. Если это не ноль, то сравниваем его с текущим максимальным.
Бесконечные циклы используются достаточно часто, так как не всегда заранее известны входные данные, либо они могут меняться во время работы программы.
Когда нам необходимо пропустить тело цикла, но при этом продолжить выполнение цикла, используется оператор continue. Простой пример: пользователь вводит десять чисел. Найти сумму всех положительных чисел, которые он ввёл.
Пример кажется несколько притянутым за уши, хотя в общем он отражает смысл оператора continue. В этом примере переменная positiveCnt является счётчиком положительных чисел, sum сумма, а input — временная переменная для ввода чисел.
Вот ещё один пример. Необходимо, чтобы пользователь ввёл целое число больше нуля и меньше 100. Пока необходимое число не будет введено, программа будет продолжать опрос.
Цикл for
О дним из самых используемых является цикл со счётчиком for. Его синтаксис
Например, выведем квадраты первых ста чисел.
Одним из замечательных моментов цикла for является то, что он может работать не только с целыми числами.
Этот цикл выведет числа от 5.3 до 0.1. Цикл for может не иметь некоторых «блоков» кода, например, может отсутствовать инициализация, проверка (тогда цикл становится бесконечным) или изменение счётчика. Вот пример с интегралом, реализованный с применением счётчика for
Давайте рассмотрим кусок кода
Его можно изменить так
Более того, используя оператор break, можно убрать условие и написать
кроме того, используя оператор «,», можно часть действий перенести
ЗАМЕЧАНИЕ: несмотря на то, что так можно делать, пожалуйста, не делайте так! Это ухудшает читаемость кода и приводит к трудноуловимым ошибкам.
Давайте решим какую-нибудь практическую задачу посложнее. Пусть у нас имеется функция f(x). Найдём максимум её производной на отрезке. Как найти производную функции численно? Очевидно, по определению). Производная функции в точке — это тангенс угла наклона касательной.
Рис. 5 Численное дифференцирование функции f ⁡ x ′ = d x d y
Возьмём точку на кривой с координатами (x; f(x)), сдвинемся на шаг h вперёд, получим точку (x+h, f(x+h)), тогда производная будет
d x d y = f ⁡ ( x + h ) — f ⁡ x ( x + h — x ) = tg ⁡ α
То есть, отношение малого приращения функции к малому приращению аргумента. Внимательный читатель может задать вопрос, почему мы двигаемся вперёд по функции, а не назад. Ну пойдёмте назад
Возьмём среднее от этих двух значений, получим
В общем-то теперь задача становится тривиальной: идём от точки a до точки b и находим минимальное значение производной, а также точку, в которой производная принимает это значение. Для решения нам понадобятся, как и в задаче с интегралом, переменные для границ области поиска a и b, текущее значение x и шаг h. Кроме того, необходимо максимальное значение maxVal и координата maxX этого максимального значения. Для работы возьмём функцию x • sin ⁡ x
На выходе программа выдаёт max value = 1.391 at 1.077
Численное решение даёт такие же (с точностью до погрешности) результаты, что и наша программа.
Вложенные циклы
Рассмотрим пример, где циклы вложены друг в друга. Выведем таблицу умножения.
В этом примере в первый цикл по переменной i вложен второй цикл по переменной j. Последовательность действий такая: сначала мы входим в цикл по i, после этого для текущего i 10 раз подряд осуществляется вывод чисел. После этого необходимо перейти на новую строку. Теперь давайте выведем только элементы под главной диагональю
Как вы видите, оператор break позволяет выйти только из текущего цикла. Этот пример может быть переписан следующим образом
В данном случае мы используем во вложенном цикле счётчик первого цикла.
Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик
Сколько раз будет выполняться цикл i 1
При решении большенства задач может возникнуть необходимость повторить одни и те же действия несколько или множество раз. Такой многократно повторяющийся участок вычислительного процесса называется циклом. У циклов выделяют заголовок и тело. Заголовок определяет, до каких пор или сколько раз тело цикла будет выполняться ,а т ело содержит выражения, которые выполняются. После того как достигнута последняя инструкция тела, поток выполнения снова возвращается к заголовку цикла. Снова проверяется условие выполнения цикла. В зависимости от результата тело цикла либо повторяется, либо поток выполнения переходит к следующему выражению после всего цикла.
В языке программирования Паскаль существует три вида циклических конструкций :
Когда тело цикла было выполнено, то ход программы снова возвращается в заголовок цикла. Условие выполнения тела снова проверяется (находится значение логического выражения). Тело цикла выполнится столько раз, сколько раз логическое выражение вернет true. Поэтому очень важно в теле цикла предусмотреть изменение переменной, фигурирующей в заголовке цикла, таким образом, чтобы когда-нибудь обязательно наступала ситуация false. Иначе произойдет так называемое зацикливание, одна из самых неприятных ошибок в программировании.
В цикле repeat логическое выражение стоит после тела цикла. Причем, в отличие от цикла while, здесь всё наоборот: в случае true происходит выход из цикла, в случае false – его повторение.
Урок 3 — Циклы в Pascal
Когда в алгоритме некоторое действие нужно выполнить несколько раз, используются циклы. В программирование цикл — это многократное повторение определенных инструкций. Циклы состоят из заголовка и тела. Заголовок содержит в себе условия, которые определяют работу цикла, а тело – повторяющиеся действия. В этом уроке рассмотрим:
Их алгоритмы выполнения различны, но есть и общее: после выполнения тела цикла, проверяется условие, и в зависимости от него работа цикла заканчивается, либо снова выполняется тело.
1 For — цикл с параметром
Цикл с параметром, известный также как цикл со счетчиком, используется при известном количестве повторений. Он имеет две формы записи. В любом случае он выполняет следующий после него оператор (как правило, это составной оператор заключенный в «операторные скобки» Begin..End), каждый раз изменяя переменную цикла с шагом 1
Счетчик – это переменная порядкового типа. Начальное и конечное значение должны быть того же типа, что и счетчик. Тело выполняется до тех пор пока условие истинно.
Условия выполнения цикла проверяются перед выполнением блока операторов. Если переменная цикла больше максимального значения (при to) или меньше минимального (downto), то цикл FOR не выполняется.
Формы записи, представленные выше, отличаются словами To и Downto . Если Вы используете цикл с To , то значение счетчика с каждым шагом будет увеличиваться на единицу, а если с Downto , то уменьшаться. Из этого следует, что в первом варианте начальное значение не должно превышать конечное, во втором — верно противоположное. В программе ниже, указанное пользователем количество раз, будут выводиться символы.
Здесь тело цикла не заключено в Begin-End , так как оператор всего один. Но если их будет больше, то операторные скобки обязательны. Стоит также отметить, что счетчик по выходу из цикла не будет иметь определенного значения, но если цикл закончиться раньше положенного, то счетчик сохранит последнее, записанное в него значение.
Другой пример — вычисление суммы чисел от A до B:
2 While – цикл с предусловием
Оператор While – начинает описание цикла с предусловием. Такой вид цикла нужен, в тех алгоритмах, где число повторений неизвестно заранее. В общем виде он выглядит так:
While <выражение> Do <тело цикла>;
Если выражение истинно, то тело выполняется, иначе цикл завершается. Поэтому нужно составить такой код, чтобы на какой-то из итераций выражение стало ложным, и цикл не выполнялся бесконечно.
Пример программы написанный с использованием цикла While :
В данном коде использовался составной оператор Begin-End , так как операторов в теле цикла несколько.
3 Repeat – цикл с постусловием
Главной особенностью цикла с постусловием (часто встречается название: цикл-ДО) является выполнение его тела минимум один раз. Это связано с тем, что условие записывается в конце и соответственно вначале выполнится тело, а затем провериться условие. Формально он выглядит так:
В противоположность двум рассмотренным прежде циклам, этот прекращает свое выполнение тогда, когда условие становиться истинным, т. е. чтобы итерации продолжались условие должно быть ложно. Рассмотрим работу цикла с постусловием на примере:
Программа продолжает работать до тех пор, пока пользователь не допустит ошибку в ответе. Думаю, Вы заметили, что в примере (непосредственно в цикле) составной оператор Begin-End , несмотря на количество операторов не поставлен. Просто его роль выполняют слова repeat и until .
Для переходных манипуляций с циклом обычно используются три оператора:
- Goto – переходит в отмеченную область;
- Break – производит безусловный выход из цикла;
- Continue – осуществляет переход к новой итерации.
4 Вложенные циклы
Циклы в паскаль могут вкладываться друг в друга. Житейский пример: например, у нас есть список студентов, у каждого из которых есть оценки — если мы захотим перебрать все оценки для каждого студента то один цикл (внешний) будет перебираться студентов, а второй (вложенный) — оценки конкретного студента. Обрабатывать списки (массивы) мы научимся дальше.
Рассмотрим вложенные циклы на примере цикла с параметром:
Вернувшись к терминологии, отметим, что в таких структурах одни циклы называются внешними, а другие внутренними. Так цикл 2 относительно цикла 1 является внутренним, а для цикла n он внешний.
Принцип работы вложенных циклов заключается в следующем. Сначала один раз выполняется цикл, идущий первым в программе, затем управление передается следующему циклу (№2), и если после него нет никаких других циклов, то он прокручивается до конца и снова единожды выполняется внешний цикл, иначе, если после цикла №2 стоит еще один вложенный цикл, то №2 выполняется один раз, передавая управление циклу идущему после него. Такой алгоритм продолжается до тех пор, пока самый внешний цикл не выполниться необходимое количество раз.
Предположим у нас есть вложенные циклы for :
Количество проходов по первому циклу = m1 , второму = m2*m1 , n-ому = mn*mn-1*mn-2*..*m2*m1 . В качестве доказательства предлагаю разобраться в следующей программе.
Имеются 5 циклов со счётчиками от i до h. В каждом из них при помощи переменных подсчитывается, сколько раз выполняется каждый цикл. Запустив программу на своем компьютере, Вы должны увидеть такой результат:
Результат работы вложенных циклов
Посчитав способом, изложенным выше, получите результат соответствующий величинам, отображенным на скриншоте. Вложенные конструкции аналогично работают в циклах с предусловием и постусловием. В следующей программе с помощью оператора while фигурка выводиться на экран.
При работе с массивами очень часто применяются вложенные циклы, а когда дело доходит до матриц (двумерных массивов), то даже их заполнение, как правило, делается через рассмотренные нами в этой статье конструкции.
Урок 12. Циклы в Pascal: repeat, while, for
Здравствуйте, дорогие читатели! Вот мы с вами и подошли к изучению циклов. Циклы в Паскаль. Что это такое? Как этим пользоваться? Для чего они нужны? Именно на эти вопросы я сегодня и отвечу.
Если вы читали этот урок, то знаете, что существует три вида алгоритмов: линейный, разветвляющийся и циклический. Мы с вами уже знаем, как реализовывать линейные и разветвляющиеся алгоритмы на Паскале. Приступим к изучению последнего типа алгоритмов.
В языке Pascal, как и в большинстве языков программирования, существует три типа циклических конструкций.
Любой цикл состоит из тела и заголовка. Тело цикла — это набор повторяющихся операторов, а условие — это логическое выражение, в зависимости от результата которого и происходит повторное выполнение цикла.
Возьмем одну задачу, которую будем решать, используя различные виды циклов.
Задача 1. Вывести все числа от 1 до числа, введенного с клавиатуры.
While, или цикл с предусловием
Как вы, наверное, уже поняли из названия, while — это цикл, в котором условие стоит перед телом. Причем тело цикла выполняется тогда и только тогда, когда условие true; как только условие становится false, выполнение цикла прекращается.
While имеет формат:
while < условие> do <оператор 1>;
Данный цикл подходит только для одного оператора, если же вы хотите использовать несколько операторов в своем коде, вам следует заключить их в операторные скобки — begin и end;.
Repeat, или цикл с постусловием
Repeat — полная противоположность while. Repeat — это цикл, в котором условие стоит после тела. Причем оно выполняется тогда и только тогда, когда результат условия false; как только логическое выражение становится true, выполнение цикла прекращается.
Repeat имеет формат:
Begin и end не требуются.
For, или цикл с параметром
For — это цикл, в котором тело выполняется заданное количество раз.
Существует две формы записи этого цикла:
Первая форма
После каждой итерации значение <счетчик1> будет увеличиваться на 1.
<значение1> — это начальное значение счетчика. Это может быть переменная или число.
<конечное_значение> : как только значение <счетчик1> станет больше <конечное_значение>, выполнение цикла прекратится.
Если требуется написать несколько операторов в теле цикла, используем begin и end.
И <счетчик1>, и <конечное_значение>, и <значение1> — переменные целого типа.
Чаще всего в качестве счетчика используется переменная i.
Вторая форма
После каждой итерации значение <счетчик2> будет уменьшатся на 1.
<значение2> — это начальное значение счетчика.
<конечное_значение> : как только значение <счетчик2> станет меньше <конечное_значение>, выполнение цикла прекратится.
Два важных примечания:
- Цикл повторяется, пока значение значение счетчика лежит в отрезке [значение ; конечное_значение].
- Изменять значение счетчика внутри тела нельзя! Вот что выводит компилятор:
Согласитесь, данный код проще и лаконичнее, чем все предыдущие. И цикл for — не совсем обычный цикл, в нем нет логического условия. Поэтому цикл с параметром в программировании называют синтаксическим сахаром. Синтаксический сахар — это дополнения синтаксиса языка программирования, которые не добавляют новых возможностей, а делают использование языка более удобным для человека.
Давайте решим пару задач.
For1. Даны целые числа K и N (N > 0). Вывести N раз число K.
Организовываем простой цикл от 1 до требуемого числа.
For2. Даны два целых числа A и B (A < B). Вывести в порядке возрастания все целые числа, расположенные между A и B (включая сами числа A и B), а также количество N этих чисел.
Так как A < B, то цикл должен будет выводить все числа от А до B. Чтобы сосчитать количество чисел, используем формулу: <конечное_значение> — <начальное_значение> + 1.
For9. Даны два целых числа A и B (A < B). Найти сумму квадратов всех целых чисел от A до B включительно.
Организовываем такой же цикл, как и в предыдущей задаче, но одновременно суммируем квадраты всех чисел. Чтобы высчитать квадрат, используем функцию Sqr.
For13°. Дано целое число N (> 0). Найти значение выражения 1.1 – 1.2 + 1.3 – … (N слагаемых, знаки чередуются). Условный оператор не использовать.
Для того, чтобы поменять знак, каждую итерацию цикла меняем значение специальной переменной на противоположное.
While1°. Даны положительные числа A и B (A > B). На отрезке длины A размещено максимально возможное количество отрезков длины B (без наложений). Не используя операции умножения и деления, найти длину незанятой части отрезка A.
Каждый раз вычитаем B из А, пока А — В >= 0.
While4°. Дано целое число N (> 0). Если оно является степенью числа 3, то вывести True, если не является — вывести False.
Действуем следующим образом: пока N делится нацело на три, делим N нацело. Затем, если N = 1 — число является степенью тройки; если N <> 1, тогда число — не степень тройки. Для того чтобы решить эту задачу, требуется знать, что такое div и mod, и как работают логические выражения.
На сегодня все! Не забывайте почаще заходить на наш сайт и кликать по кнопочкам, которые расположены перед комментариями.
