feat(python基础): 新增循环与字符串教学课程
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# 第 1-6 课：循环
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## 一、本课目标
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完成本课后，你应该能够：
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1. 解释循环为什么能减少重复代码；
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2. 使用 `for` 循环按照指定次数重复执行代码；
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3. 使用 `range()` 生成整数序列；
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4. 使用 `while` 在条件成立期间重复执行；
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5. 使用计数器记录执行次数；
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6. 使用累加器汇总一组数据；
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7. 在循环中结合 `if` 进行判断；
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8. 使用 `break` 提前结束循环；
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9. 使用 `continue` 跳过本次循环；
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10. 识别并避免常见的死循环。
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## 二、前置知识
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开始本课前，你应该已经掌握：
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- 变量与基础数据类型；
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- 数字计算和比较运算；
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- `if...elif...else` 条件判断；
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- `input()` 和类型转换；
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- 代码块需要使用四个空格缩进。
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## 三、为什么需要循环
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如果要输出五次学习提醒，可以重复写五行：
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```python
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print("开始学习 Python")
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print("开始学习 Python")
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print("开始学习 Python")
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print("开始学习 Python")
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print("开始学习 Python")
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```
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这种写法存在明显问题：
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- 重复代码很多；
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- 修改文字时要修改多个位置；
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- 执行次数较大时无法手工编写；
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- 容易漏写或写错。
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循环（Loop）可以让一段代码重复执行：
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```python
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for count in range(5):
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print("开始学习 Python")
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```
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循环的核心思想是：让计算机负责重复，人只需要描述重复规则。
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## 四、`for` 循环
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`for` 循环适合处理“已经知道重复次数”或“依次处理一组数据”的场景。
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基本结构：
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```python
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for 循环变量 in 可迭代对象:
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重复执行的代码
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```
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第一次接触“可迭代对象”时，可以先把它理解为能够依次提供数据的对象。字符串、列表和 `range()` 都可以依次提供数据。
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示例：
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```python
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for count in range(3):
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print("正在进行 Agent 学习打卡")
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```
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输出三次相同内容。
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每次循环时，`range(3)` 会依次提供一个整数，并临时保存到循环变量 `count` 中。
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## 五、认识 `range()`
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`range()` 用于表示一个整数范围，经常与 `for` 配合。
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### 5.1 `range(结束值)`
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```python
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for number in range(5):
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print(number)
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```
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输出：
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```text
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0
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1
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2
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3
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4
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```
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关键规则：从 `0` 开始，包含开始值，不包含结束值。
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因此 `range(5)` 提供 5 个整数，但最后一个整数是 `4`。这种“不包含结束值”的规则在 Python 中非常常见。
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### 5.2 `range(开始值, 结束值)`
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```python
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for day in range(1, 6):
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print(day)
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```
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输出 `1` 到 `5`。`6` 仍然不包含在范围中。
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如果希望显示“第 1 次”到“第 5 次”，`range(1, 6)` 通常比 `range(5)` 更直观。
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### 5.3 `range(开始值, 结束值, 步长)`
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步长表示每次增加多少：
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```python
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for number in range(0, 11, 2):
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print(number)
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```
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输出：
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```text
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0
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2
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4
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6
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8
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10
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```
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步长也可以是负数：
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```python
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for number in range(5, 0, -1):
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print(number)
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```
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输出从 `5` 到 `1`，可用于倒计时。
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## 六、使用循环变量
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循环变量会在每次循环时保存当前数据：
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```python
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for day in range(1, 4):
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print(f"第 {day} 天：完成 Python 学习")
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```
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输出：
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```text
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第 1 天：完成 Python 学习
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第 2 天：完成 Python 学习
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第 3 天：完成 Python 学习
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```
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循环变量应使用有意义的名称，例如 `day`、`task_number`，避免长期使用难以理解的 `a`、`x`。
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## 七、遍历字符串
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`for` 也能依次取得字符串中的每个字符：
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```python
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for character in "Agent":
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print(character)
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```
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输出：
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```text
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A
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g
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e
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n
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t
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```
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这种“从头到尾依次取出数据”的操作称为遍历（Traversal）。以后学习列表、字典和文件时，会经常使用遍历。
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## 八、计数器
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计数器（Counter）是用来记录次数的变量。
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```python
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completed_count = 0
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for task_number in range(1, 6):
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completed_count += 1
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print(f"已完成 {completed_count} 个任务")
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```
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执行过程：
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1. 循环前把计数器初始化为 `0`；
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2. 每次循环执行 `completed_count += 1`；
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3. 循环五次后，计数器变为 `5`。
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初始化必须写在循环外。如果写在循环内，每次都会重新变回 `0`。
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## 九、累加器
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累加器（Accumulator）用于把多次产生的数值汇总起来。
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```python
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total_hours = 0.0
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for day in range(1, 6):
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daily_hours = float(input(f"请输入第 {day} 天的学习小时数："))
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total_hours += daily_hours
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print(f"总学习时间：{total_hours} 小时")
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```
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`total_hours` 的变化过程可能是：
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```text
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初始值：0.0
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第 1 天后：2.0
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第 2 天后：3.5
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第 3 天后：6.0
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```
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计数器通常每次增加固定值；累加器通常加入每次得到的实际数据。
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## 十、循环与条件判断结合
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循环中可以使用 `if`：
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```python
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passed_count = 0
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for score in range(55, 101, 15):
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if score >= 60:
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passed_count += 1
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print(f"{score} 分：通过")
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else:
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print(f"{score} 分：未通过")
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print(f"通过数量：{passed_count}")
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```
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注意缩进层级：
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- `for` 内部缩进一级；
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- `if` 内部再缩进一级；
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- 回到循环外时取消全部循环缩进。
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## 十一、`while` 循环
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`while` 的中文含义是“当……时”。只要条件为 `True`，循环就会继续。
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基本结构：
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```python
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while 条件:
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重复执行的代码
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```
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示例：
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```python
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current_day = 1
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while current_day <= 3:
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print(f"完成第 {current_day} 天学习")
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current_day += 1
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```
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执行过程：
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1. `current_day` 初始为 `1`；
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2. 判断 `current_day <= 3`，成立则执行循环；
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3. 输出后把 `current_day` 增加 `1`；
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4. 回到条件处重新判断；
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5. 当 `current_day` 变为 `4` 时，条件为 `False`，循环结束。
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## 十二、`for` 和 `while` 如何选择
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通常可以这样判断：
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- 已知需要重复多少次：优先考虑 `for`；
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- 不知道次数，只知道结束条件：优先考虑 `while`。
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示例场景：
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```text
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依次处理 7 天学习记录 → for
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重复询问密码直到输入正确 → while
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输出 1 到 100 → for
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余额大于 0 时继续扣费 → while
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```
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两者有时可以互相改写，但应选择更能表达业务意图的方式。
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## 十三、避免死循环
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死循环（Infinite Loop）是无法自然结束的循环。
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错误示例：
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```text
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current_day = 1
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while current_day <= 3:
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print(current_day)
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```
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循环中没有修改 `current_day`，条件会一直为 `True`，程序不断输出 `1`。
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编写 `while` 时必须检查：
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1. 条件中的变量是否会发生变化；
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2. 变化方向是否会逐渐接近结束条件；
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3. 是否存在明确的退出方式。
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如果程序意外进入死循环，可以在终端中按 `Ctrl + C` 尝试停止。
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## 十四、使用 `break` 提前结束循环
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`break` 表示立即结束当前循环：
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```python
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while True:
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command = input("请输入命令，输入 exit 结束：")
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if command == "exit":
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break
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print(f"正在处理命令：{command}")
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print("程序已结束")
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```
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`while True` 本身会无限循环，但遇到 `break` 后可以退出。只有存在清晰退出条件时，才应使用这种结构。
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`break` 只结束它所在的最近一层循环，不会直接结束整个 Python 程序。
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## 十五、使用 `continue` 跳过本次循环
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`continue` 表示跳过本次循环剩余代码，直接开始下一次循环：
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```python
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for day in range(1, 6):
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if day == 3:
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continue
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print(f"记录第 {day} 天学习数据")
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```
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第 3 天不会输出，其他天正常输出。
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可以把两者简单区分为：
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- `break`：整个循环到此结束；
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- `continue`：只跳过当前这一次，循环还会继续。
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## 十六、嵌套循环初步认识
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循环内部还可以包含循环：
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```python
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for week in range(1, 3):
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for day in range(1, 4):
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print(f"第 {week} 周，第 {day} 天")
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```
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外层循环每执行一次，内层循环都会完整执行三次，因此一共输出 `2 × 3 = 6` 行。
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嵌套循环容易增加理解和运行成本。本课只要求看懂简单结构，练习不强制使用。
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## 十七、运行本课示例
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在 PowerShell 中执行：
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```powershell
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cd D:\Code\Python\01_python基础\1_6_循环
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python loops.py
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```
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示例会演示：
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- `range()` 的三种常见形式；
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- 计数和累加；
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- 循环结合条件判断；
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- `while` 的变量更新；
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- `break` 和 `continue`。
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示例不需要用户输入，可以直接运行并对照注释观察结果。
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## 十八、常见错误
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### 18.1 忘记冒号
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`for` 和 `while` 行末都必须使用英文冒号 `:`。
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### 18.2 循环体没有缩进
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属于循环的代码必须统一缩进四个空格。
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### 18.3 `range()` 结束值理解错误
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`range(1, 5)` 提供 `1、2、3、4`，不包含 `5`。
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### 18.4 把计数器初始化写在循环内
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这样每次循环都会重置，无法正确累计。
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### 18.5 `while` 忘记更新条件变量
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这很可能造成死循环。
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### 18.6 混淆 `break` 与 `continue`
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`break` 结束循环，`continue` 只跳过当前一次。
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### 18.7 循环变量命名没有含义
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优先使用 `day`、`task_number` 等名称，帮助读者理解当前遍历的数据。
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## 十九、课堂练习
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打开 `practice.py`，完成“Agent 学习打卡统计器”。程序需要收集连续多天的学习时长，统计总时长、有效学习天数和达标情况。
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运行命令：
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```powershell
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python practice.py
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```
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建议先使用以下数据测试：
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```text
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计划打卡天数：5
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第 1 天：2
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第 2 天：0
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第 3 天：1.5
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第 4 天：-1
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第 5 天：3
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```
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约定：
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- `-1` 表示本次数据无效，使用 `continue` 跳过；
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- `0` 是有效记录，但不算完成学习；
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- 大于 `0` 算一个有效学习日；
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||||
- 累计学习时长达到 `5` 小时视为总目标达标。
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使用上述数据时，预期总时长为 `6.5` 小时，有效学习日为 `3` 天，无效记录为 `1` 条，总目标达标。
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## 二十、思考题
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1. `range(5)` 会提供哪些整数？
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2. 为什么 `range(1, 6)` 可以表示第 1 到第 5 次？
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3. 计数器与累加器有什么区别？
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4. 哪些场景更适合使用 `while`？
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5. `break` 和 `continue` 有什么区别？
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||||
6. `while` 循环为什么容易出现死循环？
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||||
7. 循环中的 `if` 为什么通常会比循环多一级缩进？
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## 二十一、本课小结
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- 循环用于重复执行代码；
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- `for` 适合已知次数或依次处理数据的场景；
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- `range()` 包含开始值，不包含结束值；
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||||
- 计数器记录次数，累加器汇总数值；
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||||
- `while` 在条件为真时持续执行；
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||||
- `while` 中必须确保条件最终能够变为假；
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||||
- `break` 提前结束循环；
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||||
- `continue` 跳过当前一次循环；
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||||
- 循环可以与条件判断结合，实现更真实的业务逻辑。
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## 二十二、验收标准
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||||
- [ ] 能使用 `for` 和 `range()` 重复执行代码；
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- [ ] 能解释 `range()` 为什么不包含结束值；
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- [ ] 能使用计数器和累加器；
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||||
- [ ] 能在循环中使用条件判断；
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||||
- [ ] 能编写可以正常结束的 `while` 循环；
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||||
- [ ] 能区分 `break` 和 `continue`；
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||||
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
|
||||
- [ ] 能使用建议数据得到正确统计结果；
|
||||
- [ ] 能回答七道思考题。
|
||||
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