Что такое переменная счетчик
Персональная страничка
Диканева Тараса
Викторовича
8.1. Переменные счетчики
Часто требуется подсчитать, сколько раз во время вычислений наступает то или иное событие (выполняется то или иное условие). Для этого вводится вспомогательная переменная, которой в начале присваивается нулевое значение, а после каждого наступления события она увеличивается на единицу.
Пример 1. Пользователь вводит 10 чисел. Определить, сколько из них являются одновременно четными и положительными.
Пример 2: Пользователь вводит 10 чисел. Проверить, упорядочены ли они по возрастанию.
В разделе, посвященном переменным флагам, эта задача решена с помощью логической переменой. Решим ее теперь с помощью счетчика. Последовательность будет упорядочена, если нет ситуаций, когда последующее число меньше предыдущего. Подсчитаем количество таких ситуаций, и если оно окажется нулевым, то последовательность упорядочена.
Пример 3. Вычисление площади сложных фигур методом Монте-Карло.
Метод Монте-Карло позволяет приближенно подсчитать площадь произвольной плоской фигуры. Для этого плоскую фигуру следует поместить внутрь простой, площадь которой легко подсчитать (например, внутрь квадрата). Затем следует случайным образом генерировать координаты точек так, чтобы они с равной вероятностью оказывались в любом месте квадрата. При этом следует подсчитать, какая доля случайных точек окажется внутри фигуры. При достаточно большом числе точек отношение количества точек, попавших внутрь фигуры, к общему количеству будет равно отношению площадей фигуры и квадрата.
Что такое переменная счетчик
Цикл с параметром (со счетчиком) FOR.
Этот цикл спользуется в том случае, если некоторую последовательность действий надо выполнить несколько раз и известно число повторений. Тело цикла будет выполняться заданное (заранее известное) число раз: 10, 20,100, n раз – это указывается в условии задачи.
В этом цикле обязательно указываются следующие параметры:
Имя переменной, в которой хранится число повторений цикла (переменной цикла или счетчика цикла). В качестве перемнной должна выступать порядковая (перечисляемая) переменная, использование переменных типа real не допускается.
Начальное значение — выражение, определяющее начальное значение переменной-счетчика циклов.
Конечное значение — выражение, определяющее конечное значение переменной-счетчика циклов (условие завершения цикла).
В данном случае роль счетчика играет переменная i, она изменяется в заданном диапазоне от начального значения a1 до конечного значения a2 (считает). По умолчанию шаг изменения цикла равен одному, т.е. каждый раз после прохождения тела цикла счетчик увеличивается на единицу.
Обычно в качестве выражений, определяющих значения начального и конечного состояния счетчика циклов, используют переменные или константы. В этом случае последовательность операторов, находящаяся между begin и end будет выполнена (а2-а1+1) раз.
Алгоритм, соответствующий циклу FOR, выглядит следующим образом:
В операторе For значение счетчика может не только увеличиваться, но и уменьшаться — обратная форма цикла. В этом случае оператор выглядит так:
Условие выполнения тела данного цикла: i 
a1, а шаг изменения счетчика – (-1).
Пример 1. Написать программу, которая вычисляет сумму 4 произвольных чисел, вводимых с клавиатуры.
Счётчик цикла
Из Википедии — свободной энциклопедии
Счетчик цикла — термин в области разработки программного обеспечения, часто используемый для обозначения переменной, контролирующей повторы выполнения циклов (конструкции компьютерных языков программирования). Своё название термин получил благодаря тому, что в большинстве случаев использования этой конструкции её результат записывается в некоторую переменную, принимающую в качестве значения набор целых чисел в определенной последовательности (например, начиная с 0 и заканчивая 10 с шагом приращения 1).
Счетчики циклов изменяют своё значение при каждом прохождении цикла, подставляя уникальное значение для каждой отдельной итерации. Счетчик цикла используется для определения момента, когда цикл должен завершить свою работу, и программа продолжит своё выполнение, обратившись к следующим инструкциям после цикла.
По общему соглашению об именовании идентификаторов для счетчика циклов используются имена переменных i, j и k (и так далее, при необходимости), где i означает предельное значение счетчика циклов, при котором происходит выход из цикла, j — внутренний счетчик следующего цикла, и т. д. Некоторые программисты также используют обратный порядок. Подобный стиль в общем соответствует стилю, берущему своё начало в ранних временах программирования на языке Фортран, где соответствующие имена переменных начинались с указанных букв, причем переменные объявлялись явным образом как хранящие значения целого типа, что было очевидным выбором для счетчиков циклов для временного хранения нужных значений. Подобная практика также закрепилась в математической записи, где индексы суммы и умножения часто обозначаются i, j и т. д.
🐍 Python enumerate: упрощаем циклы с помощью счетчиков
Итерация с помощью циклов for
Цикл for в Python использует итерацию на основе коллекции. Это означает, что Python на каждой итерации назначает следующий элемент из iterable переменной цикла, как в этом примере:
Здесь значения состоят из трех строк: a, b и c. В Python списки – один из типов итерационных объектов iterable. В цикле for переменная имеет значение value. На каждой итерации ее значение устанавливается равным следующему элементу из values.
Теперь представим, что нам необходимо вывести в списке индекс элемента на каждой итерации. Один из способов решения – создать переменную для хранения индекса и обновлять ее на каждой итерации:
В этом примере index – целое число, отслеживающее, как глубоко вы находитесь в списке. На каждой итерации на экран выводится index и value. Последним шагом в цикле является обновление числа, хранящегося в index. Здесь может всплыть ошибка, если забыть обновить index:
В примере на каждой итерации index остается равным 0, т. к. нет кода для его обновления. Этот вид ошибки трудно отследить, особенно в длинных и сложных циклах.
Другой распространенный способ решения этой проблемы – использовать range() в сочетании с len() для автоматического создания index, и вам не придется помнить о его обновлении:
Одной из ошибок может быть отсутствие обновления value в начале каждой итерации.
Пример несколько ограничен, поскольку values должны разрешать доступ к своим элементам с помощью целочисленных индексов. Итерируемые объекты, разрешающие этот вид доступа, называют последовательностями.
В цикле for можно использовать любую итерацию, но только последовательности доступны по целочисленным индексам. Попытка получить доступ к элементам по индексу из генератора или итератора вызовет ошибку TypeError:
К счастью, функция enumerate() позволяет избежать все эти проблемы. Она доступна в Python с версии 2.3.
Использование enumerate()
Вы можете использовать enumerate() в цикле почти так же, как объект iterable. Вместо того чтобы помещать итерацию непосредственно после in в цикл for, вы помещаете ее в круглые скобки enumerate(). Придется немного изменить переменную цикла, как показано в примере:
Когда вы используете enumerate(), функция возвращает две переменные цикла: количество текущих итераций и значение элемента на текущей итерации.
Как и в обычном цикле for, переменные цикла могут быть названы как угодно (например, как count и value в примере выше). Вам не нужно помнить, что следует из итератора получить доступ к элементу и подвинуть индекс в конец цикла – все делается автоматически.
Функция enumerate() имеет дополнительный аргумент, который можно использовать для управления начальным значением счетчика. По умолчанию оно равно 0, и если вы хотите получить первый элемент списка, используйте индекс 0:
Здесь можно увидеть, что доступ к значениям с индексом 0 дает первый элемент a. Бывает так, что необходимо запустить счетчик не с 0. В этом случае используйте аргумент start для enumerate(), чтобы изменить начальный счетчик:
Практика с enumerate()
Допустимо применять enumerate () в любой ситуации, например, когда нужно использовать count и элемент в цикле. Имейте в виду, что функция enumerate () увеличивает количество на единицу на каждой итерации. Далее рассмотрим некоторые варианты использования enumerate ().
Количество итеративных элементов
В предыдущем разделе вы видели, как использовать enumerate() для печати. Разберем скрипт, читающий файлы reST и сообщающий пользователю о проблемах с форматированием.
Не беспокойтесь, если что-то не понятно, т. к. цель – показать реальное использование enumerate():
check_whitespace() принимает один аргумент, lines, который является строками обрабатываемого файла. Сценарий возвращает номер строки, сокращенный как lno и line, а далее идет проверка на нежелательные символы: \r, \t, табуляции и пробелы.
Когда встречается один из этих элементов, функция выдает текущий номер строки и сообщение для юзера. Переменная count lno хранит в себе номер строки, а не индекс, что позволит пользователю узнать местонахождение проблемы.
Условные операторы для пропуска элементов
Иногда есть необходимость выполнить действие на первой итерации цикла:
Мы хотим вывести дополнительную информацию о тестовом пользователе. Поскольку этот юзер первый, можно взять первое значение индекса цикла для выходных данных.
Можно комбинировать математические операции с условиями. Например, если вам понадобится возвращать элементы из итерационной модели, имеющие четный индекс. Это делается следующим образом:
В цикле for проверяется, равен ли остаток от деления index на 2 нулю и если так, то элемент добавляется к значениям.
Вы можете сделать код более понятным, используя list comprehension без инициализации пустого списка:
В этом примере even_items() использует list comprehension, а не цикл for для извлечения каждого элемента из списка, индекс которого является четным числом.
Вы можете проверить, что even_items() работает как ожидалось, получив четные элементы из диапазона целых чисел от 1 до 10. Результатом будет [2, 4, 6, 8, 10]:
even_items() возвращает четные элементы из seq. Теперь можно проверить, как эта штука будет работать с буквами алфавита ASCII:
Строка alphabet содержит двадцать шесть строчных букв ASCII-алфавита. Вызов even_items() и передача alphabet возвращает список чередующихся букв.
Строки в Python – это последовательности, которые можно использовать как в циклах, так и в целочисленном индексировании. В случае со строками нужны квадратные скобки для реализации той же функциональности, что и в even_items():
Понимание enumerate()
До этого мы рассматривали примеры использования enumerate(). Теперь стоит глубже изучить, как эта функция работает.
Чтобы лучше понять, как работает enumerate(), реализуйте собственную версию с помощью Python. Она должна следовать двум требованиям:
Один из способов написания функции по данным спецификациям приведен в документации Python:
Вы создаете список четырех сезонов для работы. Далее показываете, что вызов my_enumerate() с ними в качестве последовательности создаст объект генератора. Это происходит, поскольку ключевое слово yield отправляет значения обратно вызывающему объекту.
Наконец создается два списка из my_enumerate(): в одном начальное значение остается по умолчанию 0, а в другом start изменяется на 1. В обоих случаях вы получаете список кортежей, в которых первым элементом является счетчик, а вторым – значение из seasons.
Мы реализовали эквивалент enumerate() всего из нескольких строк кода, хотя оригинальный код на C для enumerate() несколько больше. Это означает, что Python очень быстрый и эффективный.
Распаковка аргументов с помощью enumerate()
Когда вы используете enumerate() в цикле for, вы говорите Python работать с двумя переменными: одной для подсчета и одной для значения. Все это можно сделать, используя распаковку аргументов.
Идея в том, что кортеж может быть разбит на несколько переменных в зависимости от длины последовательности. Например, если распаковать кортеж из двух элементов в две переменные:
Сначала создается кортеж с элементами 10 и «а». Затем вы распаковываете его в first_elem и second_elem, присваивая по одному из значений кортежа.
Когда вызывается enumerate() и передается последовательность значений, Python возвращает итератор, а когда вы запрашиваете у итератора следующее значение, он отдает кортеж с двумя элементами: элемент кортежа (счетчик) и значение из переданной последовательности.
В этом примере создается список значений с двумя элементами «a» и «b». Затем значения передаются в enumerate() и присваивается возвращаемое значение enum_instance. Когда выводится enum_instance, можно видеть, что это экземпляр enumerate() с определенным адресом памяти.
Повторный вызов next() дает еще один кортеж, на этот раз с числом 1 и вторым элементом из значений «b». Наконец, вызов next() еще раз вызывает StopIteration, так как больше нет возвращаемых значений. Когда метод используется в цикле for, Python автоматически вызывает next() перед началом каждой итерации, пока StopIteration растет.
Если функция возвращает кортеж, можно использовать распаковку аргументов для назначения элементов кортежа нескольким переменным. Это мы делали выше, используя две переменные цикла.
Еще один способ увидеть распаковку аргументов – использовать цикл for со встроенным zip(), позволяющим перебирать две или более последовательности одновременно. На каждой итерации zip() возвращает кортеж, который собирает элементы из всех переданных последовательностей:
В цикле элементы сопоставляются, а затем выводятся. Вы можете объединить zip() и enumerate(), используя вложенную распаковку аргументов:
В цикле for используется вложенный zip() в enumerate(), т. е. каждый раз, когда цикл повторяется, enumerate() выдает кортеж с первым значением в качестве count и вторым в качестве другого кортежа с элементами из аргументов zip().
Заключение
В этой статье мы изучили:
Вы узнали много нового и теперь способны упростить ваши циклы, чтобы сделать код на Python более профессиональным.
Цикл со счетчиком
Цикл — разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода).
Содержание
Определения
Последовательность инструкций, предназначенная для многократного исполнения, называется телом цикла. Однократное выполнение тела цикла называется итерацией. Выражение определяющее, будет в очередной раз выполняться итерация, или цикл завершится, называется условием выхода или условием окончания цикла (либо условием продолжения в зависимости от того, как интерпретируется его истинность — как признак необходимости завершения или продолжения цикла). Переменная, хранящая текущий номер итерации, называется счётчиком итераций цикла или просто счётчиком цикла. Цикл не обязательно содержит счётчик, счётчик не обязан быть один — условие выхода из цикла может зависеть от нескольких изменяемых в цикле переменных, а может определяться внешними условиями (например, наступлением определённого времени), в последнем случае счётчик может вообще не понадобиться.
Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода.
Виды циклов
Безусловные циклы
Иногда в программах используются циклы, выход из которых не предусмотрен логикой программы. Такие циклы называются безусловными, или бесконечными. Специальных синтаксических средств для создания бесконечных циклов, ввиду их нетипичности, языки программирования не предусматривают, поэтому такие циклы создаются с помощью конструкций, предназначенных для создания обычных (или условных) циклов. Для обеспечения бесконечного повторения проверка условия в таком цикле либо отсутствует (если позволяет синтаксис, как, например, в цикле LOOP…END LOOP языка Ада), либо заменяется константным значением (while true do … в Паскале).
Цикл с предусловием
Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while, отсюда его второе название — while-цикл.
Цикл с постусловием
Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until; в Си — do…while.
В трактовке условия цикла с постусловием в разных языках есть различия. В Паскале и языках, произошедших от него, условие такого цикла трактуется как условие выхода (цикл завершается, когда условие истинно, в русской терминологии такие циклы называют ещё «цикл до»), а в Си и его потомках — как условие продолжения (цикл завершается, когда условие ложно, такие циклы иногда называют «цикл пока»)…..
Цикл с выходом из середины
Цикл с выходом из середины — наиболее общая форма условного цикла. Синтаксически такой цикл оформляется с помощью трёх конструкций: начала цикла, конца цикла и команды выхода из цикла. Конструкция начала маркирует точку программы, в которой начинается тело цикла, конструкция конца — точку, где тело заканчивается. Внутри тела должна присутствовать команда выхода из цикла, при выполнении которой цикл заканчивается и управление передаётся на оператор, следующий за конструкцией конца цикла. Естественно, чтобы цикл выполнился более одного раза, команда выхода должна вызываться не безусловно, а только при выполнении условия выхода из цикла.
Принципиальным отличием такого вида цикла от рассмотренных выше является то, что часть тела цикла, расположенная после начала цикла и до команды выхода, выполняется всегда (даже если условие выхода из цикла истинно при первой итерации), а часть тела цикла, находящаяся после команды выхода, не выполняется при последней итерации.
Легко видеть, что с помощью цикла с выходом из середины можно легко смоделировать и цикл с предусловием (разместив команду выхода в начале тела цикла), и цикл с постусловием (разместив команду выхода в конце тела цикла).
Часть языков программирования содержат специальные конструкции для организации цикла с выходом из середины. Так, в языке Ада для этого используется конструкция LOOP…END LOOP и команда выхода EXIT или EXIT WHEN:
Здесь внутри цикла может быть любое количество команд выхода обоих типов. Сами команды выхода принципиально не различаются, обычно EXIT WHEN применяют, когда проверяется только условие выхода, а просто EXIT — когда выход из цикла производится в одном из вариантов сложного условного оператора.
В тех языках, где подобных конструкций не предусмотрено, цикл с выходом из середины может быть смоделирован с помощью любого условного цикла и оператора досрочного выхода из цикла (такого, как break в Си), либо оператора безусловного перехода goto.
Цикл cо счётчиком
Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for, в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик. Например, в языке Оберон-2 такой цикл имеет вид:
(здесь v — счётчик, b — начальное значение счётчика, e — граничное значение счётчика, s — шаг).
Неоднозначен вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик. Например, если в программе на языке Паскаль встретится конструкция вида:
возникает вопрос: какое значение будет в итоге присвоено переменной k: 9, 10, 100, может быть, какое-то другое? А если цикл завершится досрочно? Ответы зависят от того, увеличивается ли значение счётчика после последней итерации и не изменяет ли транслятор это значение дополнительно. Ещё один вопрос: что будет, если внутри цикла счётчику будет явно присвоено новое значение? Различные языки программирования решают данные вопросы по-разному. В некоторых поведение счётчика чётко регламентировано. В других, например, в том же Паскале, стандарт языка не определяет ни конечного значения счётчика, ни последствий его явного изменения в цикле, но не рекомендует изменять счётчик явно и использовать его по завершении цикла без повторной инициализации. Программа на Паскале, игнорирующая эту рекомендацию, может давать разные результаты при выполнении на разных системах и использовании разных трансляторов.
Радикально решён вопрос в языке Ада: счётчик считается описанным в заголовке цикла, и вне его просто не существует. Даже если имя счётчика в программе уже используется, внутри цикла в качестве счётчика используется отдельная переменная. Счётчику запрещено явно присваивать какие бы то ни было значения, он может меняться только внутренним механизмом оператора цикла. В результате конструкция
внешне аналогичная вышеприведённому циклу на Паскале, трактуется однозначно: переменной k будет присвоено значение 100, поскольку переменная i, используемая вне данного цикла, не имеет никакого отношения к счётчику i, который создаётся и изменяется внутри цикла. Считается, что подобное обособление счётчика наиболее удобно и безопасно: не требуется отдельное описание для него и минимальна вероятность случайных ошибок, связанных со случайным разрушением внешних по отношению к циклу переменных. Если программисту требуется включить в готовый код цикл со счётчиком, то он может не проверять, существует ли переменная с именем, которое он выбрал в качестве счётчика, не добавлять описание нового счётчика в заголовок соответствующей процедуры, не пытаться использовать один из имеющихся, но в данный момент «свободных» счётчиков. Он просто пишет цикл с переменной-счётчиком, имя которой ему удобно, и может быть уверен, что никакой коллизии имён не произойдёт.
Цикл со счётчиком всегда можно записать как условный цикл, перед началом которого счётчику присваивается начальное значение, а условием выхода является достижение счётчиком конечного значения; к телу цикла при этом добавляется оператор изменения счётчика на заданный шаг. Однако специальные операторы цикла со счётчиком могут эффективнее транслироваться, так как формализованный вид такого цикла позволяет использовать специальные процессорные команды организации циклов.
В некоторых языках, например, Си и других, произошедших от него, цикл for, несмотря на синтаксическую форму цикла со счётчиком, в действительности является циклом с предусловием. То есть в Си конструкция цикла:
фактически представляет собой другую форму записи конструкции:
То есть в конструкции for сначала пишется произвольное предложение инициализации цикла, затем — условие продолжения и, наконец, выполняемая после каждого тела цикла некоторая операция (это не обязательно должно быть изменение счётчика; это может быть правка указателя или какая-нибудь совершенно посторонняя операция). Для языков такого вида вышеописанная проблема решается очень просто: переменная-счётчик ведёт себя совершенно предсказуемо и по завершении цикла сохраняет своё последнее значение.
Вложенные циклы
Существует возможность организовать цикл внутри тела другого цикла. Такой цикл будет называться вложенным циклом. Вложенный цикл по отношению к циклу в тело которого он вложен будет именоваться внутренним циклом, и наоборот цикл в теле которого существует вложенный цикл будет именоваться внешним по отношению к вложенному. Внутри вложенного цикла в свою очередь может быть вложен еще один цикл, образуя следующий уровень вложенности и так далее. Количество уровней вложенности как правило не ограничивается.
Полное число исполнений тела внутреннего цикла не превышает произведения числа итераций внутреннего и всех внешних циклов. Например взяв три вложенных друг в друга цикла, каждый по 10 итераций, получим 10 исполнений тела для внешнего цикла, 100 для цикла второго уровня и 1000 в самом внутреннем цикле.
Одна из проблем, связанных с вложенными циклами — организация досрочного выхода из них. Во многих языках программирования есть оператор досрочного завершения цикла (break в Си, exit в Турбо Паскале, last в Perl и т. п.), но он, как правило, обеспечивает выход только из цикла того уровня, откуда вызван. Вызов его из вложенного цикла приведёт к завершению только этого внутреннего цикла, объемлющий же цикл продолжит выполняться. Проблема может показаться надуманной, но она действительно иногда возникает при программировании сложной обработки данных, когда алгоритм требует немедленного прерывания в определённых условиях, наличие которых можно проверить только в глубоко вложенном цикле.
Решений проблемы выхода из вложенных циклов несколько.
Совместный цикл
Ещё одним вариантом цикла является цикл, задающий выполнение некоторой операции для объектов из заданного множества, без явного указания порядка перечисления этих объектов. Такие циклы называются совместными (а также циклами по коллекции, циклами просмотра) и представляют собой формальную запись инструкции вида: «Выполнить операцию X для всех элементов, входящих в множество M». Совместный цикл, теоретически, никак не определяет, в каком порядке операция будет применяться к элементам множества, хотя конкретные языки программирования, разумеется, могут задавать конкретный порядок перебора элементов. Произвольность даёт возможность оптимизации исполнения цикла за счёт организации доступа не в заданном программистом, а в наиболее выгодном порядке. При наличии возможности параллельного выполнения нескольких операций возможно даже распараллеливание выполнения совместного цикла, когда одна и та же операция одновременно выполняется на разных вычислительных модулях для разных объектов, при том что логически программа остаётся последовательной.
Совместные циклы имеются в некоторых языках программирования (C#, JavaScript, Python, LISP, коллекции объектов. В определении такого цикла требуется указать только коллекцию объектов и переменную, которой в теле цикла будет присвоено значение обрабатываемого в данный момент объекта (или ссылка на него). Синтаксис в различных языках программирования синтаксис оператора различен: