分支结构 & 比较运算 & 逻辑运算

这是非常简单的串联电路，如果关上开关，则灯泡亮。

现在有一个需求：要求使用程序模拟电路的开关，如果输入“开”，则输出打印“亮”，如果输入“关”，则输出打印“灭”。要完成这个程序需求就需要学习一个新的知识点——分支判断。

大家好，欢迎来到《从0开始的Python基础课》第3期，本期我们来聊一聊分支判断。

分支结构

在此之前我们编写的程序是这样的：（可查看：>>上一期）

weight = int(input("请输入你的体重："))
height = float(input("请输入你的身高："))
BMI = weight / height**2
BMI = round(BMI, 3)
print("你的BMI数值是:", BMI)

程序是由一行一行语句构成的，运行时按照顺序从上往下一行一行执行语句，一般称为顺序结构。

顺序结构虽然可以解决计算、输入输出问题，但不能做判断、选择。对于需要先判断然后再选择的情况就需要分支结构来解决了，比如开关控制灯泡的亮和灭，使用流程图表达是这样的：

这就是典型的分支结构，首先输入“开”或者“关”，然后判断是否是开，如果是开，则灯泡亮，如果不是开，则灯泡灭，最后结束。

在 Python 中实现分支结构的语法是这样的：

if 表达式：
    代码块

if 表示“如果”，表达式指的是使用诸如算数运算符、比较运算符连接的式子，比如 x > 1 ，这就是一个表达式，所以我们还需要了解一个知识点——比较运算。

比较运算

比较运算符

Python 中比较运算和数学中比较运算基本是一样的，比较两个数的大小，同样有大于、小于、等于这些状态。不同的是 Python 中的比较运算符和数学中不太一样。

这些是 Python 中的比较运算符：

比较运算符	说明
>	大于
<	小于
==	等于
>=	大于等于
<=	小于等于
!=	不等于

其中需要注意的是 == ，它是判断 == 左右两边是否相等，而不是使用 = ，= 在 Python 中是赋值运算符。

比较运算的结果

比较运算的结果是布尔值，比如 5 > 4 ，结果是“真”，即 True , 这是布尔类型的值，编写一个代码来验证一下：把 5 > 4 的比较结果赋值给变量 x ，然后打印输出 x 的值和它的类型。

x = 5 > 4
print(x, type(x))

运行结果：

看到结果是 True ，类型是 bool ， bool 就是布尔类型的意思。布尔类型就两个值，True 和

False 。

单分支结构

有了比较运算和分支语句，我们可以代码实现一下模拟串联电路：

首先使用 input() 提示输入信息，接着使用 if 实现分支结构，if 之后跟上一个空格，空格之后编写判断表达式，这里的表达式应该是判断输入的 x 是否等于 "开" ，如果等于 "开"，那么就打印输出 "亮" 。

需要注意的是 Python 中 代码是通过 : 和缩进来控制代码层次的。 if 表达式之后需要添加一个英文 :，

: 的后面代码如果是属于 if 控制的代码块则需要缩进，一般缩进 4个空格 或者 1个tab，一般来讲效果是一样的，但是不管是使用空格缩进还是 tab 缩进，需要保持所有代码前后使用的是一致，要么都使用空格缩进，要么都使用 tab 缩进。防止在一些情况下 4个空格 和 1个tab 并不一样。

x = input("请输入'开'或'关'控制灯泡：")
if x == "开":
    print("亮")

如果接下来的程序不属于 if 判断了，则不需要缩进了，比如再最后再打印一句话“程序运行结束”。

x = input("请输入'开'或'关'控制灯泡：")
if x == "开":
    print("亮")
print("程序运行结束")

运行结果：

输入“开”之后，打印了“亮”，最后输出了程序运行结束。

程序运行的基本原则是顺序执行，首先执行第1行，程序会打印出输入的提示信息，然后阻塞在输入的地方等待输入，当输入了“开”回车之后，程序会进入到 if 判断，进入分支结构中，判断表达式如果成立，则运行 if 判断控制的代码块，即打印“亮”。当 if 判断执行结束之后，会再次回到程序的顺序执行中，执行最后一行print() 。这就是整个程序运行的流程。

此时我们完成的程序只判断了输入是否等于“开”，这种只有一个分支的结构，我们称为单分支结构。还有“关”没有完成。

双分支结构

模拟灯泡开关的程序除了“开”之外，剩下的一种情况肯定是“关”，这种情况就是二选一，开关不是“开”就是“关”。体现在程序中就是双分支结构，所谓的双分支结构其实就是二选一的意思。

它的语法格式是这样的：

if 表达式:
    代码块1
else:
    代码块2

使用 else 表示除了 if 之外的所有情况。

我们来编写代码看一下就知道了，比如：

x = int(input("输入一个数字:"))
if x > 10:
    print("x大于10")
else:
    print("x不大于10")

在这段代码中，如果 x 大于 10，则执行第3行代码，除了这种情况之外则执行第5行代码， 因此如果运行程序我们输入数字 10 ，程序执行到 if 判断，发现判断表达式不成立，于是会直接执行 else 下的代码块，即第5行代码。这就是双分支结构。

有了双分支结构，我们可以完成一下模拟电路的程序：

x = input("请输入'开'或'关'控制灯泡：")
if x == "开":
    print("亮")
else:
    print("灭")
print("程序运行结束")

运行结果：

在这个程序中，其实只要输入的不是开，则最终打印输出的结果都应该是灭，再运行一下程序查看：

因为只要 if 判断表达式不成立，则就会执行 else 下的语句。所以这个程序并不是很好，我们可以把它改为必须输入的是“关”，才会打印输出“灭”。整个程序可以变成：如果输入的是“开”，则打印输出“亮”，如果输入的是“关”，则打印输出“灭”，如果输入其他的文字，则打印输出“输入有误”。

这就涉及到三个分支了，Python 中没有三分支结构，三个及三个以上的分支结构都叫做多分支结构。

多分支结构

多分支结构是多个分支选择其中一个符合条件的分支执行。它的语法结构是这样的

if 表达式1:
    代码块1
elif 表达式2:
    代码块2
elif 表达式3:
    代码块3
...
else:
    代码块

多分支结构使用 elif 来完成，它可以有多个。 注意 elif 后面需要跟判断表达式， else 是不需要的。

我们来编写一个实际代码看一下：

score = int(input("请输入你的分数:"))
if score > 60:
    print("及格")
elif score > 70:
    print("良好")
elif score > 80:
    print("优秀")
elif score > 90:
    print("极佳")
else:
    print("其他")

在这段程序中，如果我们输入的是 65 ，则程序会在执行的时候判断第2行的 if 判断表达式，发现表达式是成立的，然后执行第3行的代码，打印输出“及格”两个字，程序运行结束。多分支结构的特点就是从上往下执行代码，如果表达式成立，则执行对应的语句，后面即便还有其他分支也不会再继续判断了。即多个分支选择其中一个执行，其次，最后的 else 不是必须要有的，也可以没有 else ，根据程序需求编写即可。

所以，其实这段代码是有问题的，比如我们输入 100 ，

最终打印输出的也是 “及格”，而不是“极佳”。这显然不是我们想要的结果。

因为程序在执行的时候基本原则是从上往下执行，所以首先会执行第2行，判断 score 是否大于 60 ，显然输入的 100 是大于 60 的，所以表达式成立，因此执行了第3行代码，剩下的代码分支就不会再执行了。

这段代码想要修改则可以把大的数先判断，改成这样：

score = int(input("请输入你的分数:"))
if score > 90:
    print("极佳")
elif score > 80:
    print("优秀")
elif score > 70:
    print("良好")
elif score > 60:
    print("及格")
else:
    print("其他")

这样的话，代码在运行之后假设我们输入的是 65 ，则会先判断第2行的 score > 90 ，判断表达式不成立，则继续往下运行判断第4行的 score > 80 , 表达式依旧不成立，继续往下判断 score > 70 , 表达式还不成立，继续到第 8 行的 elif ，判断 score > 60 ，此时表达式成立，则运行这个 elif 下缩进的代码，打印输出“及格”。

了解了多分支结构之后，继续完善一下模拟电路的程序：

x = input("请输入'开'或'关'控制灯泡：")
if x == "开":
    print("亮")
elif x=="关":
    print("灭")
else:
    print("输入有误")
print("程序运行结束")

运行结果：

输入“关”，则输出了“灭”。程序正确运行。

逻辑运算

串联电路还是比较简单的，假设现在有一个这样的电路

这里想要灯泡亮，那么就需要满足 开关1 或者 开关2 的任意一个合上，

现在要求编写一个程序模拟这个电路，显然这里需要两个判断条件中任意一个成立即可。

判断条件应该是 x1 == "开" 或 x2 == "开" 。

在 Python 中想要使用 “或” 连接两个判断表达式，使用的代码是 or ，编写代码来看一下：

x1 = input("请输入开关1的状态控制灯泡（输入'开'或'关'）：")
x2 = input("请输入开关2的状态控制灯泡（输入'开'或'关'）：")

if x1 == "开" or x2 == "开":
    print("亮")
elif x1 == "关" or x2 == "关":
    print("灭")
else:
    print("输入有误")
print("程序运行结束")

在这段代码中，首先需要输入两个开关的状态，输入 “开” 或者 “关”，假设我们在 x1 这里输入的是 “开”，

然后第2行 x2 这里输入 “关”，接着代码运行到第4行，两个表达式使用 or 连接，因此两个表达式只要有一个成立，则整个表达式成立， x1 == "开" 表达式成立，因此 if 后面这个表达式整体成立，接着执行它下面的代码，打印输出“亮”。

还有一个电路是这样的：

这里想要灯泡亮起，那么就需要 开关x1 和 开关x2 同时都要关上。

现在的需求是编写一个 Python 程序模拟这个电路，判断条件就是 开关x1 == "开" 和 开关x2 == "开" 。在 Python 中想要表达两个判断表达式同时成立，使用 and 连接两个表达式，也就是 “和” 的意思。

编写代码来完成这个程序：

x1 = input("请输入开关1的状态控制灯泡（输入'开'或'关'）：")
x2 = input("请输入开关2的状态控制灯泡（输入'开'或'关'）：")

if x1 == "开" and x2 == "开":
    print("亮")
elif x1 == "关" and x2 == "关":
    print("灭")
else:
    print("输入有误")
print("程序运行结束")

在这个程序中，假设第1行代码输入的是 “开”，则 x1 = "关" ，在第2行输入的是 “关”， 则 x2 = "关" ，程序运行到第3行，开始判断表达式是否成立，首先判断 x1 == "开" ，显然不成立，使用 and 连接两个表达式需要两个表达式都成立，整体才成立，所以 if 后的这个表达式整体不成立，程序继续运行跳转到第6行判断 elif 后的表达式， and 前的表达式 x1 == "关" 成立、 x2 == "关" 也成立，因此 elif 后的表达式整体成立，所以会执行第7行的代码，打印输出 “灭”。

这就是 Python 中的逻辑运算，逻辑运算有三个运算符，分别是 and 、or、和 not。

and 连接的表达式需要两者都成立，最终结果才为真，or 连接的表达式只需要两者中有一个成立，则最终结果即为真。而 not 相当于取反， 假设有表达式 a， not a 表示的是如果 a 成立，也就是 a 为真的时候，则not a 为假，如果 a 为假时，则 not a 为真。

分支结构需要配合比较运算和逻辑运算才能比较好的发挥其作用，因此把分支结构、比较运算和逻辑运算放在同一节中讲解，本节内容比较多，需要好好理解和吸收，逻辑运算可以借助电路图来理解。

小节测试

接下来给出一些练习题供大家练习：

1. 下面代码的输出结果是？

print(5>4)

2. 下面代码输出的结果是？

print(True and True)

3. 下面代码输出的结果是？

print(1 and 1)

4. 下面代码输出的结果是？

print(True or False)

5. 下面代码运行结果是？

x = True
y = 5 < 4
if x and y:
    print(x)
elif x or y:
    print(y)

好了，以上就是本期的所有内容了，如果觉得还不错的话，欢迎关注~我们下期再见～拜拜～