一道简单的程序题？-Python高手成长路

本篇摘要

在学习程序语言基础知识的时候，大概会找书上、教学视频上的一些练习题来练手。有些题它看似简单，实际上实现起来确实是挺简单的，初学者一般确定好一个思路，做完题目运行一下，看到结果正确，就接着练下一题了。但有的练习题虽然简单，却可以因为有更好的思路，做出不一样的解答，达到易读、运行效率高的效果。

在编程的领域里，没有标准答案，只有更好的答案。通过一道题举一反三，学习更多的知识，积累更丰富的经验。

文末会附上新的作业题，欢迎在留言区踊跃参与。

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Python从哪里开始学好呢？

先来看看这道简单的程序题是怎样的。

· (题目) 从1到9共9个数字，计算并输出所有可能组成的n位数（3

输入：n

输出：所有符合条件的n位数（如n=3时，123、124、986、987都符合条件，而988、999不符合条件）

如果这道题要求的是“从1到4共4个数字，组成每位不重复的3位数”，初学者第一思路可能是这样子的，写四个嵌套的for循环，先把这种3位数拼出来，然后输出。正常情况下调试好输出的结果并没有什么意外，毕竟4个数字拼成3位数，效率再低的代码风格在普通的PC上怎样都是秒出结果的。

但看到“从1到9共9个数字”“组成的n位数”的时候，可能就一脸懵了，怀疑人生式地问自己：这难道是要叫我写n个for循环嵌套来计算输出结果吗？

在这道题上，嵌套for循环的方式并不是最佳的，写起来啰嗦，难维护，而且很难控制它输入n之后就做n个嵌套for循环。

这可如何是好？

这里有两个思路提供参考，一个是推导式与生成器，一个是“递归”算法。

01

思路1：推导式与生成器

先来看看酷友 @skywet 的这段代码答案，如图。

他的思路是这样的：

① 让用户循环输入n，直到n符合要求时开始计算；

② 构造一个生成器对象g，该生成器用来产生n位数的所有可能的数字（并未进行实际生成数字）；

③ 循环检查生成器生成的每一个数，检查时先转换成字符串，然后判断这个数是否没有出现数字“0”，且通过转换成set（集合）类型判断是否没有出现重复数字，这两点都符合要求的，放到列表里面；

④ 输出列表里面所有数字，即题目答案；

QA问答环节

Q1：“生成器”是啥子？

A：简单地说，在Python里面为了节约系统资源、提高运行效率，有一种可以边循环边计算的机制，称为“生成器”。也就是说，思路第②原本是可以通过循环产生所有可能的n位数的，用“生成器”优化后，程序运行效率更高。使用方法是，用推导式的形式写，把外层括号改成圆括号，产生的对象就变成了“生成器”对象，再用for .. in .. 循环取出作二次处理，图中例子 g = (i for i in range(10**(n-1), 10**n)) 就是产生“生成器”对象的语句，而下面 for element in g 就是从生成器g中逐一取出element的意思。（优化技能got √）

Q2：它是n位数，为什么要先把数字转换成字符串，而不是通过数学计算把每一位拆出来呢？

A：在这个具体问题以及答案中，把数字转换成字符串类型，可以利用Python中各种字符串处理方法的遍历，来解决判断是否出现“0”、是否出现重复数字位的问题，假设有字符串值的变量s，通过'0' in s便能直接判断s中是否有0；

而代码中出现的set(s)的形式，是把字符串s看做是一种特殊的list（列表），把它直接转换成一个集合对象，利用集合中的元素都唯一的特点，只要集合set(s)中的元素个数跟字符串s的长度数字一致，便说明字符串s中的每一位都是不重复的。（基础技能活用got √）

Q3：这段程序的思路很不错，代码上还有改进空间吗？

A：还是有的，按照思路，最终生成结果放到list中，可以改进为直接用列表推导式把结果list生成出来，再比如把具体计算输出过程包装成一个函数，把输入部分包装到主程序中，再增加异常处理，等等；这里篇幅关系暂时不讲列表推导式，对它有疑问的朋友，可以在评论区里提出。（经验积累学习方式got √）

经过改进，新的代码答案如图。

02

思路2：“递归”算法

这一段是笔者提供的代码答案，如图。

笔者的思路是这样的：

① 用户输入n；

② 把n传入具体计算结果的函数，在函数内判断n是否符合要求，不符合则抛出错误；

③ 在函数中写出生成一个位数字的方法 for in range() ，利用“递归”算法，每进入一层函数，则生成的数字增加一位，到最后一层生成符合条件的n位数时，把这个n位数用print直接输出；

QA问答环节

Q1：isinstance()是什么？3

A：isinstance()是用来判断对象是否为指定类型的实例，简单来说，isinstance(n, int)是判断n是否为int（整数）类型，那么isinstance(s, str)便是判断s是否为str（字符串）类型，isinstance(d, dict)判断d是否为dict（字典）类型，以此类推；

在Python中，支持类似数学形式的条件判断，可以写成3

Q2：“递归”算法是什么？这个答案为什么可以这样写“递归”？

A：“递归”的概念很简单，写一个函数，让它能调用自身，一层一层地深入下去，这个函数就是递归函数，但是单纯让它调用自身，不是会陷入一个死胡同里面吗？所以“递归”算法重要的一点是，需要给它设计一个“停止条件”，让它在适当的时候停下来，完成我们需要的计算；另一点重要的是，设计它在每一层调用时做什么。

在这个具体例子里面，output函数有两个参数n和num，n是我们输入n后传入的，num是生成出来的数字，是字符串的形式，一开始什么数字都没有，所以初始值是''（空字符串）；output(n, num+str(i)) 是调用自身的关键语句，这个递归函数每进入一层，数字就在最右边增加一位，停止条件就是当数字位数跟输入的n相等的时候，也就是 if len(num) == n 这句。

也就是说，我们把num看成一个箱子，可以放进数字的那种，假设n=3，一开始num='' 即箱子空空如也，每进入一层函数时，用循环 for i in range(1, 10) 每次把1到9中的某一个数字放进箱子 num+str(i)，然后通过 output(n, num+str(i)) 这一句进入下一层，也是同样方式用循环 for i in range(1, 10) 每次把1到9中的某一个数字放进箱子……当放进箱子的数字数量是n的时候，就可以把这个数字输出了。这里需要留意的是，作了判断 if str(i) in num，如果数字i还没放进过箱子里，才把它放进去的。

编写递归函数应用“递归”算法时，特别需要留意上述的“停止条件”和“每一层调用时做什么”这两点，还是不太理解的朋友，可以在评论区里再次提出。（基础算法知识got √）

笔者认为，新手在学习时更应该关注解决问题的思路上，而非运行出来的结果，通过勤奋的练习和举一反三的学习方式，与高手之间的差距便能很快地缩短。

· (作业题) 编写一个函数，实现把一个字符串中的字符（ASCII可见字符范围，如字母A-Z、a-z、0-9等）循环右移n位，在主程序中实现输入输出。

输入：一个字符串，以及右移位数n （例如'abcdefghi'，n=2）

输出：一个字符串（上面输入对应的结果为'hiabcdefg'）

希望本篇可以给感兴趣或者想要学习的朋友们带来帮助哈。

有其他疑问也请在下方留言提出，会尽力解答～