循环嵌套思路详解 | 一个“在盒子里过家家”的算法 -- 以冒泡排序与打印菱形为例(一)

简介: 本文介绍了编程中的一种思想,通过菱形打印问题来阐述如何理解和使用循环嵌套。文章提到,初学者在面对循环结构时,可以通过先识别代码块的结束括号来理解整体结构,提高阅读效率。作者提出了“在盒子里过家家”的理解思路,将外层循环看作一个个盒子,内层循环视为盒子里的操作,弱化循环嵌套的概念,强调以盒子为单位思考问题。此外,文章还通过示例解释了内外循环的关系,帮助读者更好地理解循环控制和执行过程。

前言


本文中,我将详细介绍该思想,以菱形打印为引例加以说明,希望能把我的这个经验讲述给大家,对大家学习编程语言有所帮助,对二维数组的理解也相辅相成。


不需要引例的朋友可以直接跳转到讲解部分。

 

以下即为正文内容。


一、引例 -- 菱形打印


1. 题干要求


打印实心菱形,菱形的大小由输入决定。


效果展示


当输入为9(或10,菱形只能是奇数行)时,打印9行菱形;


当输入为5时,打印5行菱形;




这是在循环结构部分的一道经典编程题。它的核心就是恰当地使用循环嵌套。对于入门编程有些时日的朋友,这自然是非常基础。但以我自身经历来说,第一次写这道题,我用了将近一个半小时,打印出了各种奇奇怪怪的歪瓜裂枣……最后甚至开凑(当然,凑是没用的)。


在讲循环嵌套之前,我先介绍一种阅读循环的技巧,在讲解循环时,大家能理解地更加清晰。


2. 如何阅读循环结构?


在网上或各种编程辅导书中,我们能看到各种各样的代码展示与解析:



网上截取的解法展示 1



网上截取的解法展示 2


上面两张图中的菱形解法是从网络上截取的,相信很多人都看过。


这些代码都是正确的,确实可以实现菱形的打印。但我认为,如果是这样的答案——那么它们仅能算是合格的答案,并不能算合格的讲解。这样的解答贴出“第一步xxx”“第二步xxxx”,我们看完这些答案后,能顺着其中的注释从头到尾看一遍,也许能明白每一步是干什么的,知道这代码是可行的,但这对于“举一反三”是远远不够的。


因为我们很难从其中形成对循环结构和“为什么这样就能打印出菱形”原理的系统的认知。就好像高中读文言文,将每一句话的释义抄得很细,也明白它大体讲的是什么,可是却忽略了作者安排行文结构的良苦用心。


我们要理解为什么代码会是这样的——在读循环结构的代码时,我们就应当调整一下习惯。通俗的来说,在读带有 for 、while、switch、函数等带有 { } 的代码块时,第一眼不要按照习惯从上向下读,而最好先找到后括号 } ,确认代码块在哪里结束,粗略地浏览整体结构。


这样做的目的,是为了明确(可以手动用笔划,熟练后也可以之间在心里画)层次。像这样:



一眼看上去就知道这个循环里面干了什么


非常清晰,也能提高阅读代码的效率。


(如果一时还没有找到好的阅读方法,推荐尝试。


在介绍完如何阅读循环结构代码后,接下来咱们就来探讨“在盒子里过家家”到底是怎样一种思路。


By the way, 我们以常规的代码来解析菱形打印这道引例。而在文末也将附上优化版本的代码。优化版本的代码不作过多解析,感兴趣的朋友们可以copy下来试一试,加深理解。


二、“在盒子里过家家”的理解思路


1. 什么叫“在盒子里过家家”?


卖关子到此为止。“在盒子里过家家”自然是比喻的说法。这个思路提供的,是思考的切入点:以盒子为单位进行思考。


假设眼前有两层 for 循环,外层的for循环每循环一次,就创造出一个盒子(就像流水线上的快递箱),盒子内部就是外层for循环的内部。


盒子内部要装很多东西,干它自己的事情,这就是盒子里面的“过家家”。


内层for循环就是盒子里面普通的一员它根据需要摆放着相应的位置。


我们要有意识地弱化“循环嵌套”这个概念,而把使用循环作为和使用输入输出函数一样自然的事情。不必紧张于,某个题目要考所谓的“循环嵌套”而我不会之类的事情。


在循环里面再写一个循环,就和在盒子里面随手放一个东西一样自然。


记住,以盒子为单位进行思考。类似于二维数组,不过我们也并不强调“列”的概念。行是最重要的,因为它恰代表着外层for循环。列的概念却并不在所有循环嵌套中都具象。



有一些同学搞不清外循环和内循环的关系和一些循环次数的问题。其实不要刻意地想要将内外循环联系起来:内循环没什么特别的关系,它只不过是外循环里面的一个代码块,相当于盒子里面一个普通的元素。


当外层for循环写好后,往里面填代码,就相当于是向盒子里面塞东西。进入盒子之后,视野变小,就不要想着盒子了(进入外层for循环之后,没必要再纠结外层for循环了,就当它没有,按从上到下的顺序阅读/填写内部的代码即可)


可以尝试一下理解“视野变小”。


这样还是很抽象,我们直接用代码来理解:


for(int i = 0; i < 5; i++){
 
    cout << "hello!box!" << " ";
 
    for(int j = 0; j < 3; j++){
        cout << "good" << " ";
    }
 
    cout << "end" << endl;
 
}


盒子就相当于每一行代码。


盒子 ---- 行


每个盒子里面有什么内容 ---- 每行要做什么事


每行要做什么事啊?每行会先打印一个"hello!box!  ",再打印一个3个"good  ",再打印一个''end"


这个盒子结束了 ---- 这行结束了(该换下一行了)


下一行要做什么事啊?会先打印一个"hello!box!  ",再打印一个3个"good  ",再打印一个''end"


……


一共有5个盒子 ---- 一共有5行


每个盒子都一样 ---- 每一行的内容都一样


一个小例子 -- 到底打印多少个"*"?


看一看下面的代码:


int i = 0;
int j = 0;
 
//1-这里打印多少个*?
for(i=0;i<10;i++){
    for(j=0;j<10;j++){
       cout << "*"; 
    }
}
 
//---------------------------------------------------
 
int i = 0;
int j = 0;
 
//这里打印多少个*?
for(  ;i<10;i++){
    for(  ;j<10;j++){
       cout << "*"; 
    }
}


第一题打印100个"*",因为每个盒子里面都打印10个"*",而一共有10个盒子(或者直接理解为二维数组,轻轻松松)。


第二题打印10个"*" ,因为虽然一共还是有10个盒子,但只有第一个盒子里面,打印了10个"*",第一个盒子之后,j 的值始终是10,剩下盒子里面的小for循环就都进不去啦!



循环嵌套思路详解 | 一个“在盒子里过家家”的算法 -- 以冒泡排序与打印菱形为例(二)

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