1 什么是嵌套循環

所謂嵌套循環就是一個外循環的主體部分是一個內循環。內循環或外循環可以是任何類型，例如 while 循環或 for 循環。 例如，外部 for 循環可以包含一個 while 循環，反之亦然。外循環可以包含多個內循環。 循環鏈沒有限制。

在嵌套循環中，迭代次數將等于外循環中的迭代次數乘以內循環中的迭代次數。在外循環的每次迭代中，內循環執行其所有迭代。 對于外循環的每次迭代，內循環重新開始并在外循環可以繼續下一次迭代之前完成其執行。嵌套循環通常用于處理多維數據結構，例如打印二維數組、迭代包含嵌套列表的列表。嵌套循環是控制流語句的一部分，可幫助您了解 Python 的基礎知識。

2 Python 嵌套 for 循環

在 Python 中，for 循環用于迭代序列，例如列表、字符串、元組，以及其他可迭代對象，例如范圍。在 Python 中使用嵌套 for 循環的語法：

# outer for loop
for element in sequence 
   # inner for loop
   for element in sequence:
       body of inner for loop
   body of outer for loop

在此示例中，我們在 for 循環中使用了 for 循環。 在本例中，我們打印前十個數字的乘法表。

• 外部 for 循環使用 range() 函數迭代前十個數字。
• 對于每個外部數字，內部 for 循環將執行十次。
• 在內循環的主體中，我們將打印外部數字和當前數的乘積。
• 內循環只不過是外循環的主體。

示例：編寫一個嵌套的 for 循環程序以在 Python 中打印乘法表。

# outer loop
for i in range(1, 11):
    # nested loop
    # to iterate from 1 to 10
    for j in range(1, 11):
        # print multiplication
        print(i * j, end=' ')
    print()

輸出：

• 在這個程序中，外部 for 循環是從 1 到 10 迭代數字。 range() 返回 10 個數字。 所以外循環的總迭代次數是 10。
• 在嵌套循環的第一次迭代中，數字是 1。在下一次，它是 2。依此類推，直到 10。
• 接下來，對于外循環的每次迭代，內循環將執行十次。 內部循環也將執行 10 次，因為我們打印的乘法表最多為 10。
• 在內部循環的每次迭代中，我們計算了兩個數字的乘法。

2.1 嵌套循環打印圖案

嵌套循環的另一個最常見用途是打印各種星形和數字模式。讓我們看看如何使用嵌套循環在 Python 中打印以下模式。

rows = 5
# outer loop
for i in range(1, rows + 1):
    # inner loop
    for j in range(1, i + 1):
        print("*", end=" ")
    print('')

• 在這個程序中，外循環是打印的行數。
• 行數是五，所以外循環會執行五次。
• 接下來，內部循環是每行中的總列數。
• 對于外部循環的每次迭代，列計數都會增加 1。
• 在外循環的第一次迭代中，列數為 1，下一次為 2。依此類推。
• 內部循環迭代等于列數。
• 在內部循環的每次迭代中，我們打印 star。

2.2 在 for 循環中的while循環

在一種循環中使用另一種類型的循環非常常見且很有幫助。 我們可以在 for 循環中放置一個 while 循環。假設我們想將列表中的每個名稱重復五次：

• 在這里，我們將使用外部 for 循環迭代列表。
• 外層for循環每次迭代，內層for循環執行5次，打印當前名稱5次。

names = ['Kelly', 'Jessa', 'Emma']
# outer loop
for name in names:
    # inner while loop
    count = 0
    while count < 5:
        print(name, end=' ')
        # print(name)
        # increment counter
        count = count + 1
    print()

輸出：

2.3 實踐：打印一個帶有 5 行 3 列星形的矩形圖案

打印以下星形矩形：

# 5 rows
for name in range(5):
    # 3 column
    for j in range(3):
        print('*', end='')
    print()

3 打破嵌套循環

break 語句用于循環內部退出循環。 如果在嵌套循環內使用 break 語句（在另一個循環內循環），它將終止最內層循環。

在下面的示例中，我們有兩個循環。 外部 for 循環使用 range() 函數迭代前四個數字，內部 for 循環也迭代前四個數字。 如果外部編號和內部循環的當前編號相同，則中斷內部（嵌套）循環。

for i in range(4):
    for j in range(4):
        if j == i:
            break
        print(i, j)

輸出：

4 繼續嵌套循環

continue 語句跳過當前迭代并移動到下一個迭代。 在 Python 中，當循環內遇到 continue 語句時，它會跳過它下面的所有語句并立即跳轉到下一次迭代。

在下面的示例中，我們有兩個循環。 外部 for 循環迭代第一個列表，內部循環也迭代第二個數字列表。如果外部編號和內部循環的當前編號相同，則移動到內部循環的下一次迭代。

first = [2, 4, 6]
second = [2, 4, 6]
for i in first:
    for j in second:
        if i == j:
            continue
        print(i, '*', j, '= ', i * j)

輸出：

5 使用列表理解的單行嵌套循環

例如，如果您有兩個列表并想要獲取它們的所有組合，為了實現這一點，您需要使用兩個嵌套循環，如下所述。

first = [2, 3, 4]
second = [20, 30, 40]
final = []
for i in first:
    for j in second:
        final.append(i+j)
print(final)

您可以使用列表壓縮和嵌套循環編寫更快速、更緊湊的代碼，如下所示。

first = [2, 3, 4]
second = [20, 30, 40]
final = [i+j for i in first for j in second]
print(final)

輸出：

代碼編寫思路：

• 首先，編寫一個外部 for 循環，它將迭代第一個列表，如 [for i in first]。
• 接下來，編寫一個內部循環，它將在外部循環之后迭代第二個列表，例如 [for i in first for j in second]。
• 最后，計算外數和內數之和，如 [i+j for i in first for j in second]。
• 最后，將結果存儲在一個新列表中，例如 final = [i+j for i in first for j in second]。

下面讓我們看看其他的例子：

在這個例子中，我們將在列表中使用兩個 for 循環，最終結果將是一個列表列表。 我們不會在每個列表中包含相同的數字。 我們將使用 if 條件過濾它們。

final = [[x, y] for x in [10, 20, 30] for y in [30, 10, 50] if x != y]
print(final)

輸出：

6 Python中的嵌套while循環

在 Python 中，while 循環語句在特定條件為真時重復執行代碼塊。 當數字迭代不固定時，我們使用 while 循環。在本節中，我們將了解如何在另一個 while 循環中使用 while 循環。在 Python 中編寫嵌套的 while 循環語句的語法如下：

while expression:
   while expression:
      statement(s)
   statement(s)

在下面例子中，我們將在每行打印前 10 個數字 5 次。

i = 1
while i <= 5:
    j = 1
    while j <= 10:
        print(j, end='')
        j = j + 1
    i = i + 1
    print()

輸出：

6.1 While 循環內的 for 循環

有時在另一種循環中使用一種循環會很有幫助。 我們可以在while循環里面放一個for循環。假設我們想要打印從 1 到 100 的所有完美數字。

• 在這里，我們將使用 while 循環迭代前 100 個數字。
• 在外部while循環的每次迭代中，內部for循環從1到當前外部數字執行，以檢查當前數字是否為完美數字。（完美數字是一個數學概念，感興趣的讀者可再深入查詢）

print('Show Perfect number fom 1 to 100')
n = 2
# outer while loop
while n <= 100:
    x_sum = 0
    # inner for loop
    for i in range(1, n):
        if n % i == 0:
            x_sum += i
    if x_sum == n:
        print('Perfect number:', n)
    n += 1

輸出：

7 何時在 Python 中使用嵌套循環？

• 當您有需要通過相同函數循環的嵌套數組或列表時，嵌套循環很方便。
• 當您想使用行和列打印不同的星形和數字模式時。

記住時間復雜度。 讓我們通過 Python 中嵌套 for 循環如何工作的示例來理解這一點。我們使用 for 循環迭代序列或可迭代的給定元素。 就像我在列表中一樣。 這里的時間復雜度是 O(n)，因為我們正在迭代列表中的所有項目。執行步驟（迭代）的數量決定了循環的時間復雜度。當您使用嵌套循環并且外部和內部循環都在沒有任何 if 條件的情況下運行時，時間復雜度為 O(n^2)，因為對于所有 n 個元素，代碼都會執行 n 次。

numbers = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]

cnt = 0
for i in numbers:
    for j in i:
        print('iteration', cnt, end=': ')
        print(j)
        cnt = cnt + 1

輸出：

如果您在內部循環中給出一個條件，該條件將在某些元素之后停止執行，并且不執行內部循環或外部循環的所有 n 次迭代，那么它的時間復雜度會更小。

當您沒有更好的選擇時使用嵌套循環，請記住編寫高效且緊湊的代碼遠勝于編寫復雜的代碼。