第5章循环结构程序设计
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第五章循环结构程序设计循环结构是结构化程序设计的三种基本结构之一,也是最重要、最常用的一种基本结构。
其特点是:在给定条件成立时,反复执行某程序段,直到给定条件不成立时为止。
给定的条件称为循环条件,反复执行的程序段称为循环体。
根据开始或结束循环的条件不同,在C 语言中可以用如下语句实现循环:1. 用goto语句和if语句构成循环。
2. 用while循环语句。
3. 用do-while循环语句。
4. 用for循环语句。
5.1 语句标号、goto语句及用goto语句构成的循环1.语句标号语句标号就是给程序中的某一个语句定义的标识符,标号可以是任意合法的标识符,但在语句标号和它所标识的语句之间必须加一个冒号作为分隔符。
C程序中的任何一个可执行语句之前都可以加上语句标号。
例如:stop:printf(“END\n”);通常,语句标号只是用作goto 语句的转向目标。
如:goto stop;如果程序中没有用goto语句改变程序的执行顺序,也就没有必要出现语句标号。
2.goto语句goto语句称为无条件转向语句,goto语句的一般形式为:goto 语句标号;goto语句的作用是把程序的执行转移到语句标号所在的位置,但这个语句标号必须与此goto语句在同一个函数之内。
goto语句不符合结构化程序设计的原则,因为无条件转向使得程序的结构没有规律、可读性差。
对于初学者来说应尽量避免使用goto语句,但如果使用goto语句能够大大地提高程序的执行效率,也可以使用。
3.用goto语句构成的循环结构goto语句通常与if语句配合构成条件转移语句,用来实现构成循环或跳出循环等功能。
例5.1统计从键盘输入的一行字符的个数。
#include <stdio.h>main(){int n= 0;char ch;printf("input a string\n");loop: ch= getchar();n++;if(ch!='\n') /*字符'\n'是结束从键盘输入字符串的标志*/goto loop;n=n-1; /*不要统计字符'\n'*/printf("%d",n);}当用户从键盘上输入一个字符后,先执行n++进行计数,然后判断该字符是否为'\n'字符,若该字符不是'\n'字符,则转移至loop构成循环;否则不执行goto语句,程序在输出n的值后结束。
第5章循环结构程序设计通过本章实验作业应达目标1.熟悉while、for、do_while、break、continue语句的作用与使用规范,能使用while语句、for 语句、do_while语句实现循环结构;2.掌握循环结构和选择结构之间嵌套、多重循环间嵌套的设计方法。
3.进行算法设计训练,能综合所学控制结构语句解决一般问题。
本章必须上交作业程序5_1.c、5_2.c、5_3.c、5_5.c、5_6.c、5_7.c、5_8.c、5_11.c上传至http://121.251.227.27:8080/c1.循环设计循环是在循环条件为真时重复执行一组循环体语句的控制结构,是计算机解题的一个基本结构。
循环控制有两种基本方法:计数法和标志法。
(1)计数器控制的循环事先准确地知道循环次数,因此设计一个循环控制变量,由变量值来控制循环次数。
每循环一次,循环变量的值会递增(增值通常为1或-1),当其值达到终值时结束循环。
(2)标志控制的循环事先不知道准确的循环次数,由某一目标值标记循环的结束。
如,例3-23中以变量sum的值达到标记值1000作为循环的结束,例3-24中就是以键盘输入一个负数为标记结束循环。
2.基本算法程序设计的首要工作是算法设计,离开了算法也就没有了程序。
算法,是指完成某一项工作而采取的方法和步骤,具体到程序设计,是对解题过程的准确而完整的描述,并用一种程序设计语言的来实现。
循环主要用来解决程序设计中两类基本的算法:穷举和迭代。
1. 穷举算法穷举的基本思想是对问题的所有可能状态一一测试,直到找到解或将全部可能状态都测试过为止。
穷举是一种重复型算法,其核心是设计循环,在循环体中依次测试。
例1 输入两个正整数x和y,求其最大公约数。
#include<stdio.h>void main(){int x,y,i,flag;flag=1; /*flag是标志变量,当其值为0时表示已找到公约数*/printf("Please input two numbers:");scanf("%d%d",&x,&y);for(i=x<y?x:y; flag==1; )if(x%i==0&&y%i==0) flag=0; /*条件满足,就改变标志变量的值*/else i--;printf("greatest common divisor=%d\n",i);}两个数中的小者到1之间任何一个数都有可能是公约数,因此用变量i 从大到小一一穷举,直到找到为止。
若两数互质,当i==1时也能使条件满足。
2. 迭代算法按照特定规律和方法,重复地由旧值递推出新值,并由新值代替旧值,直至问题解决为止,这种解决问题的方法为迭代。
迭代的关键因素是:迭代初值、迭代公式和迭代次数(精度要求)。
例2 使用辗转相除法求两数的最大公约数。
辗转相除法:如果x 除以y 的余数为0,则除数y 就是最大公约数,或余数不为0,则被除数x 被除数y 取代,除数y 被余数取代,再用新的x 除以新的y ,判断余数是否为0,如果不为0,则重复此迭代过程,直至余数为0,此时的除数y 即为最大公约数。
#include<stdio.h>void main(){int x,y,temp;printf("Please input two numbers:");scanf("%d%d",&x,&y);temp=x%y;while(temp!=0){x=y; /*迭代*/y=temp; /*迭代*/temp=x%y;}printf("greatest common divisor=%d\n",y);}运行时输入:66 121输出:greatest common divisor=11 各值的变化如下:x y temp=x%y66 121 66121 66 1166 11 0实验一 简单的循环设计【实验目的】学习设计一个循环,能进行循环变量的初始化,循环条件的设计与循环变量值的修正。
【实验内容】编写程序,输入一个整数x ,按下式输出对应的y 值。
程序以5_1.c 命名并上交。
⎩⎨⎧++++++++=为偶数为奇数x x x xy 642531【指导】简单循环结构,通常方法是设计一个循环变量i ,让其在初值与终值之间变化控制控制循环实现,循环条件通常是:i ≤终值。
如:for(i=初值;i ≤终值;i=i+步长)循环体语句;实验二整数按位折分求和【实验目的】学习设计与控制循环,并熟练%(求余)运算。
【实验内容】输入一个不大于2×109(用long型数据)的正整数x,求这个数每位数字之和。
例如,若输入33456781,输出37。
程序以5_2.c命名并上交。
【提示】设计循环,每次求出x的个位数(使用求余运算)并累加到和值变量中,再迭代操作,改变x的值,使原来的十位变个位。
【讨论与思考】long型数据的最大值是2147483647,受变量类型限制,本程序只能接收不大于2×109的正整数。
如果进行扩充,要求能接收并计算一个30位整数的各位之和,那么数据类型应如何设置,程序应该如何编写?实验三最值求解【实验目的】学习在多个数据中求取最大最小值,并设计用控制的循环。
【实验内容】键盘输入一组学生成绩,输入以-1作为输入的结束。
统计这批数据的最大值,最小值,平均值。
程序以5_3.c命名并上交。
【提示】这里的循环并不由循环变量的值来进行控制了,需要根据输入的数据来控制循环,并需要设计变量来统计循环执行的次数。
实验四打印数字塔图形【实验目的】学习使用循环语句构成的多重循环嵌套。
【实验内容】编写程序,使用循环输出如下图所示的数字塔图形。
程序以5_4.c命名。
【提示】此图形上下对称,可将程序分为上下两部分实现。
上半部输出9行,下半部输出8行。
每一行包含三部分内容:开始的空格、中间的数字及最后的换行符。
需要考虑的是字符个数与行号的关系。
下面程序用于输出如下*字符塔,供本题参考。
#include<stdio.h>void main(){int i,j;for(i=1;i<=9;i++)/* 行循环 */{for(j=1;j<=9-i;j++) /* 输出行左空格*/printf(" ");for(j=1;j<=2*i-1;j++) /* 输出若干* 字符 */printf("%c",'*');printf("\n"); /* 换行 */}}实验五不等式求解【实验目的】学习在循环中使用break控制语句。
【实验内容】键盘输入一个数给m,计算并返回满足表达式:1+(1+2)+(1+2+3)+(1+2+3+4)+……+(1+2+3+……+n)<=m最大的n。
例如,当m=10000时,程序输出:n=38。
程序以5_5.c命名并上交。
【提示】参考解法:for(i=1;1;i++) /* 循环条件为恒真 */{计算(1+2+3+……+i) s;将计算结果s累加到变量sum中;判断sum的值是否大于m是,则终止循环否,则继续进入下一次循环}输出与对应结果,其值会与i相关。
实验六寻找素数【实验目的】领会并牢固掌握素数算法,深入循环结构设计。
【实验内容】从键盘输入一个大于3的正整数,输出距离该数最近的素数。
根据输入的数不同,此问题可能有一个答案(或者比输入的数大或者比输入的数小),也可能需要输出两个值(一个比输入的数大,一个比输入的数小,两个距离输入的数一样近)。
程序以5_6.c命名并上交。
实验七最佳方案寻找【实验目的】穷举算法与最佳方案算法设计与训练。
【实验内容】一根长度为235m的材料,需要截成长度为19m和23m的短料,编程设计最佳截取方案,即求两种短料各截成多少根时,剩余的材料最少?(方案可能有多种,能否都列举出来。
)程序以5_7.c命名并上交。
实验八礼炮响声统计【实验目的】学习循环中条件的设计与数据统计。
【实验内容】活动中有三门礼炮,各装有十枚炮弹。
第一门礼炮每隔3秒发一枚炮弹,第二门每隔5秒、第三门每隔7秒发一枚炮。
问观礼群众一共听到几声炮响。
三门炮的第一发炮弹是同时发出的,同一时间发出炮声算一响。
程序以5_8.c命名并上交。
【实验提示】程序中可分别设置计时器变量与计数器变量。
计时器以秒为单位递增,测试此时有无炮发出。
只要有一枚炮发出,则计数器增1。
注意不要重复统计。
实验九验证哥德巴赫猜想【实验目的】综合运用多重循环结构、标志法、穷举法解决问题。
【问题描述】1742年6月,德国数学家哥德巴赫在给大数学家欧拉的信中提出一个问题:任何大于4的偶数均可以表示为两个素数之和吗?欧拉复信道:任何大于4的偶数均可以表示为两个素数之和,这一猜想我还不能证明,但我确信无疑地认为这是完全正确的定理。
哥德巴赫猜想是世界著名的数学难题,至今未能在理论上得到证明,自从计算机出现后,人们就开始用计算机去尝试解各种各样的数学难题,包括费马大定理、四色问题、哥德巴赫猜想等,虽然计算机无法从理论上严密地证明它们,只能在有限的范围内对其进行检验,但也不失其意义。
【实验内容】程序要求:输入一个int型数据范围内的偶数x(x>4),找到两个素数a、b,满足x=a+b。
最后输出此等式。
如输入98,输出98=19+79。
程序以5_9.c命名。
【实验提示】读入偶数x,找出一对数a、b满足x=a+b,测试a、b是否都为素数,若不满足,则找下一对a、b继续测试,直到a、b均为素数为止。
算法描述如下:读入x;a=3;while(a<x/2){b=x-a;测素数循环,测试a是否为素数;测素数循环,测试b是否为素数;if(a、b同为素数)退出while循环;a+=2; /* a在奇数上穷举 */}if(a<x/2)验证成功,输出x=a+b;else 验证失败,输出失败信息;为了判断a、b是否是素数,可以设置两个二元标志变量flag_a和flag_b,其值为1时表示对应变量是素数,其值为0时表示变量是非素数。
令flag_a和flag_b的初始值为0,代表开始时假设a、b都不是素数,然后进入测试循环。
若测素数循环检测a是素数,则改变flag_a=1;若b是素数,则令flag_b=1。
则 if(a、b同为素数)可以表示为 if(flag_a*flag_b!=0)。
实验十计算立方根【实验目的】练习迭代算法,学习几种解一元高次方程的方法。
【实验内容】键盘输入一个实数a,输出它的立方根。