Функция for в языке языке

Функция for в языке языке

Введение. Циклы с предусловием.

П ри решении практических задач постоянно возникает необходимость в повторении действия заданное количество раз, или до достижения какого-либо условия. Например, вывести список всех пользователей, замостить плоскость текстурой, провести вычисления над каждым элементом массива данных и т.п. В си для этих целей используются три вида циклов: с предусловием, постусловием и цикл for со счётчиком (хотя, это условное название, потому что счётчика может и не быть).

Любой цикл состоит из тела и проверки условия, при котором этот цикл должен быть прекращён. Тело цикла — это тот набор инструкций, который необходимо повторять. Каждое повторение цикла называют итерацией.

Рассмотрим цикл с предусловием.

Этот цикл выполняется до тех пор, пока истинно условие, заданное после ключевого слова while. Тело цикла — это две строки, одна выводит число, вторая изменяет его. Очевидно, что этот цикл будет выполнен 10 раз и выведет на экран
0
1 2 3 и так далее до 9.

Очень важно, чтобы условие выхода из цикла когда-нибудь выполнилось, иначе произойдёт зацикливание, и программа не завершится. К примеру

В этом цикле не изменяется переменная i, которая служит для определения условия останова, поэтому цикл не завершится.

В этой программе цикл, конечно, завершится, но из-за неправильного действия он будет выполнен гораздо больше 10 раз. Так как си не следит за переполнением переменной, нужно будет ждать, пока переменная переполнится и станет меньше нуля.

У этого примера неопределённое поведение. Так как переменная i заранее не инициализирована, то она хранит мусор, заранее неизвестное значение. При различном содержимом переменной i будет меняться поведение.

Если тело цикла while содержит один оператор, то фигурные скобки можно опустить.

Здесь мы инкрементируем переменную i при вызове функции printf. Следует избегать такого стиля кодирования. Отсутствие фигурных скобок, особенно в начале обучения, может приводить к ошибкам. Кроме того, код читается хуже, да и лишние скобки не сильно раздувают листинги.

Циклы с постусловием.

Ц икл с постусловием отличается от цикла while тем, что условие в нём проверяется после выполнения цикла, то есть этот цикл будет повторён как минимум один раз (в отличие от цикла while, который может вообще не выполняться). Синтаксис цикла

Предыдущий пример с использованием цикла do будет выглядеть как

Давайте рассмотрим пример использования цикла с постусловием и предусловием. Пусть нам необходимо проинтегрировать функцию.

Рис. 1 Численное интегрирование функции ∫ a b f ⁡ x d x

Интеграл — это сумма бесконечно малых. Мы можем представить интеграл как сумму, а бесконечно малые значения просто заменить маленькими значениями.

∫ a b f ⁡ x d x = ∑ i = a b f ⁡ i h

Из формулы видно, что мы на самом деле разбили площадь под графиком на множество прямоугольников, где высота прямоугольника — это значение функции в точке, а ширина — это наш шаг. Сложив площади всех прямоугольников, мы тем самым получим значение интеграла с некоторой погрешностью.

Пусть искомой функцией будет x 2 . Нам понадобятся следующие переменные. Во-первых, аккумулятор sum для хранения интеграла. Во-вторых, левая и правая границы a и b, в третьих — шаг h. Также нам понадобится текущее значение аргумента функции x.

Для нахождения интеграла необходимо пройти от a до b с некоторым шагом h, и прибавлять к сумме площадь прямоугольника со сторонами f(x) и h.

Программа выводит 0.328.

∫ 0 1 x 2 d x = x 3 3 | 0 1 = 1 3 ≈ 0.333

Если посмотреть на график, то видно, что каждый раз мы находим значение функции в левой точке. Поэтому такой метод численного интегрирования называют методом левых прямоугольников. Аналогично, можно взять правое значение. Тогда это будет метод правых прямоугольников.

Сумма в этом случае будет равна 0.338. Метод левых и правых прямоугольников не очень точен. Мы фактически аппроксимировали (приблизили) гладкий график монотонно возрастающей функции гистограммой. Если немного подумать, то аппроксимацию можно проводить не только суммируя прямоугольники, но и суммируя трапеции.

Приближение с помощью трапеций на самом деле является кусочной аппроксимацией кривыми первого порядка (ax+b). Мы соединяем точки на графике с помощью отрезков. Можно усложнить, соединяя точки не отрезками, а кусками параболы, тогда это будет метод Симпсона. Если ещё усложнить, то придём к сплайн интерполяции, но это уже другой, очень долгий разговор.

Вернёмся к нашим баранам. Рассмотрим 4 цикла.

Если выполнить эти примеры, то будет видно, что циклы выполняются от двух, до четырёх раз. На это стоит обратить внимание, потому что неверное изменение счётчика цикла часто приводит к ошибкам.

Часто случается, что нам необходимо выйти из цикла, не дожидаясь, пока будет поднят какой-то флаг, или значение переменной изменится. Для этих целей служит оператор break, который заставляет программу выйти из текущего цикла.

Давайте решим простую задачу. Пользователь вводит числа до тех пор, пока не будет введено число 0, после этого выводит самое большое из введённых. Здесь есть одна загвоздка. Сколько чисел введёт пользователь не известно. Поэтому мы создадим бесконечный цикл, а выходить из него будем с помощью оператора break. Внутри цикла мы будем получать от пользователя данные и выбирать максимальное число.

Напомню, что в си нет специального булевого типа. Вместо него используются числа. Ноль — это ложь, все остальные значения – это истина. Цикл while(1) будет выполняться бесконечно. Единственной точкой выхода из него является условие

В этом случае мы выходим из цикла с помощью break; Для начала в качестве максимального задаём 0. Пользователь вводит число, после чего мы проверяем, ноль это или нет. Если это не ноль, то сравниваем его с текущим максимальным.

Бесконечные циклы используются достаточно часто, так как не всегда заранее известны входные данные, либо они могут меняться во время работы программы.

Читайте также:  Как установить java игры на андроид

Когда нам необходимо пропустить тело цикла, но при этом продолжить выполнение цикла, используется оператор continue. Простой пример: пользователь вводит десять чисел. Найти сумму всех положительных чисел, которые он ввёл.

Пример кажется несколько притянутым за уши, хотя в общем он отражает смысл оператора continue. В этом примере переменная positiveCnt является счётчиком положительных чисел, sum сумма, а input — временная переменная для ввода чисел.

Вот ещё один пример. Необходимо, чтобы пользователь ввёл целое число больше нуля и меньше 100. Пока необходимое число не будет введено, программа будет продолжать опрос.

Цикл for

О дним из самых используемых является цикл со счётчиком for. Его синтаксис

Например, выведем квадраты первых ста чисел.

Одним из замечательных моментов цикла for является то, что он может работать не только с целыми числами.

Этот цикл выведет числа от 5.3 до 0.1. Цикл for может не иметь некоторых "блоков" кода, например, может отсутствовать инициализация, проверка (тогда цикл становится бесконечным) или изменение счётчика. Вот пример с интегралом, реализованный с применением счётчика for

Давайте рассмотрим кусок кода

Его можно изменить так

Более того, используя оператор break, можно убрать условие и написать

кроме того, используя оператор ",", можно часть действий перенести

ЗАМЕЧАНИЕ: несмотря на то, что так можно делать, пожалуйста, не делайте так! Это ухудшает читаемость кода и приводит к трудноуловимым ошибкам.

Давайте решим какую-нибудь практическую задачу посложнее. Пусть у нас имеется функция f(x). Найдём максимум её производной на отрезке. Как найти производную функции численно? Очевидно, по определению). Производная функции в точке — это тангенс угла наклона касательной.

Рис. 5 Численное дифференцирование функции f ⁡ x ′ = d x d y

Возьмём точку на кривой с координатами (x; f(x)), сдвинемся на шаг h вперёд, получим точку (x+h, f(x+h)), тогда производная будет

d x d y = f ⁡ ( x + h ) — f ⁡ x ( x + h — x ) = tg ⁡ α

То есть, отношение малого приращения функции к малому приращению аргумента. Внимательный читатель может задать вопрос, почему мы двигаемся вперёд по функции, а не назад. Ну пойдёмте назад

Возьмём среднее от этих двух значений, получим

В общем-то теперь задача становится тривиальной: идём от точки a до точки b и находим минимальное значение производной, а также точку, в которой производная принимает это значение. Для решения нам понадобятся, как и в задаче с интегралом, переменные для границ области поиска a и b, текущее значение x и шаг h. Кроме того, необходимо максимальное значение maxVal и координата maxX этого максимального значения. Для работы возьмём функцию x • sin ⁡ x

На выходе программа выдаёт max value = 1.391 at 1.077

Численное решение даёт такие же (с точностью до погрешности) результаты, что и наша программа.

Вложенные циклы

Рассмотрим пример, где циклы вложены друг в друга. Выведем таблицу умножения.

В этом примере в первый цикл по переменной i вложен второй цикл по переменной j. Последовательность действий такая: сначала мы входим в цикл по i, после этого для текущего i 10 раз подряд осуществляется вывод чисел. После этого необходимо перейти на новую строку. Теперь давайте выведем только элементы под главной диагональю

Как вы видите, оператор break позволяет выйти только из текущего цикла. Этот пример может быть переписан следующим образом

В данном случае мы используем во вложенном цикле счётчик первого цикла.

В цикле for все три вышеуказанных действия собраны вместе. Используя цикл for, фрагмент, приведенный выше, можно записать в виде одного оператора:

Похожие главы из других книг

Цикл FOR

Цикл for

Цикл for В общем случае оператор цикла for имеет три раздела (инициализация, условие и итерация) и записывается следующим образом:for ([инициализация;] [условие;] [итерация])< тело цикла>В разделе инициализации обычно выполняется присваивание начальных значений переменным

Цикл for…in

Цикл for…in Оператор цикла for…in предназначен для просмотра всех свойств объекта. Для каждого свойства указанный цикл выполняет операторы, содержащиеся в теле цикла:for (переменная in объект) < тело цикла>Цикл for…in можно использовать для вывода на экран всех свойств объекта в

Цикл while

Цикл while Цикл while похож на цикл for. В нем также условие выхода из цикла проверяется перед выполнением итерации, однако в цикле while, в отличие от for, нет встроенного счетчика и выражения, его изменяющего.Оператор while записывается в следующем виде:while (условие) < тело

Цикл do…while

Цикл do…while Этот цикл является примером цикла с пост-условием и записывается в следующем виде:do < тело цикла>while (условие);В этом случае цикл выполняется до тех пор, пока проверяемое после ключевого слова while условие не станет ложным (false). Так как условие проверяется уже

Цикл For…Next

Цикл For Each…Next

Цикл while

Цикл for

ЦИКЛ for

ЦИКЛ for В цикле for все три вышеуказанных действия собраны вместе. Используя цикл for, фрагмент, приведенный выше, можно записать в виде одного оператора: for(count = 1; count

18.5. Цикл for

18.5. Цикл for Общий формат цикла:for имя_перемениой in list doкоманда1 команда… doneЦикл for однократно обрабатывает всю информацию для каждого значения, включенного в список list. Чтобы получить доступ к каждому значению в списке, достаточно задать параметр имя_переменной. Командой

18.6. Цикл until

18.6. Цикл until Цикл until позволяет выполнять ряд команд, пока условие остается истинным. Практически цикл until противоположен по смыслу циклу while. Цикл while является более предпочтительным, но в определенных случаях цикл until лучше справляется с работой. Формат цикла until:until

18.7. Цикл while

18.7. Цикл while Цикл while выполняет ряд команд до тех пор, пока истинно условие. Этот цикл используется также для просмотра данных из файла ввода. Формат цикла while:while команда doкоманды1команды2doneМежду конструкциями while и do находится несколько команд, хотя в общем случае

Читайте также:  Сколько срок годности у соли

Цикл К 2007 г. Эд Уитакер выполнил свою миссию. Бо?льшая часть системы Bell была снова собрана в крупнейшую в мире коммуникационную компанию, во главе которой стоял он сам. В возрасте 65 лет, доказав все, что можно, Уитакер объявил, что уходит<375>. В соответствии с обычаями начала

2.2.1. Цикл типа “пока” (цикл с предусловием)

2.2.1. Цикл типа “пока” (цикл с предусловием) Пример 1.4: Нахождение наибольшего общего делителя двух целых положительных чисел с помощью известного алгоритма Евклида.Пока X ? Y делать если X> Y то X:=X-Y иначе Y:=Y-X; Писать (‘НОД=’, X);WHILE X <> Y DO IF X> Y THEN X:=X-Y ELSE Y:=Y-X; WRITE

2.2.2. Цикл типа “до” (цикл с постусловием)

2.2.2. Цикл типа “до” (цикл с постусловием) Этот цикл выполняется не менее одного разаПример 1.5: Решение предыдущей задачи. Цикл с постусловиемПовторять если X> Y то X:=X-Y иначе Y:=Y-X до X=Y;Писать (‘НОД=’, X);REPEAT IF X> Y THEN X:=X-Y ELSE Y:=Y-X UNTIL X=Y;WRITE (‘НОД=’, X);REPEAT –

Меньше недели назад в журнале Хакер вышла авторская версия материала, посвященного фичам при использовании циклов при разработке на R. По согласованию с Хакером, мы делимся полной версией первой статьи. Вы узнаете о том, как правильно писать циклы при обработке больших объемов данных.

Примечание: орфография и пунктуация автора сохранены.

Во многих языках программирования циклы служат базовыми строительными блоками, которые используются для любых повторяющихся задач. Однако в R чрезмерное или неправильное использование циклов может привести к ощутимому падению производительности — при том, что способов написания циклов в этом языке необычайно много.

Сегодня рассмотрим особенности применения штатных циклов в R, а также познакомимся с функцией foreach из одноименного пакета, которая предлагает альтернативный подход в этой, казалось бы, базовой задаче. С одной стороны, foreach объединяет лучшее из штатной функциональности, с другой — позволяет с легкостью перейти от последовательных вычислений к параллельным с минимальными изменениями в коде.

Начнем с того, что часто оказывается неприятным сюрпризом для тех, кто переходит на R с классических языков программирования: если мы хотим написать цикл, то стоит перед этим на секунду задуматься. Дело в том, что в языках для работы с большим объемом данных циклы, как правило, уступают по эффективности специализированным функциям запросов, фильтрации, агрегации и трансформации данных. Это легко запомнить на примере баз данных, где большинство операций производится с помощью языка запросов SQL, а не с помощью циклов.

Чтобы понять, насколько важно это правило, давай обратимся к цифрам. Допустим, у нас есть очень простая таблица из двух столбцов a и b . Первый растет от 1 до 100 000, второй уменьшается со 100 000 до 1:

Если мы хотим посчитать третий столбец, который будет суммой первых двух, то ты удивишься, как много начинающих R-разработчиков могут написать код такого вида:

На моем ноутбуке расчеты занимают 39 секунд, хотя того же результата можно достичь за 0,009 секунды, воспользовавшись функцией для работы с таблицами из пакета dplyr :

Основная причина такой серьезной разницы в скорости заключается в потере времени при чтении и записи ячеек в таблице. Именно благодаря оптимизациям на этих этапах и выигрывают специальные функции. Но не надо списывать в утиль старые добрые циклы, ведь без них все еще невозможно создать полноценную программу. Давай посмотрим, что там с циклами в R.

R поддерживает основные классические способы написания циклов:

for — самый распространенный тип циклов. Синтаксис очень прост и знаком разработчикам на различных языках программирования. Мы уже пробовали им воспользоваться в самом начале статьи. for выполняет переданную ему функцию для каждого элемента.

Чуть менее распространенные while и repeat , которые тоже часто встречаются в других языках программирования. В while перед каждой итерацией проверяется логическое условие, и если оно соблюдается, то выполняется итерация цикла, если нет — цикл завершается:

В repeat цикл повторяется до тех пор, пока в явном виде не будет вызван оператор break :

Стоить отметить, что for , while и repeat всегда возвращают NULL, — и в этом их отличие от следующей группы циклов.

apply , eapply , lapply , mapply , rapply , sapply , tapply , vapply — достаточно большой список функций-циклов, объединенных одной идеей. Отличаются они тем, к чему цикл применяется и что возвращает.

Начнем с базового apply , который применяется к матрицам:

В первом параметре ( X ) указываем исходную матрицу, во втором параметре ( MARGIN ) уточняем способ обхода матрицы (1 — по строкам, 2 — по столбцам, с(1,2) — по строкам и столбцам), третьим параметром указываем функцию FUN, которая будет вызвана для каждого элемента. Результаты всех вызовов будут объединены в один вектор или матрицу, которую функция apply и вернет в качестве результирующего значения.

Например, создадим матрицу m размером 3 х 3.

Попробуем функцию apply в действии.

Для простоты я передал в apply существующую функцию sum , но ты можешь использовать свои функции — собственно, поэтому apply и является полноценной реализацией цикла. Например, заменим сумму нашей функцией, которая сначала производит суммирование и, если сумма равна 15, заменяет возвращаемое значение на 100.

Другая распространенная функция из этого семейства — lapply .

Первым параметром передается список или вектор, а вторым — функция, которую надо вызвать для каждого элемента. Функции sapply и vapply — это обертки вокруг lapply . Первая пытается привести результат к вектору, матрице или массиву. Вторая добавляет проверку типов возвращаемого значения.

Читайте также:  Как сделать файл подкачки на windows 7

Достаточно распространен такой способ применения sapply , как работа с колонками. Например, у нас есть таблица

При передаче sapply таблицы она будет рассматриваться как список колонок (векторов). Поэтому, применив sapply к нашему data.frame и указав в качестве вызываемой функции is.numeric , мы проверим, какие столбцы являются числовыми.

Выведем на экран только столбцы с числовыми значениями:

Циклы, основанные на apply , отличаются от классических тем, что возвращается результат работы цикла, состоящий из результатов каждой итерации.

Помнишь тот медленный цикл, что мы написали в самом начале с помощью for ? Большая часть времени терялась на то, что на каждой итерации в таблицу записывались результаты. Напишем оптимизированную версию с использованием apply .

Применим apply к первоначальной таблице, выбрав обработку по строчкам, и в качестве применяемой функции укажем базовую суммирующую функцию sum . В итоге apply вернет вектор, где для каждой строки будет указана сумма ее колонок. Добавим этот вектор в качестве нового столбца первоначальной таблице и получим искомый результат:

Замер времени исполнения показывает 0,248 секунды, что в сто раз быстрее первого варианта, но все еще в десять раз медленнее функций операций с таблицами.

foreach — не базовая для языка R функция. Соответствующий пакет необходимо установить, а перед вызовом подключить:

Несмотря на то что foreach — сторонняя функция, на сегодняшний день это очень популярный подход к написанию циклов. foreach был разработан одной из самых уважаемых в мире R компанией — Revolution Analytics, создавшей свой коммерческий дистрибутив R. В 2015 году компания была куплена Microsoft, и сейчас все ее наработки входят в состав Microsoft SQL Server R Services. Впрочем, foreach представляет собой обычный open source проект под лицензией Apache License 2.0.

Основные причины популярности foreach :

  • синтаксис похож на for — как я уже говорил, самый популярный вид циклов;
  • foreach возвращает значения, которые собираются из результатов каждой итерации, при этом можно определить свою функцию и реализовать любую логику сбора финального значения цикла из результатов итераций;
  • есть возможность использовать многопоточность и запускать итерации параллельно.

Начнем c простого. Для чисел от 1 до 10 на каждой итерации число умножается на 2. Результаты всех итераций записываются в переменную result в виде списка:

Если мы хотим, чтобы результатом был не список, а вектор, то необходимо указать c в качестве функции для объединения результатов:

Можно даже просто сложить все результаты, объединив их с помощью оператора + , и тогда в переменную result будет просто записано число 110:

При этом в foreach можно указывать одновременно несколько переменных для обхода. Пусть переменная a растет от 1 до 10, а b уменьшается от 10 до 1. Тогда мы получим в result вектор из 10 чисел 11:

Итерации циклов могут возвращать не только простые значения. Допустим, у нас есть функция, которая возвращает data.frame :

Если мы хотим вызвать эту функцию сто раз и объединить результаты в один data.frame , то в .combine для объединения можно использовать функцию rbind :

В результате в переменной result у нас собрана единая таблица результатов.

В .combine возможно также использовать свою собственную функцию, причем с помощью дополнительных параметров можно оптимизировать производительность, если твоя функция умеет принимать больше чем два параметра сразу (в документации foreach есть описание параметров .multicombine и .maxcombine ).

Одно из главных преимуществ foreach заключается в легкости перехода от последовательной обработки к параллельной. Фактически этот переход осуществляется заменой %do% на %dopar% , но при этом есть несколько нюансов:

До вызова foreach у тебя уже должен быть зарегистрирован parallel backend. В R есть несколько популярных реализаций parallel backend doParallel , doSNOW , doMC , и у каждого есть свои особенности, но предлагаю ради простоты выбрать первый и написать несколько строчек кода для его подключения:

Если сейчас вызвать цикл из восьми итераций, каждая из которых просто ждет одну секунду, то будет видно, что цикл отработает за одну секунду, так как все итерации будут запущены параллельно:

После использования parallel backend можно остановить:

Нет никакой необходимости каждый раз перед foreach создавать, а затем удалять parallel backend. Как правило, он создается один раз в программе и используется всеми функциями, которые могут с ним работать.

  1. Тебе надо явно указать, какие пакеты необходимо загрузить в рабочие потоки с помощью параметра .packages .

Например, ты хочешь на каждой итерации создавать файл с помощью пакета readr , который загрузили в память перед вызовом foreach . В случае последовательного цикла ( %do% ) все отработает без ошибок:

Ошибка возникает, поскольку внутри параллельного потока не загружен пакет readr . Исправим эту ошибку с помощью параметра .packages :

  1. Вывод на консоль в параллельном потоке не отображается на экране. Иногда это может здорово усложнить отладку, поэтому обычно сложный код сначала пишут без параллельности, а потом заменяют %do% на %dopar% либо перенаправляют вывод каждой итерации в свой файл с помощью функции sink .

При работе с большим объемом данных циклы не всегда оказываются лучшим выбором. Использование специализированных функций для выборки, агрегации и трансформации данных всегда эффективнее циклов.

R предлагает множество вариантов реализации циклов. Основное отличие классических for , while и repeat от группы функций на основе apply заключается в том, что последние возвращают значение.

  • Использование циклов foreach из одноименного внешнего пакета позволяет упростить написание циклов, гибко оперировать возвращаемыми итерациями значениями, а за счет подключения многопоточной обработки еще и здорово увеличить производительность решения.
  • Ссылка на основную публикацию
    Форум лексус рх 350 2007
    Как выбрать Lexus RX?Надёжная ли машина?Какой расход топлива?Какие бывают комплектации?Насколько нужны те или иные функции?На что смотреть при покупке? Информация...
    Уроки нлп для начинающих
    Если вы хотя бы немного интересуетесь психологией, то о нейролингвистическом программировании (НЛП), наверное, тоже слышали. В статье мы постараемся объяснить...
    Уроки ворд 2010 для начинающих
    Microsoft Office 2010 — бесплатные обучающие уроки для чайников с нуля. Получите необходимые навыки профессиональной работы с пакетом Microsoft Office...
    Форум грибников витебской области
    В Беларуси много грибов: белые грибы, подосиновики, лисички и др. #новостиlespr или #newslespr - добавляйте фото в инстаграм с таким...
    Adblock detector