Python Programming (3) - 반복문

3. 반복문¶

프로그래밍을 하다보면, 같은 혹은 비슷한 코드를 여러 번 반복해야 할 경우가 있다.
반복문은 이러한 반복 작업을 효율적으로 진행할 수 있게 한다.

while¶

같은 코드를 while문을 이용하여 여러 번 실행할 수 있음
while 루프 문은 주어진 조건이 참일 경우 목표 문장을 반복적으로 실행

간단한 예제부터 살펴보자.

In [1]:

i = 0
while i < 5:
    print("I want to print this sentence repeatedly.")
    i += 1

I want to print this sentence repeatedly.
I want to print this sentence repeatedly.
I want to print this sentence repeatedly.
I want to print this sentence repeatedly.
I want to print this sentence repeatedly.

다음은 보다 복잡한 예제로서 5를 3번 합하여 15를 만드는 과정을 보여준다. 즉, 5 * 3을 더하기(5 + 5 + 5)로 반복하는 과정.

In [2]:

x = 0
j = 3
while j > 0:
    x += 5
    j -= 1
print(x)

15

while문 문법¶

while < test statement >:  
   < test 결과가 True일 경우 해야 할 일 >

if문과 비슷한 구조를 지님

• < test statement >가 True일 경우 해야 할 일을 수행하고 다시 while문으로 돌아가 test statement가 참인지 체크
• < test statement >가 False일 경우 while문 종료
• if 문과 마찬가지로 들여쓰기 규칙을 잘 지켜야 한다.

while문 내의 코드를 잘 작성하여 무한 루프(infinite loop)가 발생하지 않도록 주의

무한 루프의 예¶

아래의 코드에서는 j의 값에 변화가 없기 때문에 무한히 "Hello world"를 출력.
만약 Code셀에서 아래의 프로그램을 실행해 보았다면, Juptyer notebook의 정사각형 버튼을 클릭하여 강제로 종료하도록 하자.

j = 3
while j > 0:
    print("Hello world")

while문 내에서 j의 값을 변화하도록 수정하여 무한루프 문제 해결

• j의 값이 매 loop마다 1씩 감소하며 세 번 "Hello world"를 출력

In [3]:

j = 3
while j > 0:
    j -= 1
    print("Hello world")

Hello world
Hello world
Hello world

위 반복문을 j의 값을 증가하는 방법으로 코드를 조금 바꾸어 보자.

In [4]:

j = 0
while j < 3:
    j += 1
    print("Hello world, iteration number : ", j)

Hello world, iteration number :  1
Hello world, iteration number :  2
Hello world, iteration number :  3

반복문 다시 살펴 보기¶

In [5]:

x = 0
j = 3
while j > 0:
    x += 5
    j -= 1
    print(x)

5
10
15

• while문 검사에 사용하는 변수 j는 while문 바깥에서 미리 초기화
• while문 내에서 j의 값을 변화시키면서 무한 루프를 방지
• 반복문에 어떻게 작동하는지 이해가 힘들 경우 위 예제처럼 핵심 변수를 print하여 반복문의 원리를 파악한다.

예제¶

In [6]:

x = 3
ans = 0
i = x
while (i != 0):
    ans = ans + x
    i = i - 1
print(str(x) + ' * ' + str(x) + ' = ' + str(ans))

3 * 3 = 9

In [7]:

x = 3
ans = 0
i = 0
while (i < 3):
    ans = ans + x
    i = i + 1
print(str(x) + ' * ' + str(x) + ' = ' + str(ans))

3 * 3 = 9

반복문 내의 반복문¶

In [8]:

x = 3
counter = 0
while x>0:
    y = 4
    x -= 1
    while y>0:
        counter += 1
        y -= 1
print(counter)

12

break를 통한 while 벗어나기¶

break를 이용하면 현재의 loop를 벗어날 수 있음

(이후에 배울 for문도 break를 통해 벗어날 수 있다.)

• 일반적으로 if와 함께 사용되며 if의 조건이 True이면 현재 loop 종료

In [9]:

count = 0
while True:
    count += 1
    if count >= 10:
        break
print(count)

10

while문을 통해 여러 번 입력 받기¶

숫자를 다섯 개 입력 받아 총 합을 출력

In [10]:

counter = 5
summation = 0
while counter > 0:
    num = input("Input any number : ") 
    summation += float(num)
    counter -= 1
print(summation)

Input any number : 1
Input any number : 2
Input any number : 3
Input any number : 4
Input any number : 5
15.0

다음 코드는 입력된 문자열을 출력하는 단순 프로그램이며 q를 입력하여 빠져나올 수 있다.

In [11]:

while True:
    inpt = input("If type q, you can quit : ")
    if inpt == 'q':
        break
    else: print("You just typed :", inpt)

If type q, you can quit : Hi
You just typed : Hi
If type q, you can quit : Good morning
You just typed : Good morning
If type q, you can quit : q

while/else¶

Python에 있는 독특한 문법
while문의 반복 조건이 False일 경우 else문을 실행

• while문에 아예 진입하지 않았거나 정상적으로 종료될 경우 else문 실행

break를 통해 while문을 강제로 빠져나오면 else문은 실행되지 않음
(이후에 배울 for문도 비슷하게 for/else문을 적용할 수 있다.)

예제 : x의 값을 바꿔가며 실험해 보자.

In [12]:

x = 8
while x % 2 == 0:
    x = x / 2
    if x == 1:
        print("x is a power of 2")
        break
else:
    print("x is not a power of 2")

x is a power of 2

반복문의 일반적 형태¶

반복문을 설계하여야 할 때 다음 사항들을 생각해 보자.

• counter로 사용할 변수 설정
• counter 변수를 반복문 바깥에서 초기화
• 반복문이 언제 끝나야 하는지 결정하는 end-test 설정
• 반복문 내에서 실행할 코드를 작성
  • counter를 변화시키는 작업 포함
• 반복문이 종료되었을 때 이를 이용해 무엇을 할지 결정

제곱근을 찾는 단순 반복문 프로그램¶

다음의 프로그램은 x가 제곱수일 경우 정수인 제곱근을 찾아준다.

• 단, 한 가지 잘못된 점이 있다. 찾아보자.

In [13]:

x = 16
ans = 0
while ans * ans <= x:
    ans = ans + 1
print(ans)

5

위 프로그램은 정수의 제곱에만 한정된 프로그램이다. 한편, 다음은 양의 실수 범위에서 제곱근을 찾는 단순 반복문 프로그램이다.

• 아래의 프로그램이 어떻게 작동하는지 생각해 보자.
• 이 프로그램을 어떻게 하면 향상시킬 수 있는지 생각해 보자.
  • 여유가 되면 Bisection 방법에 대해 조사하여 보자.

In [14]:

x = 18
ans = 0
increment = 1
while increment >= 0.0001:
    ans += increment
    if ans**2 == x:
        break
    elif ans**2 > x:
        ans -= increment
        increment = increment/10.0
print(ans)

4.242599999999998

약수를 찾는 프로그램¶

다음은 약수를 찾는 프로그램이다. 어떻게 향상시킬 수 있을까?

In [15]:

x = 100
divisor = 1
while divisor <= 100:
    if x % divisor == 0:
        print(divisor)
    divisor += 1

1
2
4
5
10
20
25
50
100

for를 이용한 반복문¶

In [16]:

for x in [1,2,3,4]:
    print(x)

1
2
3
4

문법은 다음과 같음:

for < variable > in < some collection >:  
   < something to do >

조사할 특정 범위가 있다면 for문이 while문보다 간결히 이용될 여지가 많다.

In [17]:

for character in "python":
    print(character)

p
y
t
h
o
n

In [18]:

for character in "python":
    print(character, end='')

python

In [19]:

for character in "spyderman":
    if character in "aeiou":
        print(character)

e
a

예제¶

단어의 순서를 거꾸로 만들어 출력하기

In [20]:

string = "abcde"
reversed_string = ""
for s in string:
    reversed_string  = s + reversed_string 
print(reversed_string)

edcba

다음의 range() 함수 사용 결과는 0 이상 5미만의 숫자 리스트를 나타낸다.

In [21]:

for j in range(0,5):
    print(j)

0
1
2
3
4

range()의 다양한 활용¶

Python 2의 range()와 Python 3의 range()는 약간의 차이가 있으나 그 용법은 거의 비슷하다.

In [22]:

for j in range(2,6): print(j)

2
3
4
5

In [23]:

for j in range(8): print(j)

0
1
2
3
4
5
6
7

In [24]:

for j in range(4,10,2): print(j)

4
6
8

In [25]:

for j in range(0,-8,-2): print(j)

0
-2
-4
-6

예제¶

다음은 소수를 찾는 프로그램이다.

다음의 코드는 약간의 수정이 필요하다.

In [26]:

for num in range(10, 20):  
    for i in range(2, num): 
        if num%i == 0:      
            j=num/i
            print('%d equals %d * %d' % (num,i,j))
            break
        else:
            print(num, 'is a prime number')

10 equals 2 * 5
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
11 is a prime number
12 equals 2 * 6
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
13 is a prime number
14 equals 2 * 7
15 is a prime number
15 equals 3 * 5
16 equals 2 * 8
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
17 is a prime number
18 equals 2 * 9
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number
19 is a prime number

연습문제¶

• 1500에서 2700사이의 숫자 중에서 7로 나누어 떨어지고, 5의 배수인 모든 숫자를 출력하라.

• 킬로미터를 미터로, 미터를 킬로미터로 변환하는 프로그램을 작성하라. 예를 들어 1500m을 입력하면, 1.5km을 출력하고, 2.3km을 입력하면 2300m를 출력하게 하라. (이 예제는 list 단원을 공부하면 더욱 쉽게 해결할 수 있다.)

• 다음 패턴을 출력하는 프로그램을 작성하라.

@

@ @

@ @ @

@ @ @ @

@ @ @ @ @

@ @ @ @

@ @ @

@ @

@

• 입력받은 숫자의 약수를 모두 출력하는 프로그램을 만들어라.

• 1부터 100까지 숫자 중 약수의 개수가 5개인 숫자를 모두 찾는 프로그램을 작성하라.

• 자신을 제외한 모든 약수들의 총합이 자기 자신이 되는 수를 완전수라고 한다. 1이상 1000이하의 모든 완전수를 출력하는 프로그램을 작성하라.
  • 예: 6의 약수는 1,2,3,6이며 1+2+3=6이므로 완전수이다.

• 메르센 수(Mersenne number)는 2의 거듭제곱에서 1이 모자란 숫자를 가리킨다.
  • 즉 $2^n-1$의 형태로 나타난다.
  • $3 = 2^2-1$ 이므로 메르센 수이다.
• 1부터 1000까지의 숫자 중 메르센 숫자를 모두 찾는 프로그램을 작성하라.

• 메르센 소수는 메르센 수이면서 소수인 숫자를 나타낸다. 1부터 1000까지의 숫자 중 메르센 소수를 모두 찾는 프로그램을 작성하라.

• 거꾸로 해도 똑같은 숫자를 palindrom이라 한다. 1부터 200까지의 숫자 중 palindrom이면서 소수인 수를 모두 찾는 프로그램을 작성하라.

• 다음 방정식의 해는 모두 양의 정수로 이루어져있다고 한다. 모든 정수해를 찾아라.
  • $x^5 - 25 x^4 + 227 x^3 - 923 x^2 + 1620 x - 900 = 0$

• 다음 방정식의 모든 정수해를 찾아라. 해는 음수일 수도 있음
  • $x^5 - x^4 - 33 x^3 + 61 x^2 + 32 x - 60 = 0$

• 주어진 정수의 자리수를 계산하는 프로그램을 작성하라.

• 주어진 정수를 이진수로 바꾸는 프로그램을 작성하라.