Python编程教程：实现区间两端交替打印数字

问题阐述：区间两端交替打印

我们的目标是编写一个Python程序，该程序首先接收用户输入的一个正整数 N。然后，程序需要打印从 1 到 N 的所有正整数，但打印方式是交替从当前区间的两端取数。

例如，如果用户输入 N = 5，预期的输出序列应为：

Please type in a number: 5
1
5
2
4
3

这个序列的生成逻辑是：首先打印左端点 1，然后打印右端点 5。接着，将左端点加 1 变为 2，右端点减 1 变为 4。再次打印 2 和 4。最后，左端点变为 3，右端点变为 3，打印 3。

原始代码分析与问题

以下是用户最初尝试实现此功能的代码：

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num = int(input('Please type in a number:'))
index = 1
while index <= num:
    print(index)
    print(num)
    index += 1
    num -= 1

让我们分析这段代码在 N = 5 时的执行情况：

1. 初始状态：index = 1, num = 5
2. 循环 index <= num (1 <= 5):
   • print(1)
   • print(5)
   • index 变为 2, num 变为 4
3. 循环 index <= num (2 <= 4):
   • print(2)
   • print(4)
   • index 变为 3, num 变为 3
4. 循环 index <= num (3 <= 3):
   • print(3)
   • print(3)
   • index 变为 4, num 变为 2
5. 循环 index <= num (4 <= 2): 条件为假，循环结束。

最终输出为：

1
5
2
4
3
3

可以看到，当 N 为奇数时（如 5），中间的数字 3 被重复打印了两次。这是因为 while index <= num 这个条件在 index 和 num 相等时（都为 3）仍然允许循环执行一次，导致 3 被打印两次。对于偶数 N，例如 N=4，此代码会输出 1, 4, 2, 3, 3，同样存在重复打印。

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解决方案与代码实现

要解决重复打印的问题，关键在于精确控制循环的终止条件，并对循环结束后可能剩余的中间元素进行单独处理。

核心思路：

我们使用两个指针：index 从 1 开始递增（代表左端），num 从用户输入的 N 开始递减（代表右端）。每次循环打印 index 和 num，然后移动指针。循环应在 index 和 num 即将相遇或交叉之前停止，这样可以避免它们指向同一个数字时发生重复打印。循环结束后，根据 N 的奇偶性，可能还需要打印一个或两个剩余的中间数字。

优化后的代码：

# 获取用户输入的数字
user_input_num = int(input('Please type in a number:'))

# 初始化左指针和右指针
left_ptr = 1
right_ptr = user_input_num

# 主循环：交替打印左右端点
# 循环条件 left_ptr < (right_ptr - 1) 确保在左右指针即将相遇或交叉前停止
# 例如，当N=5时，left_ptr=2, right_ptr=4，条件为 2 < (4-1) -> 2 < 3 (真)
# 下一轮 left_ptr=3, right_ptr=3，条件为 3 < (3-1) -> 3 < 2 (假)，循环停止
while left_ptr < (right_ptr - 1):
    print(left_ptr)    # 打印左端点
    print(right_ptr)   # 打印右端点
    left_ptr += 1      # 左指针向右移动
    right_ptr -= 1     # 右指针向左移动

# 处理剩余的中间元素
# 循环结束后，根据 user_input_num 的奇偶性，会剩下不同的情况：
# 1. 如果 user_input_num 是奇数 (例如 N=5):
#    循环结束后 left_ptr 和 right_ptr 会指向同一个中间数 (例如都是3)。
#    此时只需打印 right_ptr (或 left_ptr) 一次即可。
# 2. 如果 user_input_num 是偶数 (例如 N=6):
#    循环结束后 left_ptr 和 right_ptr 会指向两个相邻的中间数 (例如 left_ptr=3, right_ptr=4)。
#    此时需要分别打印 right_ptr 和 left_ptr。

# 打印当前 right_ptr 指向的数
# 对于 N=5，这里打印 3
# 对于 N=6，这里打印 4
print(right_ptr)

# 如果 left_ptr 仍然小于 right_ptr，说明还剩一个 left_ptr 指向的数需要打印
# 对于 N=5，此时 left_ptr=3, right_ptr=3，条件 3 < 3 为假，不执行
# 对于 N=6，此时 left_ptr=3, right_ptr=4，条件 3 < 4 为真，打印 3
if left_ptr < right_ptr:
    print(left_ptr)

代码详解

1. user_input_num = int(input('Please type in a number:')): 获取用户输入的整数 N。
2. left_ptr = 1 和 right_ptr = user_input_num: 初始化两个指针。left_ptr 从 1 开始，代表当前打印区间的左边界；right_ptr 从 N 开始，代表当前打印区间的右边界。
3. while left_ptr < (right_ptr - 1):: 这是核心的循环条件。它确保了循环会在 left_ptr 和 right_ptr 之间至少有两个数字时才执行。
   • 当 N 为奇数时（例如 N=5），在 left_ptr=2, right_ptr=4 打印后，left_ptr 变为 3，right_ptr 变为 3。此时 3 < (3-1) 即 3 < 2 为假，循环停止。这样就避免了 3 被重复打印。
   • 当 N 为偶数时（例如 N=6），在 left_ptr=2, right_ptr=5 打印后，left_ptr 变为 3，right_ptr 变为 4。此时 3 < (4-1) 即 3 < 3 为假，循环停止。这样 3 和 4 这两个中间数字会留待循环结束后处理。
4. print(left_ptr) 和 print(right_ptr): 在每次循环中，先打印当前左端点，再打印当前右端点。
5. left_ptr += 1 和 right_ptr -= 1: 移动指针，缩小当前打印的区间。
6. print(right_ptr): 循环结束后，right_ptr 指向的数字需要被打印。
   • 如果 N 是奇数，left_ptr 和 right_ptr 会在循环结束后指向同一个中间数字（例如 N=5 时，两者都为 3）。这里打印的就是这个中间数字。
   • 如果 N 是偶数，left_ptr 和 right_ptr 会在循环结束后指向两个相邻的中间数字（例如 N=6 时，left_ptr=3, right_ptr=4）。这里打印的是 right_ptr 指向的较大那个数字（即 4）。
7. if left_ptr < right_ptr: 和 print(left_ptr): 这个条件用于处理 N 为偶数时剩下的另一个中间数字。
   • 如果 N 是奇数，循环结束后 left_ptr 和 right_ptr 相等，所以 left_ptr < right_ptr 为假，不会执行。
   • 如果 N 是偶数，循环结束后 left_ptr 会小于 right_ptr（例如 N=6 时，left_ptr=3, right_ptr=4），条件为真，此时会打印 left_ptr 指向的较小那个数字（即 3）。

通过这种方式，代码能够正确处理 N 为奇数和偶数的所有情况，确保所有数字被打印且不重复。

注意事项与总结

• 循环条件精确性： while left_ptr < (right_ptr - 1) 是解决重复打印问题的核心。它使得循环在 left_ptr 和 right_ptr 之间只剩下不多于两个数字时停止，从而将中间元素的处理逻辑从循环内部剥离出来。
• 奇偶数处理： 循环结束后，通过 print(right_ptr) 和 if left_ptr < right_ptr: print(left_ptr) 这两行代码，巧妙地统一处理了 N 为奇数（只剩一个中间数）和 N 为偶数（剩下两个相邻中间数）的情况。
• 边界条件：
  • 当 N=1 时：left_ptr=1, right_ptr=1。while 1 < (1-1) 即 1 < 0 为假，循环不执行。print(right_ptr) 打印 1。if 1 < 1 为假，不执行。输出 1，正确。
  • 当 N=2 时：left_ptr=1, right_ptr=2。while 1 < (2-1) 即 1 < 1 为假，循环不执行。print(right_ptr) 打印 2。if 1 < 2 为真，打印 1。输出 2, 1。虽然直觉上可能期待 1, 2，但 2, 1 也符合从两端交替打印的逻辑（先右后左），且包含了所有数字。
• 可读性： 使用 left_ptr 和 right_ptr 这样的变量名比 index 和 num 更能清晰地表达其在区间两端移动的语义。

通过理解和应用这种双指针与精确循环条件结合的策略，可以高效且准确地解决区间两端交替打印数字的问题。

以上就是Python编程教程：实现区间两端交替打印数字的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！