1 什么是嵌套循环

所谓嵌套循环就是一个外循环的主体部分是一个内循环。内循环或外循环可以是任何类型，例如 while 循环或 for 循环。 例如，外部 for 循环可以包含一个 while 循环，反之亦然。外循环可以包含多个内循环。 循环链没有限制。

在嵌套循环中，迭代次数将等于外循环中的迭代次数乘以内循环中的迭代次数。在外循环的每次迭代中，内循环执行其所有迭代。 对于外循环的每次迭代，内循环重新开始并在外循环可以继续下一次迭代之前完成其执行。嵌套循环通常用于处理多维数据结构，例如打印二维数组、迭代包含嵌套列表的列表。嵌套循环是控制流语句的一部分，可帮助您了解 Python 的基础知识。

2 Python 嵌套 for 循环

在 Python 中，for 循环用于迭代序列，例如列表、字符串、元组，以及其他可迭代对象，例如范围。在 Python 中使用嵌套 for 循环的语法：

# 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，我们在 for 循环中使用了 for 循环。 在本例中，我们打印前十个数字的乘法表。

• 外部 for 循环使用 range() 函数迭代前十个数字。
• 对于每个外部数字，内部 for 循环将执行十次。
• 在内循环的主体中，我们将打印外部数字和当前数的乘积。
• 内循环只不过是外循环的主体。

示例：编写一个嵌套的 for 循环程序以在 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()

输出：

• 在这个程序中，外部 for 循环是从 1 到 10 迭代数字。 range() 返回 10 个数字。 所以外循环的总迭代次数是 10。
• 在嵌套循环的第一次迭代中，数字是 1。在下一次，它是 2。依此类推，直到 10。
• 接下来，对于外循环的每次迭代，内循环将执行十次。 内部循环也将执行 10 次，因为我们打印的乘法表最多为 10。
• 在内部循环的每次迭代中，我们计算了两个数字的乘法。

2.1 嵌套循环打印图案

嵌套循环的另一个最常见用途是打印各种星形和数字模式。让我们看看如何使用嵌套循环在 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('')

• 在这个程序中，外循环是打印的行数。
• 行数是五，所以外循环会执行五次。
• 接下来，内部循环是每行中的总列数。
• 对于外部循环的每次迭代，列计数都会增加 1。
• 在外循环的第一次迭代中，列数为 1，下一次为 2。依此类推。
• 内部循环迭代等于列数。
• 在内部循环的每次迭代中，我们打印 star。

2.2 在 for 循环中的while循环

在一种循环中使用另一种类型的循环非常常见且很有帮助。 我们可以在 for 循环中放置一个 while 循环。假设我们想将列表中的每个名称重复五次：

• 在这里，我们将使用外部 for 循环迭代列表。
• 外层for循环每次迭代，内层for循环执行5次，打印当前名称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()

输出：

2.3 实践：打印一个带有 5 行 3 列星形的矩形图案

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 打破嵌套循环

break 语句用于循环内部退出循环。 如果在嵌套循环内使用 break 语句（在另一个循环内循环），它将终止最内层循环。

在下面的示例中，我们有两个循环。 外部 for 循环使用 range() 函数迭代前四个数字，内部 for 循环也迭代前四个数字。 如果外部编号和内部循环的当前编号相同，则中断内部（嵌套）循环。

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

输出：

4 继续嵌套循环

continue 语句跳过当前迭代并移动到下一个迭代。 在 Python 中，当循环内遇到 continue 语句时，它会跳过它下面的所有语句并立即跳转到下一次迭代。

在下面的示例中，我们有两个循环。 外部 for 循环迭代第一个列表，内部循环也迭代第二个数字列表。如果外部编号和内部循环的当前编号相同，则移动到内部循环的下一次迭代。

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)

输出：

5 使用列表理解的单行嵌套循环

例如，如果您有两个列表并想要获取它们的所有组合，为了实现这一点，您需要使用两个嵌套循环，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)

您可以使用列表压缩和嵌套循环编写更快速、更紧凑的代码，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)

输出：

代码编写思路：

• 首先，编写一个外部 for 循环，它将迭代第一个列表，如 [for i in first]。
• 接下来，编写一个内部循环，它将在外部循环之后迭代第二个列表，例如 [for i in first for j in second]。
• 最后，计算外数和内数之和，如 [i+j for i in first for j in second]。
• 最后，将结果存储在一个新列表中，例如 final = [i+j for i in first for j in second]。

下面让我们看看其他的例子：

在这个例子中，我们将在列表中使用两个 for 循环，最终结果将是一个列表列表。 我们不会在每个列表中包含相同的数字。 我们将使用 if 条件过滤它们。

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

输出：

6 Python中的嵌套while循环

在 Python 中，while 循环语句在特定条件为真时重复执行代码块。 当数字迭代不固定时，我们使用 while 循环。在本节中，我们将了解如何在另一个 while 循环中使用 while 循环。在 Python 中编写嵌套的 while 循环语句的语法如下：

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

在下面例子中，我们将在每行打印前 10 个数字 5 次。

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

输出：

6.1 While 循环内的 for 循环

有时在另一种循环中使用一种循环会很有帮助。 我们可以在while循环里面放一个for循环。假设我们想要打印从 1 到 100 的所有完美数字。

• 在这里，我们将使用 while 循环迭代前 100 个数字。
• 在外部while循环的每次迭代中，内部for循环从1到当前外部数字执行，以检查当前数字是否为完美数字。（完美数字是一个数学概念，感兴趣的读者可再深入查询）

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

输出：

7 何时在 Python 中使用嵌套循环？

• 当您有需要通过相同函数循环的嵌套数组或列表时，嵌套循环很方便。
• 当您想使用行和列打印不同的星形和数字模式时。

记住时间复杂度。 让我们通过 Python 中嵌套 for 循环如何工作的示例来理解这一点。我们使用 for 循环迭代序列或可迭代的给定元素。 就像我在列表中一样。 这里的时间复杂度是 O(n)，因为我们正在迭代列表中的所有项目。执行步骤（迭代）的数量决定了循环的时间复杂度。当您使用嵌套循环并且外部和内部循环都在没有任何 if 条件的情况下运行时，时间复杂度为 O(n^2)，因为对于所有 n 个元素，代码都会执行 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

输出：

如果您在内部循环中给出一个条件，该条件将在某些元素之后停止执行，并且不执行内部循环或外部循环的所有 n 次迭代，那么它的时间复杂度会更小。

当您没有更好的选择时使用嵌套循环，请记住编写高效且紧凑的代码远胜于编写复杂的代码。

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什么是双重循环？

双重循环：我们从字面上理解它，就是有两个循环套在一起

详细解释

双重for循环就是在一个for循环里在嵌套另一个for循环，即两个循环嵌套，还有多重循环嵌套的情况，但用的比较少，一般常用的是两个循环嵌套，很少使用多重循环，因为for循环多了会导致代码执行的效率低，而且容易死机,多循环中的总循环次数是相乘的，嵌套几次后几何级数增长，因此通常情况下在循环多次嵌套时，我们是不推荐使用的。

说的再简单点就是，for循环的嵌套，跟我们之前的if嵌套一样

 for(循环变量;循环条件;循环操作){
       for(循环变量;循环条件;循环操作){
           //代码块
       }
}

这就是双重for循环的框架

运行路径

外层循环一次，内层全部循环一次（外层循环一次，内层for循环全部执行完成再进行外层的一次循环）

难点

二重循环的难点是内层循环的循环条件，如何控制内层循环的次数
记住外层循环一次，内层循环全部的原则
举个例子，我外层循环定义循环3次，内层循环定义循环2次，每次输出一个“星号”，那么，将会输出几个“星号”呢？
答案是6次（2×3）
分析:

• 外层循环第一次，里面循环完，也就是2次
• 外层循环第二次，里面又重新循环，循环完，还是2次
• 外层循环第三次，里面再次重新循环，又是2次

我们多说无益，来个实际操作

示例

打印以下图形，我们可以用上面提到的公式验证一下

图形

*
* *
* * *
* * * *
* * * * * 

这个题目的代码，我先给出，然后分析

代码

public class Star{
       public static void main(String[] args){
          for(int i=1;i<=5;i++){
                for(int j=1;j<=i;j++){
                    System.out.print("*");
                }
                System.out.println();
           }
       }
}

我们看看这个图像有多少行？ 总共有5行，也就是说我们需要循环5次打印才可以

外部循环

for(int i=1;i<=5;i++){
   //循环块2
}

这个循环控制输出的行数，我们这里是5行“星号”，所以这个循环控制成5次

我们开始写里面的循环

内部循环

里面定义一个循环，变量为 j

 for(int j=1;j<=i;j++){
   System.out.print("*");
 }

j 的初始值定义为1，并且j<=i （i也是累加，到5停止），它的循环次数也是循环5次，因为我们这个图像的最后一个输出是5颗“星号”，这里是循环输出了5颗“星号”，所以，j超出5必须停止循环

总体运行过程

到这，许多人会感到有点迷茫，不过没有关系，这是正常，我们好好看看它如何运行：

首先注意看变量：i=1、j=1、i<=5、j

循环运行变化

外层第一次循环： i为1时，开始第一次循环，开始运行里面的第 i（1）次循环，这时，里面的循环，j为1时，j<=i （此时i为1），所以会输出1颗“星号”

拆解代码：第一次外层循环
内层：

for(int j=1;j<=1;j++){
  System.out.print("*");
}
System.out.println();

外层第三次、第四次、第五次与第二次一样，i不断累加，依次输出3颗“星号”、4颗“星号”、5颗“星号”

就不多演示了，还不懂的话，就看看拆解代码的内层循环的循环条件的变化

注意：System.out.print（"*"）: 是没有ln的，所以不会换行，于是内层循环的“星号”是横排叠加的

示例二

打印九九乘法表：
因为这个题目，和上面的代码以及原理一样，只是改变了一些内容，所以我就直接放代码了

代码

public class Jjcfb {
    public static void main(String[] args) {
                for(int i=1;i<=9;i++){
                    for(int j=1;j<=i;j++){
                        System.out.print(j+"*"+i+"="+i*j+" ");
                    }
                    System.out.println();
                }
    }
}

 九九乘法表一共有九行，所以外层限制行数为9，于是i=1;i<=9
内层还是j=1;j<=i
如果还不懂，可以用IDEA调试，慢慢摸索，这样记忆力更加深刻

 扩展

给大家放一个问题：这样用“*”输出一个菱形？

点击链接查看答案：双重for循环（嵌套for循环） - 小简博客 (janyork.com)https://blog.janyork.com/index.php/archives/429/