python 101 حلقات التكرار (Loops) في بايثون

بعد أن تعلّمنا في الدّرس السّابق كيفيّة التّعامل مع التّعابير الشّرطية، وكيفيّة استعمال الجمل الشّرطية في برامجنا وكيفّية القيّام بإزاحة مناسبة عند التّعامل مع أجزاء متعدّدة من الشّيفرة في لغة بايثون، سنكمل مشوار تعلّم هذه اللغة الجميلة. سنتعلّم في هذا الدّرس كيفيّة التّعامل مع حلقات التّكرار مثل حلقة for وحلقة while. مع التذكير بأنّ جميع الشّيفرات التّي تبدأ بعلامة <<< يجب أن تنفّذ على مفسر بايثون.

تُمكّنك الحلقات من تكرار شيفرة عددا من المرّات، يُمكنك أن تحدّد عدد مرّات التّكرار حسب إرادتك.

حلقة While

حلقة While تقوم بتكرار شيفرة ما عندما يكون الشّرط محقّقا ولا تتوقّف إلا عندما يكون الشّرط خاطئا، ولإنشاء حلقة while يجب تحديد عدد المرّات التّي تتكرّر فيها ووضعها كشرط ثم زيادة قيمة مُتغيّر بواحد، بحيث يزداد إلى أن يصل إلى العدد المُحدّد في الشّرط فيتوقّف. بإمكانك أيضًا تحديد شرط من نوع آخر بحيث لا ترتبط الحلقة بتنفيذ الشيفرة بعدد مُعيّن من المرّات وإنما بتحقق شرط مُعيّن (أن تصبح قيمة مُتغيّر مُخالفة لقيمة نقوم بتحديدها) 
لنقل بأنّنا نريد طباعة "Hello" مائة مرّة، بالطّبع قد تقول أكرّر الجملة التالية مائة مرة: 

print "Hello"

هذه الطّريقة صحيحة لكنّها تُكلّف الكثير من الوقت، والمُبرمج دائما ما يُفكّر بطريقة أذكى (افعل أكثر عدد ممكن من المهام في أقل وقت ممكن). لذلك لا يُمكننا اعتماد هذه الطّريقة. وتُقدم لنا لغات البرمجة خاصية التكرار ببساطة وبأقل عدد من الأسطر. 

كمثال يُمكننا طباعة "Hello" عشر مرّات بالطّريقة التّاليّة، لاحظ بأنّ الجمل التّابعة للكلمة while مُزاحةٌ بأربع مسافات بيضاء:

>>> i = 0
>>> while i < 10:
...     print "Hello"
...     i = i +1

Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello

شرح المثال أعلاه: 

• السّطر الأول: نقوم بوضع قيمة بدئية للمتغيّر i. 
• السّطر الثّاني: نقوم بإضافة الشّرط وهو أن تكون قيمة المتغير أصغر من العدد عشرة فإن كان يُساوي 10 يتوقّف البرنامج. 
• السّطر الثّالث: نقوم بطباعة الكلمة 
• السّطر الرّابع: نقوم بزيّادة قيمة المتغير

في المرّة الأولى سيقرأ المفسّر قيمة المُتغيّر فيجدها تُساوي العدد 0، ثمّ يتحقّق من أنّ شرط أن تكون القيمة أصغر من 10 صحيح، وبما أنّ الشّرط مُحقّق في المرّة الأولى (بالطّبع لأنّ 0 أصغر من 10) سيُتابع البرنامج العمل، وسيطبع جملة التّرحيب "Hello" بعد ذلك يزيد المُفسّر قيمة المتغيّر i بواحد (لتكون القيمة الجديدة هي 1) يتحقّق المُفسّر من صحّة الشّرط مُجدّدا وبما أنّه مُحقّق فقد طُبعت الجملة "Hello" مرّة ثانيّة، بعدها يزيد من قيمة المُتغيّر بواحد مجدّدا لتكون القيمة الجديدة للمُتغيّر i هي العدد 2 والذي بدوره أصغر من 10 فتُطبع الجملة مرّة ثالثة. وهكذا دواليك إلى أن تصل قيمة المُتغيّر إلى العدد 10 فيُصبح الشّرط خاطئا (لأنّ العدد 10 ليس أصغر من 10 بل مُساو له)، وبالتّالي يتوقّف التّكرار. 

لتستوضح الأمر بشكل أفضل، يُمكنك أن تطبع قيمة المُتغيّر i عند كلّ تكرار، انظر المثال:

>>> i = 0
>>> while i < 10:
...     print "Hello", i
...     i = i +1
... 

Hello 0
Hello 1
Hello 2
Hello 3
Hello 4
Hello 5
Hello 6
Hello 7
Hello 8
Hello 9

أمثلة تطبيقية لاستعمال حلقة While

مثال 1: الوصول إلى عناصر قائمة، مجموعة أو صف

هناك عدّة أمثلة تطبيقيّة لاستعمال حلقة While، وعلى سبيل المثال يُمكن أن تُستخدم حلقة التّكرار هذه للدّوران على قائمة وطباعة عناصرها، انظر المثال التّالي:

>>> I = 0
>>> children = ['Omar','Khaled','Hassan','Zaid','Youssef']
>>> while i < len(children):
...     print children[i]
...     i = i + 1
... 

Omar
Khaled
Hassan
Zaid
Youssef

في المثال أعلاه، قُمنا بإنشاء قائمة باسم children تحتوي على خمسة عناصر، ثمّ قُمنا بطباعة كلّ عنصر عند كلّ تكرار، وقد وضعنا وجوب أن تكون قيمة المُتغيّر i أصغر من عدد عناصر القائمة والتّي حدّدناها بمُساعدة الدّالة len، وذلك ليتوقّف البرنامج عند وصول قيمة المتغير إلى العدد 5. 

مُلاحظة: هذا مجرّد مثال لكيفيّة استخدام حلقة While. وعادة ما تُستخدم الحلقة for لمثل هذه التّطبيقات (الدّوران على القوائم، المجموعات والصفوف…) وذلك لأنّها أكثر مرونة، وفي النّهاية يعود الاختيار لك (ويُمكنك استخدام الطّريقة التّي تُناسبك).

مثال 2: عمل البرنامج إلى أن يجيب المستخدم بجواب معين

لنقل بأنّك سألت المُستخدم سؤالا رياضيا (مثلا: "ما جمع 4 زائد 3" )، وتريد تهنأته عند إدخال الجواب الصحيح، الأمر بسيط، ولا يتعدى بضعة أسطر، افتح ملفّا وسمّه Answer.py، وضع فيه الأسطر التّالية:

number = raw_input('Enter the Result of 3+4: ')
if int(number) == 7:
    print 'Congratulation'

نستخدم الدّالة int هنا لتحويل القيمة المُدخلة من طرف المُستخدم إلى قيمة من نوع integer أي عدد صحيح، وهذا مُفيد لأنّ القيمة التّي تُستقبل في الدّالة raw_input تكون عبارة عن سلسلة نصيّة. 

بعد أن قُمنا بجزء من المطلوب لنفترض بأنّ المُستخدم قد أدخل إجابة خاطئة، الأمر الذي قد يخطر في بالك الآن هو طباعة جملة تُفيد المُستخدم بأنّ إجابته خاطئة والخروج من البرنامج، الأمر جيّد ، ولكن ماذا لو أردنا أن نوفّر للمُستخدم حقّ المُحاولة من جديد، بحيث يطبع البرنامج جملة تفيد بأنّ الإجابة المُدخلة خاطئة ثمّ يطلب من المُستخدم أن يُحاول مجدّدا مع توفير إمكانيّة إدخال قيمة جديدة، يُمكن أن نقوم بذلك بالاستعانة بجملة else انظر المثال التّالي:

number = raw_input('Enter the Result of 3+4: ')
if int(number) == 7:
    print 'Congratulation!'
else:
    print 'Sorry, Your Answer is not correct, please try again:'
    number = raw_input('Enter the Result of 3+4: ')
    if int(number) == 7:
        print 'Congratulation!'

هذه الشّيفرة جيّدة لكنّها غير عمليّة بتاتا، إذ تستخدم الكثير من التّكرار الذي لا فائدة منه، كما أنّها لا توفّر للمُستخدم سوى محاولة واحدة أخرى. فماذا لو أردنا أن نوفّر للمُستخدم عددا أكبر من المُحاولات؟ 

قد تقول ننسخ الشّيفرة أعلاه ونكرّرها عددا من المرّات في برنامجنا، هذا الحلّ سيء جدّا وذلك لأنّه لا يلبّي رغبتنا في توفير عدد لا نهائي من المحاولات للمُستخدم (بحيث لا يتوقّف البرنامج إلا عندما يجد المُستخدم الإجابة الصّحيحة)، كما أنّ نسخ الشّيفرة وتكرارها عدّة مرّات سيجعل من البرنامج طويلا وصعب القراءة. 

لحلّ هذه المُسألة، يُمكننا ببساطة أن نكرّر الشّيفرة التّي تتحقّق من الإجابة كلّ مرّة تُخالف فيه الإجابة التّي أدخلها المُستخدم، يعني يُمكننا أن نُخبر البرنامج بالتّحقّق من الإجابة إذا كانت صحيحة فكل شيء جيّد ونطبع رسالة تهنئة، إذا كانت الإجابة خاطئة، فسنعيد الشّيفرة مُجدّدا، ونعيد السّؤال إلى أن يصل المُستخدم إلى الإجابة الصحيحة، والتّالي مثال على الشيفرة التي تؤدي الغرض:

number = raw_input('Enter the Result of 3+4: ')
while int(number) != 7:
    number = raw_input('Wrong answer please try again, enter the Result of 3+4: ')
print 'Congratulation'

• السّطر الأول: يقوم البرنامج بطلب الإجابة من المُستخدم.
• السّطر الثاني: تتحقّق حلقة While من كون الإجابة خاطئة، إذا تحقّق الشّرط، ينتقل البرنامج إلى السّطر الثالث، إذا لم يتحقّق (أي قيمة المتغير تساوي 7)، ينتقل البرنامج إلى السّطر الرابع. 
• السّطر الثالث: يقوم البرنامج بإخبار المُستخدم بأنّ الإجابة خاطئة ويطلب منه إعادة المُحاولة. 
• السّطر الرابع: يطبع البرنامج جملة التهنئة.

حلقة التكرار For

حلقة For جملة برمجية أخرى تُمكّن من التكرار، وهي من الأساليب المُستعملة للدوران حول قيم القوائم كذلك، وتتميّز بتعريف مُتغيّر العدّ في بداية الحلقة، أي أنّك على خلاف حلقة While لا تحتاج إلى تعريف المُتغيّر قبل البدء بكتابة الحلقة، كما أنّ حلقة for لا تحتاج إلى شرط معيّن بل تُحدّد عدد مرّات التّكرار حسب عدد عناصر القائمة المُسندة. انظر المثال التّالي، لاحظ بأنّ الجمل التّابعة للسّطر (for counter in range(1, 11 مُزاحةٌ بأربع مسافات بيضاء (انظر درس الإزاحات والمساحات البيضاء).

>>> for counter in range(1, 11):
...     print counter, 'Hello World!'
... 

1 Hello World!
2 Hello World!
3 Hello World!
4 Hello World!
5 Hello World!
6 Hello World!
7 Hello World!
8 Hello World!
9 Hello World!
10 Hello World!

في المثال أعلاه أنشأنا حلقة تكرار تدور على قائمة أنشأناها باستخدام الدّالة range، وأسندنا قيم التّكرار إلى المتغيّر counter الاختلاف هنا عن حلقة while هو أنّ المُتغيّر counter يعتبر جزءا من قائمة وليس مُتغيّرا يحمل قيمة في كلّ تكرار.

مُلاحظة: لدّالة range تقوم بإنشاء قائمة أعداد مرتّبة من الأصغر إلى الأكبر حسب عاملين الأول رقم البداية والثّاني يُمثّل النّهاية مع ملاحظة بأنّ الرّقم النّهائي في السّلسلة لا يحتسب (في المثال التّالي 1 هو العدد الأول والعدد النّهائي هو العدد 11 ).

>>> range(1,11)
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

يُمكن إنشاء قائمة معكوسة بتمرير معامل ثالث بقيمة 1- وقلب المعاملات:

>>> range(10, 0, -1)
[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

تُمكّنُ حلقة for من الدّوران على عناصر مجموعة ما (القوائم الصفوف، السّلاسل النّصيّة…) عن طريق تمرير اسم المُتغيّر بعد كلمة in في الشيفرة، لاحظ بأنّ الجمل التّابعة للسّطر for lettre in v مُزاحةٌ بأربع مسافات بيضاء (انظر الدّرس السّابق).

>>> v = "Hello"
>>> for lettre in v:
...     print lettre
... 

H
e
l
l
o

في المثال أعلاه، قمنا بتعيين القيمة "Hello" للمتغير v وبعدها استخدمنا حلقة for لكي نطبع كل حرف من هذه الكلمة والذي عيّناه للمتغير lettre.

كما رأينا من قبل يُمكن كذلك استخدام for لتكرار شيفرة ما عددا من المرّات، كما فعلنا مع حلقة while بمُساعدة الدّالة range:

for i in range(0,100):
    print i

يُمكن كذلك أن نستعمل حلقة for لنقوم بالمرور على مفاتيح قاموس ما لنحصل على كل مفتاح على حدة، انظر المثال التالي:

>>> a = {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}

>>> for key in a:
...    print key
...

x
y
z

وكما قلنا سابقا في الدّرس الرابع، يُمكنك الحصول على كل من مفاتيح وقيم وعناصر قاموس على شكل قائمة:

>>> a = {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}
>>> a.keys()
['x', 'y', 'z']
>>> a.values()
[1, 2, 3]
>>> a.items()
[('x', 1), ('y', 2), ('z', 3)]

ومما سبق نستنتج بأنّنا نستطيع الحصول على كل واحدة من قيم القاموس:

>>> a = {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}
>>> for value in a.values():
...    print value
...

1
2
3

وبالتّالي يُمكنك أن تستنتج بأنّنا نستطيع المرور على كل من مفاتيح القواميس وقيمها معا في نفس الوقت:

>>> a = {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}

>>> for key, value in a.items():
...    print key, value
...

x 1
y 2
z 3

أمثلة تطبيقية لاستعمال حلقة For

مثال 1: طباعة مفاتيح وقيم قاموس معين

يُمكننا أن نستعمل حلقة for لطباعة كل مفتاح وقيمته في قاموس ما. 

لنقل مثلا بأنّنا نمتلك قاموسا يحتوي على أسماء الألوان وشيفرة كلّ لون بنظام hex (نظام يستخدمه مطورو الويب لإسناد لون مُعيّن لعنصر ما، فعوضا عن كتابة اسم اللون تُستخدم شيفرته)، ونُريد أن نطبع كل لون متبوعا بشيفرته، القاموس الذي نمتلكه هو كالتّالي:

colors = {
    "red":"#f00",
    "green":"#0f0",
    "blue":"#00f",
    "cyan":"#0ff",
    "magenta":"#f0f",
    "yellow":"#ff0",
    "black":"#000"
}

ونريد أن نعرض هذه المفاتيح مع قيمها بشكل لطيف، هل يُمكنك أن تُفكّر في طريقة لإنجاز مرادنا؟ 

الحل يكون باستخدام حلقة for للمرور على كل مفتاح وقيمته ومن ثمَّ طباعتها، يُمكننا القيام بذلك بسطرين فقط من شيفرة بايثون، وذلك كالتّالي (ضعها في ملف بامتداد py ونفّذ الملف).

colors = {
    "red":"#f00",
    "green":"#0f0",
    "blue":"#00f",
    "cyan":"#0ff",
    "magenta":"#f0f",
    "yellow":"#ff0",
    "black":"#000"
}
for color_name, hex_value in colors.items():
    print color_name + ': ' + hex_value

مُخرجات البرنامج ستكون كالتّالي:

blue: #00f
yellow: #ff0
green: #0f0
cyan: #0ff
magenta: #f0f
red: #f00
black: #000

هذا مُجرّد مثال بسيط على استخدام كل من حلقة for والقواميس على أرض الواقع، ولا يجب عليك أن تضع حدّا لإبداعك، إذ يُمكنك استخدام ما تعلّمته بطرق مُختلفة وبرمجة برمجيات تقوم بوظائف لا محدودة، لذا لا تربط علمك بهذه الأمثلة، بل فكّر في طريقة للاستفادة مما تعلّمته لإنتاج برامج أكثر تعقيدا وذات وظائف مُتعدّدة، وسيُسعدني إن شاركت برامجك معنا.

إيقاف حلقة بجملة :break

يُمكن أن توقف حلقة تكراريّة من نوع while عند نقطة معيّنة بالجملة break ويُمكن تحديد نقطة التوقف باستخدام جملة if الشّرطيّة، انظر المثال:

>>> i = 0
>>> while i < 30:
...     if i > 15:
...         print "Stop the loop"
...         break
...     print i
...     i = i + 1
... 

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Stop the loop

في المثال أعلاه، كان من المُفترض أن تُكمل الحلقة التنفيذ إلى أن يصل المُتغيّر iإلى القيمة 30، ولكنّه توقّف بمُجرّد أن وصلت قيمة المُتغيّر إلى 15 وهذا لأنّنا وضعنا شرطا لإيقاف التكرار عندما تُصبح قيمة i أكبر من 15 وبما أنّ الشّرط أصبح صحيحا فقد توقّف البرنامج لأنّنا أمرناه بالجملة break.

ويُمكن كذلك أن توقف حلقة تكراريّة من نوع for عند نقطة معيّنة بالجملة break ويُمكن تحديد نقطة التوقف باستخدام جملة if الشّرطيّة:

>>> list = [1,5,10,15,20,25]
>>> for i in list:
...     if i > 15:
...             print "Stop the loop"
...             break
...     print i
... 

1
5
10
15
Stop the loop

في المثال أعلاه، توقّف الدوران على القائمة list بعد أن وصل المتغيّر إلى القيمة 15، وهذا هو الشرط الذي وضعناه في جملة if.

تجاهل تنفيذ الشيفرة في حلقة بجملة :continue

يُمكن أن توقف حلقة تكراريّة من نوع for عند نقطة معيّنة ثمّ تُكمل التكرار في الخطوة التّاليّة، أي قفز خطوة عند التّكرار، وذلك بالاستعانة بالجملة continue ويُمكن تحديد نقطة التوقف باستخدام جملة if الشّرطيّة، يعني أنّك تستطيع إخبار البرنامج بالانتقال إلى التنفيذ التّالي إذا ما تحقّق هذا الشّرط، انظر المثال:

>>> list = range(1, 31)
>>> for i in list:
...     if i == 15:
...             print "Continue the loop"
...             continue
...     print i
... 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Continue the loop
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

في المثال أعلاه، كان من المُفترض أن تُكمل الحلقة التنفيذ إلى أن يصل المُتغيّر iإلى القيمة 30، ولكنّه توقّف بمُجرّد أن وصلت قيمة المُتغيّر إلى 15 وتابعت عندما وصلت القيمة إلى العدد 16 وهذا لأنّنا وضعنا شرطا لإيقاف التكرار عندما تُساوي قيمة i العدد 15 وبما أنّ الشّرط قد تحقّق فقد توقّف البرنامج عند تلك النّقطة وطبع جملة Continue the loop لأنّنا أمرناه بالجملة continue.

تمارين

صديقي القارئ، يجب أن تعرف بأنّ التّعلم لا يكتمل إلا بتطبيق المُكتسبات، لذلك فالتّفكير في حلول هذه التّمارين أمر فعال جدا ومُفيد لك، لذلك لا تكن كسولا، ولا تكتف بالقراءة فقط، بل عليك تطبيق ما تعلّمته وإنشاء برامجك الخاصّة، خاصّة وأنّك إلى الآن قد تعرّفت على جزء كبير من تقنيات البرمجة التي تسمح لك بإنشاء برامج مُبهرة، تُؤدي أغراضا عديدة. 

يُمكنك أن تنشر حلول التّمارين في صندوق التعليقات إذا كنت ترغب في ذلك، ومن المفضل أن تُحاول حل التّمارين بنفسك قبل أن تنظر إلى أجوبة زملائك.

تمرين 1

اكتب برنامجين يقومان بطباعة جملة:

 Hello World!

1000 مرة. البرنامج الأول باستخدام حلقة While والثاني بحلقة For.

تمرين 2

اكتب برنامجا يقوم بأخذ قيمة من المُستخدم ثمّ يطبعها 10 مرات.

تمرين 3

ما مُخرجات البرنامج التّالي:

number = 3
list = range(1, 31)
for i in list:
    if i == number:
        continue
    if 15 < i < 21:
        continue     
    print i

تمرين 4

اكتب برنامجا يقوم بطباعة عناصر القائمة التّالية مع جملة ترحيب.

list = ['Ahmed', 'Abdelhadi', 'Dyouri', 'Hossam', 'Mohammed', 'Khaled', 'Ibrahim', 'Othman']

يجب أن تكون مُخرجات البرنامج كالتّالي:

Hello, Ahmed
Hello, Abdelhadi
Hello, Dyouri
Hello, Hossam
Hello, Mohammed
Hello, Khaled
Hello, Ibrahim
Hello, Othman

تمرين 5

عد إلى الدّرس السّابق وعدّل برنامج تسجيل الدخول لكي يقبل مُحاولة المُستخدم من جديد إذا كانت كلمة السّر خاطئة. ولا تنس أن تنشر برنامجك في قسم التّعليقات على هذا المقال إذا أردت ذلك.

ترجمة -وبتصرف- من الكتاب Python Practice Book لصاحبه Anand Chitipothu.