4.1 for-Schleifen#
In der Praxis kommt es oft vor, dass wir von vornherein wissen, wie oft wir eine Handlung wiederholen wollen. Beispielsweise soll in einem Verein darüber abgestimmt werden, ob Anna oder Bob zukünftig die Kasse verwalten soll. Alle Vereinsmitglieder schreiben einen der beiden Namen auf einen Zettel und werfen ihn in die Wahlurne. Jetzt beginnt die Wiederholung. Charlie greift in die Urne, zieht einen Zettel heraus, liest den Namen vor und macht dann entweder bei Anna oder bei Bob einen Strich auf dem Flipboard. Solange Zettel in der Urne sind, wird diese Prozedur wiederholt. Wenn wir aber bereits vorher wissen, dass 12 Vereinsmitglieder abgestimmt haben, so wird Charlie 12 x diese Prozedur wiederholen. In diesem Fall bietet sich die Umsetzung als sogenannte Zählschleife an.
In Python gibt es zwei Varianten von Zählschleifen. Zum einen die Zählschleife, bei der Elemente einer Liste abgearbeitet werden. Zum anderen die Zählschleife mit einem Zahlenbereich.
Lernziele#
Lernziele
Sie können eine for-Schleife mit Liste programmieren.
Sie wissen, wie die Fachbegriffe der einzelnen Bestandteil der Schleife lauten:
Kopfzeile, wird mit Doppelpunkt : abgeschlossen
Schlüsselwörter for und in
Schleifenvariable
Sie wissen, dass der Anweisungsblock des Schleifeninneren eingerückt werden muss. Die Einrückung muss immer mit der gleichen Anzahl von Zeichen (Leerzeichen oder Tab) erfolgen.
Sie können Zahlenlisten mit der range()-Funktion erzeugen und diese mit der for-Schleife kombinieren.
for-Schleifen mit Liste#
Erkunden wir den folgenden Python-Code:
for i in [2, 4, 6, 8, 10]:
print(i)
2
4
6
8
10
Nacheinander wird die Variable i auf die Werte in der Liste [2, 4, 6, 8, 10]
gesetzt und per print() ausgegeben. Dieses Programmkonstrukt nennt man eine
for-Schleife.
Eine for-Schleife beginnt mit dem Schlüsselwort for. Danach kommt der Name
der sogenannten Schleifenvariable, in diesem Fall also i. Als nächstes
folgt wieder ein Schlüsselwort, nämlich in und zuletzt eine Liste. Diese
Zeile nennt man Kopfzeile.
Python muss wissen, welche Kommandos für jeden Schleifendurchgang ausgeführt
werden sollen. Daher wird die Kopfzeile der Schleife mit einem Doppelpunkt :
beendet. Danach werden alle Kommandos aufgelistet, die ausgeführt werden sollen.
Damit Python weiß, wann es wieder mit dem normalen Programm weitergehen soll,
müssen wir dem Python-Interpreter das Ende der Schleife signalisieren. In vielen
Programmiersprachen wird das mit dem Schlüsselwort end gemacht oder es werden
Klammern gesetzt. In Python wird stattdessen mit Einrückung gearbeitet. Alle
Zeilen mit Anweisungen, die eingerückt sind, werden in der Schleife wiederholt.
In dem obigen Beispiel heißt die Schleifenvariable i. Sie nimmt beim 1.
Schleifendurchgang den Wert 2 an. Dann werden die Anweisungen im
Schleifeninneren ausgeführt, also die print()-Funktion für i = 2 angewendet
und eine 2 ausgegeben. Dann wird die Schleife ein 2. Mal durchlaufen. Diesmal
nimmt die Schleifenvariable i den Wert 4 an und die print()-Funktion gibt 4
aus. Das geht so weiter bis zum 5. Schleifendurchgang, wo die Schleifenvariable
den Wert i = 10 annimmt und eine 10 auf dem Bildschirm angezeigt wird. Da die
10 das letzte Element der Liste war, macht der Python-Interpreter mit dem
normalen Programm weiter. Bei unserem kurzen Beispiel ist aber schon das Ende
des Programmes erreicht. Zusammengefasst, werden nacheinander die Elemente der
Liste [2, 4, 6, 8, 10] auf dem Bildschirm ausgegeben.
Allgemein hat die for-Schleife mit Liste folgende Syntax (= Grammatik einer Programmiersprache):
for element in liste:
anweisungen
Anwendungsbeispiele der for-Schleife#
Meistens geht es nicht darum, nur etwas einzeln anzuzeigen, sondern die Elemente
der Menge zu verarbeiten. Im nächsten Beispiel soll jedes Element der Liste
[4,5,7,11,21 um 2 erhöht und dann angezeigt werden.
for zahl in [4,5,7,11,21]:
zahl2 = zahl + 2
print(zahl2)
print('Ich bin fertig!')
6
7
9
13
23
Ich bin fertig!
Mini-Übung
Schreiben Sie ein Programm, das die ersten 10 Quadratzahlen berechnet und ausgibt.
# Hier Ihr Code.
Lösung
for i in [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]:
quadrat = i ** 2
print(quadrat)
Für den Python-Interpreter ist es unerheblich, mit welchen Datentypen die Liste gefüllt ist, die in der for-Schleife durchlaufen wird. Auch eine Liste mit Strings stellt kein Problem dar, wie das folgende Beispiel zeigt:
monate = ['Januar', 'Februar', 'März', 'April', 'Mai', 'Juni',
'Juli', 'August', 'September', 'Oktober', 'November', 'Dezember']
for monat in monate:
print(monat)
Januar
Februar
März
April
Mai
Juni
Juli
August
September
Oktober
November
Dezember
Am besten probieren Sie es einmal selbst aus:
Mini-Übung
Schreiben Sie eine for-Schleife, die die klassischen Schulnoten »sehr gut« bis »ungenügend« einzeln ausgibt. Zur Erinnerung: die deutschen Schulnoten lauten sehr gut, gut, befriedigend, ausreichend, mangelhaft und ungenügend.
# Hier Ihr Code.
Lösung
# Erzeugung Liste
noten_liste = ["sehr gut", "gut", "befriedigend", "ausreichend", "mangelhaft", "ungenügend"]
# Ausgabe
for note in noten_liste:
print(note)
Video “for-Schleife” von Programmieren Starten
for-Schleifen mit range()#
In vielen Fällen möchten wir eine Schleife für eine bestimmte Anzahl von
Iterationen ausführen. In Python können wir dies mit Hilfe der
range()-Funktion erreichen. Die range()-Funktion generiert ein spezielles
Objekt von Zahlen, die wir dann anschließend in einer for-Schleife verwenden
können. Natürlich kann die Liste von Zahlen auch für andere Dinge genutzt
werden, aber die Verwendung für for-Schleifen ist sicherlich der häufigste
Einsatzzweck von range().
Die Syntax der range()-Funktion ist:
range(stop) # erzeugt Zahlen von 0 bis (stop - 1)
range(start, stop) # erzeugt Zahlen von start bis (stop - 1)
range(start, stop, step) # erzeugt Zahlen von start bis (stop - 1) mit der Schrittweite step
Es ist schwierig, sich den Inhalt von range() direkt anzuschauen. Am
einfachsten ist es, die range()-Funktion direkt mit der for-Schleife zu
kombinieren.
for i in range(start, stop, step):
anweisungen
Hier ist i die Schleifenvarible, die nacheinander bei jedem Schleifendurchgang
die Werte in der von range() erzeugten Liste annimmt. Im Folgenden finden Sie
einige Beispiele für die Verwendung von for-Schleifen mit range():
for i in range(5):
print(i)
0
1
2
3
4
range(5) erzeugt eine Liste mit den Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, die dann durch die
print()-Funktion nacheinander ausgegeben werden.
for i in range(2, 6):
print(i)
2
3
4
5
range(2,6) erzeugt eine Liste mit den Zahlen 2, 3, 4, 5. Achtung, die 6 gehört
nicht dazu, da das letzte Element der Liste ja die stop-Zahl - 1 ist.
for i in range(1, 10, 2):
print(i)
1
3
5
7
9
range(1, 10, 2) erzeugt die Liste 1, 3, 5, 7, 9.
Um die Bedeutung der Schrittweite step zu zeigen, können wir einmal eine
negative Schrittweite ausprobieren.
for i in range(10, 0, -1):
print(i)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Die negative Schrittweite step = -1 führt dazu, dass der Python-Interpreter
rückwärts zählt.
Mini-Übung
Lassen Sie die Dreier-Zahlen von 3 bis 99 ausgeben, also 3, 6, 9, 12, 15, …, 96, 99.
# Hier Ihr Code.
Lösung
for i in range(3, 100, 3):
print(i)
Insbesondere, wenn die Anzahl der Wiederholungen feststeht, kommt die for-Schleife in Kombination mit range() zum Einsatz. Im Folgenden sehen wir uns ein Beispiel dazu an.
Beispiel: Berechnung der Summe der ersten 10 natürlichen Zahlen
summe = 0
for i in range(1, 11):
summe += i
print("Die Summe der ersten 10 natürlichen Zahlen ist: ", summe)
Die Summe der ersten 10 natürlichen Zahlen ist: 55
Mini-Übung
Schreiben Sie ein Programm, dass die Summe der ersten n Quadratzahlen berechnet.
# Hier Ihr Code.
Lösung
n = 5 # Beispielwert
summe = 0
for i in range(1, n + 1):
summe += i ** 2
print("Die Summe der ersten Quadratzahlen ist:", summe)
Hier ist die Variable n im Python-Code gesetzt worden. Schöner wäre eine interaktive Abfrage mit der input()-Funktion:
n = int(input('Wie viele Quadratzahlen sollen summiert werden?))
Aber das war nicht gefragt.
Video “for-Schleife mit range()” von Programmieren Starten
Zusammenfassung und Ausblick#
In diesem Kapitel haben wir gelernt, wie man in Python for-Schleifen verwendet, um Wiederholungen umzusetzen. Wir haben zwei Varianten kennengelernt: die for-Schleife mit Listen und die for-Schleife mit der range()-Funktion. Dabei haben wir Begriffe wie Schleifenvariable, Kopfzeile und Einrückung eingeführt und deren Bedeutung erklärt. Anhand von Beispielen und Übungen haben wir gesehen, wie man Listen von Zahlen oder Texten durchläuft und die Elemente weiterverarbeitet. Außerdem haben wir gelernt, wie man mit range() Zahlenfolgen erzeugt – auch mit Startwert, Stoppwert und Schrittweite. Im nächsten Kapitel werden wir das Thema Strings erneut aufgreifen und vertiefen.