Python中三種花式列印的範例詳解

2022-03-19 13:01:38

1. 引言

在Python中有很多好玩的花式列印，對厲害的高手來說可能是小菜一碟，對入門的小白來說往往讓人望而退步，我們今天就來挑戰下面三個常見的花式列印吧。。。

2. 列印聖誕樹

2.1 問題描述

編碼實現函數christmas_tree(height)，該函數輸入引數為一個整數表示聖誕樹的高度，輸出為列印高度為height的聖誕樹圖案，其中預設樹幹的高度始終為2.

樣例如下：

# height = 3
  *
 ***
*****
  *
  *
# height = 4
   *
  ***
 *****
*******
   *
   *
# height = 5
    *
   ***
  *****
 *******
*********
    *
    *

2.2 問題分析

仔細觀察上述輸出圖案，我們可以將聖誕樹分成兩部分——頂部三角形和樹幹。

# case: height = 4
   *      3 space + 1 *
  ***     2 space + 3 *
 *****    1 space + 5 *
*******   0 space + 7 *
   *      3 space + 1 *
   *      3 space + 1 *

如果我們使用 range(height)，那麼此時需要將 i 的值 0,1,2,3 對映到空格數 3,2,1,0 和 * 字元數 1,3,5,7。即如下所示：

 num_space   num_star
i=0  3           1
i=1  2           3
i=2  1           5
i=3  0           7
i    height-i-1  i*2+1

我們將其抽象，可以使用公式 height-i-1 將 i 對映到 num_space，使用公式 i*2+1 將 i 對映到 num_star。進而，我們可以得出我們的程式碼實現：

def christmas_tree(height):
    for i in range(height):
        print(" " * (height-i-1) + "*" * (i*2+1))
    for i in range(2):
        print(" " * (height-1) + "*")

3. 列印字母版聖誕樹

3.1 問題描述

編碼實現函數 string_christmas_tree(string) ，它接受一個字串作為輸入，並根據字串列印一個聖誕樹圖案。同樣，樹幹的高度始終為 2。

樣例如下：

# string = "abc"
  a
 bab
cbabc
  a
  a
# string = "abcd"
   a
  bab
 cbabc
dcbabcd
   a
   a
# string = "abcde"
    a
   bab
  cbabc
 dcbabcd
edcbabcde
    a
    a

3.2 問題分析

和問題一的解決方案類似，我們可以將上述輸出拆分為兩部分，第一個用於頂部三角形的輸出，第二部分用於主幹的輸出。

# case where string = "abcd"
   a     3 space + string[0:0:-1] + string[:1]
  bab    2 space + string[1:0:-1] + string[:2]
 cbabc   1 space + string[2:0:-1] + string[:3]
dcbabcd  0 space + string[3:0:-1] + string[:4]
   a     3 space + string[0]
   a     3 space + string[0]

這裡，如果我們使用range(len(string))，我們需要將i值0,1,2,3對映到空格數3,2,1,0，左切片0,1,2,3和右切片 1,2,3,4。即如下所示：

     space             left  right
i=0  3                 0     1
i=1  2                 1     2
i=2  1                 2     3
i=3  0                 3     4
i    len(string)-i-1   i     i+1

更一般的，我們可以使用公式 len(string)-i-1 將 i 對映到num_space。 i 和 left 完全一樣，所以這裡不需要對映，我們可以簡單地將 i 加 1 來得到right。

進而，我們可以得出我們的程式碼實現：

def string_christmas_tree(string):
    for i in range(len(string)):
        print(" "*(len(string)-i-1) + string[i:0:-1] + string[:i+1])
    for i in range(2):
        print(" "*(len(string)-1) + string[0])

4. 列印字母版菱形

4.1 問題描述

編碼實現函數 string_diamond(string) ，該函數接受一個字串作為輸入，並列印以下菱形圖案。假設該字串具有奇數個字元。
樣例如下：

# string = "abcde"
  a
 abc
abcde
 cde
  e
# string = "abcdefg"
   a
  abc
 abcde
abcdefg
 cdefg
  efg
   g
# string = "abcdefghi"
    a
   abc
  abcde
 abcdefg
abcdefghi
 cdefghi
  efghi
   ghi
    i

4.2 問題分析

根據我們的觀察，我們依舊將上述輸出圖案拆分為上下兩個部分，其中上半部分為頂部三角形，另一半為底部倒三角形。

# case where string = "abcdefg"
   a      3 space + string[:1]
  abc     2 space + string[:3]
 abcde    1 space + string[:5]
abcdefg   0 space + string[:7]
 cdefg    1 space + string[2:]
  efg     2 space + string[4:]
   g      3 space + string[6:]

首先，我們需要找到上半部分頂部三角形的高度。我們可以使用公式 len(string)//2+1 來獲得高度。
接著我們來分析上半部分的三角形輸出：

如果我們使用 range(height)，我們需要將 i 對映到空格數 3,2,1,0，然後是切片的末端 1,3,5,7。

  spaces      slice
i=0  3           1
i=1  2           3
i=2  1           5
i=3  0           7
i    height-i-1  i*2+1

最後我們來分析下半部分的三角形輸出：

我們可以使用 range(1, height)，此時需要將 i 對映到空格數 1,2,3 和切片的開頭 2,4,6

   spaces   slice
i=1  1        2
i=2  2        4
i=3  3        6
i    i        i*2

有了上面的分析，我們可以愉快的編碼了，程式碼實現如下：

def string_diamond(string):
    height = len(string)//2+1
    
    for i in range(height):
        print(" "*(height-i-1) + string[:i*2+1])
    for i in range(1, height):
        print(" "*i + string[i*2:])