2  Estructuras de Control

Objetivo

En esta clase aprenderemos a utilizar estructuras de control en Python para la toma de decisiones y la iteración.

Una estructura de control en un programa de computadora determina las líneas individuales de código que se ejecutarán y/o el orden o las veces en el que se ejecutarán. En este capítulo, aprenderemos sobre 4 tipos de declaraciones de control de flujo:

  1. if-elif-else
  2. match-case
  3. for
  4. while

2.1 Condicional en Python

De no ser por las estructuras de control, el código en cualquier lenguaje de programación sería ejecutado secuencialmente hasta terminar. Un código, no deja de ser un conjunto de instrucciones que son ejecutadas unas tras otra. Gracias a las estructuras de control, podemos cambiar el flujo de ejecución de un programa, haciendo que ciertos bloques de código se ejecuten si y solo si se dan unas condiciones particulares.

2.1.1 Uso del if

Un ejemplo sería si tenemos dos valores a y b que queremos dividir. Antes de entrar en el bloque de código que divide a/b, sería importante verificar que b es distinto de cero, ya que la división por cero no está definida. Es aquí donde entran los condicionales if.

a = 4
b = 3
if b != 0:
    print(a/b)

En este ejemplo podemos ver como se puede usar un if en Python. Con el operador != se comprueba que el número b sea distinto de cero y, si lo es, se ejecuta el código que está sangrado. Por lo tanto un if tiene dos partes:

  • La condición que se tiene que cumplir para que el bloque de código se ejecute, en nuestro caso b!=0.
  • El bloque de código que se ejecutará si se cumple la condición anterior.

Es muy importante tener en cuenta que la sentencia if debe ir terminada por : y el bloque de código a ejecutar debe estar sangrado con una tabulación o 4 espacios. En la mayoría de IDEs, el sangrado se produce automáticamente al presionar enter. Nótese que el bloque de código puede contener más de una instrucción.

if b != 0:
    c = a/b
    d = c + 1
    print(d)

Todo lo que vaya después del if y esté sangrado, será parte del bloque de código que se ejecutará si la condición se cumple. Por lo tanto, en el siguiente ejemplo, el segundo print() será ejecutado siempre, ya que está fuera del bloque if, ya que tiene un nivel de sangrado diferente.

if b != 0:
    c = a/b
    print("Dentro if")
print("Fuera if")

Existen otros operadores con los que se puede construir la condición del if, como son >, <, >=, <=, ==.

if b > 0:
    print(a/b)

Se pueden combinar varias condiciones entre el if y :. Por ejemplo, se puede requerir que un número sea mayor que 5 y además menor que 15. Tenemos en realidad tres operadores usados conjuntamente, que serán evaluados por separado hasta devolver el resultado final, que será True si la condición se cumple o False de lo contrario.

a = 10
if a > 5 and a < 15:
    print("Mayor que 5 y menor que 15")

Es muy importante tener en cuenta que, a diferencia de otros lenguajes, en Python no puede haber un bloque if vacío.

if a > 5:

Por lo tanto si tenemos un if sin contenido, tal vez porque sea una tarea pendiente que estamos dejando para implementar en un futuro, es necesario hacer uso de pass para evitar el error. Realmente pass no hace nada, simplemente es para tener contento al interprete de código.

if a > 5:
    pass

Algo que es posible, pero no es recomendable, es poner todo el bloque que va dentro del if en la misma línea, justo a continuación de los :. Si el bloque de código no es muy largo, puede ser útil para ahorrarse alguna línea de código.

if a > 5: print("Es > 5")

Si tu bloque de código tiene más de una línea, se pueden poner también en la misma línea separándolas con ;.

if a > 5: print("Es > 5"); print("Dentro del if")

2.1.2 Uso de else y elif

Es posible que no solo queramos hacer algo si una determinada condición se cumple, sino que además queramos hacer algo en caso contrario. Es aquí donde entra la cláusula else. La parte del if se comporta de la manera que ya hemos explicado, con la diferencia de que si esa condición no se cumple, se ejecutará el código presente dentro del else. Nótese que ambos bloque de código son excluyentes, se entra o en uno o en otro, pero nunca se ejecutarán los dos.

x = 3
if x == 5:
    print("Es 5")
else:
    print("No es 5")

En muchos casos, podemos tener varias condiciones diferentes y para cada una queremos un código distinto. Es aquí donde entra en juego el elif.

x = 5
if x == 5:
    print("Es 5")
elif x == 6:
    print("Es 6")
elif x == 7:
    print("Es 7")

Con la cláusula elif podemos ejecutar tantos bloques de código distintos como queramos según la condición. Traducido al lenguaje natural, sería algo así como decir:

si es igual a 5 haz esto, si es igual a 6 haz lo otro, si es igual a 7 haz lo otro.

Se puede usar también de manera conjunta todo, el if con el elif y un else al final. Es muy importante notar que if y else solamente puede haber uno, mientras que elif puede haber varios.

x = 5
if x == 5:
    print("Es 5")
elif x == 6:
    print("Es 6")
elif x == 7:
    print("Es 7")
else:
    print("Es otro")

2.1.3 Operador ternario

El operador ternario es una herramienta muy potente que muchos lenguajes de programación tienen. En Python es un poco distinto a lo que sería en C, pero el concepto es el mismo. Se trata de una cláusula if, else que se define en una sola línea y puede ser usado, por ejemplo, dentro de un print().

Existen tres partes en un operador ternario, que son exactamente iguales a los que había en un if else. Tenemos la condición a evaluar, el código que se ejecuta si se cumple y el código que se ejecuta si no se cumple. En este caso, tenemos los tres en la misma línea.

[código si se cumple] if [condición] else [código si no se cumple]

Para saber más: El operador ternario fue propuesto en la PEP 308.

x = 5
print("Es 5" if x == 5 else "No es 5")
#Es 5

Es muy útil y permite ahorrarse algunas líneas de código, además de aumentar la rapidez a la que escribimos. Si por ejemplo tenemos una variable a la que queremos asignar un valor en función de una condición, se puede hacer de la siguiente manera. Siguiendo el ejemplo anterior, en el siguiente código intentamos dividir a entre b. Si b es diferente a cero, se realiza la división y se almacena en c, de lo contrario se almacena -1. Ese -1 podría ser una forma de indicar que ha habido un error con la división.

a = 10
b = 5
c = a/b if b!=0 else -1
print(c)

2.2 Structural Pattern Matching en Python

La coincidencia de patrones estructurales (Structural Pattern Matching) es una herramienta que nos permite ejecutar diferentes secciones de código dependiendo de una condición. Su funcionalidad es similar a una estructura de tipo switch al estilo de las que tenemos en C, Java u otros lenguajes, pero mucho más potente. Esta estructura de control es la más reciente en Python, ya que fue propuesta en la PEP 636 y se implementó a partir de la versión 3.10.

2.2.1 Introducción al switch

Ya sabemos que el uso del if junto con else y elif nos permite ejecutar un código determinado dependiendo de una condicion, como podemos ver en el siguiente código.

status = 300
if status == 400:
    print("Bad request")
elif status == 404:
    print("Not found")
elif status == 418:
    print("I'm a teapot")
else:
    print("Something's wrong with the Internet")

La misma funcionalidad se podría escribir de la siguiente manera haciendo uso del switch. Como puedes ver su uso tal vez resulte algo más limpio y de hecho en determinadas ocasiones es más rápido. Para construir nuestra estructura en Python haremos uso de dos nuevas palabras en el lenguaje: match y case.

status = 300
match status:
    case 400:
        print("Bad request")
    case 404:
        print("Not found")
    case 418:
        print("I'm a teapot")
    case _:
        print("Something's wrong with the Internet")

2.2.2 Diferencia entre if-elif-else y match-case

Una de las principales diferencias es que usando if-elif-else no todos los bloques tienen el mismo tiempo de acceso. Todas las condiciones van siendo evaluadas hasta que se cumple y se sale. Imaginemos que tenemos 100 condiciones.

if condicion == 1:
    print("1")
elif condicion == 2:
    print("2")

# ... hasta 100
elif condicion == 100:
    print("3")

else:
    print("x")

El tiempo de ejecución será distinto si la condicion es 1 o es 70 por ejemplo:

  • Si es 1: Se evalúa el primer if y como se cumple la condición se ejecuta y se sale.
  • Si es 70: Se va evaluando cada condición hasta llegar al 70. Es decir, tienen que evaluarse 70 condiciones.
  • Sin embargo, en el match-case todos los elementos tienen el mismo tiempo de acceso. Esto se debe a que por debajo está implementado con lookup tables.

Si trabajamos con un gran número de condiciones, el uso del match-case sobre el if-elif-else podría notarse.

2.2.3 Structural pattern matching vs. Switch

Hasta aquí hemos visto un ejemplo básico, que no parece especialmente novedoso. Sin embargo, las posibilidades son mucho mayores y más potentes para poder hacer matching con diferentes estructuras y tipos de datos, lo que realmente convierte al Structural Pattern Matching en una herramienta muy conveniente en muchas circunstancias. Veamos algunos ejemplos más avanzados:

my_list = [0,1,3]
match my_list:
    case []:
        print("Lista vacía")
    case [x]:
        print(f"Lista de un elemento: {x}")
    case [1, 2] | [2, 1] | [1, 3] | [3, 1]:
        print(f"Estas combinaciones me interesan mucho")
    case [x, y]:
        print(f"Lista con dos elementos: {x} y {y}")
    case [x, y, z]:
        print(f"Lista con tres elementos: {x}, {y} y {z}")
    case [0, 1, 1, 2, *tail]:
        print(f"Parece que es la serie de Fibonacci...")
    case ["end", "of", "game"]:
        print(f"Se acabó el juego...")
    case [x, y, *tail]:
        print(f"Lista con más de tres elementos. Los dos primeros son: {x} y {y}")

En este ejemplo vemos como junto al case, podemos no solo poner literales o enteros, sino listas con diferente estructura. De esta forma podemos hacer un manejo muy cómodo y sencillo en función de la estructura y contenido de la lista recibida y ejecutar diferente lógica, sin la necesidad de usar la función len() ni acceder explícitamente a los elementos de la lista.

Como vemos en el tercer case, podemos usar el operador | (OR) para declarar varias opciones que harían match en ese caso.

Funciona también con otro tipo de estructura de datos, por ejemplo en el siguiente código se trabajo sobre tuplas.

point = (0,0)
match point:
    case (0, 0):
        print("Origin")
    case (0, y):
        print(f"Y={y}")
    case (x, 0):
        print(f"X={x}")
    case (x, y):
        print(f"X={x}, Y={y}")
    case _:
        raise ValueError("Not a point")

No sólo podemos hacer uso de tipos de datos básicos de Python, sino que podemos hacer match con objetos de clases definidas por nosotros mismos y ahorrarnos un montón de llamadas a la función isinstance().

Para ello, en el case declararemos la construcción del objeto con los argumentos correspondientes nombrados y de esta forma haremos match.

También es posible no nombrar los argumentos del constructor y pasarlos de forma posicional, pero para ello tendremos que apoyarnos en el decorador dataclass de la biblioteca estándar de Python o definiendo el atributo match_args de cualquiera de nuestras clases.

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Pair:
    first: int
    second: int

pair = Pair(20, 20)
match pair:
    case Pair(0, x):
        print("Case #1")
    case Pair(x, y) if x == y:
        print("Case #2")
    case Pair(first=x, second=20):
        print("Case #3")
    case Pair as p:
        print("Case #4")

En este último ejemplo observamos también la posibilidad de añadir condicionales adicionales al matching. En el caso 2 vemos cómo se ha añadido una condición adicional y es que \(x\) sea igual a \(y\) a través de una construcción if. Esto nos permite llegar a un nivel de casuísticas y de control muy fino.

2.3 Bucle for en Python

A continuación explicaremos el bucle for y sus particularidades en Python, que comparado con otros lenguajes de programación, tiene ciertas diferencias.

El for es un tipo de bucle en que el número de iteraciones esta definido de antemano por un iterable. En el siguiente ejemplo vemos un bucle for que se ejecuta 5 veces, y donde la i incrementa su valor automáticamente en 1 en cada iteración.

for i in range(5):
    print(i)

En Python se puede iterar prácticamente todo, como por ejemplo una cadena. En el siguiente ejemplo vemos como la i va tomando los valores de cada letra.

for i in "Python":
    print(i)

2.3.1 Iterables e iteradores

Para entender completamete los bucles for es muy importante entender los conceptos de iterables e iteradores. Empecemos con un par de definiciones:

  • Los iterables son aquellos objetos que como su nombre indica pueden ser iterados, lo que dicho de otra forma es que puedan ser indexados. Si piensas en una lista en Python, podemos indexarlo con lista[1] por ejemplo, por lo que sería un iterable.
  • Los iteradores son objetos que hacen referencia a un elemento y que tienen un método next que permite hacer referencia al siguiente.

Para saber más: Si quieres saber más sobre los iteradores te dejamos este enlace a la documentación oficial.

Ambos son conceptos un tanto abstractos y que pueden ser complicados de entender. Veamos unos ejemplos. Como hemos comentado, los iterables son objetos que pueden ser iterados o accedidos con un índice. Algunos ejemplos de iterables en Python son las listas, tuplas, cadenas o diccionarios. Sabiendo esto, lo primero que tenemos que tener claro es que en un for lo que va después del in deberá ser siempre un iterable.

for <iterador> in <iterable>:
    <Código>

Tiene bastante sentido, porque si queremos iterar una variable, esta variable debe ser iterable, todo muy lógico. Pero llegados a este punto, tal vez te preguntes ¿pero cómo sé yo si algo es iterable o no?. Bien fácil, con la siguiente función isinstance() podemos saberlo. No te preocupes si no entiendes muy bien lo que estamos haciendo, fíjate solo en el resultado, True significa que es iterable y False que no lo es.

from collections.abc import Iterable
lista = [1, 2, 3, 4]
cadena = "Python"
numero = 10
print(isinstance(lista, Iterable))  #True
print(isinstance(cadena, Iterable)) #True
print(isinstance(numero, Iterable)) #False

Una vez entendidos los iterables, veamos los iteradores. Para entender los iteradores, es importante conocer la función iter() en Python. Dicha función puede ser llamada sobre un objeto que sea iterable y nos devolverá un iterador como se ve en el siguiente ejemplo.

lista = [5, 6, 3, 2]
it = iter(lista)
print(it)
print(type(it))

Vemos que al imprimir it es un iterador, de la clase list_iterator. Esta variable iteradora hace referencia a la lista original y nos permite acceder a sus elementos con la función next(). Cada vez que llamamos a next() sobre it, nos devuelve el siguiente elemento de la lista original. Por lo tanto, si queremos acceder al elemento 4, tendremos que llamar 4 veces a next(). Nótese que el iterador empieza apuntando fuera de la lista y no hace referencia al primer elemento hasta que no se llama a next() por primera vez.

lista = [5, 6, 3, 2]
it = iter(lista)
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))

Para saber mas: Existen otros iteradores para diferentes clases:

  • str_iterator para cadenas
  • list_iterator para sets.
  • tuple_iterator para tuplas.
  • set_iterator para sets.
  • dict_keyiterator para diccionarios.

Dado que el iterador hace referencia a nuestra lista, si llamamos más veces a next() que la longitud de la lista se nos devolverá un error StopIteration. Lamentablemente no existe ninguna opción de volver al elemento anterior.

lista = [5, 6]
it = iter(lista)
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))

Es perfectamente posible tener diferentes iteradores para la misma lista y serán totalmente independientes. Tan solo dependerán de la lista, como es evidente, pero no entre ellos.

lista = [5, 6, 7]
it1 = iter(lista)
it2 = iter(lista)
print(next(it1))
print(next(it1))
print(next(it1))
print(next(it2))

2.3.2 Bucles for anidados

Es posible anidar los for, es decir, meter uno dentro de otro. Esto puede ser muy útil si queremos iterar algún objeto que en cada elemento, tiene a su vez otra clase iterable. Podemos tener por ejemplo, una lista de listas, una especie de matriz.

lista = [[56, 34, 1],
         [12, 4, 5],
         [9, 4, 3]]

Si iteramos usando sólo un for estaremos realmente accediendo a la segunda lista, pero no a los elementos individuales.

for i in lista:
    print(i)

Si queremos acceder a cada elemento individualmente, podemos anidar dos for. Uno de ellos se encargará de iterar las columnas y el otro las filas.

for i in lista:
    print('for externo para:',i)
    for j in i:
        print(j)

2.3.3 Listas por comprensión

Las listas por comprensión es una construcción sintáctica disponible en Python con la que se pueden crear lista a partir de otros elementos iterables. Siendo una de las contracciones más elegantes del lenguaje. A continuación, se mostrará la sintaxis básica para trabajar con las listas por comprensión.

# Forma tradicional
numbers = [1, 2, 3, 4]
results = []

for n in numbers:
    results.append(n + 1)
    
print(results)
# Usando comprensión
numbers = [1, 2, 3, 4]
results = [n + 1 for n in numbers]
print(results)

Obteniéndose el mismo resultado solamente con mucho menos código. En el código los corchetes indican que la salida de la lista n + 1 es la expresión que ejecutar para cada uno de los elementos del bucle for. Es decir, que a cada uno de los valores sobre los que se itera se añada se le sume la unidad.

Adicionalmente, es posible añadir condiciones a las listas por comprensión en Python. Para lo que solamente se tiene que agregar un if al final de la condición. Siguiendo con el ejemplo anterior, se podría sumar uno solamente a los registros que sean menores que tres.

numbers = [1, 2, 3, 4]
results = [n + 1 for n in numbers if n < 3]
results

Al ejecutar el código se puede observar que solamente se tienen dos registros, los que cumple la condición. En el caso de que se desee realizar una operación diferente cuando no se cumple la condición se puede hacer con un else. Aunque es necesario modificar el orden. Si se utiliza un else, la condición se tiene que situar justamente después de la expresión y antes del for. Por ejemplo, en el siguiente código los números mayores o iguales que tres se dejan sin modificar.

numbers = [1, 2, 3, 4]
results = [n + 1 if n < 3 else n for n in numbers]
results

La posibilidad de anidar bucles for en las listas por comprensión permiten realizar operaciones realmente completas. Así se puede iterar sobre varios objetos iterables para aplicar una condición.

Un ejemplo típico de esto es buscar el conjunto de elementos comunes en dos listas. Lo que se puede conseguir de con el siguiente código.

names_1 = ['Oralie' ,'Imojean' ,'Michele', 'Ailbert', 'Stevy']
names_2 = ['Jayson', 'Oralie' ,'Michele', 'Stevy', 'Alwyn']

common = [a for a in names_1 for b in names_2 if a == b]
common

2.4 Bucle while en Python

El uso del while nos permite ejecutar una sección de código repetidas veces, de ahí su nombre. El código se ejecutará mientras una condición determinada se cumpla. Cuando se deje de cumplir, se saldrá del bucle y se continuará la ejecución normal. Llamaremos iteración a una ejecución completa del bloque de código.

Cabe destacar que el while es un tipo de bucle con un número de iteraciones no definidas.

x = 5
while x > 0:
    x -=1
    print(x)

En el ejemplo anterior tenemos un caso sencillo de while. Tenemos una condición x>0 y un bloque de código a ejecutar mientras dure esa condición. Por lo tanto mientras que x sea mayor que 0, se ejecutará el código. Una vez se llega al final, se vuelve a empezar y si la condición se cumple, se ejecuta otra vez. En este caso se entra al bloque de código 5 veces, hasta que en la sexta, x vale cero y por lo tanto la condición ya no se cumple. Por lo tanto el while tiene dos partes:

  • La condición que se tiene que cumplir para que se ejecute el código.
  • El bloque de código que se ejecutará mientras la condición se cumpla.

¡Ten cuidado!, ya que un mal uso del while puede dar lugar a bucles infinitos y problemas de memoria y uso de CPU. Cierto es que en algún caso tal vez nos interese tener un bucle infinito, pero salvo que estemos seguros de lo que estamos haciendo, hay que tener cuidado. Imaginemos que tenemos un bucle cuya condición siempre se cumple. Por ejemplo, si ponemos True en la condición del while, siempre que se evalúe esa expresión, el resultado será True y se ejecutará el bloque de código. Una vez llegado al final del bloque, se volverá a evaluar la condición, se cumplirá, y vuelta a empezar.

⚠⚠⚠ No te recomiendo que ejecutes el siguiente código, pero puedes intentarlo. ⚠⚠⚠

# ⚠ ⚠ ⚠ ⚠ WARNING: bucle infinito
while True:
    print("Bucle infinito")

Es posible tener un while en una sola línea, algo muy útil si el bloque que queremos ejecutar es corto. En el caso de tener más de una sentencia, las debemos separar con ;.

x = 5
while x > 0: x-=1; print(x)

También podemos usar otro tipo de operación dentro del while, como la que se muestra a continuación. En este caso tenemos una lista que mientras no este vacía, vamos eliminando su primer elemento.

x = ["Uno", "Dos", "Tres"]
while x:
    x.pop(0)
    print(x)

2.5 break, continue y else

La declaración break rompe el bucle for o while más interno. Un bucle for o while puede incluir una cláusula else. En un bucle for, la cláusula else se ejecuta después de que el bucle alcanza su iteración final. En un bucle while, se ejecuta después de que la condición del bucle se vuelve falsa. En cualquier tipo de bucle, la cláusula else NO se ejecuta si el bucle terminó con una interrupción.

Esto se ejemplifica en el siguiente bucle for, que busca números primos:

for n in range(2, 10):
    for x in range(2, n):
        if n % x == 0:
            print(n, '=', x, '*', n//x)
            break
    else:
        # bucle acaba sin hallar un factor
        print(n, 'es número primo')

El uso de continue, al igual que el ya visto break, nos permite modificar el comportamiento de de los bucles while y for.

Concretamente, continue se salta todo el código restante en la iteración actual y vuelve al principio en el caso de que aún queden iteraciones por completar.

La diferencia entre el break y continue es que el continue NO rompe el bucle, si no que pasa a la siguiente iteración saltando el código pendiente.

En el siguiente ejemplo vemos como al encontrar la letra “P” se llama al continue, lo que hace que se salte el print(). Es por ello por lo que no vemos la letra “P” impresa en pantalla.

cadena = 'Python'
for letra in cadena:
    if letra == 'P':
        continue
    print(letra)

A diferencia del break, el continue no rompe el bucle sino que finaliza la iteración actual, haciendo que todo el código que va después se salte, y se vuelva al principio a evaluar la condición.

En el siguiente ejemplo podemos ver como cuando la x vale 3, se llama al continue, lo que hace que se salte el resto de código de la iteración.

x = 5
while x > 0:
    x -= 1
    if x == 3:
        continue
    y = 3
    print('x =',x,'| y =',y)

2.6 Ejercicios prácticos

  • Cree un nuevo Notebook.
  • Guarde el archivo como Ejercicios_practicos_clase_2.ipynb.
  • Asigne un título H1 con su nombre.

    • 2.6.1 Ejercicio práctico 1

    1. Escribe un programa que solicite al usuario ingresar 10 números enteros.
    2. El programa debe analizar cada número ingresado y clasificarlo como par o impar.
    3. Si el número es negativo, el programa debe saltar a la siguiente iteración utilizando continue.
    4. Si el número es 0, el programa debe terminar el bucle prematuramente utilizando break.
    5. Al final, el programa debe imprimir cuántos números fueron clasificados como par y cuántos como impar.
    6. Si el bucle termina sin que se haya encontrado un 0, imprime un mensaje adicional que indique que todos los números fueron procesados sin interrupción.

    2.6.2 Ejercicio práctico 2

    1. Escribe un programa que actúe como una calculadora básica.
    2. El programa debe solicitar al usuario ingresar dos números y una operación (suma, resta, multiplicación, división).
    3. Utiliza match-case para realizar la operación correspondiente.
    4. Si la operación es división y el segundo número es 0, el programa debe mostrar un mensaje de error y solicitar una nueva operación.
    5. Permite al usuario continuar realizando operaciones hasta que decida salir ingresando la palabra “salir”.