在Python中，循環（for/while）是處理重複任務的基礎工具。而循環嵌套則是更進階的技巧，指在一個循環內部再包含另一個循環。它能幫我們處理更復雜的“多層重複”問題，比如遍歷二維數據、生成圖形或組合多個列表元素。
一、循環嵌套的基礎概念¶
簡單來說，嵌套循環就是“循環裏面套循環”。外層循環控制大的迭代範圍，內層循環則在每個外層循環的“單元”裏執行更細緻的重複操作。
舉個最簡單的例子：打印一個3x3的矩陣（每行3個數字）：
# 外層循環控制行數（3行）
for i in range(3):
# 內層循環控制每行的列數（3列）
for j in range(3):
print(f"({i},{j})", end=" ") # end=" " 讓數字在同一行
print() # 每行結束後換行
輸出結果：
(0,0) (0,1) (0,2)
(1,0) (1,1) (1,2)
(2,0) (2,1) (2,2)
- 外層循環變量
i從0到2（共3次），代表“行”； - 內層循環變量
j每次從0到2（共3次），代表“列”； - 內層循環完成後，執行
print()換行，進入下一行。
二、常見使用場景¶
嵌套循環的核心是“處理多層重複邏輯”，以下是最典型的場景：
1. 處理二維數據（表格/矩陣）¶
當數據是“二維結構”（比如表格、矩陣、列表的列表）時，嵌套循環可以逐層遍歷。
場景示例：有一個學生成績表，每個學生對應多門科目的成績，需要統計每個學生的總分。
scores = [
[90, 85, 95], # 學生1：語文、數學、英語
[88, 92, 79], # 學生2
[76, 80, 85] # 學生3
]
for student in scores: # 外層循環：遍歷每個學生
total = 0
for score in student: # 內層循環：遍歷該學生的每門成績
total += score
print(f"學生總分：{total}")
輸出結果：
學生總分：270
學生總分：259
學生總分：241
2. 生成圖形（圖形打印）¶
嵌套循環可以用來繪製規則圖形，比如矩形、三角形、菱形等。
場景示例1：打印直角三角形（n=5行）：
n = 5
for i in range(1, n+1): # 外層循環：控制行數（1到5）
for j in range(i): # 內層循環：控制每行的*數量（第i行有i個*）
print("*", end="")
print() # 換行
輸出結果：
*
**
***
****
*****
場景示例2：打印矩形（3行4列）：
for i in range(3): # 3行
for j in range(4): # 每行4列
print("■", end="")
print() # 換行
輸出結果：
■■■■
■■■■
■■■■
3. 組合多個列表元素（笛卡爾積）¶
如果需要對兩個或多個列表的元素進行“全組合”（比如A列表的每個元素和B列表的每個元素配對），嵌套循環是最直觀的方法。
場景示例：組合兩個列表 [1,2] 和 ['a','b'] 的所有元素：
list1 = [1, 2]
list2 = ['a', 'b']
result = []
for x in list1: # 外層循環：遍歷list1的每個元素
for y in list2: # 內層循環：遍歷list2的每個元素
result.append((x, y)) # 組合成元組並加入結果
print(result)
輸出結果：
[(1, 'a'), (1, 'b'), (2, 'a'), (2, 'b')]
三、使用注意事項¶
雖然嵌套循環很強大，但使用不當容易導致邏輯混亂或性能問題。以下是初學者需要注意的關鍵點：
1. 避免過多嵌套層數¶
嵌套循環的“層數”會直接影響代碼的複雜度。超過3層嵌套時，代碼可讀性會大幅下降，且容易出錯。
優化思路：如果必須多層循環，可考慮用遞歸、列表推導式或庫函數（如itertools.product）簡化。
2. 注意循環變量的作用域¶
內層循環變量和外層循環變量不能同名（雖然Python不強制報錯，但會覆蓋外層變量，導致邏輯錯誤）。
錯誤示例：
for i in range(3):
for i in range(2): # 錯誤！內層i覆蓋外層i
print(i, end=" ")
print()
正確做法：使用不同變量名，如 i（外層）和 j（內層）。
3. 警惕性能問題¶
嵌套循環的時間複雜度是 O(n*m)（n、m爲循環次數）。當數據量較大時（如1000×1000），可能導致程序運行緩慢。
優化建議：
- 能用單層循環解決的問題，絕不嵌套（比如先把二維數據展平）；
- 使用列表推導式或內置函數（如map、filter）替代簡單嵌套循環。
4. 縮進錯誤導致邏輯失效¶
Python通過縮進來區分代碼塊，嵌套循環的縮進必須嚴格對齊。內層循環的代碼必須比外層循環縮進更深，否則會報錯或邏輯錯誤。
錯誤示例（內層循環未縮進）：
for i in range(2):
for j in range(2):
print(i, j) # 錯誤！print未縮進，無法訪問i,j
5. 提前終止循環（break/continue）¶
在嵌套循環中使用 break 或 continue 時，要明確終止的是當前循環還是所有循環。
- break：立即終止最內層循環，外層循環繼續；
- continue：跳過當前內層循環的剩餘語句，進入下一次內層循環。
四、總結¶
循環嵌套是Python中處理“多層重複”任務的核心工具，通過它可以高效解決二維數據遍歷、圖形生成、列表組合等問題。但使用時需注意：
1. 控制嵌套層數，避免代碼過於複雜；
2. 避免循環變量衝突，保證邏輯清晰；
3. 關注性能問題，數據量大時考慮優化。
從簡單例子開始練習（如打印乘法表、直角三角形），逐步掌握後就能靈活應對複雜場景了！