ما هو التكرار (Iteration)؟

البرنامج الذي يرسل بريدًا تذكيريًا إلى 10,000 مستخدم لا يحتوي على 10,000 نسخة من كود الإرسال. إنه يحتوي على الكود مرة واحدة داخل حلقة، والحلقة تشغّله مرة لكل مستخدم. كل تشغيل هو تكرار واحد، والحلقة بمجملها هي طريقة البرنامج في المرور على مستخدميه.

كيف يعمل التكرار خطوة بخطوة

كل حلقة تتبع الدورة نفسها:

1. الفحص. اختبر شرط الحلقة، وهو قيمة منطقية (boolean): هل يوجد عنصر آخر، أو هل ما زال العدّاد أقل من الحد؟
2. التنفيذ. إذا كان الجواب صوابًا، نفّذ جسم الحلقة مرة واحدة.
3. التحديث. انتقل إلى العنصر التالي أو غيّر العدّاد.
4. الإعادة. عُد إلى الخطوة 1. وعندما يعطي الفحص خطأ، يتابع البرنامج الكود الذي بعد الحلقة.

هنا يُنفَّذ جسم الحلقة خمس مرات، وكل تكرار يضيف العدد التالي إلى مجموع متراكم:

total = 0

for n in range(1, 6):
    total = total + n
    print("iteration", n, "total is now", total)

print("Done:", total)

iteration 1 total is now 1
iteration 2 total is now 3
iteration 3 total is now 6
iteration 4 total is now 10
iteration 5 total is now 15
Done: 15

المتغير total يوجد خارج الحلقة، لذا يحتفظ بقيمته من تكرار إلى التالي. وهذا النمط، أي متغير يُعيَّن قبل الحلقة ويُحدَّث داخلها، يُسمّى المُراكِم (accumulator)، ويظهر في كل حلقة تقريبًا تحسب شيئًا.

حلقات العدّ وحلقات الشرط

للتكرار نوعان. التكرار المحدد يعمل عددًا معروفًا من المرات: مرة لكل عنصر في قائمة، أو مرة لكل عدد من 1 إلى 5. وحلقة for في Python مصممة لهذا، وغالبًا مع range().

أما التكرار غير المحدد فيعيد التنفيذ حتى يحدث شيء ما، وعدد المرات غير معروف مسبقًا. وحلقة while تناسب هذه الحالة:

balance = 100
years = 0

while balance < 200:
    balance = balance * 1.10
    years = years + 1

print(years, "years, balance", round(balance, 2))

8 years, balance 214.36

المال الذي ينمو بنسبة 10% سنويًا يحتاج إلى 8 سنوات ليتضاعف. وقد توصّل البرنامج إلى ذلك بالتكرار، لا بحل معادلة. ويشرح دليلا حلقات for وحلقات while النوعين في Python.

المرور على مجموعة

معظم الحلقات تمر على مجموعة: عناصر مصفوفة، أو أحرف سلسلة نصية، أو أسطر ملف. تعطيك حلقة for في Python كل عنصر مباشرة، وتضيف enumerate() موقعه:

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(index, fruit)

0 apple
1 banana
2 cherry

خلف الكواليس، تطلب for من المجموعة مكرِّرًا (iterator) باستخدام iter()، ثم تستدعي next() عليه مرة في كل تكرار. ويمكنك إجراء الاستدعاءات نفسها بنفسك:

colors = ["red", "green", "blue"]

it = iter(colors)
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it, "no more items"))

red
green
blue
no more items

بدون القيمة الافتراضية، يطلق استدعاء next() الرابع الاستثناء StopIteration. وهذا الاستثناء هو الإشارة التي تعرف بها حلقة for أن المجموعة انتهت.

وتكتب اللغات الأخرى الفكرة نفسها بطرق مختلفة. تعدّ C باستخدام فهرس، بينما لدى Java وJavaScript أيضًا حلقة تعطيك كل عنصر:

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("%s\n", colors[i]);
}

for (String color : colors) {
    System.out.println(color);
}

for (const color of colors) {
    console.log(color);
}

التكرار مقابل الاستدعاء الذاتي

الاستدعاء الذاتي (recursion) هو الطريقة الأخرى لإعادة العمل: دالة تستدعي نفسها على نسخة أصغر من المسألة حتى تصل إلى حالة تستطيع الإجابة عنها مباشرة. كل ما يُكتب بإحداهما يمكن كتابته بالأخرى، لكنهما تتصرفان بشكل مختلف:

صف الذاكرة مهم عمليًا. تسمح Python افتراضيًا بنحو 1,000 استدعاء متداخل، لذا يفشل الجمع بالاستدعاء الذاتي لـ 5,000 عدد حيث لا تواجه الحلقة أي مشكلة:

def sum_loop(n):
    total = 0
    for k in range(1, n + 1):
        total = total + k
    return total

def sum_recursive(n):
    if n == 0:
        return 0
    return n + sum_recursive(n - 1)

print(sum_loop(100), sum_recursive(100))
print(sum_loop(5000))

try:
    print(sum_recursive(5000))
except RecursionError:
    print("sum_recursive(5000) failed: RecursionError")

5050 5050
12502500
sum_recursive(5000) failed: RecursionError

ويُظهر التمثيل المرئي للاستدعاء الذاتي مكدس الاستدعاءات وهو يكبر ويصغر خطوة بخطوة.

أخطاء شائعة

الحلقة اللانهائية. حلقة while التي لا يصبح شرطها خطأ أبدًا تعمل حتى توقف البرنامج. والسبب المعتاد هو نسيان خطوة التحديث، مثل حذف count = count - 1.

الخطأ بفارق واحد (off by one). يعطي range(1, 5) الأعداد 1 و2 و3 و4، وليس 5، لأن القيمة النهائية مستبعدة. والحلقة التي تعمل مرة زائدة أو ناقصة تظل تعمل دون خطأ وتعطي جوابًا خاطئًا، وهذا خطأ منطقي.

تغيير القائمة أثناء المرور عليها. حذف عناصر من القائمة التي تمر عليها يجعل الحلقة تتخطى عناصر:

numbers = [1, 2, 2, 3]

for n in numbers:
    if n == 2:
        numbers.remove(n)

print(numbers)

[1, 2, 3]

بقي أحد العددين 2، لأن حذف الـ 2 الأول أزاح الثاني إلى موقع كانت الحلقة قد تجاوزته. أنشئ قائمة جديدة بدلًا من ذلك: numbers = [n for n in numbers if n != 2].

إلى أين بعد ذلك

الحلقات تمر على المجموعات، لذا فإن ما هي المصفوفة هي الصفحة المرافقة الطبيعية، وتشرح صفحة ما هي القيمة المنطقية فحوص الصواب والخطأ التي تقرر متى تتوقف الحلقة. وعندما تعطي الحلقة نتيجة خاطئة دون رسالة خطأ، اقرأ ما هو الخطأ المنطقي. ولتتدرّب على كتابة الحلقات، ابدأ دورة Python أو جرّب الأمثلة السابقة في Python Playground.