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文檔簡介
1、RAPTOR程序設計基礎,可視化計算,1,學習目標,為什么學習RAPTOR系統(tǒng)? RAPTOR程序設計環(huán)境有那些基本概念? 如何使用程序設計進行計算問題的求解?,2,為什么要學習RAPTOR?,RAPTOR(the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning-用于有序推理的快速算法原型工具),是一種基于流程圖仿真的可視化的程序設計環(huán)境,為程序和算法設計的基礎課程的教學提供實驗環(huán)境 使用RAPTOR設計的程序和算法可以直接轉換成為C+、C#、Java等高級程序語言,這就為程序和算法的初學者鋪就了一條平緩、自然的學習階梯,3,使
2、用RAPTOR的理由,可以在最大限度地減少語法要求的情形下,幫助用戶編寫正確的程序指令 程序就是流程圖,可以逐個執(zhí)行圖形符號,以便幫助用戶跟蹤指令流執(zhí)行過程 容易掌握 用RAPTOR可以進行算法設計和驗證,從而使初學者有可能理解和真正掌握“計算思維”,4,RAPTOR基本程序環(huán)境,基本界面,5,四種基本符號/語句,6,變量,變量(variable)表示的是計算機內(nèi)存中的位置,用于保存數(shù)據(jù)值 在任何時候,一個變量只能容納一個值 在程序執(zhí)行過程中,變量的值可以改變 命名:以字母開頭,由字母、數(shù)字、下劃線組成,7,變量賦值過程,8,RAPTOR變量值的設置,基本原則: 任何變量在被引用前必須存在并被
3、賦值 變量的類型由最初的賦值語句所給的數(shù)據(jù)決定 設置方法 通過輸入語句賦值 通過賦值語句的中的公式運算后賦值 通過調(diào)用過程的返回值賦值,9,RAPTOR數(shù)據(jù)類型,數(shù)值(Number): 如12,567,-4,3.1415,0.000371 字符串 (String): 如“Hello, how are you?”, “James Bond”, “The value of x is: ” 注意:本系統(tǒng)不能使用漢字字符!,10,變量報錯的原因,未定義引用,11,變量報錯的原因,拼寫錯,12,不同類型的數(shù)據(jù)不可比較,13,RAPTOR常量,RAPTOR定義了四個常量(Constant) 下列四個符號取
4、值為固定值,不可更改,只能引用 pi(圓周率) 定義為 3.1416 e (自然對數(shù)的底)定義為 2.7183 true /yes(布爾值: 真) 定義為 1 false/no(布爾值:假) 定義為 0,14,給程序增加語句符號,在“start”和“End”之間的箭頭上點鼠標右鍵,在快捷菜單可以添加語句符號。,15,輸入(Input)語句,輸入語句的編輯(Edit)對話框 提示部分 變量部分,16,輸入(Input)語句,輸入語句在流程圖中顯示的狀態(tài) 運行時對話框,17,輸出語句,執(zhí)行輸出語句將在主控(Master Console)窗口顯示輸出結果 輸出的結果可以使用或不使用換行操作 其中Th
5、e Number Is:是輸出語句的提示部分,為文本型數(shù)據(jù)兩端加雙引號,+ 表示連接后面的內(nèi)容,n 兩端無雙引號表示它是一個變量。End current line 選中表示下一個輸出語句將另起一行。注意:提示部分文字只能用英文,不支持漢字。,18,輸出語句,運行程序,點擊工具欄的 在輸入框輸入數(shù)字:5 輸出結果出現(xiàn)在主控窗口。,19,賦值語句(編輯),在輸入語句和輸出語句之間插入賦值符號,雙擊 Set部分為接受賦值的變量或 To部分為表達式,20,賦值語句(顯示),流程圖中的賦值語句,21,表達式,可以是任何計算單個值的簡單或復雜公式 是值(無論是常量或變量)和運算符的組合。 例如,考慮下面的
6、兩個例子:(1)x (3+9)/3(2)x 3+(9/3),22,內(nèi)置運算符和函數(shù),數(shù)學運算: +,-,*,/,*(加、減、乘、除、乘方) rem, mod(求余),sqrt(開平方) log, abs, (對數(shù),絕對值) ceiling, floor (向下取整,向上取整),23,內(nèi)置運算符和函數(shù),三角函數(shù): sin,cos,tan;正弦 ,余弦 ,正切 cot,arcsin,arccos;余切 ,反正弦 ,反余弦 arctan, arccot;反正切 ,反余切,24,內(nèi)置運算符和函數(shù),random,偽隨機數(shù) Length_of 求數(shù)組元素個數(shù),求字符串長度,25,表達式計算的“優(yōu)先順序”,
7、1.計算所有函數(shù)的值; 2.計算括號中表達式; 3.計算乘冪(,*); 4.從左到右,計算乘法和除法,最后從左到右,計算加法和減法。,26,注釋,注釋本身對計算機毫無意義,并不會被執(zhí)行。注釋的目的是增強程序的可讀性,幫助他人理解你所設計的程序或算法,27,一個帶注釋的算法,注釋的四種類型: 1.編程標題 2.分節(jié)描述 3.邏輯描述 4.變量說明,28,選擇控制,29,當程序執(zhí)行時,如果決策的結果是“Yes”(True),則執(zhí)行左側分支 如果結果是“No”(False),則執(zhí)行右側分支,選擇控制,注意選擇控制語句的兩個路徑之一可能是空的,或包含多條語句 選擇控制結構在英語環(huán)境中被稱為“if-th
8、en”結構,30,決策表達式,決策表達式(Decision Expressions)是一組值(常量或變量)和關系運算符的結合, 期望得到YES/NO這樣的結果 關系運算符(=、 / =、 、 =),必須針對兩個相同的數(shù)據(jù)類型值比較 例如,3 = 4或Wayne = Sam是有效的比較,但3 = Mike則是無效的,31,決策表達式中的運算符說明,32,級聯(lián)(嵌套)選擇控制,33,在選擇結構里面插入選擇結構,循環(huán)控制,循環(huán)(loop)控制語句允許重復執(zhí)行一個或多個語句,直到某些條件變?yōu)檎嬷担═rue) 菱形符號中的表達式結果為“No”,則執(zhí)行“No”的分支,這將導致循環(huán)語句和重復 要重復執(zhí)行的語
9、句可以放在菱形符號上方或下方 循環(huán)控制結構在英語環(huán)境中被稱為“While-do”結構,34,循環(huán)測試,在循環(huán)語句中,究竟是先計算后測試,還是先測試后計算,或者在計算的過程中間進行測試? 前序測試(Pre-test) 后續(xù)測試(Post-test) 中序測試(Intermediate-test),35,刪除圖的Statement 2 Statement1為前置條件 Statement 3是主循環(huán)體 如果進入了Statement3,測試條件也必須由這一部分進行修改;,前序測試,36,中序測試,Statement2是主循環(huán)體之一 而測試條件也是在Statement 2中產(chǎn)生 Statement3是主
10、循環(huán)體之二,37,后續(xù)測試,刪除和Statement3 Statement2是主循環(huán)體 而測試條件也是在Statement 2中產(chǎn)生;,38,輸入驗證循環(huán)之一,39,中序測試,輸入驗證循環(huán)之二,40,計數(shù)循環(huán),循環(huán)按特定的次數(shù),來執(zhí)行某個代碼塊 一個著名的縮寫 I.T.E.M (Initialize, Test, Execute, Modify,初始化,測試,執(zhí)行,和修改)表示可以用來檢查一個循環(huán)計數(shù)器變量使用是否正確的基本過程,41,典型的循環(huán)錯誤,42,計數(shù)控制循環(huán)之一,43,前序測試,計數(shù)控制循環(huán)之二,44,后序測試,RAPTOR子程序與子圖定義與調(diào)用,在計算機科學中,將實際問題抽象化是
11、解決問題的關鍵要素之一 一項研究成果表明,人類的大腦平均只能同時積極關注約4件事情,大大少于以往研究所得的7件事情的結論 為了解決復雜的問題,必須能夠研究問題的“主要方面(big issues)”,45,組合數(shù)求解,很容易看到,求組合數(shù)需要多次求階乘,這會造成許多重復的代碼,現(xiàn)在將求階乘代碼獨立出主程序,定義為一個子程序,在主程序運行時,需要計算某數(shù)的階乘時就調(diào)用子程序,從而簡化整個軟件的組成,使結構更清晰。,46,47,創(chuàng)建RAPTOR子程序,子程序如同一個加工廠,輸入原材料,然后按設計要求處理原材料,輸出產(chǎn)成品 子程序的原材料就是一些變量,例如(in:char),為統(tǒng)計子程序輸入測試樣本 子程序的產(chǎn)成品也是變量,例如(out: count),向調(diào)用它的程序返回統(tǒng)計結果 其中,in, out表示子程序的輸入輸出參數(shù),48,子程序定義,子程序定義界面上的接口參數(shù)稱為“形式參數(shù)” RAPTOR的子程序參數(shù)不得超過6個 子程序參數(shù)可以是單個變量,也可以是數(shù)組,49,一個設計完成的子程序,50,過程調(diào)用語句(編輯),編輯對話
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