Ch計算與計算思維

1、計算與計算思維計算與計算思維1計算機計算機:硬件硬件(1)主存儲器CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備次級存儲器2計算機計算機:硬件硬件(2) 中央處理器中央處理器(CPU):執(zhí)行執(zhí)行指令指令. 每條指令只能完成簡單的操作每條指令只能完成簡單的操作!例如例如:加法，加法， 比較，比較， 將數(shù)據(jù)從一個內(nèi)存單元移到將數(shù)據(jù)從一個內(nèi)存單元移到另一單元，另一單元， etc. 存儲器存儲器:存儲信息存儲信息(程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)). 主存主存:CPU能直接訪問，速度快但易失能直接訪問，速度快但易失. 次級存儲器次級存儲器:速度慢但持久速度慢但持久. 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備:人機交互人機交互3 34 4 4計算機計算

2、機:軟件軟件 計算機是信息處理機器，信息處理過程計算機是信息處理機器，信息處理過程由預(yù)定的由預(yù)定的程序程序控制控制 單條指令是做不了什么事情的，需要大量指單條指令是做不了什么事情的，需要大量指令組成一個逐步執(zhí)行的令組成一個逐步執(zhí)行的指令序列指令序列程序程序 各種程序統(tǒng)稱為計算機軟件各種程序統(tǒng)稱為計算機軟件 沒有軟件的計算機毫無用處沒有軟件的計算機毫無用處4計算計算 計算計算:利用計算機執(zhí)行程序來解決問題利用計算機執(zhí)行程序來解決問題 不是狹義的數(shù)學(xué)計算不是狹義的數(shù)學(xué)計算! 程序使得簡單指令完成復(fù)雜任務(wù)程序使得簡單指令完成復(fù)雜任務(wù) 問問:只會加法的小學(xué)生能完成乘法運算任務(wù)嗎只會加法的小學(xué)生能完成乘

3、法運算任務(wù)嗎? 答答:能能!關(guān)鍵是編寫合適的程序關(guān)鍵是編寫合適的程序 在紙上寫下0，記住結(jié)果； 給所記結(jié)果加上第1個n，記住結(jié)果； 給所記結(jié)果加上第2個n，記住結(jié)果； 給所記結(jié)果加上第m個n，記住結(jié)果; 報告結(jié)果(即mn)5 5通用計算機通用計算機 計算機執(zhí)行一個程序即可實現(xiàn)一個功能計算機執(zhí)行一個程序即可實現(xiàn)一個功能;換著執(zhí)行不同的程序即可實現(xiàn)不同的功換著執(zhí)行不同的程序即可實現(xiàn)不同的功能能. 通用計算機通用計算機:可以加載不同的程序來執(zhí)行可以加載不同的程序來執(zhí)行. 與一些電器的比較與一些電器的比較:電視機功能單一，洗衣電視機功能單一，洗衣機則功能較多機則功能較多(可加載多種洗滌程序可加載多種洗

4、滌程序)，現(xiàn)在，現(xiàn)在的手機則功能更多，基本上就是計算機的手機則功能更多，基本上就是計算機.6計算機科學(xué)計算機科學(xué) 并非研究計算機并非研究計算機! 計算機之于計算機科學(xué)家正如望遠(yuǎn)鏡之于天計算機之于計算機科學(xué)家正如望遠(yuǎn)鏡之于天文學(xué)家文學(xué)家. (E. W. Dijkstra) CS研究計算的基礎(chǔ)，實現(xiàn)與應(yīng)用研究計算的基礎(chǔ)，實現(xiàn)與應(yīng)用. 例如，例如，CS的一個基本問題的一個基本問題:什么是可計算的什么是可計算的? 本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo):像計算機科學(xué)家一樣像計算機科學(xué)家一樣思考思考.7 7程序設(shè)計程序設(shè)計 計算的關(guān)鍵是程序設(shè)計計算的關(guān)鍵是程序設(shè)計(編程編程). 給定一個問題，利用計算機支持的

5、簡單操作給定一個問題，利用計算機支持的簡單操作，設(shè)計出一個操作步驟的序列，計算機執(zhí)行，設(shè)計出一個操作步驟的序列，計算機執(zhí)行這個序列從而解決問題這個序列從而解決問題. 學(xué)習(xí)程序設(shè)計的好處學(xué)習(xí)程序設(shè)計的好處: 做計算機的主人做計算機的主人 提高問題求解能力提高問題求解能力 本身是很有樂趣的智力活動本身是很有樂趣的智力活動8 8程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言 問問:用什么語言告訴計算機做什么用什么語言告訴計算機做什么? 答答:用精確無歧義的程序設(shè)計語言用精確無歧義的程序設(shè)計語言. 精確的語法和語義精確的語法和語義 I saw the man in the park with the telescope.

6、有不同層次的程序設(shè)計語言有不同層次的程序設(shè)計語言 計算機的計算機的母語母語:機器語言機器語言例如例如: 0000010000000001.是是Intel8086能理解的一條指令能理解的一條指令. 將機器語言用將機器語言用助憶符助憶符表示表示:匯編語言匯編語言上例即上例即: ADD AL，1.需要需要匯編器匯編器處理后機器才懂處理后機器才懂. 適合人用的語言適合人用的語言:高級語言高級語言如如: x = y + 1. 需要需要編譯器編譯器或或解釋器解釋器翻譯后機器才懂翻譯后機器才懂.9 9程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言 程序設(shè)計語言不一樣導(dǎo)致程序設(shè)計語言不一樣導(dǎo)致語法不一樣，語法不一樣， 但解題思路、

7、但解題思路、思維方式思維方式是是一樣的一樣的10import math # Makes the math library available.def main(): print This program finds the real solutions to a quadratic print a, b, c = input(Please enter the coefficients (a, b, c): ) delt=b*b-4*a*c if delt=0: discRoot = math.sqrt(delt) root1 = (-b + discRoot) / (2 * a) root2

8、= (-b - discRoot) / (2 * a) print print The solutions are:, root1, root2 else: print print delt0,no root. printmain()int main() float a, b, c, x1, x2, dlt; cout “input 3 parameters:”; cout a ; cout b ; cout c ; dlt = b* b 4 * a * c; if (dlt = 0) x1 = (-b + sqrt(dlt) / 2 / a; x2 = (-b - sqrt(dlt) / 2

9、 / a; cout x1 x2; else cout print Hello， World!Hello， World! 本課程的教學(xué)中常用交互方式演示新語句本課程的教學(xué)中常用交互方式演示新語句 實際上很少用交互方式執(zhí)行程序?qū)嶋H上很少用交互方式執(zhí)行程序 多次執(zhí)行同一程序需要多次輸入程序多次執(zhí)行同一程序需要多次輸入程序 多行語句無法一次性執(zhí)行多行語句無法一次性執(zhí)行3030第一個程序第一個程序:HelloWorld 程序文件程序文件 將語句保存在純文本文件將語句保存在純文本文件hello.py中中 四種執(zhí)行方式四種執(zhí)行方式在在IDLE中用中用Run Module菜單執(zhí)行菜單執(zhí)行雙擊雙擊hello.

10、py文件圖標(biāo)文件圖標(biāo) import hello C:Python27 python hello.py31print Hello， World! 31程序?qū)嵗绦驅(qū)嵗?convert.py# A program to convert Celsius temps to Fahrenheit# by: Susan Computewelldef main(): celsius = input(What is the Celsius temperature? ) fahrenheit = (9.0/5.0) * celsius + 32 print The temperature is ，fahrenh

11、eit， degrees Fahrenheit.main()32程序構(gòu)件程序構(gòu)件:數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是被處理的信息數(shù)據(jù)是被處理的信息 有不同類型的數(shù)據(jù)有不同類型的數(shù)據(jù) 字符串?dāng)?shù)據(jù)字符串?dāng)?shù)據(jù) print Hello， World! 數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù) print 3.14153333程序構(gòu)件程序構(gòu)件:變量變量 和數(shù)學(xué)類似和數(shù)學(xué)類似:用一個名字表示可變的數(shù)據(jù)用一個名字表示可變的數(shù)據(jù) 數(shù)學(xué)中多用單字母，程序中多用單詞數(shù)學(xué)中多用單字母，程序中多用單詞/詞組詞組 標(biāo)識符標(biāo)識符:Python命名命名 以字母或下劃線開頭，后跟以字母或下劃線開頭，后跟0個或多個字母個或多個字母，數(shù)字，下劃線，數(shù)字，下劃線.區(qū)分大小

12、寫字母區(qū)分大小寫字母.合法合法: x xYz x_123 _ _ _w3非法非法: 3q x-123 first name 良好的命名風(fēng)格良好的命名風(fēng)格:有意義，風(fēng)格一致有意義，風(fēng)格一致3434程序構(gòu)件程序構(gòu)件:變量變量35 保留字保留字程序構(gòu)件程序構(gòu)件:表達(dá)式表達(dá)式 表達(dá)式表達(dá)式:能計算出一個值能計算出一個值. 字面值字面值: 3.14， “hello” 變量變量 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+運算符運算符(如如 ) 2+3*4-5 運算符運算符 不同類型的數(shù)據(jù)有不同運算不同類型的數(shù)據(jù)有不同運算 運算符有優(yōu)先級運算符有優(yōu)先級 良好編程風(fēng)格良好編程風(fēng)格:用空格，括號增加表達(dá)式的可用空格，括號增加表達(dá)式的可讀性讀性

13、.3636程序構(gòu)件程序構(gòu)件:語句語句 輸出語句輸出語句 我們用語句模板來給出正確用法我們用語句模板來給出正確用法print print ，. 賦值語句賦值語句 x = 3.14 print x * 103737程序構(gòu)件程序構(gòu)件:函數(shù)函數(shù)多條語句構(gòu)成一個整體，并命名多條語句構(gòu)成一個整體，并命名 def greet(): print Hello! print Goodbye!第一第一個語句個語句定義了一個函數(shù)，函數(shù)名定義了一個函數(shù)，函數(shù)名greet后面的語句后面的語句稱稱為函數(shù)體為函數(shù)體最后空行最后空行 (hit enter twice) 表示表示greet函數(shù)結(jié)束函數(shù)結(jié)束 greet()Hello!Goodbye! 習(xí)慣上為程序定義一個主函數(shù)習(xí)慣上為程序定義一個主函數(shù)main3838程序構(gòu)件程序構(gòu)件:注釋注釋 程序中可以使用注釋，用于解釋變量用程序中可以使用注釋，用于解釋變量用途，函數(shù)功能等等信息途，函數(shù)功能等等信息.# Author: John# Version: 1.0def main(): . 注釋是給人看的，對程序執(zhí)行沒有作用注釋是給人看的，對程序執(zhí)行沒有作用，被編譯器，被編譯器/解釋器忽略解釋器忽略. 良好的編程風(fēng)格良好的編程風(fēng)格:多用注釋多用注釋! 3939程序?qū)嵗绦驅(qū)嵗?convert.py# A program to convert C