程序設(shè)計(jì)思想與方法

1、程序設(shè)計(jì)思想與方法計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系1教師信息辦公地點(diǎn)：電院樓群3號(hào)樓327室電話：轉(zhuǎn)602E-maildong-網(wǎng)址2助教？作業(yè)請(qǐng)確定通過Python驗(yàn)證后發(fā)給助教每個(gè)星期日晚上12點(diǎn)之前3課程信息教材John M. ZellePython Programming: An Introduction to Computer Science參考資料Jeffrey Elkner, Allen B. Downey, and Chris MeyersHow to Think Like a Computer Scientist: Learning with Python.Python學(xué)習(xí)手冊(cè)_第3版 4

2、課程信息下載python 軟件的地址cs190c:textsoft09 python 2.5/2.6 版5成績組成考試作業(yè)、大作業(yè)平時(shí)上機(jī)(共5次)周次：3, 6, 9, 12, 15時(shí)間：下午12:55到15:30(三學(xué)時(shí))地點(diǎn)：計(jì)算中心?房間出勤6777關(guān)于課程課程名稱是“程序設(shè)計(jì)思想與方法”, 教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)于近年來國際上提出的 新課程“計(jì)算思維”計(jì)算思維應(yīng)成為所有人的基本能力與閱讀, 書寫, 算術(shù)能力一樣!7888計(jì)算思維computational thinking計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)科學(xué)家利用計(jì)算機(jī)解決問題時(shí)的思想和方法計(jì)算機(jī)科學(xué)是關(guān)于“計(jì)算”的學(xué)問計(jì)算思維建立在由人或機(jī)器執(zhí)行的計(jì)算過程的

3、能力和限制之上了解計(jì)算機(jī)的能力，并充分利用計(jì)算機(jī)只能按照給定的指令一步步做，無跳躍按照計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)去思考8計(jì)算思維的特點(diǎn)是概念化思考, 而非編程是基本能力, 而非機(jī)械的生搬硬套是人的思考方式, 而非計(jì)算機(jī)的是數(shù)學(xué)思維和工程思維的互補(bǔ)及組合是思想, 而非人造物人人皆有, 處處皆是99計(jì)算思維的例子問題抽象, 表示, 建模問題難度與機(jī)器的能力問題解決的效率, 近似解, 失誤率變難為易: 分解, 約簡, 嵌入, 轉(zhuǎn)換, 模擬遞歸地思考并行處理類型檢查程序美學(xué), 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡潔與優(yōu)雅1010計(jì)算思維的例子(續(xù))模塊化預(yù)取和緩存圖像緩存對(duì)最壞情況的預(yù)防, 保護(hù), 恢復(fù)數(shù)據(jù)丟失同步啟發(fā)式推理規(guī)劃, 學(xué)習(xí),

4、 調(diào)度時(shí)空等不可兼得要素的權(quán)衡1111日常生活中的計(jì)算思維小學(xué)算術(shù): 長除法, 最大公約數(shù)查字典: 線性, 二分排隊(duì): 先來先處理整理撲克牌: 插入排序書包: 預(yù)取與緩存郵遞員投遞路線: 盡可能只經(jīng)過一次燒菜: 并行處理生產(chǎn): 流水線1212計(jì)算思維對(duì)其他學(xué)科的影響統(tǒng)計(jì)學(xué)中的機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算生物學(xué), 生物信息學(xué)計(jì)算博弈論計(jì)算化學(xué), 納米計(jì)算計(jì)算物理學(xué), 量子計(jì)算計(jì)算數(shù)學(xué), 計(jì)算幾何, 計(jì)算機(jī)證明定理工程中的計(jì)算機(jī)模擬醫(yī)學(xué)影像分析電子商務(wù), 計(jì)算廣告學(xué)電影特效, 計(jì)算機(jī)作曲, NBA統(tǒng)計(jì)分析1313對(duì)本課程的定位學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)解決問題的思想方法,應(yīng)用于其他專業(yè)領(lǐng)域不是程序設(shè)計(jì)語言課程!本課程需要編程

5、, 以加深對(duì)計(jì)算思維的理解壞消息: 學(xué)習(xí)編程語言需要掌握非常繁瑣的細(xì)節(jié)好消息: Python語言非常簡單,易學(xué)易用也不是算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程!當(dāng)然會(huì)學(xué)習(xí)這方面的一些基本技術(shù)1414計(jì)算機(jī)與程序15問題的提出當(dāng)今時(shí)代,計(jì)算機(jī)幾乎無處不在:企業(yè)管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)氣象預(yù)報(bào)電影制作工業(yè)控制游戲, 寫文章, 上網(wǎng), 問題:計(jì)算機(jī)究竟是什么?怎么能做這么多不同的事情?1616171717通用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是具有如下特征的機(jī)器:能夠存儲(chǔ)和處理信息輸入處理輸出信息處理由程序控制計(jì)算機(jī)程序是一個(gè)詳細(xì)的逐步執(zhí)行的指令序列,告訴計(jì)算機(jī)該做什么程序可改變: 不同的程序完成不同的處理任務(wù)人們?cè)炝烁鞣N各樣的計(jì)算機(jī), 但: 所有計(jì)算

6、機(jī)具有相同的能力!17軟件統(tǒng)治硬件程序決定了計(jì)算機(jī)做什么沒有程序, 計(jì)算機(jī)只是一堆廢鐵程序設(shè)計(jì): 編寫軟件的過程程序設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性既要具備大視野又要關(guān)注細(xì)枝末節(jié)為何學(xué)程序設(shè)計(jì)?做計(jì)算機(jī)的主人樂趣培養(yǎng)問題求解能力1818什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)?并非研究計(jì)算機(jī)!正如天文學(xué)不是研究望遠(yuǎn)鏡的. EWDCS要回答的基本問題: 什么是可計(jì)算的?對(duì)此問題的回答有三種方式:實(shí)際設(shè)計(jì)一個(gè)解決問題的算法理論分析問題的可解性無解的, 不是能行可解的通過實(shí)驗(yàn)來研究問題1919硬件基本知識(shí)20主存CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備次級(jí)存儲(chǔ)器20硬件基本知識(shí)(續(xù))中央處理器(CPU)執(zhí)行運(yùn)算只提供簡單的運(yùn)算, 如加法, 比較等高速：每秒百

7、萬條指令存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)CPU只能直接訪問主存(RAM)主存快但易失, 次級(jí)存儲(chǔ)器慢但持久輸入/輸出設(shè)備人與計(jì)算機(jī)交互2121硬件基本知識(shí)(續(xù))提取執(zhí)行周期(fetch execute cycle)提取：從存儲(chǔ)器取指令解碼：指令表示什么執(zhí)行：做相應(yīng)的動(dòng)作2222程序設(shè)計(jì)語言問:用什么語言告訴計(jì)算機(jī)做什么? 答:用精確無歧義的程序設(shè)計(jì)語言精確的語法和語義2323程序設(shè)計(jì)語言有不同層次的程序設(shè)計(jì)語言計(jì)算機(jī)自己的母語: 機(jī)器語言例如: 00001. 是Intel8086能理解的一條指令.把機(jī)器語言用助憶符表示: 匯編語言上例即: ADD AL,1. 需要匯編器處理后機(jī)器才懂.適合人用的語言: 高級(jí)語言如: x = y + 1. 需要編譯器或解釋器翻譯后機(jī)器才懂.2424高級(jí)語言252013年1月編程語言排行榜榜單(No. 8 Python)25高級(jí)語言高級(jí)語言的翻譯編譯源代碼編譯成目標(biāo)代碼, 再執(zhí)行一次編譯, 多次執(zhí)行.解釋源代碼直接被解釋執(zhí)行每次執(zhí)行都要重新解釋.2626高級(jí)語言高級(jí)語言的翻譯編譯源代碼編譯成目標(biāo)代碼, 再執(zhí)行一次編譯, 多次執(zhí)行.2727高級(jí)語言高級(jí)語言的翻譯編譯解釋源代碼直接被解釋執(zhí)行，每次執(zhí)行都要重新解釋2828PythonPython采用編譯/解釋混合方式先編譯成字節(jié)碼, 再解釋執(zhí)行安裝Python 2.x與新的P