教科版信息技術(shù)選修一 1.1 如何利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題 課件(共50張PPT)1

第一章

如何用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題1.1

計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程1.1

計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言軟件程序設(shè)計(jì)程序什么是程序

計(jì)算機(jī)的任何動(dòng)作都是在執(zhí)行人給它的指令。人們針對(duì)某一需要而為計(jì)算機(jī)編制的指令序列稱(chēng)為程序。解決問(wèn)題或完成任務(wù)什么是程序設(shè)計(jì)

尋求解決問(wèn)題的方法，并將其實(shí)現(xiàn)步驟編寫(xiě)成計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的程序的過(guò)程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言用于書(shū)寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序的語(yǔ)言稱(chēng)為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。如vb、c、c++、pascal等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言的過(guò)程。書(shū)本P11。機(jī)器語(yǔ)言是用“0”和“1”二進(jìn)制代碼表示的計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的一種機(jī)器指令的集合,執(zhí)行速度快但是非常難于記憶和識(shí)別。它是第一代的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言對(duì)不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)一般是不同的。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展匯編語(yǔ)言（符號(hào)語(yǔ)言）是用一些簡(jiǎn)潔的英文字母、符號(hào)串來(lái)替代一個(gè)特定的指令中的二進(jìn)制串。匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處在于編寫(xiě)高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序（例如可直接訪(fǎng)問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O端口）。缺點(diǎn)：匯編源程序一般比較冗長(zhǎng)、復(fù)雜、容易出錯(cuò)，而且使用匯編語(yǔ)言編程需要有更多的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展高級(jí)語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言采用更接近自然語(yǔ)言的命令或語(yǔ)句。使用高級(jí)語(yǔ)言編程，一般不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)，只需掌握解題方法和高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，就可以編寫(xiě)程序。例如:c，c++，pascal,Java……高級(jí)語(yǔ)言

用高級(jí)語(yǔ)言編制的源程序計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別，必須通過(guò)轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言才能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行。轉(zhuǎn)換方式有編譯方式和解釋方式兩種。高級(jí)語(yǔ)言1.編譯方式：源程序的執(zhí)行分兩步：編譯和運(yùn)行。即先通過(guò)一個(gè)存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的編譯程序，把源程序全部翻譯成一段機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序代碼，然后計(jì)算機(jī)再運(yùn)行此目標(biāo)代碼，以完成源程序要處理的運(yùn)算任務(wù)并取得結(jié)果。2.解釋方式：源程序輸入到計(jì)算機(jī)后，解釋程序?qū)⒃闯绦蛑鹁浞g，翻譯一句執(zhí)行一句，邊翻譯邊執(zhí)行，不產(chǎn)生目標(biāo)程序。高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)1.高級(jí)語(yǔ)言接近自然語(yǔ)言，易學(xué)、易掌握，一般工程技術(shù)人員只要幾周時(shí)間的培訓(xùn)就可以勝任程序員的工作；2.高級(jí)語(yǔ)言為程序員提供了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的環(huán)境和工具，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的程序可讀性好，可維護(hù)性強(qiáng)，可靠性高；3.高級(jí)語(yǔ)言遠(yuǎn)離機(jī)器語(yǔ)言，與具體的計(jì)算機(jī)硬件關(guān)系不大，因而所寫(xiě)出來(lái)的程序可移植性好，重用率高；4.由于把繁雜瑣碎的事務(wù)交給了編譯程序去做，所以自動(dòng)化程度高，開(kāi)發(fā)周期短，且程序員得到解脫，可以集中時(shí)間和精力去從事對(duì)于他們來(lái)說(shuō)更為重要的創(chuàng)造性勞動(dòng)，以提高程序的質(zhì)量。高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)小結(jié)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言人是如何解決問(wèn)題的例子：

我國(guó)漢代有一位大將，名叫韓信。他每次集合部隊(duì)，都要求部下報(bào)三次數(shù)，第一次按1～3報(bào)數(shù)，第二次按1～5報(bào)數(shù)，第三次按1～7報(bào)數(shù)，每次報(bào)數(shù)后都要求最后一個(gè)人報(bào)告他報(bào)的數(shù)是幾，這樣韓信就知道一共到了多少人。他的這種巧妙算法，人們稱(chēng)為“鬼谷算”、“隔墻算”、“秦王暗點(diǎn)兵”等。

中國(guó)有一本數(shù)學(xué)古書(shū)「孫子算經(jīng)」也有類(lèi)似的問(wèn)題：「今有物，不知其數(shù)，三三數(shù)之，剩二，五五數(shù)之，剩三，七七數(shù)之，剩二，問(wèn)物幾何？」書(shū)本P4。分析問(wèn)題求滿(mǎn)足以下條件的最小正整數(shù)（在100以?xún)?nèi)查詢(xún)）1、被3除余22、被5除余33、被7除余2人是如何解決問(wèn)題的解決問(wèn)題算法1：從1開(kāi)始,取出一個(gè)自然數(shù)判斷它被3、5、7整除后的余數(shù)是否為2、3、2，如果是，則這個(gè)數(shù)即是所求的數(shù)，求解結(jié)束。否則，用下一個(gè)數(shù)再試，直到找到這個(gè)數(shù)為止。人是如何解決問(wèn)題的金庸先生曾在作品《射雕英雄傳》引用過(guò)此段。[引文《射雕英雄傳》第三十一回]

瑛姑待她寫(xiě)出最后一項(xiàng)答數(shù)，不由得嘆道：“這中間果然機(jī)妙無(wú)窮?！鳖D了頓，說(shuō)道：“這第三道題呢，說(shuō)易是十分容易，說(shuō)難卻又難到了極處?！裼形锊恢鋽?shù)，三三數(shù)之剩二，五五數(shù)之剩三，七七數(shù)之剩二，問(wèn)物幾？’我知道這是二十三，不過(guò)那是硬湊出來(lái)的，要列一個(gè)每數(shù)皆可通用的算式，卻是想破了腦袋也想不出?！秉S蓉笑道：“這容易得緊。以三三數(shù)之，余數(shù)乘以七十；五五數(shù)之，余數(shù)乘以二十一；七七數(shù)之，余數(shù)乘十五。三者相加，如不大于一百零五，即為答數(shù)；否則須減去一百零五或其倍數(shù)?！辩迷谛闹斜P(pán)算了一遍，果然絲毫不錯(cuò)，低聲記誦道：“三三數(shù)之，余數(shù)乘以七十；五五數(shù)之……”黃蓉道：“也不用這般硬記，我念一首詩(shī)給你聽(tīng)，那就容易記了：三人同行七十稀，五樹(shù)梅花廿一枝，七子團(tuán)圓正半月，余百零五便得知?！边@首詩(shī)的意思是：用3除所得的余數(shù)乘上70，加上用5除所得余數(shù)乘以21，再加上用7除所得的余數(shù)乘上15，結(jié)果大于105就減去105的倍數(shù)，這樣就知道所求的數(shù)了。解決問(wèn)題算法2：1.先找出能被5和7整除而被3除余1的數(shù)——70；2.再找出能被3和7整除而被5除余1的數(shù)——21；3.最后找出能被3和5整除而被7除余1的數(shù)——15；4.求出3、5和7的最小公倍數(shù)是105；5.應(yīng)用公式計(jì)算

70×2+21×3+15×2－105k即：當(dāng)總數(shù)在100以?xún)?nèi)時(shí)為

70×2+21×3+15×2－105×2人解決問(wèn)題的一般過(guò)程觀察問(wèn)題→分析問(wèn)題→腦中收集信息→根據(jù)已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)判斷、推理→采用方法和步驟解決簡(jiǎn)單地概括⑴明確問(wèn)題⑵提出假設(shè)⑶驗(yàn)證假設(shè)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程書(shū)本P3圖1-2人類(lèi)解決問(wèn)題和計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的區(qū)別？書(shū)本P3小結(jié)1、計(jì)算機(jī)如何解決問(wèn)題。2、人類(lèi)解決問(wèn)題和計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的異同點(diǎn)。

第一章

如何用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題1.2算法描述與設(shè)計(jì)1.2算法描述與設(shè)計(jì)世界上最早的算法。書(shū)本P5什么是算法？算法是解決問(wèn)題的方法和步驟。解決問(wèn)題的過(guò)程就是實(shí)現(xiàn)算法的過(guò)程。1.2.1算法是“靈魂”著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家尼克勞斯?沃思指出

算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門(mén)專(zhuān)門(mén)的課程，主要研究數(shù)據(jù)之間的關(guān)系特點(diǎn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型會(huì)影響算法的選擇。算法獨(dú)立于任何具體的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，一個(gè)算法可以用多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。算法不能單獨(dú)構(gòu)成程序，它必須和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合二為一?！绊n信點(diǎn)兵問(wèn)題”有不同的求解過(guò)程，就有不同的算法。1.2.1算法是“靈魂”算法不僅僅用來(lái)解決數(shù)字計(jì)算的問(wèn)題，還存在于人們的生活當(dāng)中……打電話(huà)的流程計(jì)算機(jī)在解決問(wèn)題的過(guò)程中需要用到的算法，不但要解決數(shù)字計(jì)算的問(wèn)題，還要對(duì)各種情況進(jìn)行判斷，對(duì)人機(jī)交互進(jìn)行處理。拿起聽(tīng)筒撥號(hào)忙音通了把聽(tīng)筒放下通話(huà)結(jié)束把聽(tīng)筒放下等會(huì)兒再撥無(wú)人接聽(tīng)把聽(tīng)筒放下等會(huì)兒再撥1.2.1算法是“靈魂”算法是在有限步驟內(nèi)求解某一問(wèn)題所使用的一組定義明確的規(guī)則。就是計(jì)算機(jī)解題的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，無(wú)論是形成解題思路還是編寫(xiě)程序，都是在實(shí)施某種算法。前者是推理實(shí)現(xiàn)的算法，后者是操作實(shí)現(xiàn)的算法。算法具有什么特征？1.2.1算法是“靈魂”例：計(jì)算1+2+3+……+100=？書(shū)本P6分析：這個(gè)算法有限制范圍，可以在有限時(shí)間內(nèi)完成，這是算法的第一個(gè)特征：有窮性。計(jì)算此算法可以用紙筆、算盤(pán)、計(jì)算器和計(jì)算機(jī)來(lái)完成，且計(jì)算過(guò)程是多樣的，但結(jié)果是唯一的。這就是算法的可行性、確定性。計(jì)算方法：⑴把這100個(gè)數(shù)按順序相加。⑵用湊數(shù)法：1+99=100，2+98=100，3+97=100，……，49+51，最后只剩下50和100。⑶計(jì)算機(jī)計(jì)算法：迭代法。算法的另外兩個(gè)特征：輸入、輸出。算法的特征一個(gè)算法應(yīng)該具有以下五個(gè)重要的特征：書(shū)本P51、有窮性：一個(gè)算法必須保證執(zhí)行有限步之后結(jié)束；2、確定性：算法的每一步驟必須有確切的定義；3、輸入：一個(gè)算法有0個(gè)或多個(gè)輸入，以刻畫(huà)運(yùn)算對(duì)象的初始情況；4、輸出：一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)輸出，以反映對(duì)輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。沒(méi)有輸出的算法是毫無(wú)意義的；5、可行性：算法原則上能夠精確地運(yùn)行，而且人們用筆和紙做有限次運(yùn)算后即可完成1.2.2描述算法的方法1、自然語(yǔ)言：即用人們?nèi)粘Ｊ褂玫恼Z(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的算法。韓信點(diǎn)兵算法1從1開(kāi)始,取出一個(gè)自然數(shù)判斷它被3、5、7整除后的余數(shù)是否為2、3、2，如果是，則這個(gè)數(shù)即是所求的數(shù)，求解結(jié)束。否則，用下一個(gè)數(shù)再試，直到找到這個(gè)數(shù)為止。(假設(shè)人數(shù)i<100)自然語(yǔ)言描述1、將i的初始值賦為12、如果i<100并且i被3、5、7整除后余數(shù)為2、3、2，則輸出i的值，轉(zhuǎn)入第4步3、將i的值加1,轉(zhuǎn)到第2步4、結(jié)束程序自然語(yǔ)言的特點(diǎn)：通俗易懂，但缺乏直觀性和簡(jiǎn)潔性，容易產(chǎn)生歧義。書(shū)本P7。如：這個(gè)人連他都不認(rèn)識(shí)。描述算法的方法2、流程圖：即用一組標(biāo)準(zhǔn)的圖形符號(hào)來(lái)描述算法。用流程圖描述算法開(kāi)始結(jié)束開(kāi)始/結(jié)束符，表示算法的開(kāi)始或結(jié)束；輸入/輸出框,用于指出數(shù)據(jù)的輸入或輸出;處理框，用于指出要處理的內(nèi)容；判斷框，用于指出分支情況，通常，上面的頂點(diǎn)表示入口，其它頂點(diǎn)表示出口流程線(xiàn)，表示流程控制方向。用流程圖描述算法流程圖描述開(kāi)始i被3、5、7整除余數(shù)為2、3、2(i<100)i=i+1結(jié)束NY輸出i值i=1流程圖的特點(diǎn)：與自然語(yǔ)言相比，用流程圖描述算法形象、直觀，更容易理解。書(shū)本P7。描述算法的方法3、偽代碼：偽代碼是一種非正式代碼，常用自然語(yǔ)言、數(shù)學(xué)語(yǔ)言和符號(hào)來(lái)描述算法的操作步驟。用偽代碼描述算法Fori=1to100Ifi能被3、5、7整除余數(shù)為2、3、2Then

輸出iExitForEndIfNexti用偽代碼描述算法使用偽代碼描述算法沒(méi)有嚴(yán)格的語(yǔ)法限制，書(shū)寫(xiě)格式也比較自由，只要把意思表達(dá)清楚就可以了，它更側(cè)重于對(duì)算法本身的描述。在偽代碼描述中，表示關(guān)鍵詞的語(yǔ)句一般用英文單詞，其他語(yǔ)句可以用英文語(yǔ)句，也可以用漢語(yǔ)語(yǔ)句。閱讀分析書(shū)本P8：判斷一個(gè)四位數(shù)的年份是否為閏年。偽代碼的特點(diǎn)：用偽代碼描述的算法簡(jiǎn)潔、易懂，修改起來(lái)也比較容易，并且很容易轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言代碼。缺點(diǎn)是不夠直觀，不容易排查邏輯錯(cuò)誤。書(shū)本P9。小結(jié)1、什么是算法？解決問(wèn)題的方