體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程 課件　-2022-2023學(xué)年高中信息技術(shù)粵教版（2019）必修1

3.1體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程———粵教版高中信息技術(shù)1人工解決問(wèn)題的過(guò)程2計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程目錄CONTENTS2.1分析問(wèn)題2.2設(shè)計(jì)算法2.3編寫程序2.4調(diào)試運(yùn)行程序探究活動(dòng)

如何設(shè)計(jì)從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線方案呢？假如我們從鐵路公司、各航空公司和汽車客運(yùn)公司網(wǎng)站得知，直達(dá)B市的交通工具只有火車和汽車兩種，出發(fā)地有B1，B2，…，Bk市（沒(méi)有A市），從A市出發(fā)到B1，B2，…，Bk市的交通工具有飛機(jī)、火車和汽車三種，這樣從A市經(jīng)B1，B2，…，Bk市到B市的交通情況如圖所示：從A市經(jīng)B1，B2，…，Bk市到B市的交通情況計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程A分析問(wèn)題當(dāng)數(shù)據(jù)量很大，人工處理效率很低時(shí)，我們可以借助計(jì)算機(jī)，通過(guò)編寫計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題提。編寫計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題要經(jīng)過(guò)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序等若干個(gè)步驟。B設(shè)計(jì)算法編寫程序C調(diào)試運(yùn)行C求解問(wèn)題的方式相同點(diǎn)不同點(diǎn)人工求解問(wèn)題分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、得出結(jié)果、驗(yàn)算結(jié)果每次只能對(duì)特定的問(wèn)題進(jìn)行解答，運(yùn)算速度慢，不需要借助計(jì)算機(jī)工具。用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題編寫程序、調(diào)試程序、運(yùn)行速度快，通用性強(qiáng)。人工求解與計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的方式的異同總結(jié)1、人工解決問(wèn)題的過(guò)程采用人工方法來(lái)解決問(wèn)題，首先需要明確所要解決的問(wèn)題和給出的條件，然后再根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)確定解決問(wèn)題的方法，從而解決問(wèn)題。2、計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)數(shù)據(jù)量很大，人工處理效率很低時(shí)，我們可以借助計(jì)算機(jī)，通過(guò)編寫計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題提。編寫計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題要經(jīng)過(guò)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序等若干個(gè)步驟。3.2算法及其描述——粵教版高中信息技術(shù)1什么是算法2算法的特征目錄4三種基本程序控制結(jié)構(gòu)3描述算法的常用方法

算法是指在有限步驟內(nèi)求解某一問(wèn)題所使用的一組定義明確的規(guī)則。通俗地說(shuō)，算法就是用計(jì)算機(jī)求解某一問(wèn)題的方法，是能被機(jī)械地執(zhí)行的動(dòng)作或指令的有窮集合。什么是算法？設(shè)給定的兩個(gè)正整數(shù)為m和n，求它們的最大公約數(shù)的步驟為：①以m除以n，令所得余數(shù)為r；②若r=0，則輸出結(jié)果n，算法結(jié)束；否則，繼續(xù)步驟③；③令m=n,n=r,并返回步驟①繼續(xù)進(jìn)行。

在《幾何原本》一書中，歐幾里得闡述了關(guān)于求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)的過(guò)程，這就是著名的歐幾里得算法——輾轉(zhuǎn)相除法，其具體過(guò)程如下：算法的特征有窮性A確定性B數(shù)據(jù)輸入C數(shù)據(jù)輸出D一個(gè)算法所包含的計(jì)算步驟是有限的。算法執(zhí)行的每一個(gè)步驟必須有確切的定義，不能出現(xiàn)模棱兩可的情況一個(gè)算法必須有零個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸入，以刻畫運(yùn)算對(duì)象的初始情況一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸出，以反映輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果，沒(méi)有輸出的算法無(wú)意義D算法中每個(gè)計(jì)算步驟都可以在有限時(shí)間內(nèi)完成可行性描述算法的常用方法1、用自然語(yǔ)言描述算法：

用自然語(yǔ)言描述算法，就是用人們?nèi)粘Ｋ玫恼Z(yǔ)言，如：漢語(yǔ)、英語(yǔ)等來(lái)描述算法。例如：從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問(wèn)題的算法描述就使用了自然語(yǔ)言。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)簡(jiǎn)單直接，比較容易掌握缺點(diǎn)算法中含有多個(gè)分支或循環(huán)時(shí)難以清晰表示；自然語(yǔ)言的歧義性2、用流程圖描述算法：

用流程圖描述算法是用程序框圖描述算法的一種表示方法，和自然語(yǔ)言描述相比，使用流程圖描述算法可使算法的流程描述更加清晰、簡(jiǎn)潔。圖

形名

稱功

能開(kāi)始/結(jié)束表示算法的開(kāi)始或結(jié)束輸入/輸出表示算法中變量的輸入或輸出處理表示算法中變量的計(jì)算與賦值判斷表示算法中的條件判斷流程線表示算法中的流向連接點(diǎn)表示算法中的轉(zhuǎn)接流程圖的基本圖形及功能用流程圖描述歐幾里得算法算法的流程圖表示

歐幾里得算法偽代碼3、用偽代碼描述算法：

用偽代碼描述算法就是用介于自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之間的文字和符號(hào)來(lái)描述算法。inputm,nr=mmodndowhiler≠0m=nn=r

r=mmodnloopprintn討論分析歸納算法三種描述方法的優(yōu)劣算法描述的方法優(yōu)

勢(shì)不

足自然語(yǔ)言表示法流程圖表示法偽代碼表示法用人們?nèi)粘Ｋ玫恼Z(yǔ)言，比較容易掌握當(dāng)算法中含有多分支或循環(huán)操作較多時(shí)很難清晰地表示出來(lái)，由于自然語(yǔ)言的歧義性，容易導(dǎo)致算法執(zhí)行的不確定性。用程序框圖來(lái)描述，流程描述清晰簡(jiǎn)潔。所占篇幅較大，由于允許使用流程線，過(guò)于靈活，不受約束。用介于自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之間的文字和符號(hào)來(lái)描述，書寫方便，格式緊湊，易于理解，便于向計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言過(guò)渡。由于編程語(yǔ)言的種類繁多，偽代碼的語(yǔ)句不容易規(guī)范，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤解。三種基本控制結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)順序機(jī)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)使用三種基本控制結(jié)構(gòu)的組合來(lái)描述算法，可以改善算法的清晰度，提高算法的可讀性，原因如下：（1）以控制結(jié)構(gòu)為單位，只有一個(gè)入口和一個(gè)出口，各單位之間接口簡(jiǎn)單，比較容易獨(dú)立地理解每一單位。（2）縮小了算法的靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程之間的差異，使得兩者容易對(duì)應(yīng)，易于理解。項(xiàng)目任何復(fù)雜的算法都可以用三種基本結(jié)構(gòu)組合來(lái)表示

順序結(jié)構(gòu)表示程序中的各步操作按出現(xiàn)的先后順序執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)單的，只要按照解決問(wèn)題的順序?qū)懗鱿鄳?yīng)的語(yǔ)句就行，它的執(zhí)行順序是自上而下，依次執(zhí)行順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)

選擇結(jié)構(gòu)表示程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個(gè)分支執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)有單選擇、雙選擇和多選擇三種。

If…else條件語(yǔ)句

執(zhí)行邏輯：對(duì)條件進(jìn)行判斷，如果條件返回值為true則執(zhí)行。否則執(zhí)行else后的語(yǔ)句。循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)結(jié)構(gòu)表示程序反復(fù)執(zhí)行某個(gè)或某些操作，直到判斷條件為假（或?yàn)檎妫r(shí)才可終止循環(huán)。循環(huán)的五大要素：

a.循環(huán)變量

b.循環(huán)變量的初始值

c.循環(huán)的增值d.循環(huán)的條件e.循環(huán)體1、下面關(guān)于算法的描述，正確的是（）。A．算法不可以用自然語(yǔ)言描述B.一個(gè)算法必須保證它的執(zhí)行步驟是有限的C．算法只能用偽代碼來(lái)描述D．算法的流程圖表示法可以有多個(gè)輸入，但只能有一個(gè)輸出2、算法的重要特征不包括以下哪一項(xiàng)？（）。

A.確定性B.有窮性C.唯一性D.數(shù)據(jù)輸出3、流程圖中菱形框表（）

A.輸入/輸出B.判斷C.處理D.開(kāi)始/結(jié)束4.執(zhí)行右邊的流程圖，最后s=（）A．16B.22C.6D.11課堂練習(xí)參考答案：1.B2.C3.B4.A總結(jié)什么是算法

算法是指在有限步驟內(nèi)求解某一問(wèn)題所使用的一組定義明確的規(guī)則。算法的特征有窮性、確定性、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、可行性算法的描述自然語(yǔ)言描述、流程圖描述、偽代碼描述基本控制結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)算法及其描述3.3計(jì)算機(jī)程序與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言粵教版高中信息技術(shù)目錄一計(jì)算機(jī)程序二計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言010203探究活動(dòng)實(shí)踐2019年7月20日IEEESpectrum發(fā)布了第四屆頂級(jí)編程語(yǔ)言交互排行榜前十位的高級(jí)語(yǔ)言依次分別是：Python、C、Java、C++、C#、R、JavaScript、PHP、Go、Assembly，請(qǐng)小組分工合作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索，分別找出它們誕生的時(shí)間。計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序是指為了得到某種結(jié)果而可以由計(jì)算機(jī)等具有信息處理能力的裝置執(zhí)行的代碼化指令序列，或者可被自動(dòng)轉(zhuǎn)換成代碼化指令序列的符號(hào)化指令序列或者符號(hào)化語(yǔ)句序列。簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)程序就是指計(jì)算機(jī)可以識(shí)別運(yùn)行的指令集合。計(jì)算機(jī)的工作原理鏈接計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程實(shí)際上就是周而復(fù)始地獲取指令、執(zhí)行指令的過(guò)程。1、輸入設(shè)備2、存儲(chǔ)器4、控制器3、運(yùn)算器5、輸出設(shè)備中央處理器CPU：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀：內(nèi)存、硬盤、U盤、光盤：執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算：分析指令，控制指令的執(zhí)行，協(xié)調(diào)其它部件工作：顯示器、打印機(jī)計(jì)算機(jī)的組成鏈接計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制形式表示存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是指一組用來(lái)定義計(jì)算機(jī)程序的語(yǔ)法規(guī)則，通常簡(jiǎn)稱為“編程語(yǔ)言”。它是一種被標(biāo)準(zhǔn)化的交流技巧，用于向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令。編程語(yǔ)言的發(fā)展歷程機(jī)器語(yǔ)言由“0”和“1”組成的二進(jìn)制代碼指令組表示，能夠被計(jì)算機(jī)直接接收和執(zhí)行的，被稱為“機(jī)器語(yǔ)言”，機(jī)器語(yǔ)言是第一代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。指令序號(hào)機(jī)器指令指令功能11011000000001001把加數(shù)9送到累加器AL中。20000010000001000把累加器AL中的內(nèi)容與另一個(gè)數(shù)8相加，結(jié)果存在累加器AL中（即完成9+8的運(yùn)算）。311110100停止操作。

每一條機(jī)器指令都包含兩個(gè)主要部分：操作（指出計(jì)算機(jī)應(yīng)做什么）和被操作的對(duì)象（指出處理的數(shù)據(jù)或它的地址）。機(jī)器語(yǔ)言的特點(diǎn)

早期人們與計(jì)算機(jī)的通信都是通過(guò)機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序完成的，程序中的所有語(yǔ)句都被分解成一系列由0和1組成的代碼記錄在穿孔帶上。能被計(jì)算機(jī)接收和執(zhí)行，運(yùn)行效率高01程序難以理解02程序設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，修改效率低03移植性差04匯編語(yǔ)言

使用了一種類似英文縮略詞且?guī)в兄浶苑?hào)的語(yǔ)言，來(lái)替代一個(gè)特定的指令的二進(jìn)制串，每條指令都和一條機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)。只是指令碼和操作數(shù)都采用符號(hào)形式，這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言被稱為匯編語(yǔ)言。指令序號(hào)匯編語(yǔ)言指令指令功能1MOVAL9把加數(shù)9送到累加器AL中。2ADDAL8把累加器AL中的內(nèi)容與另一個(gè)數(shù)8相加，結(jié)果存在累加器AL中（即完成9+8的運(yùn)算）。3HTL停止操作。指令碼”ADD”代表加法，用”MOV”代表數(shù)據(jù)傳遞，相對(duì)機(jī)器語(yǔ)言理解較容易，糾錯(cuò)維護(hù)也更容易。匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)不能直接認(rèn)識(shí)這些符號(hào)，還需要一個(gè)專門的語(yǔ)言翻譯器，負(fù)責(zé)將程序中的每條語(yǔ)句都翻譯成用二進(jìn)制數(shù)表示的機(jī)器語(yǔ)言。不能被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行比機(jī)器語(yǔ)言易理解移植性不好執(zhí)行效率高高級(jí)語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言是一種接近于數(shù)學(xué)語(yǔ)言或人的自然語(yǔ)言，并且不再過(guò)度地倚賴某種特定的機(jī)器或環(huán)境，必須經(jīng)過(guò)翻譯器將其翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序也不能被計(jì)算機(jī)識(shí)別和執(zhí)行，必須經(jīng)過(guò)編譯程序或解釋程序?qū)⑵浞g成及其語(yǔ)言，并保存成二進(jìn)制文件才能運(yùn)行執(zhí)行，所以高級(jí)語(yǔ)言按照其執(zhí)行方式分為編譯性和解釋性兩種類型。高級(jí)語(yǔ)言的分類分類執(zhí)行方式舉例特點(diǎn)編譯型計(jì)算機(jī)把高級(jí)語(yǔ)言程序的每一條語(yǔ)句都編譯成機(jī)器語(yǔ)言，并保存成二進(jìn)制文件后才運(yùn)行的程序。C、C++、Delphi程序執(zhí)行效率高，依賴編譯器，跨平臺(tái)性差些。解釋型計(jì)算機(jī)在執(zhí)行高級(jí)語(yǔ)言程序時(shí)，逐條語(yǔ)句解釋成機(jī)器語(yǔ)言并立即執(zhí)行的程序。Python、JavaScript、Perl、Shell執(zhí)行效率比較低，依賴解釋器，跨平臺(tái)性好。哪一種方式的源文件容易保存下來(lái)？高級(jí)語(yǔ)言特點(diǎn)及發(fā)展過(guò)程

由于高級(jí)語(yǔ)言抽象度高，源代碼無(wú)須與硬件、系統(tǒng)底層操作對(duì)應(yīng)，所以移植性非常好，理想的情況下甚至不必為不同的系統(tǒng)平臺(tái)或者機(jī)器改動(dòng)源代碼。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言A面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言B面向非過(guò)程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程拓展自動(dòng)計(jì)算思想發(fā)展回顧計(jì)算與自動(dòng)計(jì)算要解決以下四個(gè)問(wèn)題：①數(shù)據(jù)的表示；②數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及自動(dòng)存儲(chǔ)；③計(jì)算規(guī)則表示；④計(jì)算規(guī)則的執(zhí)行及自動(dòng)執(zhí)行。1642年，法國(guó)科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了著名的帕斯卡機(jī)械計(jì)算機(jī)，首次確立了計(jì)算機(jī)器的概念。1674年，萊布尼茨提出了“二進(jìn)制”數(shù)的概念。1847年，英國(guó)的數(shù)學(xué)家布爾發(fā)表著作《邏輯的數(shù)學(xué)分析》和《思維規(guī)律的研究——邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)》，創(chuàng)立了一門全新的學(xué)科——布爾代數(shù)，為百年后出現(xiàn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)提供了重要的數(shù)學(xué)方法和理論基礎(chǔ)。1938年，香農(nóng)發(fā)表了著名的論文《繼電器和開(kāi)關(guān)電路的符號(hào)分析》，首次用布爾代數(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算可以通過(guò)繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，明確地給出了實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等運(yùn)算的電子電路的設(shè)計(jì)方法。這篇論文成為開(kāi)關(guān)電路理論的開(kāi)端。1936年，阿蘭·圖靈提出了抽象計(jì)算模型——“