第1章 信息與計(jì)算思維

第1章

信息與計(jì)算思維1.1信息的概念1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.4計(jì)算思維的實(shí)踐方法1.1信息的概念信息：指音訊、消息、通信系統(tǒng)傳輸和處理的對象，泛指人類社會傳播的一切內(nèi)容。信息量：指從n個相等可能事件中選出一個事件所需要的信息度量或含量，也就是在辨識n個事件中特定的一個事件的過程中所需要提問“是”或“否”的最少次數(shù)。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.1進(jìn)制的基本概念進(jìn)制即表示數(shù)值的方法，它是指用一組固定的數(shù)字和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)目的方法。在計(jì)算機(jī)進(jìn)制中，需要掌握數(shù)碼、基數(shù)和位權(quán)的概念。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.1進(jìn)制的基本概念數(shù)碼：進(jìn)制中表示基本數(shù)值大小的不同數(shù)字符號。在一種進(jìn)制中，只能使用一組固定的符號來表示數(shù)的大小。十進(jìn)制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

共10個數(shù)碼十六進(jìn)制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個數(shù)碼1.2計(jì)算中信息的表示1.2.1進(jìn)制的基本概念基數(shù)：一種進(jìn)制所使用數(shù)碼的個數(shù)。十進(jìn)制的基數(shù)為１０十六進(jìn)制的基數(shù)為１６1.2計(jì)算中信息的表示1.2.1進(jìn)制的基本概念位權(quán)：一個數(shù)值中某一位上的１所表示數(shù)值的大小(以基數(shù)為底的冪)。十進(jìn)制數(shù)123=1×102+2×101+3×100所以：1的位權(quán)是102，2的位權(quán)是101，3的位權(quán)是1001.2計(jì)算中信息的表示1.2.1進(jìn)制的基本概念進(jìn)制對應(yīng)的數(shù)碼表2i8i10i16i1.2計(jì)算中信息的表示1.2.2進(jìn)制表示在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲、處理和傳遞的信息均采用二進(jìn)制代碼來表示，二進(jìn)制的基數(shù)為２，只有“０”和“１”兩個數(shù)碼。除二進(jìn)制外，計(jì)算機(jī)中常用的還有八進(jìn)制和十六進(jìn)制。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.2進(jìn)制表示對于不同的進(jìn)制，常采用以下兩種書寫方式：1、在數(shù)字后面加一個大寫字母作為后綴，表示該數(shù)字采用的進(jìn)制；2、在括號外面加下標(biāo)。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換Ｒ進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【轉(zhuǎn)換規(guī)則】采用Ｒ進(jìn)制數(shù)的位權(quán)展開法，即將Ｒ進(jìn)制數(shù)按“位權(quán)”展開形成多項(xiàng)式并求和，得到的結(jié)果就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。(1101)2=1×23+1×22+0×21+1×20=13(732)8=7×82+3×81+2×80=474(1F04)16=1×163+15×162+0×161+4×160=79401.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為Ｒ進(jìn)制數(shù)【轉(zhuǎn)換規(guī)則】整數(shù)部分（倒讀法）采用“逐次除以基數(shù)取余”法，直到商為０。例:(15)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)(15)10=(1111)21.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制

八進(jìn)制【轉(zhuǎn)換規(guī)則】三位并一位。1位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于3

位二進(jìn)制數(shù)。（10010110）2=（?）8010010110226(10010110)2=(226)81.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換（2）八進(jìn)制

二進(jìn)制【轉(zhuǎn)換規(guī)則】一位拆三位。把1位八進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的3位二進(jìn)制數(shù)，然后連接起來即可。（2304）8=（？）22304010000100(2304)8=(10011000100)20111.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換（3）二進(jìn)制

十六進(jìn)制【轉(zhuǎn)換規(guī)則】四位并一位。1位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于4

位二進(jìn)制數(shù)。（10010110）2=（?）161001011096(10010110)2=(96)161.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換（4）二進(jìn)制

十六進(jìn)制【轉(zhuǎn)換規(guī)則】一位拆四位。把1

位十六進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)，然后連接起來即可。（A0E）16=（？）2A0E10101110(A0E)16=(101000001110)200001.2計(jì)算中信息的表示1.2.3不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換（5）其他非十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換不滿足以上幾種情況的兩個非十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，可以先把要轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，然后再將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)制的數(shù)值。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.5ASCⅡ碼在ASCⅡ碼中，規(guī)定一個字符用7

位二進(jìn)制編碼，最高位為０ASCⅡ共有128

種編碼，用來表示128個不同的字符1.2計(jì)算中信息的表示1.2.6漢字編碼1、漢字輸入碼常見的有智能ABC、五筆字型碼、搜狗輸入法等。2、漢字機(jī)內(nèi)碼又稱“漢字ASCII碼”，簡稱“內(nèi)碼”，指計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲，處理加工和傳輸漢字時(shí)所用的由0和1符號組成的代碼。輸入碼被接受后就由漢字操作系統(tǒng)的“輸入碼轉(zhuǎn)換模塊”轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼，與所采用的鍵盤輸入法無關(guān)。國標(biāo)碼的機(jī)內(nèi)碼為兩字節(jié)長的代碼。1.2計(jì)算中信息的表示1.2.6漢字編碼3、字形碼字形碼是點(diǎn)陣代碼的一種。顯示一個漢字一般采用16×16點(diǎn)陣或24×24點(diǎn)陣或48×48

點(diǎn)陣。已知漢字點(diǎn)陣的大小，可以計(jì)算出存儲一個漢字所需占用的字節(jié)空間?！纠渴褂?6×16

點(diǎn)陣存儲一個漢字的字形，需要占用多大的存儲空間。16×16=256（位）/8=32（字節(jié)）000010101000字節(jié)數(shù)＝點(diǎn)陣行數(shù)×點(diǎn)陣列數(shù)/

81.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.1計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算的概念１．計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)?CPU（中央處理器）：計(jì)算機(jī)的計(jì)算部件，能夠執(zhí)行機(jī)器指令；?存儲器：計(jì)算機(jī)的記憶部件，用于存儲數(shù)據(jù)和程序；?輸入／輸出設(shè)備：輸入設(shè)備和輸出設(shè)備提供了人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的手段。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.1計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算的概念１．計(jì)算的概念?針對一個問題，設(shè)計(jì)出解決問題的程序，并由計(jì)算機(jī)來執(zhí)行這個程序，這就是計(jì)算。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.2計(jì)算機(jī)語言1、機(jī)器語言機(jī)器語言采用二進(jìn)制代碼，即所有指令都是由0和1組成的二進(jìn)制序列。2、匯編語言匯編語言本質(zhì)上是將機(jī)器指令用更加容易為人們所理解和記憶的“助憶符”形式表現(xiàn)出來。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.2計(jì)算機(jī)語言3、高級語言①高級語言吸收了人們熟悉的自然語言（英語）和數(shù)學(xué)語言的某些成分，因而非常易學(xué)、易用、易讀；②高級語言在構(gòu)造形式和意義方面具有嚴(yán)格定義，從而避免了語言的歧義性；③高級語言與計(jì)算機(jī)硬件沒有關(guān)系，用高級語言寫的程序可以移植到各種計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.2計(jì)算機(jī)語言4、編譯和解釋高級語言的翻譯有兩種方式：編譯和解釋?！靖呒壵Z言的編譯】1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.2計(jì)算機(jī)語言4、編譯和解釋高級語言的翻譯有兩種方式：編譯和解釋?！靖呒壵Z言的解釋】1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.3算法解決特定問題的一系列明確可行的步驟稱為算法。算法表達(dá)了解決問題的核心步驟，反映的是程序解題的邏輯。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.3算法【例】求兩個自然數(shù)的最大公約數(shù)。輸入：自然數(shù)a、b輸出：a、b的最大公約數(shù)步驟：①令r為a/b所得的余數(shù)；②若r=0，則算法結(jié)束，b

即為答案；

否則置a←b，b←r，轉(zhuǎn)到第①步。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.3算法對算法的兩個要求：

①每個步驟必須具備明確的可操作性；

②構(gòu)成算法的所有步驟必須能在有限時(shí)間內(nèi)完成。1.3計(jì)算機(jī)與計(jì)算1.3.4實(shí)現(xiàn)當(dāng)找到解決問題的算法后，就需要用某種計(jì)算機(jī)語言將這個算法表示出來，最終得到一個能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序（或代碼），這個過程稱為實(shí)現(xiàn)，俗稱為寫代碼。嚴(yán)格地說，算法和程序是不同的：算法是用非形式化方式表述的解決問題的過程；程序則是用形式化編程語言表述的精確代碼。1.4計(jì)算思維1.4.1計(jì)算思維的定義計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。1.4計(jì)算思維1.4.2計(jì)算思維的基本原則基本原則：既要充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲能力，又不能超出計(jì)算機(jī)的能力范圍。1.4計(jì)算思維1.4.3計(jì)算思維的運(yùn)用1、問題表示抽象是用于問題表示的重要思維工具。計(jì)算機(jī)科學(xué)中的抽象包括數(shù)據(jù)抽象和控制抽象，簡言之就是將現(xiàn)實(shí)世界中的各種數(shù)量關(guān)系、空間關(guān)系、邏輯關(guān)系和處理過程等表示成計(jì)算機(jī)世界中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)，或者說建立實(shí)際問題的計(jì)算模型。1.4計(jì)算思維1.4.3計(jì)算思維的運(yùn)用2、算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)是計(jì)算思維大顯身手的領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)科學(xué)家采用多種思維方