计算思维原理研究与实现数据组织大学本科毕业论文

毕业设计报告(论文)计算思维原理研究与实现数据组织所属系计算机工程系专业计算机科学与技术学号姓名指导教师起讫日期设计地点毕业设计报告(论文)诚信承诺 本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。学生签名：日期：计算思维原理研究与实现数据组织摘要随着计算机技术的不断发展和信息量的不断加大，计算机中需要大量的存储数据。目前在使用C语言或者C++语言计算机中的数据基本都以变量、数组、指针数组，结构体等的方式存在。在不同数据类型之间也有着紧密的联系。本论文从数据组织的一些基本单位来讨论它的原理和实现，数据组织的原理就是由最小的数据单位来不断的组合、归并等方式来组成更加复杂大型的数据组织，演示这些原理包括了用动画或者漫画的形式来表现数据组织的基本原理，还有一些案例的演示，也用了一个小游戏来实现这个原理。关键字：数据组织，基本原理，动画，小游戏。Abstract:Withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnologyandtheinformationvolumeofthegrowing,needtostoredatainacomputer.Atpresent,intheuseofClanguageorC++languagecomputerdatabasicallytothevariable,array,pointerarray,thereisstructureinsuchaway.Therearecloselinksbetweendifferentdatatypes.Inthispaper,fromthebasicunitofdataorganization,todiscussitsprincipleandImplementation,Theprincipleofdataorganizationisthesmallestunitofdatatocontinuouslymix,mergingtoformmorecomplexdataorganizationoflarge,Todemonstratetheseprinciplesincludetheprinciplewiththeanimationorcomicformdataorganization,insomecase,alsousedasmallgametoimplementthisprinciple.Keywords：Dataorganization，Thebasicprincipleof，Animation，Smallgame.目录TOC\o"1-3"\h\u12102摘要 38304目录 427025第一章：绪论 5184301.1引言 541531.2选题背景 567081.3论文的主要工作 6278241.4论文组织结构 66820第二章：相关技术简介 7318762.1PPT的制作 7163472.1.1PPT中包含的基本内容 7303012.2.2PPT的制作方法及所需的技术 7243052.2PPT的制作过程 116107第三章：计算思维应用设计与实现 1241883.1计算思维原理及对数据组织的映射 1229523.1.1故事的介绍（其中一部分演示文稿中所需） 12165563.2.2计算思维对数据组织的映射 12284713.2计算思维案例设计与实现 13296613.2.1案例一：数组； 1316763.2.2案例一总结 13144173.2.3案例二：指针数组 14170173.2.4案例二总结 14283603.2.5互动游戏：扫雷小游戏 14199613.2.6小游戏总结 16303993.3本章小结 164432第四章：测试与评价 1728484.1测试方案设计 17267744.1.1PPT的测试 17146414.1.2制作的小游戏的测试 17285084.2测试效果评价 1727670第五章：总结和展望 1847745.1总结（数据组织是如何把计算思维的原理体现出来的） 1865115.2展望 1825492致谢 1916343参考文献 20第一章：绪论1.1引言随着当今科技的不断发展，计算机的不断发展，信息量的不断增大，数据的存储需要更加有条理，规范化。而计算思维中的一部分——数据组织就可以运用计算思维的原理来实现存储大量的数据。目前，计算思维虽处于规律探索阶段，被关注较晚，积累也不厚重，但已经取得了令人振奋的成绩。随着计算机科学的不断发展及运用领域的进一步深入，计算思维研究完全可能快速发展。而且在现下，不管是国内还是国外，计算思维的研究都已有一定的成果。在当今，计算思维是国际计算机界一个非常重要的概念，也是计算机学习中一个重要的课题。现在计算思维在计算机科学界的重视度越来越高，虽然研究有了一些成果，但是毕竟这个科目出现不久，有着更多的未知等待人们去解答。计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看起来困难的问题重新阐述成一个我们能够解决的问题。计算思维是计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维是每个人的基本技能，不仅属于计算机科学家。计算思维是一种递归思维，它是归并处理。它能把代码译成数据，亦能把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查，对于别名或赋予人或物的多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处。数据组织是按照一定的方式和规则（变量，数组，指针暑假，结构体）对数据进行归并、存储、处理的过程。数据组织对数据的归并，存储体现了计算思维的递归思想，是计算思维在数据组织中的表现。我们通过对数据组织的研究来更好的了解计算思维。1.2选题背景计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看起来困难的问题重新阐述成一个我们能够解决的问题。随着计算机技术的不断成熟，数据存储量的不断加大，需要我们考虑组织数据，这些数据在计算机中的存在。我们要懂得计算思维的原理在数据组织中是如何体现的。人们认为计算思维是当今的每一个大学生综合素质和创新能力的体现，懂得计算思维的大学生在今后的工作生活中更能找到新的启发，能抓到更新的机遇。在计算机发展如此迅速的今天，计算思维这门学科进入大学，甚至高中的学习课是将是一个必然发展趋势。1.3论文的主要工作在做这个毕业设计前，我们需要了解并且熟悉计算思维的基本原理及其概念。这个毕业设计需要我们解释并且表现出计算思维中数据组织的原理，这就要我们努力把这个抽象的理论概念和原理用通俗易懂的动画、漫画或者PPT的方式来表现在人们面前，并且用一个简单的小游戏来实现其原理。对计算思维的概念有清晰的了解，以数据组织为应用对象，用动画、漫画或者PPT的方式直观的解释和演示数据组织的基本原理。1.基本原理：解释数据组织中是怎么样体现计算思维的原理的。2.案例一：用简单的方法给出普通数组的示例，让看的人更容易理解。3.案例二：用简单的方法给出指针数组的示例，让看的人更容易理解。4.交互与游戏：一个简单的扫雷小游戏，表现了数组或者多重数组的形式，而每个雷就是一个个的变量。5.需要的提供的基础资料:素材，相关教材等等；1.4论文组织结构*第一章：绪论；*第二章：相关技术简介；*第三章：计算思维应用设计与实现；*第四章：测试与评价；*第五章：总结与展望。第二章：相关技术简介2.1PPT的制作2.1.1PPT中包含的基本内容一套完整的PPT文件一般包含：片头Flash、动画、PPT封面、前言、目录、过渡页、图表页、图标页、文字页、封底、片尾动画等；所采用的素材有文字、图片、图表、动画、声音、视频等。在PPT制作的过程中，我们还需要注意一些事项，最重要的就是文本要简单扼要，既简单，又能表达出该表达的意思，让人看了不觉得复杂，但是又能很容易理解。在制作PPT之前你需要用到MicrosoftPowerPoint幻灯片这个制作PPT的应用程序。2.2.2PPT的制作方法及所需的技术1.素材图片的寻找：素材图片可以在保证计算机已经联在互联网上的时候，用MicrosoftPowerPoint幻灯片这个应用程序的右侧菜单栏中（如图2.1-1所示）的找到素材按钮，然后点击，会出现搜索框，在搜索框中搜寻我们所需的素材图片。当我们所需的素材图片在这里搜索不到的时候，我们可以去互联网上进行找寻，找到合适的素材图片，我们需要进行加工保存，然后用到PPT当中。图2.1-12.PPT中的人或者物品的行动轨迹的制作：图片人或者物品的行动轨迹的制作也需要在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用程序的右侧菜单栏中找到效果这个按钮（如图2.1-2所示），然后点击，选中我们所需要动作的图片，然后看到添加效果这个框框里（如图3所示）点击，里面出现动作路径，然后点击绘制自定义路径，就会出现（直线、曲线、任意多边形、自由曲线）四个选项就可以按照所需行动的设想的路径来选择合适的选项。图2.1-2图2.1-33.PPT中文字的特效制作：在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用软件的右侧菜单栏选择效果按钮，找到（如图2.1-2所示）的添加效果，可以看到（如图2.1-3）中的选项（进入、强调、退出），然后在这三个选择的里面另外有很多特殊效果，我们可以根据需要来进行选择。4.PPT动画的制作：在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用软件的右侧菜单栏选择动画按钮，里面有很多各种动画特效（如图2.1-4所示）。图2.1-45.素材图片的插入：在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用程序上方菜单栏中找到插入，然后找到图片按钮（如图2.1-5所示），再在弹出来的对话框中找到我们先前进行加工处理的图片，选择它点击确定就可以把该素材放进PPT中了。图2.1-56.文字的插入：在需要写入文字的时候，我们需要插入文本框，这个文本框就在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用程序的上方菜单栏中（如图5所示右侧），点击文本框会有两个横向和竖向文本框的选项，根据需要来进行选择。7.超链接的制作：在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用程序的上方菜单栏中（如图2.1-6所示），选中你需要添加超链接的图片、文字、动画、按钮等，然后选择图2.1-6中的超链接按钮或者动作按钮。在这里我们有必要解释一下，超链接是可以链接到另外一个PPT、动画或者视频上的，也可以链接到本演示文稿中的某一张幻灯片，而动作是链接到本个演示文稿中的某一张幻灯片，不过好像也可以链接到别的文件上面。图2.1-68.PPT的放映方式：在MicrosoftPowerPoint幻灯片应用程序的上方菜单栏中（如图2.1-7所示），选择幻灯片放映，再选择设置放映方式，出现的对话框里的放映幻灯片一栏里选择全部放映，然后缺点，点击排练时间，每做一个动作就点下一项，直到全部放映完，然后点击保存幻灯片，这个时候就差不多一个简单的PPT就做完了。图2.1-79.PPT的检测：当我们把幻灯片都做完的时候，我们需要在播放的时候检查一下，看看哪里还有错误，或者与预期设想不同的地方，如果出现错误或者与预期不符合的情况，就需要进行修改，直到没有错误，符合预期效果的时候，基本才算是真正做完了一个完整的PPT演示文稿。2.2PPT的制作过程整个演示文稿（幻灯片或者PPT）的制作流程，一般都要经历以下的几个步骤：素材的准备工作：主要需要我们准备一些该幻灯片用得到的图片、声音、动画、视频等这些文件。方案要确定下来：对整个演示文稿（PPT）需要确定一个整体的架构的一个设计。前期的初步制作：将我们在第一步里准备的一些图片、声音、动画、视频等文件按照所需，放在整个演示文稿架构所需要的位置上（将这些文件对象插入或者输入到幻灯片中）。中期的修饰处理：把幻灯片中的元素的属性按照在每张幻灯片中的最佳比例修改它的大小（比如字体、图片的大小，动画、视频的播放时间长短等等），然后对其进行这些修改，修改完成后点击保存，幻灯片的装饰工作就差不多完成了。进行预演播放：设置一些幻灯片中的要素，然后添加每个动作或者每张幻灯片的播放时间，等全部添加完成之后，再自动播放一遍，看看效果，如果不满意或者时间偏长或偏短，可以重新添加，直到播放满意为止。在这个时候，我们的演示文稿（PPT或者幻灯片）也就完成了。完成了演示文稿的预演播放之后，它就可以出现在大众的面前了，幻灯片必须简明扼要的表达我们需要表达的意思，让人们看的懂，易理解。第三章：计算思维应用设计与实现3.1计算思维原理及对数据组织的映射3.1.1故事的介绍（其中一部分演示文稿中所需）计算思维通俗的讲就是由最小的简单的单位来经过不断的叠加，组合，拼装来成为一个更加复杂的比较大的单位。在这里，我通过一个小的故事情节来表现出计算思维的原理在数据组织中的体现。这个小故事是这样的：一个小朋友他发现随着当今社会的不断发展，数据量的不断增大，数据在计算机中的组织需要我们好好理解一下它是怎么组织的。于是他介绍了变量、数组、多重数组、指针数组、结构体等这些计算机中的数据组织方式。然后他根据自己在日常生活中寻找东西的例子中想到了数组与数组之间的关系：指针。他在房间里寻找食物，而他发现了很多成排成列的盒子，他打开一个，发现盒子是空的，又打开还是社么都没，直到他打开一个盒子，发现里面有一张纸条，而纸条上写着他所要找寻的食物在另外一个盒子中，这个纸条就相当于我们数组之间的指针，它指向另外一个地址，而那个地址就是我们所需要找寻的目标物品或者数组。通过这个小故事情节，我们可以把抽象的数据组织概念和基本原理用PPT上的图画或者动画、漫画来生动的通俗的表现在观看者面前，让本来难以理解的概念和基本原理看起来就像是看漫画或者玩小游戏那样轻松的理解和掌握。3.2.2计算思维对数据组织的映射计算思维是运用计算机科学中的一些概念来把我们平时碰到的问题、还有系统的设计、和对人们行为的理解。还可以有更加通俗的解释，那就是可以通过约简，转化，仿真等不同的方法，把对我们来说很困难的一些问题重新以一个我们知道怎么进行解答的问题放在我们面前，这样可以使我们能够把复杂问题简单化，来解决问题。这其中有递归的思维，是并行处理，我们知道计算思维的原理就是简单的基本单位不断的组合，拼装来变成更加复杂的单位的。计算思维是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或者进行巨大复杂系统的设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法），是把复杂问题约简为我们能够解决的简单问题的方法。基本的概念：递归，约简，转化，分解，存储，分解，抽象，并行，多维分析，冗余，处理等很多。而数据组织（data0rganization）是按照一定的方式或者规则来对数据进行归并、存储和处理的过程。而这恰好体现了计算思维中的一些原理，比如说归并，并行，或者通俗的说是数据中的最小单位变量经过不断的叠加，组合，并行成为数组，多维数组，指针数组，结构体等这些有一定规则和方式存储的数据组织方式。3.2计算思维案例设计与实现3.2.1案例一：数组；数组就是把相同数据类型的元素（或者称变量）按照一定的顺序来进行排列，排列完成之后的组合。然后就可以用一个名字把它命名，用不同的名字和编号来区分他们的变量集合。数组有多种不同的数据类型，比如说整型（int）、实型（float）、字符型（char）等等，这些都是根据数组中的元素的数据类型而定，如果元素是整型的，那就用的是int，以此类推，其他的也是如此。例如：1.inta[20]说明这个数组是整型数组，该数组有20个元素，a是它的数组名。2.floatb[10]说明这个数组是实型数组，它有10个元素，b是它的数组名。3.charch[20]说明它是字符数组，有20个元素，它的数组名是ch。4.Intc[5]=｛1，2，3，4，5｝；其中1，2，3，4，5是这个c数组中的元素。3.2.2案例一总结数组就是由一个个相同数据类型的元素或者是变量不断的叠加组合而成的，这正符合了计算思维原理。数组就是很多相同数据类型的变量的集合，它可以分为一维数组、二维数组、三维数组甚至N维数组。这些数组用来存储连续的相同数据类型的数据，而这些数据都存储在计算机内存空间中，位置基本固定不变，这样可以使我们在需要使用这些数组的时候，更快的访问到这些数组，提取我们需要的数据。而后如果我们把相同数据类型的数组并列在一起，就可以组成二维或者多维数组了。3.2.3案例二：指针数组在C语言或者是C++语言中，数组中的元素全部都是指针的数组被称为指针数组。一维指针数组的定义形式是这样的：“类型名*数组标识符[数组长度]”。例如：1.int*p[4]由于[]比*优先级高，因此p先与4结合，这是数组形式，它有4个元素。然后再与p前面的*结合，*表示数组是指针类型的，每个数组元素（相当与一个指针）都可以指向一个整型变量。2.inta[3]={1,2,3};int(*p)[3];p=&a;p是一个指针类型的数据，它指向的是三个int类型的数组，要用p指向的数据可以这样(*p)[0],(*p)是解出p指向的数据，也就是数组a，其实也就是数组a的首地址，然后就可以用下标[]取数据了。结构体是由不同的数据类型的数组组合在一起的，例如一个学生的结构体，它里面可以包含的元素是：姓名、学号、年龄、学校、考试成绩、名族，家庭所在地，等等，也还可以是身高，体重等等各种关于这个学生的属性。在这里我们就可以举一个结构体的例子，就比如说学生结构体：Struct_student｛charaname（20）;intbage(2);intcNo(10);...｝;在这样一个学生结构体中，我们看到了学生的姓名，年龄和学号这三个不同属性的数组放在了一起，也就形成了结构体。3.2.4案例二总结指针数组它表达了数组与数组之间的联系，它也体现了计算思维的基本原理。它通过不断的叠加、组合，在每个变量，数组之间是需要有联系的。结构体就是表现了计算思维的一个不断组合、叠加的原理，它是由不同数据类型的数组组合而成的，这正好体现了计算思维的原理。3.2.5互动游戏：扫雷小游戏图3.2-1（如图3.2-1所示）就是在本毕业设计中制作的小游戏。在制作这个小游戏之前，我们必须理解计算思维的基本原理，更要理解我这个毕业设计的小题目：数据组织的基本原理。这样才能在小游戏中体现出这些个原理，才能让观看或者试玩的人真正通过我的小游戏来理解这个抽象的计算思维--数据组织的基本原理。在这个扫雷游戏中一共有4个区域，但是只有一颗雷，只要踩中雷，游戏便宣告失败，但是在踩雷之前把3块安全区点出来，游戏便顺利过关。而蓝色的小方块的背后是阿拉伯数字1或者2，1代表安全区域，2代表雷区。在这个游戏制作的过程中经历了不少的错误和失败，最后在花去了比较长时间之后，慢慢的把它进行了完成和加工装饰。我对这个小游戏还是有一些不太满意的地方，就是只有2*2的雷区，而要是扩大雷区的话，后续的幻灯片的制作，和需要超链接的地方实在是太多了，而且容易搞混淆，必须一次性做完，因为不是一次性的话，下次接着做的时候，又必须把前面做的都看一遍，做到了哪里，时间也不太充足，所以我只能做了一个2乘2的扫雷小游戏，因为本人对Flash动画的制作技术不够我制作一个扫雷小游戏，所以只能在PPT上制作的，所以做的也比较粗糙。这个小游戏中每个未知雷区的排列方式就是数组或者多重数组的表现形式，它表现了变量的不断组合、叠加、并列。每一个方格就是不断的叠加叠加表现了计算思维的归并的思维，每个未知雷区就是一个个的变量，它们通过不断的组合形成了一个2*2的雷区。3.2.6小游戏总结这个小游戏虽然花去了我一些时间，但是我自认为做的还不够好，由于时间原因，现在只能稍加修改，而不是重新制作。这个扫雷的小游戏体现了数据组织的基本原理，例如变量、数组、多维数组都在这其中有一定的体现。希望这个小游戏对试玩的人们能够帮助你们理解计算思维的基本原理，更加理解数据组织的基本原理。在制作这个小游戏的过程中，我觉得更加充分的理解了数据组织的概念和基本原理，在数据组织这个名词出现以前，人们能够想到这样的存储数据的方式，我觉得非常厉害。我在完成这个小游戏的时候，我觉得，我自己完全的认为这个小游戏可以体现出数据组织的基本原理。在这个小游戏的制作过程中，我也对PPT的超链接这个按钮也有了更加进一步的了解，在做完这个小游戏的时候，我学到了很多，不光是对本次毕业设计的理解，也对一些别的知识进行了复习或者是增添了一些以前不知道的知识。3.3本章小结在幻灯片，PPT，案例一和案例二，小游戏的这些制作过程中，我从这些个内容中，理解了很多关于计算思维及其对数据组织的映射，让我对这些抽象的概念、原理有了一定的理解，可以说是比较深刻的理解，在这段制作毕业设计的时间内，经过指导老师的一次次点评，经过自己的一次次修改，完成了这个任务，感觉比较好，还有就是充分认识到了毕业设计小团队的合作也是非常重要的。第四章：测试与评价4.1测试方案设计4.1.1PPT的测试每张幻灯片的测试，从第一张到最后一张，一张张仔细检查，检查其是否有瑕疵或者不正确的地方，都需要把它进行修改，让每张幻灯片表现到最佳的状态。这其中主要检查的是每张幻灯片中