第1章 信息与计算思维

第1章

信息与计算思维1.1信息的概念1.2计算机中的信息表示1.3计算机与计算1.4计算思维的实践方法1.1信息的概念信息：指音讯、消息、通信系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容。信息量：指从n个相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度量或含量，也就是在辨识n个事件中特定的一个事件的过程中所需要提问“是”或“否”的最少次数。1.2计算中信息的表示1.2.1进制的基本概念进制即表示数值的方法，它是指用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。在计算机进制中，需要掌握数码、基数和位权的概念。1.2计算中信息的表示1.2.1进制的基本概念数码：进制中表示基本数值大小的不同数字符号。在一种进制中，只能使用一组固定的符号来表示数的大小。十进制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

共10个数码十六进制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16个数码1.2计算中信息的表示1.2.1进制的基本概念基数：一种进制所使用数码的个数。十进制的基数为１０十六进制的基数为１６1.2计算中信息的表示1.2.1进制的基本概念位权：一个数值中某一位上的１所表示数值的大小(以基数为底的幂)。十进制数123=1×102+2×101+3×100所以：1的位权是102，2的位权是101，3的位权是1001.2计算中信息的表示1.2.1进制的基本概念进制对应的数码表2i8i10i16i1.2计算中信息的表示1.2.2进制表示在计算机内部存储、处理和传递的信息均采用二进制代码来表示，二进制的基数为２，只有“０”和“１”两个数码。除二进制外，计算机中常用的还有八进制和十六进制。1.2计算中信息的表示1.2.2进制表示对于不同的进制，常采用以下两种书写方式：1、在数字后面加一个大写字母作为后缀，表示该数字采用的进制；2、在括号外面加下标。1.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换Ｒ进制数转换为十进制数【转换规则】采用Ｒ进制数的位权展开法，即将Ｒ进制数按“位权”展开形成多项式并求和，得到的结果就是转换结果。(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计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换十进制数转换为Ｒ进制数【转换规则】整数部分（倒读法）采用“逐次除以基数取余”法，直到商为０。例:(15)10转换成二进制数(15)10=(1111)21.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换（1）二进制

八进制【转换规则】三位并一位。1位八进制数相当于3

位二进制数。（10010110）2=（?）8010010110226(10010110)2=(226)81.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换（2）八进制

二进制【转换规则】一位拆三位。把1位八进制数写成对应的3位二进制数，然后连接起来即可。（2304）8=（？）22304010000100(2304)8=(10011000100)20111.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换（3）二进制

十六进制【转换规则】四位并一位。1位十六进制数相当于4

位二进制数。（10010110）2=（?）161001011096(10010110)2=(96)161.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换（4）二进制

十六进制【转换规则】一位拆四位。把1

位十六进制数写成对应的4位二进制数，然后连接起来即可。（A0E）16=（？）2A0E10101110(A0E)16=(101000001110)200001.2计算中信息的表示1.2.3不同进制之间的转换二进制数、八进制数、十六进制数间的相互转换（5）其他非十进制数之间的转换不满足以上几种情况的两个非十进制数之间的转换，可以先把要转换的数值转换成对应的二进制数，然后再将二进制数转换成对应数制的数值。1.2计算中信息的表示1.2.5ASCⅡ码在ASCⅡ码中，规定一个字符用7

位二进制编码，最高位为０ASCⅡ共有128

种编码，用来表示128个不同的字符1.2计算中信息的表示1.2.6汉字编码1、汉字输入码常见的有智能ABC、五笔字型码、搜狗输入法等。2、汉字机内码又称“汉字ASCII码”，简称“内码”，指计算机内部存储，处理加工和传输汉字时所用的由0和1符号组成的代码。输入码被接受后就由汉字操作系统的“输入码转换模块”转换为机内码，与所采用的键盘输入法无关。国标码的机内码为两字节长的代码。1.2计算中信息的表示1.2.6汉字编码3、字形码字形码是点阵代码的一种。显示一个汉字一般采用16×16点阵或24×24点阵或48×48

点阵。已知汉字点阵的大小，可以计算出存储一个汉字所需占用的字节空间。【例】使用16×16

点阵存储一个汉字的字形，需要占用多大的存储空间。16×16=256（位）/8=32（字节）000010101000字节数＝点阵行数×点阵列数/

81.3计算机与计算1.3.1计算机硬件与计算的概念１．计算机硬件的基本结构•CPU（中央处理器）：计算机的计算部件，能够执行机器指令；•存储器：计算机的记忆部件，用于存储数据和程序；•输入／输出设备：输入设备和输出设备提供了人与计算机进行交互的手段。1.3计算机与计算1.3.1计算机硬件与计算的概念１．计算的概念•针对一个问题，设计出解决问题的程序，并由计算机来执行这个程序，这就是计算。1.3计算机与计算1.3.2计算机语言1、机器语言机器语言采用二进制代码，即所有指令都是由0和1组成的二进制序列。2、汇编语言汇编语言本质上是将机器指令用更加容易为人们所理解和记忆的“助忆符”形式表现出来。1.3计算机与计算1.3.2计算机语言3、高级语言①高级语言吸收了人们熟悉的自然语言（英语）和数学语言的某些成分，因而非常易学、易用、易读；②高级语言在构造形式和意义方面具有严格定义，从而避免了语言的歧义性；③高级语言与计算机硬件没有关系，用高级语言写的程序可以移植到各种计算机上执行。1.3计算机与计算1.3.2计算机语言4、编译和解释高级语言的翻译有两种方式：编译和解释。【高级语言的编译】1.3计算机与计算1.3.2计算机语言4、编译和解释高级语言的翻译有两种方式：编译和解释。【高级语言的解释】1.3计算机与计算1.3.3算法解决特定问题的一系列明确可行的步骤称为算法。算法表达了解决问题的核心步骤，反映的是程序解题的逻辑。1.3计算机与计算1.3.3算法【例】求两个自然数的最大公约数。输入：自然数a、b输出：a、b的最大公约数步骤：①令r为a/b所得的余数；②若r=0，则算法结束，b

即为答案；

否则置a←b，b←r，转到第①步。1.3计算机与计算1.3.3算法对算法的两个要求：

①每个步骤必须具备明确的可操作性；

②构成算法的所有步骤必须能在有限时间内完成。1.3计算机与计算1.3.4实现当找到解决问题的算法后，就需要用某种计算机语言将这个算法表示出来，最终得到一个能被计算机执行的程序（或代码），这个过程称为实现，俗称为写代码。严格地说，算法和程序是不同的：算法是用非形式化方式表述的解决问题的过程；程序则是用形式化编程语言表述的精确代码。1.4计算思维1.4.1计算思维的定义计算思维是运用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。1.4计算思维1.4.2计算思维的基本原则基本原则：既要充分利用计算机的计算和存储能力，又不能超出计算机的能力范围。1.4计算思维1.4.3计算思维的运用1、问题表示抽象是用于问题表示的重要思维工具。计算机科学中的抽象包括数据抽象和控制抽象，简言之就是将现实世界中的各种数量关系、空间关系、逻辑关系和处理过程等表示成计算机世界中的数据结构和控制结构，或者说建立实际问题的计算模型。1.4计算思维1.4.3计算思维的运用2、算法设计算法设计是计算思维大显身手的领域，计算机科学家采用多种思维方