《信息技术》-第五章 程序设计

信息技术Informationtechnology了解程序设计理念

第五章程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。程序设计往往以某种程序设计语言为工具，编制基于这种语言的计算机程序。程序设计过程包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。专业从事程序设计的人员常被称为程序员。了解程序设计理念任务一了解计算机程序和编程思想任务二了解常用的程序设计语言任务三了解算法和数据结构任务1了解计算机程序和编程思想任务说明了解计算机处理问题的方法，明确任务目标，才能让计算机帮助我们高效解决实际问题，并逐步形成基于计算思维的解决问题模式。本任务将帮助学习者了解计算机处理问题的基本过程，熟悉编程思想，为编制实用程序打好基础。（一）了解计算机程序设计设计计算机程序解决问题的基本过程：1分析问题2设计算法3编写程序4运行、调试程序，分析结果5编写程序文档（二）了解编程思想编程思想是指使用计算机解决人们实际问题的思维方式，具体表现为：1.过程性编程思想过程性编程思想是一种以过程为中心的编程思想，程序设计者需要按照计算机的工作机理，以信息流及其信息转换的过程设计程序。其实质就是从计算机处理问题的原点出发，按照“输入→运算→输出”的过程进行程序设计。（二）了解编程思想编程思想是指使用计算机解决人们实际问题的思维方式，具体表现为：2.结构性编程思想结构化编程思想采用自顶向下、逐步求精的编程思想，程序设计者需要把问题按功能划分为若干个基本模块，各模块之间的关系尽可能简单，功能上相对独立。每个模块内部由顺序、选择、循环三种基本结构组成，模块化实现的具体方法是使用子程序。3.对象性编程思想（二）了解编程思想编程思想是指使用计算机解决人们实际问题的思维方式，具体表现为：对象性编程思想是将事物对象化，以对象为单位考虑它的属性及方法，这与传统的面向过程编程完全不同。编程时先分析问题的本质，抽象出所有对象，明确每个对象完成的任务，最终将解决问题的所有对象组合起来，完成问题求解。面向对象的编程思想更符合现实问题的求解思路。任务2了解常用的程序设计语言任务说明自计算机面世以来，计算机程序语言不断变化、发展，以更好满足计算机应用的需要，目前，世界上公布的程序设计语言已经有数百种之多，但是只有很小的一部分被认可、广泛使用。本任务将介绍常用的程序设计语言，帮助学习者了解程序设计语言的基本特点，为有效选择使用程序设计语言奠定基础。（一）了解程序设计语言机器语言汇编语言高级语言（二）了解常用的编程语言C语言C++语言Java语言Python语言DelphiSQL语言任务3了解算法和数据结构任务说明解决不同问题需要不同算法，同一问题，也可以有多种解决问题的算法，因此，全面了解算法会对解决实际问题有很大帮助。本任务将帮助学习者了解算法的基本概念，掌握正确选择算法的基本方法。（一）了解算法的概念1.算法一个程序应包括对数据的表示（数据结构）和对操作的描述（算法）两个方面的内容，所以，著名计算机科学家沃思提出了“数据结构+算法=程序”的概念。算法（algorithm）是求解问题的一系列计算步骤，用来将输入数据转换成输出结果。如果一个算法对其每一个输入实例都能输出正确的结果并停止，则称它是正确的。一个正确的算法能解决给定问题，不正确的算法对于某些输入可能根本不会停止，或停止时给出的不是预期结果。2.算法设计目标算法应满足以下几个目标正确性可使用性（用户友好性）可读性健壮性高效率和低存储量3.算法设计步骤大致包括以下几个基本步骤分析求解问题选择数据结构和算法设计策略描述算法证明算法的正确性算法分析（二）了解算法的特点有限性确定性有零个或多个输入有一个或多个输出有效性（三）了解常用的算法顺序查找法二分查找法冒泡排序法（四）了解算法的性能分析1.算法的时间复杂度分析衡量算法有效性的一个指标是运行时间。算法的运行时间长短与算法本身的设计和所求解问题的规模有关，算法的时间性能分析也称为算法的时间复杂度分析。影响算法运行总时间的两个主要因素每条语句的执行时间每条语句的执行次数（频度）2.算法的空间复杂度分析衡量算法有效性的另一个指标是内存消耗。对于复杂算法，如果消耗的内存超过运行该算法的计算机可用物理内存，则算法无法正常执行。算法的内存消耗分析又称为算法的空间复杂度分析。（五）了解常用的数据结构1.常用的数据结构计算机中包括以下几种常用的数据结构：数组线性表栈队列链表树图堆散列表

数据结构是算法设计的基础，算法的操作对象是数据结构，在设计算法时通常要构建适合算法的数据结构。数据结构设计主要是选择数据的存储方式，如确定求解问题中数据采用数组存储还是采用链表存储。

数据结构关注数据的逻辑结构、存储结构以及基本操作，而算法更多关注如何在数据结构的基础上解决实际问题。算法是编程思想，数据结构则是这些思想的逻辑基础。（五）了解常用的数据结构2算法和数据结构的关系复习计算机程序编程思想常用的程序设计语言算法和数据结构设计简单程序第五章在确定了求解问题的算法，选择了恰当的数据结构后，编制求解问题的计算机程序成为实现计算机问题求解的关键。学习程序设计不但要了解计算机解题的过程，更要学会计算机处理问题的具体方法，提高从计算的角度解决问题的基本能力。设计简单程序任务一认识Python程序设计语言任务二编写Python程序任务三调试Python程序任务1认识Python程序设计语言任务说明全面、深入了解编程工具既是选择合适程序设计语言的前提，更是使用编程工具编制解题程序的基础。本任务将从最基本的Python语言下载、安装开始，帮助学习者了解使用Python编制程序的基础知识，掌握安装编程工具的基本技能。（一）下载、安装Python在Python的官方网站上提供有两个版本的安装程序，分别是Python2.x和Python3.x，两个版本之间不兼容，除了输入输出方式有所不同，很多内置函数的实现和使用方式也有较大的区别。1打开浏览器输入“”，登录Python官网，在Downloads页面根据所使用的平台选择要下载的版本。2单击Windowsx86-64executableinstaller超链接，下载Python3.8.2（64位）安装程序python-3.8.2.exe。（一）下载、安装Python在Python的官方网站上提供有两个版本的安装程序，分别是Python2.x和Python3.x，两个版本之间不兼容，除了输入输出方式有所不同，很多内置函数的实现和使用方式也有较大的区别。3双击下载的Windows格式的安装文件python-3.8.2.exe，打开程序安装向导。选中“AddPython3.8toPATH”复选框，单击“InstallNow”选项，开始安装Python。4出现安装成功界面后，单击“Close”按钮，完成安装。录屏演示安装过程及实例讲解（二）运行Python解释器1单击“开始”→“Python3.8”→“Python3.8”，打开Python解释器交互窗口。2在Python解释器提示符>>>输入print(‘欢迎学习Python语言！’)，按Enter执行，Python解释器将调用print()函数，打印输出字符串“欢迎学习Python语言！”。3在Python解释器提示符>>>输入1+2+3+4+5，计算输出结果为15。4按“Ctrl+Z”→Enter键，或输入quit()，或直接关闭Python解释器交互窗口，均可关闭Python解释器。（三）运行Python集成开发环境1单击“开始”→“Python”→“PythonIDLE”，打开Python内置的集成开发环境IDLE。2在Python解释器提示符下输入“forxinrange(10):”（冒号代表复合语句）按Enter键，Python解释器将在下一行自动缩进，等待输入；输入print(x,end=‘’)后，按Enter键，Python解释器将在下一行等待输入（for循环语句块可以包含多条语句）。直接按Enter键，结束for循环语句，Python解释器解释执行各语句并输出结果。输入quit()，或直接关闭IDLE窗口，均可关闭Python解释器。（四）了解IDLE常用快捷键比较常用的快捷键快捷键功能说明Alt+P浏览历史命令（上一条）Alt+N浏览历史命令（下一条）Alt+/自动补全前面曾经出现过的单词，如果之前有多个单词具有相同前缀，则在多个单词中循环以供选择Ctrl+F6重启shell，之前自定义的对象和导入的模块全部失效Ctrl+]缩进代码块Ctrl+[取消代码块缩进Alt+3注释代码块Alt+4取消代码块注释F1Python帮助文档（五）使用IDLE编写和执行Python源文件程序1运行Python内置的集成开发环境IDLE。2选择“File”→“NewFile”命令，打开Python源代码编辑器，新建Python源代码文件。3输入程序源代码。4选择“File”→“Save”命令，将文件保存在“C:\python\ch5”，文件名为anli1.py。5选择“Run”→“RunModule”命令，打开IDLE，输出程序运行结果。（六）了解Python程序构成Python程序可以分解成模块、语句、表达式和对象，它们之间的对应关系如下：Python程序由模块组成，模块对应扩展名为.py的源文件。模块由语句组成。模块即Python源文件。语句是Python程序的过程构造块，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制分支、创建循环、增加注释等。语句包含表达式。表达式用于创建和处理对象。（七）了解Python中的对象部分内置对象对象类型示例对象类型示例数字1234,3.14,3+4j文件f=open(‘data.txt’,’r’)字符串‘aswe’,”Hello”,”Python”集合set(‘abc’),{‘a’,’b’,’c’}列表[1,2,3],[‘a’,’b’,[1,2]]布尔型Ture,False字典{a:’name’,b:’age’,c:’num’}空类型None元组(1,-3,8)编程单元类型函数（def定义），类（dass定义）（八）了解Python中的变量、常量在定义变量名时，需要注意以下几个问题：变量名必须以字母或下划线开头，但以下划线开头的变量在Python中有特殊含义；变量名中不能有空格以及标点符号；不能使用关键字（保留字）作为变量名，可以导入keyword模块后使用print（keyword.kwlist）查看所有Python关键字（保留字）；不建议使用系统内置的模块名、类型名、函数名、已导入的模块名及其成员名作为变量名；变量名区分英文字母大小写，如name和Name是不同的变量。（八）了解Python中的变量、常量常量属于Python不可变对象，即修改整型变量值的时候并不是真的修改变量的值，而是先把值存放在内存中，然后修改变量使其指向新的内存地址，浮点数、复数等数字类型以及其他类型的变量具有同样的特点。（九）了解Python中的运算符和表达式Python表达式要遵循一定的书写规则：1表达式从左到右在同一基准上书写。数学公式x2+y2应该写作x*2+y*2；乘号不能省略。数学公式xy（x乘以y）应写作x*y。2括号必须成对出现，而且只能使用圆括号，圆括号可以嵌套使用。（十）了解Python内置的函数内置函数是指不需要导入任何模块即可直接使用的函数，如map()函数即属于Python内置函数，因此不需要导入任何模块就可以直接使用。Python内置函数众多且功能强大，编写程序时应优先考虑使用内置函数，因为内置函数不仅成熟稳定，而且速度较快。（十一）了解Python代码编写规范缩进

Python程序是依靠代码块缩进体现代码之间的逻辑关系。对于类定义、函数定义、选择结构、循环结构以及异常处理结构来说，行尾的冒号以及下一行的缩进表示一个代码块的开始，而缩进结束则表示一个代码块结束。在编写程序时，同一个级别的代码块的缩进量必须相同。任务2编写Python程序任务说明编程的目的是使计算机理解人的意图，告诉计算机解决具体问题的思路、方法和手段，使计算机能够根据人的指令一步一步去工作，完成某种特定的任务。本任务是通过一些具体编程实例，帮助学习者了解编程方法，提高编程动手能力。（一）了解程序流程控制3种控制结构顺序选择循环结构（二）编制简单的Python程序1用户输入一个三位自然数，计算并输出其百位、十位和个位上的数字。2已知三角形的两边长及其夹角，求第三边长。3任意输入三个英文单词，按字典顺序输出。（三）编制21点扑克牌游戏程序1．游戏规则21点又名BlackJack，由2到5个人玩，使用4副扑克除大小王之外的208张牌，游戏者的目标是使手