程序设计思想与方法.pptVIP

程序设计思想与方法,董笑菊 电子信息与电气工程学院 计算机科学与工程系,教师信息,办公地点：电院楼群3号楼327室 电话：34205060转602 E-mail 网址 /xiaoju/CT,助教,？ ？ 作业 请确定通过Python验证后发给助教 每个星期日晚上12点之前,课程信息,教材 John M. Zelle Python Programming: An Introduction to Computer Science 参考资料 Jeffrey Elkner, Allen B. Downey, and Chris Meyers How to Think Like a Computer Scientist: Learning with Python. /thinkCSpy/ Python学习手册_第3版,课程信息,下载python 软件的地址 / cs190c:textsoft09 python 2.5/2.6 版,成绩组成,考试 作业、大作业 平时上机(共5次) 周次：3, 6, 9, 12, 15 时间：下午12:55到15:30(三学时) 地点：计算中心?房间 出勤,7,7,7,关于课程,课程名称是“程序设计思想与方法”, 教学内容对应于近年来国际上提出的 新课程“计算思维” 计算思维应成为所有人的基本能力 与阅读, 书写, 算术能力一样!,8,8,8,计算思维 computational thinking,计算思维是计算机科学家利用计算机解决问题时的思想和方法 计算机科学是关于“计算”的学问 计算思维建立在由人或机器执行的计算过程的能力和限制之上 了解计算机的能力，并充分利用 计算机只能按照给定的指令一步步做，无跳跃 按照计算机的特点去思考,计算思维的特点,是概念化思考, 而非编程 是基本能力, 而非机械的生搬硬套 是人的思考方式, 而非计算机的 是数学思维和工程思维的互补及组合 是思想, 而非人造物 人人皆有, 处处皆是,9,计算思维的例子,问题抽象, 表示, 建模 问题难度与机器的能力 问题解决的效率, 近似解, 失误率 变难为易: 分解, 约简, 嵌入, 转换, 模拟 递归地思考 并行处理 类型检查 程序美学, 系统设计的简洁与优雅,10,计算思维的例子(续),模块化 预取和缓存 图像缓存 对最坏情况的预防, 保护, 恢复 数据丢失 同步 启发式推理 规划, 学习, 调度 时空等不可兼得要素的权衡 ,11,日常生活中的计算思维,小学算术: 长除法, 最大公约数 查字典: 线性, 二分 排队: 先来先处理 整理扑克牌: 插入排序 书包: 预取与缓存 邮递员投递路线: 尽可能只经过一次 烧菜: 并行处理 生产: 流水线 ,12,计算思维对其他学科的影响,统计学中的机器学习 计算生物学, 生物信息学 计算博弈论 计算化学, 纳米计算 计算物理学, 量子计算 计算数学, 计算几何, 计算机证明定理 工程中的计算机模拟 医学影像分析 电子商务, 计算广告学 电影特效, 计算机作曲, NBA统计分析 ,13,对本课程的定位,学习计算机科学解决问题的思想方法,应用于其他专业领域 不是程序设计语言课程! 本课程需要编程, 以加深对计算思维的理解 坏消息: 学习编程语言需要掌握非常繁琐的细节 好消息: Python语言非常简单,易学易用 也不是算法和数据结构课程! 当然会学习这方面的一些基本技术,14,计算机与程序,问题的提出,当今时代,计算机几乎无处不在: 企业管理 产品设计 气象预报 电影制作 工业控制 游戏, 写文章, 上网, 问题:计算机究竟是什么?怎么能做这么多不同的事情?,16,17,17,17,通用计算机,计算机是具有如下特征的机器: 能够存储和处理信息 输入处理输出 信息处理由程序控制 计算机程序是一个详细的逐步执行的指令序列,告诉计算机该做什么 程序可改变: 不同的程序完成不同的处理任务 人们造了各种各样的计算机, 但: 所有计算机具有相同的能力!,软件统治硬件,程序决定了计算机做什么 没有程序, 计算机只是一堆废铁 程序设计: 编写软件的过程 程序设计极具挑战性 既要具备大视野 又要关注细枝末节 为何学程序设计? 做计算机的主人 乐趣 培养问题求解能力,18,什么是计算机科学?,并非研究计算机! 正如天文学不是研究望远镜的. EWD CS要回答的基本问题: 什么是可计算的? 对此问题的回答有三种方式: 实际设计一个解决问题的算法 理论分析问题的可解性 无解的, 不是能行可解的 通过实验来研究问题,19,硬件基本知识,20,主存,CPU,输入设备,输出设备,次级存储器,硬件基本知识(续),中央处理器(CPU) 执行运算 只提供简单的运算, 如加法, 比较等 高速：每秒百万条指令 存储器存储程序和数据 CPU只能直接访问主存(RAM) 主存快但易失, 次级存储器慢但持久 输入/输出设备 人与计算机交互,21,硬件基本知识(续),提取执行周期(fetch execute cycle) 提取：从存储器取指令 解码：指令表示什么 执行：做相应的动作,22,程序设计语言,问:用什么语言告诉计算机做什么? 答:用精确无歧义的程序设计语言 精确的语法和语义,23,程序设计语言,有不同层次的程序设计语言 计算机自己的母语: 机器语言 例如: 0000010000000001. 是Intel8086能理解的一条指令. 把机器语言用助忆符表示: 汇编语言 上例即: ADD AL,1. 需要汇编器处理后机器才懂. 适合人用的语言: 高级语言 如: x = y + 1. 需要编译器或解释器翻译后机器才懂.,24,高级语言,25,2013年1月编程语言排行榜榜单(No. 8 Python) /html/2013/ITzixun_0107/107.html,高级语言,高级语言的翻译 编译 源代码编译成目标代码, 再执行 一次编译, 多次执行. 解释 源代码直接被解释执行 每次执行都要重新解释.,26,高级语言,高级语言的翻译 编译 源代码编译成目标代码, 再执行 一次编译, 多次执行.,27,高级语言,高级语言的翻译 编译 解释 源代码直接被解释执行，每次执行都要重新解释,28,Python,Python采用编译/解释混合方式 先编译成字节码, 再解释执行 安装Python