程序设计与计算思维 课件 【ch01】引论

程序设计与计算思维引论第一章案例1：设计加法表01一、案例1：设计加法表一、案例1：设计加法表注释：（1）计算机俗称“电脑”，是用以代替人脑思维的工具。该程序的设计思想是通过9个printf()函数打印与人的“印记”相同的“加法表”，描述过程较为粗放。Prog1.1一、案例1：设计加法表（2）执行printf("1+1=2\n");，打印加法表的第一行，输出:1+1=2。执行printf("1+2=3

2+2=4\m");，打印加法表的第二行，输出:1+2=32+2=4。依次类推，执行printf(“1+9=10

2+9=113+9=12

4+9=135+9-146+9=157+9=68+9=179+9=18\n");，打印加法表的第九行，输出:1+9=10

2+9=113+9=124+9=135+9=146+9=157+9=168+9=179+9=18，如图1.1所示。（3）美国卡内基梅隆大学周以真教授提出，计算思维是指运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动。“计算思维”的理论，通俗地说，就是用计算机科学与技术来解决问题的方法和途径:程序设计是人通过计算机语言将人的思维传递给计算机的过程，使计算机模仿人的思维方式。Prog1.1一、案例1：设计加法表注释:（1）int

i定义变量i；设计for(i=l;i<=?;i++)循环结构，通过循环变量i控制列的变化条件i<=?控制每行输出的算式的个数，例如，条件i=1控制打印第一行，·······”，条件i<=9控制打印第九行。Prog1.2一、案例1：设计加法表（2）执行for(i=1;i<=1;i++)循环结构，打印加法表的第一行，输出:1+1=2。执行for(i=1;i<=2;i++)循环结构，打印加法表的第二行，输出:1+2=3

2+2=4。依次类推，执行for(i=1;i<=9;i++)循环结构，打印加法表的第九行，输出:1+9=102+9=113+9=124+9=13

5+9=14

6+9=15

7+9=16

8+9=17

9+9=18，如图11所示。（3）该程序构造了for循环结构模型，将人解决问题的思想抽象成一致的“接口”。Prog1.2一、案例1：设计加法表注释:（1）voidfn1(int

j)定fun()函数，fun1()函数的功能是打印加法表形参变量j描述的行，主函数main()调用fun1()函数帮助完成任务。Prog1.3一、案例1：设计加法表（2）主函数main()调用fun1(1);，打印加法表的第一行，输出:1+1=2。主函数main()调用fun1(2);，打印加法表的第二行，输出:12=32+2=4。依次类推，主函数main()调用fn1(9);，打印加法表的第九行，输出:1+9=102+9=113+9=124+9=135+9=14

6+9=15

7+9=16

8+9=179+9=18，如图1.1所示（3）函数fun10将人解决问题的思想抽象成一致的“接口”voidfun1(int

j)。Prog1.3一、案例1：设计加法表注释:（1）自定义头文件fun1.h，将在该文件中定义voidfun1(int

j)，主函数所在文件Prog1.4通过#include"fun1.h"就可以使用fun1h文件中的fun1函数。（2）文件Prog1.4中main()函数调用fun1.h文件中fun1()函数的过程与文件Prog1.3实现的功能相同。（3）一个程序由若干源文件组成，本程序是由prog1.4.c、stdio.h、fun1.h等源文件组成的，有的是库文件，有的是程序员自定义的源文件。该问题的解决体现了文件的工具融合“数学思维”与“工程思维”，达到了智慧传递的特征。Prog1.4案例2：一组数据的“逆序”输出02二、案例2：一组数据的“逆序”输出输入:23456712

89输出:89

12

67

4523Prog2.1二、案例2：一组数据的“逆序”输出注释：（1）人的智慧就是追求问题的“本质”。（2）现象级解决方法：执行printf("输入:2345671289\n");，输出:“输入:23

45671289”，这是“原始”数据序列。执行printf("输出:8912

6745

23\n");，输出:“输出:8912674523"，该数据序列与原始数据序列是“逆序”关系，如图1.2所示。（3）这是一种简单粗放的解决问题方法，设计与构造方式单一，解决类似问题的可信度不高。Prog2.1二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.2二、案例2：一组数据的“逆序”输出注释：（1）inta1,a2,a3,a4,a5;定义五个整型数据变量，变量a1、a2、a3、a4、a5各代表内存中的一个存储单元，这五个存储单元可以存储五个整数。(2）执行a1=23;a2=45;a3=67;a4=12;a5=89;，则变量a1存储单元中存储的是23，变量a2存储单元中存储的是45，变量a3存储单元中存储的是67，变量a4存储单元中存储的是12，变量a5存储单元中存储的是89。执行printf("输入:%d%d%d%d

%d\n",a1,a2,a3,a4,a5);，输出:“输入:23456712

89”，这是“原始”数据序列。执行printf("输出:%d

%d%d

%d

%d\n",a5,a4,a3,a2,a1);，输出:“输出:8912

674523",该数据序列与原始数据序列是“逆序”关系，如图1.2所示。(3）思维的基础是人脑有记忆空间，计算思维的基础是构造可识别、能运算的存储空间。该程序通过五个变量“记住”要加工处理的五个数据。有了这五个变量，程序不仅可以处理2345671289这个数据序列，也可以处理其他数据序列。Prog2.2二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.3二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.3注释：（1）函数scanf()可以实现在程序“运行”阶段让用户随机录入数据，处理数据的对象不是在程序设计的前期事先提供的。（2）执行scanf("%d%d

%d%d%d",&a1,&a2,&a3,&a4,&a5);，用户输入:23

456712

89，输入后变量a1、a2、a3、a4、a5的值分别为23、45、67、12、89，但该程序处理的数据也可以是其他数据序列。（3）程序就是计算机指令的集合，程序设计前期可以定义数据的形式(抽象)，在程序执行期间可以输入具体数据。二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.4二、案例2：一组数据的“逆序”输出注释：（1）实现“逆序”可以通过数据序列首尾相应位置交换实现，五个数据中，第一个数据和第五个数据交换，第二个数据与第四个数据交换，这样就达成了目标。（2）执t=a1;al=a5;a5=t，这是将a1和a两个数据交换，同理，执行t=a2;a1=a4;a4=t是将a2和a4两个数据交换。执行printf("输出:%d%d%d%d%dn"a1,a2,a3,a4a5);输出:89

12

6745

23(原始数据序列:2345671289)如图1.2所示。（3）计算思维的核心是抽象，即把人解决任务的方法抽象成可描述的语言。Prog2.4二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.5二、案例2：一组数据的“逆序”输出注释：（1）inta[N]定义数组a，用一个名字a描述一组数据，数组a把数据以“集合”形式进行管理，建立了数据之间的联系。inta1,a2,a3,a4,a5定义五个变量，变量之间是独立的，不能形成联系。inta[N];，数组a中有五个存储单元，存储单元的名称分别是a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]，这五个单元与变量a1、a2、a3、a4、a5一样，每个单元均能存储一个整型数据。（2）执行scanf(“%d

%d%d%d%d”,&a[0],&a[1],&a[2],&a[3],&a[4]);，输入:23

45

6712

89，则单元a[0]的值是23，单元a[1]的值是45，单元a[2]的值是67，单元a[3]的值是12，单元a[4]的值是89。执行t=a[0];a[0]=a[4];a[4]=t;，实现a[0]与a[4]交换，a[0]的值由23变成89，a[4]的值由89变成23。执行t=a[1];a[1]=a[3];a[3]=t;，实现a[1]与a[3]交换，a[1]的值由45变成12，a[3]的值由12变成45。（3）丰富的数据格式可以让人的思维方式变得灵活，数据的存储形式能决定算法，算法一般要依赖具体的数据格式。Prog2.5二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.6注释:（1）inta[N]定义了数组a，存储单元的名称a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]就表现出一定的规律性,“编号”从0依次变化到N-1。程序设计时可以利用结构化程序设计中的“循环”结构依次访问数组a中的存储单元。二、案例2：一组数据的“逆序”输出Prog2.6（2）执行for(i=0;i<N;i++)scanf("%d",&a[i]);，实现给数组存储单元a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]输入数据。执行for(i=0;i<N/2;i++){t=a[i];a[i]=a[N-i-1];a[N-i-1]=t;}，当i=0时，N-i-1的值为4，即a[0]与a[4]交换；当i=1时，N-i-1的值为3，即a[1