《数字技术应用 基础模块（WPS Office 上册）》 课件 第三单元 编程的魅力-程序设计入门

第三单元

编程的魅力——程序设计入门3.1初识程序设计3.2设计简单程序目录初识程序设计3.11.了解算法的基本概念。2.了解计算机程序的概念和基本结构。3.会通过分析问题设计合理的算法，并对算法进行描述。4.了解主流的程序设计语言的种类和特点。5.了解Python的基本语法，会编写简单的Python程序并调试运行。学习目标任务描述张琦是某技师学院焊接加工专业的学生。他从新闻上得知，2023年我国造船完工量、新承接订单量和手持订单量三大造船指标均大幅增长，占国际市场份额分别为50.2%、66.6%和55%，均位居世界第一。他为我国造船业取得的巨大成就感到自豪，有意毕业后进入船舶企业成为一名船舶电焊工。老师告诉张琦，要成为一名优秀的电焊工，除了掌握较高的操作技能外，还要具备一定的数字技能，如基本的编程技巧。老师布置了一个任务，希望张琦用编程来解决。任务描述假设某船舶企业车间有

N

名船舶电焊工，平均每人每天能完成的任务量为

M，焊接工作的总任务量为

W，理想情况下这些任务最少能用几天时间完成？要想用编程来解决这个问题，首先我们要给出这个程序的算法。一个程序的算法通常用流程图来表示，本任务绘制好的流程图如图所示。任务描述“计算任务完成时间”算法流程图一、算法的概念算法是指按照一定规则解决某一编程任务的明确而有限的步骤。对于同一个编程任务，可以有不同的算法。在设计算法时，不仅要保证算法的正确，还要考虑算法的质量。设计相对简单、运算步骤少的算法，运行起来速度也会更快。知识储备二、如何设计算法当我们接到一个编程任务时，首先要对其进行分析，明确任务的具体要求、输入的数据和需要输出的结果，再找出一个适合用计算机来求解的适当的解决方法或策略（即算法）。算法的每个步骤都要有确定的执行顺序，能够被计算机理解和执行且无二义性。三、算法的表示1.自然语言自然语言就是人们日常使用的语言，可以是汉语、英语或其他语言。用自然语言表示通俗易懂，但文字冗长，容易出现歧义。除了一些很简单的问题外，一般不用自然语言描述算法。2.流程图流程图是用一些特定的图形符号加说明来表示各种操作。在实际编程中，经常使用流程图来描述算法。流程图常用图形符号如图所示。3.伪代码伪代码是用介于自然语言和计算机语言之间的文字和符号（非图形符号）来描述算法。流程图常用图形符号任务分析任务描述在任务1中张琦已经设计了“计算任务完成时间”的算法，并绘制了流程图。接下来他将使用Python程序设计语言实现算法，使之能运行并输出正确结果。张琦编写好的程序如下。M=float(input('M='))N=int(input('N='))W=float(input('W='))D=W/(M*N)print('最少天数:',D)一、程序设计语言的发展历程1.机器语言计算机诞生之初，使用的是机器语言，它是计算机能直接识别和接受的二进制代码。知识储备2.汇编语言汇编语言又称符号语言，是用符号（如一些简洁的英文字母、符号串）来表示特定指令的程序设计语言。3.高级语言高级语言不依赖于具体机器，更接近于人们习惯使用的自然语言和数学语言。高级语言可分为面向过程和面向对象两类。二、常用高级语言常用的高级语言包括Fortran、Cobol、Basic、VisualBasic、C、C++、C#、Java、JavaScript、Python等。前三种语言主要在计算机发展早期使用，后面几种语言目前正被广泛使用，见下表。常用高级语言常用高级语言三、Python的基本语法1.程序的基本结构根据程序执行的流程，程序可分为以下3种基本结构。顺序结构是最简单的程序结构，即按照程序中语句的顺序一条一条顺序执行。选择结构也称分支结构，在该结构中有条件判断语句，根据条件判断的结果选择执行不同的程序语句。该结构一般先设定一个循环条件，在满足循环条件的情况下反复执行同一组程序语句，直到条件不满足时才退出。基本结构顺序结构选择结构循环结构2.变量和常量（1）变量。变量是程序的基本组成单位，其值在程序运行期间可以改变。在Python中，变量在使用前一般需要先赋值，可通过等号“=”来给变量赋值。2）常量。常量是指在程序运行过程中始终保持不变的常数、字符串等。Python中常量的具体类型包括整型常量、浮点型常量、字符型常量和字符串常量。3.运算符和表达式（1）运算符。运算符也称操作符，用于执行各种运算，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等，见下表。（2）表达式。表达式是由常量、变量和函数通过运算符连接起来的有意义的式子。常见运算符任务分析设计简单程序3.21.了解程序设计的选择结构和循环结构。2.会设计使用选择结构和循环结构的程序。3.了解函数的一般概念。4.会设计自定义函数并进行调用。学习目标任务描述在智能化家居设计中，房间的温度由计算机总控程序自动控制。假设当前室温为

t，要设定房间温度恒定为22℃。当室内温度高于或等于22℃

时，空调自动制冷；当室内温度低于22℃

时，空调自动制热。设

m

代表空调工作模式（“制冷”或“制热”），请编写设定空调工作模式的程序。任务描述编写好的程序如下。t=int(input("t="))ift>=22:

m="制冷"else:

m="制热"print("当前空调工作模式为:",m)一、条件表达式条件表达式是由若干操作数与操作符组合而成的表达式，表达式的值一般是逻辑类型的（真值True或假值False）。知识储备二、选择语句1.单分支if语句单分支if语句的基本语法如下。if<条件表达式>:

<语句组>此类语句只有在条件成立的时候需要执行代码；如果条件不成立，则什么都不执行。流程图如图所示。单分支if语句流程图2.双分支if-else语句双分支if-else语句的基本语法如下。if<条件表达式>:

<语句组1>else:

<语句组2>此类语句先判断条件表达式是否成立，如成立，执行语句组1；不成立，执行语句组2。双分支if-else语句流程图如图所示。双分支if-else语句流程图3.多分支if-elif-else语句多分支if-elif-else语句的基本语法如下。if<条件表达式1>:

<语句组1>elif<条件表达式2>:

<语句组2>…elif<条件表达式n>:

<语句组n>else:

<语句组n+1>多分支if-elif-else语句可用于多分支情况的处理，其流程图如图所示。多分支if-elif-else语句流程图任务分析任务描述在我国约1500年前的《孙子算经》中，有这样一道“鸡兔同笼”问题：“今有雉（鸡）兔同笼，上有三十五头，下有九十四足，问雉兔各几何？”请编写求解“鸡兔同笼”问题的计算机程序。任务描述编写好的程序如下。head=35#鸡兔总数foot=94#鸡兔脚总数n1=2#单只鸡脚数量n2=4#单只兔脚数量foriinrange(0,head+1):

ifi*n1+(head-i)*n2==foot:

print("鸡:"+str(i)+"只,兔:"+str(head-i)+"只")一个循环一般包括四部分内容。初始化部分：初始化部分用来设置循环的一些初始条件。循环体部分：循环体即反复循环执行的那段代码，可以是一条语句或多条语句，它是循环语句的核心。循环条件部分：循环条件部分通常是一个条件表达式（循环继续运行的条件）。每一次循环都要对该表达式求值，以验证是否满足循环条件。迭代部分：每执行一次循环一般都要对循环条件做修改，这样循环才有可能结束。迭代部分负责修改循环条件的工作。知识储备一、while语句while语句常用于事先不知道循环次数的循环，基本语法如下。while<条件表达式>:

<语句组>二、for语句for语句常用于已知循环次数的循环，基本语法如下。for<迭代变量>in<序列>：

<语句组>三、跳转语句循环执行过程中如果需要提前结束循环，可以使用跳转语句。跳转语句主要有break和continue两种，它们可以改变循环的流程。当break语句在循环结构中执行时，它会忽略后面的代码块，立即跳出其所在的循环结构，转而执行该循环结构后面的语句。与break语句不同，当continue语句在循环结构中执行时，并不会退出循环结构，而是立即结束本次循环，重新开始下一轮循环。也就是说，continue语句会跳过循环体中在continue语句之后的所有语句，继续下一轮循环。任务分析任务描述冯强是某技师学院数控加工专业的一名学生，目前正在某企业参加顶岗实训。师傅告诉冯强，企业正在大力推进数字化转型，新型的数控机床由计算机软件控制，加工精度可达几个微米，远胜普通机床，并且自动化操作可以确保质量的一致性，如果要掌控数控机床，就必须学会编程。任务描述师傅给冯强安排了一个编程任务：加工一个标准尺寸的实心金属球，安排5位同学分别独立加工。已知球的标准直径和5位同学加工件的度量直径（加工件有一定的精度误差），要求按照给定标准，判断各位同学的加工件是否合格，并输出合格的件数。判断标准是金属球质量的允许误差范围（从外界输入），金属球的密度已知。任务描述假设球的标准直径为20cm，密度为7.85g/cm3，5位同学加工件的直径数据放在列表L中（单位为cm）。允许质量的误差范围从键盘输入（浮点数，单位为克）。L=[20.00093,20.00076,19.99958,19.99858,19.99807]要求编写函数，根据输入的误差范围判断给定加工件是否合格，合格返回True，不合格则返回False。主程序接收输入的质量误差范围，调用函数判断各个加工件是否合格，并输出合格的加工件件数。任务描述编写好的程序如下。importmath#

函数defqualified(d,e):

#d

为某位同学加工件的直径数据

#e

为允许的质量误差范围

m=7.85#

金属密度

q=20#标准直径

V=4/3*math.pi*pow(q/2,3)#标准体积任务描述V1=4/3*math.pi*pow(d/2,3)#实际体积

g=abs(V-V1)*m#质量误差

ifg<=e:

returnTrue

else:

returnFalse#主程序L=[20.00093,20.00076,19.99958,19.99858,19.99807]e=float(input("请输入质量的误差范围(克):\n"))任务描述print('合格产品的件数为:')count=0foriinL:

ifqualified(i,e):count+=1print(count)一、函数的概念函数的英文“function”直译是“功能”的意思。实际上，每个函数正是用来实现一个特定的功能。给函数取名时应尽量使名字反映其代表的功能。Python的程序代码一般从主程序的第一条语句开始执行。在主程序中可以调用函数，一个函数又可以调用另一个函数。同一个函数可以被一个或多个函数调用任意次。知识储备二、自定义函数用户也可以定义自己的函数，Python自定义函数的基本语法如下。def<函数名>(参数列表):

<函数体>

return[返回值]return语句用来返回函数的值。如果函数不需要返回值，可不用return语句（或return后不指定值），这样，函数将返回一个空值（None）。三、自定义函数的调用自定义函数的调用类似内置函数的调用，都是通过“函数名（参数列表）”形式调用。如果函数定义时有形参，必须在调用时提供实际参数（实参）。实参的个数、类型、位置一般要与形参一一对应。如果函数定义时没有参数，调用时也必须使用空括号。四、模块的导入和使用Python中的模块分为内置模块和非内置模块。内置模块是系统自动导入的。非内置模块通常以文件的形式存在于Python的安装目录中，要使用非内置模块中的函数，必须首先导入该模块。导入模块的基本语法如下。import

模块名该语句通常放在程序的开始部分。导入的模块名可以有多个，它们之间用逗号分隔。