高二信息技术：数据与计算教学课件

信息技术教学课件数据与计算：高二信息技术教学课件数据·编码·算法·程序·智能高中二年级课程导览01数据与信息从感知世界到理解数据本质02数据的表示与编码计算机世界的二进制语言03计算与算法用算法思维解决问题04程序设计基础让算法落地为代码05数据与智能走向人工智能时代数据与信息数据是信息的载体，信息是数据的内涵从感知世界开始，理解数据如何升华为知识与智慧01数据就在我们身边数据的价值不在于符号本身，而在于它承载的信息生活场景3项天气温度日常出行穿衣的依据到校时间规划上学路线的参考课程表安排一天学习节奏的索引学习与健康3项实验数值验证科学结论的客观证据运动会成绩衡量运动水平的量化标准体检指标反映身体状态的健康数据数据的定义2项符号表示客观事物的抽象化描述多种载体文字、符号、图像、声音皆为数据数据的三种来源不同来源的数据，可靠性与时效性各不相同，使用前需要甄别直接观测用温度计测量室温、用尺子量身高亲自实验、观察、记录得到的第一手数据间接获取查阅统计年鉴、浏览官方网站发布的数据引用他人已经整理好的数据资料系统自动采集智能手环记录心率与步数、传感器采集环境数据信息系统在运行过程中自动留存的数据信息：被赋予含义的数据同一组数据，在不同场景下可能传递完全不同的信息数据与信息的差异3项现象同一组数据，在不同场景下可能传递完全不同的信息辨析比如

"500"

可以是分数、价格，也可以是步数本质信息是数据经过加工、处理后赋予意义的结果维度对比维度数据信息本质客观符号记录对数据的解释与意义形态数字、字符、图像有意义的判断或结论示例39.5小明体温

39.5℃，可能发烧了信息的基本特征理解信息特征，是学会管理信息、使用信息的起点普遍性信息无处不在，自然界与人类社会时刻都在产生信息。载体依附性信息不能独立存在，必须依附于文字、声音、图像等载体。价值性信息具有使用价值，不同人、不同时机对信息的利用效果不同。时效性昨天的天气预报对今天决策意义不大，信息价值随时间变化。共享性一条信息可被多人同时拥有，分享后信息总量不减反增。从数据到智慧的阶梯学习数据与计算，就是不断沿着这条阶梯向上攀登自上而下01第四级·智慧运用知识做出正确决策，如「暴雨天提前发布预警并疏导交通」02第三级·知识对信息归纳提炼出的规律，如「连续暴雨可能引发内涝」03第二级·信息数据被解释后的结果，如「今天下了大雨」04第一级·数据原始的符号记录，如「今天的降雨量是50毫米」学会与数据对话，你就拥有了理解智能世界的钥匙大数据时代的特征大量（Volume）大规模数据规模从

GB、TB

走向

PB、EB

级别，呈指数级增长。多样（Variety）多类型结构化数据之外，文本、图片、视频等非结构化数据占比急剧上升，来源与格式日趋多样。高速（Velocity）快时效数据产生与处理速度极快，实时处理与秒级响应能力成为核心竞争力。价值密度低（Value）高价值海量数据中有价值的信息占比有限，需借助分析手段深度挖掘与提炼。数据的表示与编码一切皆可编码走进计算机的二进制世界，看懂数据如何被存储与表示02为什么计算机只认二进制二进制是计算机世界的母语，一切信息最终都化为0和1计算机只认

0和1，一切信息最终都化为这两种状态数制是进位的规则，二进制即"逢二进一"易于物理实现开关只有"通"与"断"，高电平和低电平恰好对应

1

和

0抗干扰能力强两种状态界限分明，不易受电压波动影响而误判便于逻辑运算0

和

1

天然对应逻辑代数中的"假"和"真"，为逻辑运算奠定基础二进制与十进制的互转Before二进制转十进制按权展开求和：将每一位数字乘以其对应位权（2的幂），然后相加例题(1011)₂=1×2³+0×2²+1×2¹+1×2⁰=8+0+2+1=(11)₁₀→After十进制转二进制除二取余，逆序排列：反复除以

2，记录余数，直到商为0例题(13)₁₀→13÷2余1，6÷2余0，3÷2余1，1÷2余1→(1101)₂数值编码：原码、反码、补码编码方式规则示例（-3，8位）原码最高位表符号，其余位表绝对值10000011反码负数的原码除符号位外各位取反11111100补码反码末位加111111101补码的设计价值减法转加法补码的巧妙之处在于减法可转化为加法运算，简化了计算机的硬件设计普遍采用现代计算机普遍采用补码存储有符号整数字符编码：从ASCII到Unicode字符ASCII编码（二进制）A01000001a01100001000110000图像如何被数字化像素与颜色编码，构成图像数字化的基石像素图像被划分为若干小方格，每个小方格即为一个像素颜色编码每个像素的颜色用二进制码表示，黑白图像可用

1位（0黑1白），彩色图像需更多位分辨率决定图像的精细程度颜色深度决定颜色的丰富程度声音的数字化过程按照采样、量化、编码三步讲解声音数字化流程1采样按固定时间间隔获取声音信号的振幅值2量化将采样得到的连续数值近似为离散的等级3编码将量化后的数值转为二进制存储音质影响因素采样频率越高，时间上切分越细，高频声音保留越好量化位数越多，幅度上划分越细，音质越细腻CD音质标准44.1kHz

采样、16位

量化数据压缩与存储优化对比有损压缩与无损压缩的适用场景，帮助学生理解存储与质量的权衡压缩的本质，是在存储空间与还原质量之间寻找平衡无损压缩可完全还原解压后数据可完全还原适合文本、程序等不可损的数据典型格式ZIP、PNG、FLAC有损压缩高压缩率舍弃部分人类不易察觉的细节以换取高压缩率，适合图像、音频、视频典型格式JPEG、MP3、MP4计算与算法算法是计算的灵魂用算法思维拆解问题，让计算有章可循03什么是算法从生活化的解题步骤引出算法概念算法是解决问题的一系列明确、有限的步骤生活中的算法做菜的菜谱导航的路线规划图书馆找书流程一个好的算法应具备以下特征有穷性步骤有限，执行会在有限时间内结束确定性每一步含义明确，不产生歧义输入输出有零个或多个输入，至少产生一个输出可行性每一步都能在有限时间内通过基本操作完成用流程图描述算法图形符号配合简洁文字，让算法逻辑一目了然，是调试与交流的重要工具起止框圆角矩形，表示算法的开始与结束。处理框矩形，表示赋值、计算等操作。判断框菱形，表示条件判断，引出两个分支。输入输出框平行四边形，表示数据的输入与输出。流程线带箭头的线，表示执行流向。三种基本控制结构“三种结构通过组合与嵌套，可以表达任意复杂的算法逻辑”三种基本控制结构，组合与嵌套可表达任意复杂算法顺序结构最基本自上而下逐一执行按语句书写顺序，自上而下执行最基本的执行方式逐条依次执行，不跳过、不重复分支结构条件判断依据条件选择路径按判断结果选择执行不同路径示例若年龄小于18则判断为未成年循环结构反复执行反复执行某段操作满足条件时，反复执行直到条件不成立示例如累加求和用算法解决问题的过程贯穿示例求两个数的最大公约数——先分析"辗转相除法"步骤，再画流程图，最后编程实现。第1步分析问题明确已知条件与求解目标确定输入输出，构思解题步骤。第2步设计算法设计算法用自然语言、流程图或伪代码表达。第3步描述算法描述算法代入典型数据，手工推演检查正确性。第4步验证算法验证算法用程序语言实现，并评估效率改进。第5步实现优化实现与优化用程序语言实现，评估效率改进。经典算法：排序与查找冒泡排序相邻元素两两比较，每一趟将最大的元素“浮”到末尾n个元素最多进行n-1趟比较，时间复杂度与元素个数的平方相关排序算法顺序查找从第一个元素开始逐个与目标比较，直到找到或遍历完最坏情况需比较n次，适用于无序的小规模数据数据有序时，可使用二分查找大幅减少比较次数查找算法程序设计基础让思维变成代码掌握程序设计的基本结构，亲手实现你的第一个程序04初识Python程序设计语言特点语法简洁接近自然语言，适合作为入门语言库资源丰富内置函数与第三方库众多，应用领域广泛解释型语言代码逐行翻译执行，便于调试运行要点缩进即结构Python用缩进表示代码块，编写时务必注意两种运行方式交互式逐行执行，或编写脚本文件整体运行变量与数据类型数据类型示例说明int10整数float3.14小数str"你好"字符串boolTrue逻辑值不同类型的数据支持不同的运算，使用前需明确当前变量的类型变量变量是存储数据的命名容器，赋值即用等号将数据存入变量命名规则变量名应见名知意，由字母、数字、下划线组成，不能以数字开头运算符与表达式算术运算符7项加（+）减（-）乘（*）除（/）整除（//）取余（%）幂（**）关系运算符5项大于（>）小于（<）等于（==）不等于（!=）结果为bool值逻辑运算符4项与（and）或（or）非（not）用于组合多个判断条件优先级：算术>关系>逻辑顺序结构与输入输出程序按语句先后次序依次执行input()与print()input()

接收用户输入，返回字符串，计算前需用

int()

或

float()

转换print()

输出结果，可同时输出多个内容示例输入圆的半径，计算并输出面积1输入半径input()接收

int()

转换2计算面积公式π×r²3输出结果print()输出面积值分支结构：让程序会判断单分支

if条件成立才执行特定操作核心语法：if条件:双分支

if-else条件成立执行一段，否则执行另一段核心语法：if-else多分支

if-elif-else依次判断多个条件，命中即执行对应语句核心语法：if-elif-else应用案例：成绩等级判断90分及以上：优秀80分及以上：良好其余：还需努力语法要点if后条件以冒号结尾分支内代码需缩进循环结构：让程序会重复for循环——已知次数配合

range()

生成整数序列，如

foriinrange(1,11)

遍历1到10while循环——条件控制条件成立时反复执行，适合循环次数事先不确定的情况必须确保循环体内有使条件趋向不成立的语句，否则会死循环典型案例：累加求和计算

1到100的总和，可用for循环逐个累加到和变量中列表：批量管理数据列表是一个有序的数据集合，用方括号表示，如[85,92,78]索引访问通过索引访问元素，索引从0开始负数索引表示从末尾倒数append()len()for追加元素append()在列表尾部添加一项末尾添加统计个数len()返回列表长度返回长度遍历for配合

for

循环逐个访问元素逐个访问成绩计算用列表管理一组成绩，再配合循环可方便地计算总分与平均分模块与函数复用合理使用函数与模块，让程序结构清晰、减少重复代码代码复用理念：通过函数与模块减少重复代码自定义函数用

def

关键字定义函数，将特定功能的代码封装函数可带参数、返回结果，便于多次调用与维护导入模块Python内置丰富模块，如

math

提供数学函数使用

import

语句导入，如

importmath

后可调用

math.sqrt()程序调试与排错语法错误书写不规范，如漏冒号、缩进错误，解释器会直接提示运行时错误语法正确但执行中出错，如除数为0、类型不匹配逻辑错误程序能运行但结果不符合预期，最难排查调试建议调试方法：用print输出中间变量，缩小问题范围调试建议养成习惯：先读懂错误提示，再定位行号，逐段检查数据与智能数据驱动未来拥抱智能时代，做有责任感的数字公民05数据管理与数据库纸质记录→电子表格→数据库演进路径数据库核心概念表：数据按表的形式组织行与列：行（记录）与列（字段）构成表结构结构化存储：让数据便于检索、更新与共享01核心操作与典型应用查询是核心操作从海量数据中快速找出满足条件的数据图书管理系统：数据库支撑的典型应用校园卡系统：数据库支撑的典型应用人工智能的发展与分支计算机视觉主要分支让机器"看懂"