004 程序设计基本方法

二次信任 提交于 2019-12-20 01:49:18

一、概要

  1. 计算机与程序设计
  2. 编译和解释
  3. 程序的基本编写方法
  4. 计算机编程

二、计算机与程序设计

2.1 计算机

计算机是根据指令操作数据的设备

  • 功能性:对数据的操作,表现为数据计算、输出输出处理和结果存储等
  • 可编程性:根据一系列指令自动地、可预测地、准确地完成操作者的意图

2.2 计算机的发展

计算机的发展参照摩尔定律,表现为指数方式

  • 计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展
  • 计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长
  • 计算机高效支撑的各类运算功能不断丰富发展

2.3 摩尔定律 Moore’s Law

计算机发展历史上最重要的预测法则

  • Intel公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出
  • 单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番
  • CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律

现实世界中的摩尔定律:

2.4 计算机发展

计算机的发展参照摩尔定律,表现为指数方式

  • 当今世界,唯一长达50年有效且按照指数发展的技术领域
  • 计算机深刻改变人类社会,甚至可能改变人类本身
  • 可预见的未来30年,摩尔定律还将持续有效

2.5 程序设计

程序设计是计算机可编程性的体现

  • 程序设计,亦称编程,深度应用计算机的主要手段
  • 程序设计已经成为当今社会需求量最大的职业技能之一
  • 很多岗位都将被计算机程序接管,程序设计将是生存技能

2.6 程序设计语言

程序设计语言是一种用于交互(交流)的人造语言

  • 程序设计语言,亦称编程语言,程序设计的具体实现方式
  • 编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确
  • 编程语言主要用于人类和计算机之间的交互

编程语言种类很多,但生命力强劲的却不多

  • 编程语言有超过600种,绝大部分都不再被使用
  • C语言诞生于1972年,它是第一个被广泛使用的编程语言
  • Python语言诞生于1990年,它是最流行最好用的编程语言

三、编译和解释

3.1 编程语言的执行方式

计算机执行源程序的两种方式:编译和解释

  • 源代码:采用某种编程语言编写的计算机程序,人类可读,例如:result = 2 + 3
  • 目标代码:计算机可直接执行,人类不可读 (专家除外),例如:11010010 00111011

3.2 编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程:

执行编译过程的程序叫作编译器

3.3 解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程:

执行解释过程的程序叫作解释器

3.4 编译和解释

  • 编译:一次性翻译,之后不再需要源代码(类似英文翻译)
  • 解释:每次程序运行时随翻译随执行(类似实时的同声传译)

3.5 静态语言和动态语言

根据执行方式不同,编程语言分为两类

  • 静态语言
    • 使用编译执行的编程语言,如C/C++语言、Java语言
    • 编译器一次性生成目标代码,优化更充分,程序运行速度更快
  • 脚本语言
    • 使用解释执行的编程语言,Python语言、JavaScript语言、PHP语言
    • 执行程序时需要源代码,维护更灵活,源代码在维护灵活、跨多个操作系统平台

四、程序的基本编写方法

4.1 IPO

程序的基本编写方法

  • I:Input 输入,程序的输入
  • P:Process 处理,程序的主要逻辑
  • O:Output 输出,程序的输出

4.2 理解IPO

  • 输入
    • 程序的输入:文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、内部参数输入等
    • 输入是一个程序的开始
  • 输出
    • 程序的输出:控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等
    • 输出是程序展示运算结果的方式
  • 处理
    • 处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程
    • 处理方法统称为算法,它是程序最重要的部分
    • 算法是一个程序的灵魂

4.3 问题的计算部分

一个待解决问题中,可以用程序辅助完成的部分

  • 计算机只能解决计算问题,即问题的计算部分
  • 一个问题可能有多种角度理解,产生不同的计算部分
  • 问题的计算部分一般都有输入、处理和输出过程

4.4 编程解决问题的步骤

6个步骤 (1-3)

  • 分析问题:分析问题的计算部分,想清楚
  • 划分边界:划分问题的功能边界,规划IPO
  • 设计算法:设计问题的求解算法,关注算法

使用计算机解决问题

  • 编写程序:编写问题的计算程序,编程序
  • 调试测试:调试程序使正确运行,运行调试
  • 升级维护:适应问题的升级维护,更新完善

4.5 求解计算问题的精简步骤

3个精简步骤

  • 确定IPO:明确计算部分及功能边界
  • 编写程序:将计算求解的设计变成现实
  • 调试程序:确保程序按照正确逻辑能够正确运行

五、计算机编程

5.1 编程能够训练思维

  • 编程体现了一种抽象交互关系、自动化执行的思维模式
  • 计算思维:区别逻辑思维和实证思维的第三种思维模式
  • 能够促进人类思考,增进观察力和深化对交互关系的理解

5.2 编程能够增进认识

  • 编程不单纯是求解计算问题
  • 不仅要思考解决方法,还要思考用户体验、执行效率等
  • 能够帮助程序员加深用户行为以及社会和文化认识

5.3 编程能够带来乐趣

  • 编程能够提供展示自身思想和能力的舞台
  • 让世界增加新的颜色、让自己变得更酷、提升心理满足感
  • 在信息空间里思考创新、将创新变为现实

5.4 编程能够提高效率

  • 能够更好地利用计算机解决问题
  • 显著提高工作、生活和学习效率
  • 为个人理想实现提供一种借助计算机的高效手段

5.5 编程带来就业机会

  • 程序员是信息时代最重要的工作岗位之一
  • 国内外对程序员岗位的缺口都在百万以上规模
  • 计算机已经渗透于各个行业, 就业前景非常广阔

5.6 学习编程的误区

Q:编程很难学吗? A:掌握方法就很容易!

  • 首先,掌握编程语言的语法,熟悉基本概念和逻辑
  • 其次,结合计算问题思考程序结构,会使用编程套路
  • 最后,参照案例多练习多实践,学会举一反三

六、小结

  • 计算机的功能性和可编程性
  • 编译和解释、静态语言和脚本语言
  • IPO、理解问题的计算部分
  • 掌握计算机编程的价值
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