C新教案第二章.doc

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1、第 2 章(部分) 教 学 实 施 计 划章节名：第2章 算法程序的灵魂学时安排1学时授课时间教学内容及要求（突出重难点）：教学内容：算法的概念和特性；算法的表示方法；结构化程序设计方法。教学要求：1. 了解算法的概念和特性；2. 理解算法的表示方法并掌握传统流程图、N-S流程图的使用；3. 理解结构化程序设计方法。重点：算法的表示方法难点：结构化程序设计方法 第 页课 堂 教 学 实 施 方 案第 1 次课授课时间： 45 教学时间分配：复习旧课 分钟 讲授新课 45 分钟教学方法简介（此部分主要填写教师对一些新的教学方法的尝试，有则填，无则不填）课 题：第2章 算法程序的灵魂教学方案：引入

2、： 一个程序主要包括以下两方面的信息：(1) 对数据的描述。在程序中要指定用到哪些数据以及这些数据的类型和数据的组织形式u 这就是数据结构(data structure)(2) 对操作的描述。即要求计算机进行操作的步骤u 也就是算法(algorithm)u 数据是操作的对象u 操作的目的是对数据进行加工处理，以得到期望的结果u 著名计算机科学家沃思(Nikiklaus Wirth)提出一个公式： 算法 + 数据结构 = 程序 一个程序除了算法和数据结构这主要要素外，还应当采用结构化程序设计方法进行程序设计，并且用某一种计算机语言表示 算法、数据结构、程序设计方法和语言工具是一个程序设计人员应具

3、备的知识 算法是解决“做什么”和“怎么做”的问题 程序中的操作语句，是算法的体现 不了解算法就谈不上程序设计2.1 什么是算法 广义地说，为解决一个问题而采取的方法和步骤，就称为“算法” 对同一个问题，可以有不同的解题方法和步骤 为了有效地进行解题，不仅需要保证算法正确，还要考虑算法的质量，选择合适的算法 计算机算法可分为两大类别： 数值运算算法 非数值运算算法 数值运算的目的是求数值解 非数值运算包括的面十分广泛，最常见的是用于事务管理领域太繁琐2.2简单的算法举例例2.1 求12345 可以用最原始的方法进行：u 步骤1：先求1*2，得到结果2。u 步骤2：将步骤1得到的乘积2再乘以3，得

4、到结果6。u 步骤3：将6再乘以4，得24。u 步骤4：将24再乘以5，得120。这就是最后的结果。 改进的算法：u 设变量p为被乘数u 变量i为乘数u 用循环算法求结果 S1：使p=1，或写成1p S2：使i=2，或写成2i S3：使p与i相乘，乘积仍放在变量p中，可表示为：p*ip S4：使i的值加1，即i+1 i S5：如果i不大于5，返回重新执行S3；否则，算法结束 最后得到p的值就是 5!的值若求1357911 S1：使p=1，或写成1p S2：使i=2，或写成2i S3：使p与i相乘，乘积仍放在变量p中，可表示为：p*ip S4：使i的值加1，即i+1 i S5：如果i不大于5，返

5、回重新执行S3；否则，算法结束 最后得到p的值就是 5!的值例2.2 有50个学生，要求将成绩在80分以上的学生的学号和成绩输出。 用ni代表第i个学生学号，gi表示第i个学生成绩S1：1iS2：如果gi80， 则输出ni和gi，否则不输出S3：i+1iS4：如果i50，返回到步骤S2，继续执行，否则，算法结束 例2.3 判定20002500年中的每一年是否闰年，并将结果输出。 闰年的条件： (1)能被4整除，但不能被100整除的年份都是闰年，如2008、2012、2048年 (2)能被400整除的年份是闰年，如2000年u 不符合这两个条件的年份不是闰年u 例如2009、2100年u 设ye

6、ar为被检测的年份。算法表示如下：u S1：2000yearu S2：若year不能被4整除，则输出year 的值和“不是闰年”。然后转到S6u S3：若year能被4整除，不能被100整除，则输出year的值和“是闰年”。然后转到S6u S4：若year能被400整除，则输出year的值和“是闰年” ，然后转到S6u S5: 其他情况输出year的值和“不是闰年”u S6：year+1yearu S7：当year2500时，转S2，否则停止例2.4 求 规律：第1项的分子分母都是1 第2项的分母是2，以后每一项的分母子都是前一项的分母加1 笫2项前的运算符为“-”，后一项前面的运算符都与前一

7、项前的运算符相反sign当前项符号term当前项的值sum当前各项的和deno当前项分母 S1：sign=1 S2：sum=1 S3：deno=2 S4：sign=(-1)*sign S5：term=sign*(1/deno) S6：sum=sum+term S7：deno=deno+1 S8：若deno100返回S4；否则算法结束例2.5 给出一个大于或等于3的正整数，判断它是不是一个素数。 所谓素数(prime)，是指除了1和该数本身之外，不能被其他任何整数整除的数 例如，13是素数，因为它不能被2，3，4，12整除。 判断一个数n(n3)是否素数：将n作为被除数，将2到(n-1)各个整数

8、先后作为除数，如果都不能被整除，则n为素数S1：输入n的值S2：i=2 （i作为除数）S3：n被i除，得余数rS4：如果r=0，表示n能被i整除，则输出n“不是素数”，算法结束；否则执行S5S5：i+1iS6：如果in-1，返回S3；否则输出n “是素数”，然后结束。2.3算法的特性 一个有效算法应该具有以下特点：(1) 有穷性。一个算法应包含有限的操作步骤，而不能是无限的。(2) 确定性。算法中的每一个步骤都应当是确定的，而不应当是含糊的、模棱两可的。 一个有效算法应该具有以下特点：(3) 有零个或多个输入。所谓输入是指在执行算法时需要从外界取得必要的信息。(4) 有一个或多个输出。算法的目

9、的是为了求解，“解” 就是输出。u 没有输出的算法是没有意义的。(5) 有效性。算法中的每一个步骤都应当能有效地执行，并得到确定的结果。 对于一般最终用户来说:u 他们并不需要在处理每一个问题时都要自己设计算法和编写程序u 可以使用别人已设计好的现成算法和程序u 只需根据已知算法的要求给予必要的输入，就能得到输出的结果2.4怎样表示一个算法 常用的方法有：u 自然语言u 传统流程图u 结构化流程图u 伪代码u 2.4.1 用自然语言表示算法 2.2节介绍的算法是用自然语言表示的 用自然语言表示通俗易懂，但文字冗长，容易出现歧义性 用自然语言描述包含分支和循环的算法，不很方便 除了很简单的问题外

10、，一般不用自然语言2.4.2用流程图表示算法开始例2.6 将例2.1的算法用流程图表示。 求12345 如果需要将最后结果输出:1t2it*iti+1iNi5Y结束 第 页例2.7 例2.2的算法用流程图表示。有50个学生，要求将成绩在80分以上的学生的学号和成绩输出。1ii50开始i+1i结束NY输入ni、gi1igi80输出ni、gii+1ii50NYYN如果包括输入数据部分 例2.8 例2.3判定闰年的算法用流程图表示。判定20002500年中的每一年是否闰年，将结果输出NYN开始2000yearyear不能被4整除year是闰年year不能100整除year+1yearyear2500

11、结束Yyear不能被400整除year不是闰年year是闰年year不是闰年YNYN例2.9 将例2.4的算法用流程图表示。求1sum2deno1sign(-1)*signsignsign*(1/deno)termsum+termsumdeno+1denoNdeno100Y输出sum结束开始例2.10 例2.5判断素数的算法用流程图表示。对一个大于或等于3的正整数，判断它是不是一个素数。NY输出n是素数结束开始输入n2in%irr=0i+1ii输出n是素数YN 通过以上几个例子可以看出流程图是表示算法的较好的工具 一个流程图包括以下几部分：(1) 表示相应操作的框(2) 带箭头的流程线(3)

12、框内外必要的文字说明 流程线不要忘记画箭头，否则难以判定各框的执行次序2.4.3 三种基本结构和改进的流程图1.传统流程图的弊端 传统的流程图用流程线指出各框的执行顺序，对流程线的使用没有严格限制 使用者可以毫不受限制地使流程随意地转来转去，使人难以理解算法的逻辑2.三种基本结构(1) 顺序结构AB(2) 选择结构ABYpNAYpN(3) 循环结构 当型循环结构AYp1NYx5N0x输出x的值x+1x输出1,2,3,4,5 直到型循环结构AYp2NYx5N0x输出x的值x+1x输出1,2,3,4,5 以上三种基本结构，有以下共同特点：(1) 只有一个入口(2) 只有一个出口l 一个判断框有两个

13、出口l 一个选择结构只有一个出口(3) 结构内的每一部分都有机会被执行到。也就是说，对每一个框来说，都应当有一条从入口到出口的路径通过它(4) 结构内不存在“死循环” 由三种基本结构派生出来的结构：2.4.4 用N-S流程图表示算法 N-S流程图用以下的流程图符号：ABABYNpA当p1成立A直到p2成立顺序结构选择结构循环结构（当型）循环结构（直到型）例2.11将例2.1的求5!算法用N-S图表示。例2.12 将例2.2的算法用N-S图表示。将50名学生中成绩高于80分者的学号和成绩输出。例2.13 将例2.3判定闰年的算法用N-S图表示例2.14 将例2.4的算法用N-S图表示。求第 页

14、例2.15 将例2.5判别素数的算法用N-S流程图表示。u 例2.10的流程图不是由三种基本结构组成的u 循环有两个出口，不符合基本结构的特点u 无法直接用N-S流程图的三种基本结构的符号来表示u 先作必要的变换 一个结构化的算法是由一些基本结构顺序组成的 在基本结构之间不存在向前或向后的跳转，流程的转移只存在于一个基本结构范围之内 一个非结构化的算法可以用一个等价的结构化算法代替，其功能不变 如果一个算法不能分解为若干个基本结构，则它必然不是一个结构化的算法2.4.5用伪代码表示算法 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来描述算法 用伪代码写算法并无固定的、严格的语法规则，可以

15、用英文，也可以中英文混用例2.16 求5!。begin (算法开始) 1 t 2 i while i5 t*i t i+1 i print tend (算法结束)例2.17 求begin 1 sum 2 deno 1 sign while deno 100 (-1)*sign sign sign*1/deno term sum+term sum deno+1 deno print sum2.4.6用计算机语言表示算法 要完成一项工作，包括设计算法和实现算法两个部分。 设计算法的目的是为了实现算法。 不仅要考虑如何设计一个算法，也要考虑如何实现一个算法。例2.18 将例2.16表示的算法（求5!

16、）用C语言表示。#include int main( ) int i,t; t=1; i=2; while(i=5) t=t*i; i=i+1; printf(%dn,t); return 0;例2.19 将例2.17表示的算法（求多项式的值）用C语言表示。#include int main( ) int sign=1; double deno = 2.0,sum = 1.0, term; while (deno = 100) sign = -sign; term = sign/deno; sum = sum+term; deno = deno+1; printf (%fn,sum); return 0;2.5结构化程序设计方法 结构化程序设计强调程序设计风格和程序结构的规范化，提倡清晰的结构。 结构化程序设计方法的基本思路是：把一个复杂问题的求解过程分阶段进行，每个阶段处理的问题都控制在人们容易理解和处理的范围内 采取以下方法保证得到结构化的程序：（1） 自顶向下；（2） 逐步细化；（3） 模块化设计；（4） 结构化编码。 第 页