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1、第2章 算法与问题解决浙教版（2019版）信息技术（高中）必修1 数据与计算2.1 算法的概念及描述 学习目标123算法的概念。算法的特征。算法的要素。算法的描述。412重点难点重点：算法的描述。难点：算法的描述。课堂导入“算法”指的是解决某个问题的一组步骤。人们在解决问题时都会经历一个“怎么做”的阶段，而思考“怎么做”的过程，就是“算法设计”的过程。用计算机解决问题时，通常先设计算法，然后将算法用合适的计算机程序设计语言表示，计算机就能按照人们设计的计算机程序进行高速、准确的自动化处理，从而帮助人们解决问题。2.1.1 算法的概念图2.1.1 高一新生报到流程古代的算法主要指的是“算术”，即
2、数值的算术运算。随着科学技术的发展，算法的内涵和外延逐渐发生变化。古代的算法广义地讲，算法指的是解决问题或完成任务的一系列步骤。既包括传统意义上计算任务，也可以是生活中各种事物的处理。广义算法 计算机领域内，算法指的是用计算机解决问题的步骤。是为了解决问题而让计算机执行的有序、无歧义的，有限步骤的集合。1、算法的定义计算机算法拓展链接 穷举算法也称枚举算法，指的是在求解过程中，先按照一定的顺序一一列所有可能的解，然后用条件判断列举出的可能解是否为正确解。穷举法一般适合解决解集为离散的且范围明确的问题。“鸡翁一，值钱五；鸡母一，值钱三；鸡雏三，值钱一；百钱买鸡百，问翁、母、雏各几何？”这是我国古
3、代数学家张丘建在算经中提出的经典问题。同时，他还在书中给出了解决该问题的算法“鸡翁每增四，鸡母每减七，鸡雏每益三，即得。百钱买百鸡 穷举算法2、算法的特征 有穷性 算法必须能在执行有限个步骤之后终止。确切性 算法中的每一次运算都有明确的定义，具有无二义性，并且可以通过计算得到唯一的结果。输入项 一个算法有0个或多个输入。所谓0个输入是指本身给出了初始条件。输出项 算法一定要有输出。任何算法都不能“无功而返”。可行性 算法中执行的任何运算都可以在有限的时间内完成。为防止用户账户被盗，在用户登录账户时，有些信息系统会限制用户尝试输入密码的次数(如图2.1.2),一旦超出限定的次数，系統就会禁止輸入
4、并要 求进行注册账户验证。下面为某系统验证用户输入密码正确与否的算法：密码输入错误次数初始化为零。接受用户输入的密码。将用户输入的密码与原来设置的密码比较，若相同则转，否则转。密码输入错误次数增加1。若密码输入错误次数少于5，输出信息“密码错误，请再次输入密码！”，然后转；否则，输出信息“密码输入错误已达5次，请通过注册邮箱找回密码”，然后转。问题与讨论：接受用户输入的密码，然后转。密码正确，进入系统。密码验证算法结束。请结合上述算法，谈谈算法的特征在其中的具体体现。比如，该算法体现了“可行性”特征，因为算法中的“判断密码正确性”“密码输入错误次数统计”等处理都是现实中确实可以实现的。3、算法
5、的要素数据运算控制转移 用算法解决问题时，必须明确参与运算的初始数据、运算时产生的中间数据以及代表问题解决的结果数据。在对数据进行运算时，必须明确每一步的运算是什么、对哪些数据进行运算等。在算法执行过程中，有时需要根据数据或运算结果的特点进行不同的处理，这时就需要运用控制转移来执行不同的操作。很多设备的“自动”功能，都是内部算法控制的结果。比如，在夏天把空调温度设定在26C（如图2.1.4所示），每当空调内部的温度传感器测得室内温度小于或等于26C时，算法就会“告诉”空调已经到达目标温度，可以暂停工作，空调就会“自动”暂时关闭压缩机的运行。这样，既确保了室内温度，又实现了节能环保。还有很多设备
6、用算法来帮助设备实现自动化。与同学讨论交流，哪些设备来用算法实现了自动化？并尝试说出这些设备实现自动化控制的算法。问题与讨论：2.1.2 算法的描述1、用自然语言描述算法图2.1.5 停车场中的车位探测解决本问题的算法可以用自然语言描述如下。（1）输入变量fag的值。（2）若flag的值为1，则设置指示灯为绿色，输出“空车位”；否则，设置指示灯为红色，输出“非空车位”。2、用流程图描述算法图形 名称 功能开始/结束符 表示算法的开始或结束输入/输出 表示数据的输入或输出处理框 表示数据的运算处理判断框 表示算法中的条件判断流程线 表示算法中的流向连接点 表示算法中的转接“N-S图”是由美国学者
7、纳西（Nassi）和斯奈德曼（Shneiderman）提出的一种在流程图中完全去掉流程线，全部算法写在一个矩形框内的算法描述方式。相比于原来的流程图描述，结构性显得更好，也更有助于高效地编写程序。前面车位探测中的算法，可用N-S图表示成如下形式。输入flag 的值指示灯绿色 指示灯红色输出“空车位”输出“非空车位”Flag=1?是 否拓展链接：问题与讨论：结合实例，与同学一起分组讨论：为什么算法必须要有“输出”，但有时却可以没有“输入”？3、用伪代码描述算法 伪代码指的是一种比较直观简洁的、符号接近计算机程序代码的算法描述方式，其风格很像计算机程序设计语言，但又不是真正的可以被计算机理解的代码
8、。伪代码的表示方法没有统一、严格的规定，只要定义合理、表达正确即可。格式1:If条件 then（语句序列1)Else（语句序列2)格式2:If条件 then（语句序列1)格式：while条件（循环体）条件判断语句循环语句Flag 车位探测结果；#将测得的车位当前状态值输入给变量flagIf flag=1 then(指示灯绿色 输出“空车位”）Else（指示灯红色 输出“非空车位”）4、用计算机程序设计语言描述算法void MainWindow:on_pushButton_clickedO int flag=ui-lineEdit-textO.toIntO;if(flag=1)(ui-label
9、_4-setStyleSheet(color:green;);ui-label_4-setText(绿色）;ui-label_5-setText(空车位”）;elseui-label_4-setStyleSheet(color:red;);ui-label_4-setText(红色”）;ui-label_5-setText(非空车位”）;该程序的运行结果分别如图2.1.7 和图2.1.8 所示。该算法还可以用Python 程序设计语言描述如下：flag=int(input(“输入车位状态值：）)if flag=1:print(绿色”）print(空车位）else:print(红色”）print
10、(非空车位）计算机程序设计语言 计算机程序设计语言经历了“机器语言一汇编语言一高级语言”的发展历程。机器语言中的指令由“0”“1”二进制码组成，机器执行效率高但可读性、维护性差。为了提升编程的效率，科学家用特定的符号（助记符）来表示各个机器指令，发明了汇编语言。科学家后来又发明了高级语言，用接近人类日常用语的符号来表示各类指令。常见的高级语言有Basic、C、C+、Java、Python、Ruby等。拓展链接1，某智能停车场车位引导系统中，通过一个区域控制器来统计、显示该区域空车位情况。当该区域控制器接收到每个车位发送的状态信息（“空车位”或“非空车位”）后，它会统计该区域当前的空车位总数，并将该信息通过引导屏呈现在停车库入口处（如图2.1.9），引导驾驶员有方向地寻找空车位。与同学讨论，该区域控制器可用怎样的算法来解决空车位的统计和显示问题？2，与同学一起讨论，是否可以设计出除本节介绍的四种算法描述方式之外的其他方式？并将第1题的算法用自己设计的方式加以描述。问题与讨论：谢 谢！Thanks!