计算机程序设计.

计算机程序设计信息学院暑期培训1什么是计算机程序•程序：一组计算机能识别和执行的指令•只要让计算机执行这个程序，计算机就会自动地、有条不紊地进行工作•计算机的一切操作都是由程序控制的，离开程序，计算机将一事无成2程序设计的任务1.问题分析•对于接手的任务要进行认真的分析•研究所给定的条件•分析最后应达到的目标•找出解决问题的规律•选择解题的方法2程序设计的任务1.问题分析2.设计算法•设计出解题的方法和具体步骤2程序设计的任务1.问题分析2.设计算法3.编写程序4.对源程序进行编辑、编译和连接5.运行程序，分析结果•结果错了，程序肯定错•结果对了，程序未必对2程序设计的任务1.问题分析2.设计算法3.编写程序4.对源程序进行编辑、编译和连接5.运行程序，分析结果6.编写程序文档3算法---程序的灵魂•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•这就是数据结构(datastructure)(2)对操作的描述。即要求计算机进行操作的步骤•也就是算法(algorithm)•数据是操作的对象•操作的目的是对数据进行加工处理，以得到期望的结果•著名计算机科学家沃思(NikiklausWirth)提出一个公式：算法+数据结构=程序3算法---程序的灵魂•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备的知识3算法---程序的灵魂3算法---程序的灵魂•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3.1什么是算法•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3.1什么是算法•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算法初体验1+2+3+4+5+…+100=？inti,sum=0,n=100;For(i=1;in;i++){sum=sum+i;}printf(“%d”,sum);高斯定理inti,sum=0,n=100;sum=((n+1)*n)/2printf(“%d”,sum);3.2简单的算法举例例2.1求1×2×3×4×5•可以用最原始的方法进行：•步骤1：先求1*2，得到结果2。•步骤2：将步骤1得到的乘积2再乘以3，得到结果6。•步骤3：将6再乘以4，得24。•步骤4：将24再乘以5，得120。这就是最后的结果。例2.1求1×2×3×4×5×…×1000太繁琐3.2简单的算法举例•改进的算法：•设变量p为被乘数•变量i为乘数•用循环算法求结果3.2简单的算法举例•S1：使p=1，或写成1p•S2：使i=2，或写成2i•S3：使p与i相乘，乘积仍放在变量p中，可表示为：p*ip•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!的值若是1000，求什么？3.2简单的算法举例•S1：使p=1，或写成1p•S2：使i=2，或写成2i•S3：使p与i相乘，乘积仍放在变量p中，可表示为：p*ip•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1×3×5×7×9×1133221111相当于i≦11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S1：1iS2：如果gi≥80，则输出ni和gi，否则不输出S3：i+1iS4：如果i≤50，返回到步骤S2，继续执行，否则，算法结束例2.3判定2000—2500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•不符合这两个条件的年份不是闰年•例如2009、2100年•设year为被检测的年份。算法表示如下：•S1：2000year•S2：若year不能被4整除，则输出year的值和“不是闰年”。然后转到S6•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S6•S4：若year能被400整除，则输出year的值和“是闰年”，然后转到S6•S5:其他情况输出year的值和“不是闰年”•S6：year+1year•S7：当year≤2500时，转S2，否则停止year不能被4整除非闰年year被4整除，但不能被100整除闰年year被100整除，又能被400整除闰年其他非闰年逐渐缩小判断的范围例2.4求•规律：①第1项的分子分母都是1②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1③笫2项前的运算符为“-”，后一项前面的运算符都与前一项前的运算符相反10019914131211例2.4求•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deno≤100返回S4；否则算法结束10019914131211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-1-1/21-1/23满足，返回S4例2.4求•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deno≤100返回S4；否则算法结束10019914131211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11/31-1/2+1/34满足，返回S4例2.4求•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deno≤100返回S4；否则算法结束1001991413121199次循环后sum的值就是所要求的结果例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(n≥3)是否素数：将n作为被除数，将2到(n-1)各个整数先后作为除数，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+1iS6：如果i≤n-1，返回S3；否则输出n“是素数”，然后结束。可改为n/2n3.3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。3.3算法的特性•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。算法的目的是为了求解，“解”就是输出。•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。3.3算法的特性•对于一般最终用户来说:•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•可以使用别人已设计好的现成算法和程序•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输入3个数黑箱子3个数中最大数求3个数的最大数3.4怎样表示一个算法•常用的方法有：•自然语言•传统流程图•结构化流程图•伪代码•……3.5算法设计的要求•正确性。算法的正确性是指算法至少应该具有输入、输出和加工处理无歧义性、能够正确反映问题的需求、能够得到问题的正确答案的正确答案。正确性有四个层次：•语法没有错误•合法输入满足要求的输出•非法输入有出错规格说明•逻辑没有错误（能够经得起测试）•可读性。算法设计的另一个目的就是便于阅读、理解和交流。•健壮性。对异常结果处理。•时间效率高和存储量低。4什么是好的算法？1、算法采用的策略，方案2、编译产生的代码质量3、问题的输入规模4、机器执行命令的速度算法度量的方法？抛开计算机硬件、软件有关的因素，一个程序的运行时间依赖于算法的好坏和问题的输入规模。4什么是好的算法？时间复杂度的渐进表示法4什么是好的算法？时间复杂度有哪些？•常数阶intsum=0，n=100；Printf(“helloworld!\n”);Printf(“helloworld!\n”);Printf(“helloworld!\n”);Printf(“helloworld!\n”);Printf(“helloworld!\n”);Sum=(1+n)*n/2O(1)4什么是好的算法？时间复杂度有哪些？•线性阶——涉及到非嵌套循环，随着问题规模n的扩大，对应计算次数呈直线int，n=100,sum=0;for(i=0;in;i++){sum=sum+i;}O(n)4什么是好的算法？时间复杂度有哪些？•平方阶——涉及嵌套循环Inti,j,n=100;for(i=0;in;i++){for（j=0；jn;j++）{printf(“helloworld!\n”)}}O(n^2)4什么是好的算法？时间复杂度有哪些？•平方阶——涉及嵌套循环Inti,j,n=100;for(i=0;in;i++){for（j=i；jn;j++）{printf(“helloworld!\n”)}}执行次数(1+n)*n/2O(n^2)(1+n)*n/2=n^2/2+n/24什么是好的算法？时间复杂度有哪些？•对数阶Inti=1,n=100;While（in）{i=i*2;}O(logn)4什么是好的算法？4什么是好的算法？4什么是好的算法？4什么是好的算法？