01_程序设计基础

北京理工大学1第一章叶龙[e-mail]共48页第2页程序设计C语言教学要求◆掌握程序设计语言的基本知识◆常用算法◆初步的程序设计能力学习方法◆重视上机实践◆自主学习共48页第3页如何尽快学会用C语言进行程序设计了解程序设计语言(C语言)模仿、改写、编写通过不断的编程实践，逐步领会和掌握程序设计的基本思想和方法。共48页第4页教材和参考书C语言教程（第4版），[美]AlKelley,IraPohl，徐波译，机械工业出版社，2007C语言编程（第3版），[美]Stephen,G.Kochan，张小潘译，电子工业出版社，2006C语言程序设计，何钦铭、颜晖主编，高等教育出版社，2008标准C语言基础教程（第4版），[美]GaryJ.Bronson，单先余等译，电子工业出版社，2006C程序设计语言，[美]BrianW.Kernighan,DennisM.Ritchie，徐宝文等译，机械工业出版社，2006共48页第5页考核方式平时30%（实验、抢答、主见）期中考试30%期末考试40%考试内容较少的理论考核，大量的读程编程考核共48页第6页C语言的使用情况引自:共48页第7页本章要点什么是程序设计什么是算法，如何设计算法结构化程序设计的思想和方法共48页第8页第１节第２节第３节程序与程序语言算法和算法的表示结构化程序设计方法主要内容共48页第9页一、计算机语言的基本概念10R=520L=2*3.14*R30S=3.14*R*R40PRINTR,L,S50END计算机语言是编写程序、制作软件的工具§1.1程序与程序语言共48页第10页计算机语言：是规则和符号的集合，是与计算机交流的工具程序：求解问题的指令序列软件：程序的集合学习语言设计程序制作软件概念：共48页第11页二、如何学习计算机语言学软件与学语言的区别？软件由语言编制而成，是解决某类问题，具有确定的、有限的功能语言由确定的规则组成，可构造解决各种问题的软件。学软件：学思想、学功能、学操作。熟练工种学语言：学规则、学方法、学设计、学应用。规范学习，灵活应用共48页第12页三、计算机语言分类面向过程语言面向对象语言FORTRANBASICCPASCALCOBOLLISPC++C#VisualCVisualBASICVisualJ++系统软件设计具有图形功能科学计算商用人工智能共48页第13页四、程序设计的基本概念计算机的别名：数据处理机数据元素：数据的最小单位数据结构：数据元素的组织形式程序设计＝数据结构＋算法＋方法＋工具数据结构的优劣决定了软件或程序的复杂程度和面貌一个程序应包括两个方面的内容:对数据的描述：数据结构对操作的描述：算法完整的程序设计应该是:共48页第14页目的：改善环境，加快程序开发过程。常用工具：描述算法的图形工具、表示结构的开发工具等。五、程序设计工具共48页第15页六、程序设计步骤分析问题，建立数学模型确定数据结构确定算法，描述算法编制程序，调试程序运行结果xnns1共48页第16页分析问题建立数学模型确定数据结构和算法编写程序调试运行分析整理结果程序设计过程：依赖于你的头脑依赖于你的头脑和机器语言处理系统共48页第17页程序设计过程：语言处理系统语言问题求解的结果第二章的内容共48页第18页算法：完成一项任务的具体步骤计算机语言的别名：算法语言一、算法的概念§1.2算法和算法的表示“一个算法，就是一个有穷规则的集合，其中的规则规定了一个解决某一特定类型的问题的运算序列。”任何解决问题的过程都是由一定的步骤组成的，把解决问题确定的方法和有限的步骤称作为算法。共48页第19页例1-1：有黑和蓝两个墨水瓶，但却错把黑墨水装在了蓝墨水瓶子里，而蓝墨水错装在了黑墨水瓶子里，要求将其互换。算法分析：这是一个非数值运算问题。因为两个瓶子的墨水不能直接交换，所以，解决这一问题的关键是需要引入第三个墨水瓶。设第三个墨水瓶为白色，其交换步骤如下：共48页第20页①将黑瓶中的蓝墨水装入白瓶中②将蓝瓶中的黑墨水装入黑瓶中③将白瓶中的蓝墨水装入蓝瓶中④交换结束共48页第21页例1-2：计算函数M(x)的值。函数M(x)为：算法分析：这是一个数值运算问题。其中M代表要计算的函数值，有两个不同的表达式，根据x的取值决定采用哪一个算式。根据计算机具有逻辑判断的基本功能，用计算机解题的算法如下：axaxcxcaabxxM22)()(共48页第22页①将a、b、c和x的值输入到计算机；②判断x≤a?如果条件成立，执行第③步，否则执行第④步；③按表达式bx+a2计算出结果存放到M中，然后执行第⑤步；④按表达式a(c-x)+c3计算出结果存放到M中，然后执行第⑤步；⑤输出M的值；⑥算法结束。这是用自然语言描述的算法共48页第23页广义地说，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，可有不同的解题方法和步骤。算法决定了程序的质量。方法1：1+2，+3，+4，一直加到100加99次方法2：100+(1+99)+(2+98)+…+(49+51)+50=100+49×100+50加51次例：求1001nn共48页第24页算法的两要素：基本功能操作控制结构基本功能操作：逻辑运算：与、或、非；算术运算：加、减、乘、除；数据比较：大于、小于、等于、不等于、大等于、小于等于；数据传送：输入、输出、赋值。控制结构：完成基本功能所需要的执行路线共48页第25页二、算法的基本特征算法是一个有穷规则的集合，这些规则确定了解决某类问题的一个运算序列。算法的基本特征：有穷性：算法必须在执行有限个操作后终止；确定性：算法中每一步的含义必须是确切的，不可出现任何二义性；有效性：算法中的每一步操作都应该能有效执行，一个不可执行的操作是无效的；有零个或多个输入；有一个或多个输出。共48页第26页三、算法的表示可以用不同的方法表示算法，常用的有：◆自然语言◆传统流程图◆结构化流程图◆伪代码◆PAD图共48页第27页1、用流程图表示算法美国国家标准化协会ANSI(AmericanNationalStandardInstitute)规定了一些常用的流程图符号：共48页第28页流程图符号起止框判断框处理框输入/输出框注释框流向线连接点共48页第29页2、用流程图表示算法t=1开始t×2tt3tt4t11t5t输出t结束开始t=1i=2titi+1ii511输出t结束例2:求12345，即5。用流程图表示法方法一：方法二：i=i+1计数器i=i+n计数器t=t+x累加器a=a*x累乘器共48页第30页计算函数值算法流程图开始输入a,b,c,x输出m结束x≤aYN求最大公约数算法流程图m/n余数→rn→mr→nN开始输入m,n输出n结束r=0?Y求余数选择结构流程图循环结构流程图共48页第31页§1.3结构化程序设计方法程序设计的基本目标是用算法对问题的原始数据进行处理，从而获得所期望的效果。但这仅仅是程序设计的基本要求。要全面提高程序的质量，提高编程效率，使程序具有良好的可读性、可靠性、可维护性以及良好的结构，编制出好的程序来。共48页第32页一、程序的三种基本结构特点：一个入口，一个出口顺序执行S1S2ab顺序结构共48页第33页选择结构语句N条件Y条件语句1语句2YN功能：判断条件为真时执行语句否则跳过语句单选择双选择共48页第34页循环结构循环体N条件Y当型循环直到型循环条件NY循环体共48页第35页例：将求5!的算法用三种基本结构表示如果需要将最后结果打印出来，可在菱形框的下面加一个输出框。共48页第36页(1)只有一个入口；(2)只有一个出口；（请注意：一个菱形判断框有两个出口，而一个选择结构只有一个(3)结构内的每一部分都有机会被执行到；(4)结构内不存在“死循环”(无终止的循环)。共48页第37页二、N–S流程图传统流程图的弊端传统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。因此，使用者可以毫不受限制地使流程随意地转向，使流程图变得毫无规律，阅读者要花很大精力去追踪流程，使人难以理解算法的逻辑。如图：共48页第38页传统流程图的流程可以是：缺点：难以阅读、修改，使算法的可靠性和可维护性难以保证。解决办法：必须限制箭头的滥用，即不允许无规律地使流程随意转向，只能顺序地进行下去。共48页第39页用N--S流程图表示算法1973年美国学者I.Nassi和B.Shneiderman提出了一种新的流程图形式。在这种流程图中，完全去掉了带箭头的流程线。全部算法写在一个矩形框内，在该框内还可以包含其它的从属于它的框，或者说，由一些基本的框组成一个大的框。这种流程图又称N--S结构化流程图。共48页第40页N–S流程图条件YNS1S22.选择结构S1S21.顺序结构3.循环结构循环体循环体当满足条件时直到条件满足时当型循环直到型循环共48页第41页0t,1it+iti+1i直到t100输出t的值4、传统流程图与N-S流程图的比较t100不成立成立开始0t,1it+iti+1i输出t的值结束例1：1+2+3+……+加到100为止共48页第42页用三种N--S流程图中的基本框，可以组成复杂的N--S流程图。图中的A框或B框，可以是一个简单的操作，也可以是三个基本结构之一。A框可以是一个选择结构B框可以是一个循环结构共48页第43页小结：由三种基本结构顺序组成的算法结构，可以解决任何复杂的问题。由基本结构所构成的算法属于“结构化”的算法，它不存在无规律的转向，只在本基本结构内才允许存在分支和向前或向后的跳转。共48页第44页扩展：只要具有上述四个特点的都可以作为基本结构。可以自己定义基本结构，并由这些基本结构组成结构化程序。此图符合基本结构的特点共48页第45页这是一个多分支选择结构，根据表达式的值决定执行路线。虚线框内的结构是一个入口一个出口，并且有上述全部的四个特点。由此构成的算法结构也是结构化的算法。共48页第46页例：打印50名学生中成绩高于80分的学号和成绩用N--S图表示。共48页第47页例判别素数的算法用N--S流程图表示。传统流程图分析：出口1出口2此图不符合基本结构特点！由于不能分解为三种基本结构，就无法直接用N--S流程图的三种基本结构的符号来表示。因此，应当先作必要的变换。共48页第48页传统流程图变换为：一个出口共48页第49页用N--S流程图表示：共48页第50页N--S图表示算法的优点比文字描述直观、形象、易于理解；比传统流程图紧凑易画。尤其是它废除了流程线，整个算法结构是由各个基本结构按顺序组成的，N--S流程图中的上下顺序就是执行时的顺序。用N--S图表示的算法都是结构化的算法，因为它不可能出现流程无规律的跳转，而只能自上而下地顺序执行。共48页第51页三、结构化程序设计方法结构化程序设计方法是公认的面向过程编程应遵循的基本方法和原则。结构化程序设计方法主要包括：①只采用三种基本的程序控制结构来编制程序，从而使程序具有良好的结构；②程序设计自顶而下；③用结构化程序设计流程图表示算法。共48页第52页例2：输入10个整数，要求打印出其中最大的数。用N-S图表示。输入一个数max计数器i=1输入一个数xxmax是否xmaxi+1i直到i=10输出max直到型循环输入一个数比较输出最大数顶层设计详细设计