程序設計思想及方法

1、什么是計算機科學?o計算機科學并非研究計算機!n正如天文學不是研究天文望遠鏡oCS要回答的基本問題:什么是可計算的?o對此問題的回答有三種方式:n實際設計一個解決問題的算法n理論分析問題的可解性 （有些問題是無解的，或者不是能行可解的）n通過實驗來研究問題.1課程主要內容o解決可計算問題需要教會計算機如何解決問題o我們如何教會計算機解決問題n了解計算機有哪些基本功能n熟悉一門與計算機進行交流的語言n掌握設計思路與方法對本課程的定位o學習計算機科學解決問題的思想方法, 應用于各個專業(yè)領域o不僅僅是一門程序設計語言課程! n本課程需要編程,以加深對計算思維的理解n壞消息:學習編程語言需要掌握非常繁

2、瑣的細節(jié)n好消息：Python語言非常簡單,易學易用3計算機與程序計算機與程序o計算機組成o程序設計語言o初識Python計算機的組成o硬件：計算機的軀殼o軟件：計算機的靈魂計算機，也被稱之為計算機，也被稱之為“電腦電腦”，是一種能夠按照事先，是一種能夠按照事先存儲的程序自動、高效地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、存存儲的程序自動、高效地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、存儲和輸出的系統(tǒng)儲和輸出的系統(tǒng)計算機硬件計算機硬件存儲器存儲器輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備控制器控制器運算器運算器CPU存儲器存儲器o保存正在運行的程序代碼和數(shù)據(jù)o內存的最小單元是bit，一個bit存儲一個二進制位。一般8個bit組成一個byt

3、e，若干個byte組成一個wordo在一般的機器中，內存按字節(jié)編址，內存大小也是按字節(jié)計量o關機后，內存的數(shù)據(jù)全部丟失o廣義的存儲器包括主存和次級存儲器CPUCPU (Central Processing Unit) 有兩個部件組成：oALU Arithmetic-Logic Unit（運算器）oControl unit （控制器）控制器控制器o控制器控制計算機的其余部分如何完成程序的指令n指揮內存和其它部件之間的信息的傳送（包括信息和指令）n指揮CPU和輸入輸出設備之間的控制信息的傳送控制器中的信息存儲控制器中的信息存儲o控制器中有兩個寄存器：n指令寄存器( IR )：保存當前正在執(zhí)行的指令

4、n程序計數(shù)器 ( PC )：保存下一條要執(zhí)行的指令地址控制器的工作控制器的工作o取下一條指令：按PC指定的地址到內存中取出下一條指令，存入IR。o解碼指令：將指令解碼成一系列的控制信號o執(zhí)行指令：將控制信號發(fā)送給相關部件，執(zhí)行相應的運算運算器的組成運算器的組成o邏輯電路：執(zhí)行控制器發(fā)出的控制信號o一組存放正在運算的數(shù)據(jù)的寄存器輸入輸出設備o輸入設備將人能理解的符號轉換成計算機能處理的符號。常用的輸入設備有：鍵盤、鼠標、光筆等o輸出設備將計算機的輸出轉換成人能理解的輸出。常用的輸出設備有：顯示器、打印機、音響設備等計算機的組成o硬件：計算機的軀殼o軟件：計算機的靈魂計算機，也被稱之為計算機，也被

5、稱之為“電腦電腦”，是一種能夠按照事先，是一種能夠按照事先存儲的程序自動、高效地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、存存儲的程序自動、高效地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、存儲和輸出的系統(tǒng)儲和輸出的系統(tǒng)計算機軟件o軟件決定了計算機能做什么.沒有軟件,計算機只是一堆廢鐵.o軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。o系統(tǒng)軟件居于計算機系統(tǒng)中最靠硬件的部分，它將計算機的用戶與硬件隔離。系統(tǒng)軟件與具體的應用無關，但其他的軟件要通過系統(tǒng)軟件才能發(fā)揮作用。常用的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、編譯器、網(wǎng)絡軟件等。o應用軟件是為了支持某一應用而開發(fā)的軟件。如字處理軟件、財務軟件等。計算機與程序計算機與程序o計算機組成o程序設計語言o初識Python程

6、序設計語言o人與計算機進行交流的一種語言o為什么不用自然語言與計算機交互？n精確的語法和語義n無二義性o有不同層次的程序設計語言Lu Chaojun, SJTU 17不同層次的程序設計語言不同層次的程序設計語言o機器語言o匯編語言o高級語言機器語言機器語言o是機器的母語。每種計算機都有自己的機器語言。與計算機硬件設計有關。o每個語句用一組二進制數(shù)表示o用機器語言寫程序是非常困難的，讀機器語言寫的程序也是非常困難的o機器語言提供的功能非常簡單例如: 0000010000000001.是Intel8086能理解的一條指令.匯編語言匯編語言o用縮寫和助記符代替機器語言的0和1的比特串o和機器語言一樣

7、，不同類的機器有不同的匯編語言o匯編程序：將匯編語言寫的程序翻譯成機器語言的程序o解決了機器語言的可讀性問題，但沒有解決功能簡單的問題以及可移植型問題 前頁例子: ADD AL,1.需要匯編器處理后機器才懂.高級語言高級語言o類似于英語的語言，適合于人理解o功能比機器語言強，解決問題更加容易o編譯器：將過程化語言寫的程序（源代碼）翻譯成機器語言的程序（目標代碼）o解釋器：逐句解釋源程序并執(zhí)行，不保存目標代碼。 如: x = y + 1. 需要編譯器或解釋器翻譯后機器才懂.編譯執(zhí)行main() int i, s;i=1;s=0;C compiler0110001011101001Source p

8、rogramObject program將程序全部翻譯成機器語言的程序，然后再執(zhí)行。解釋執(zhí)行解釋執(zhí)行源程序源程序 解釋系統(tǒng)解釋系統(tǒng)（逐句解釋、執(zhí)行）（逐句解釋、執(zhí)行）原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)結果結果高級語言的特點高級語言的特點o具備了一定的機器獨立性，使用戶可以專注于解決問題的方法。但某些方面還是受到機器的限制o為了解決移植性問題，ANSI制訂了一系列的標準高級語言o本課程采用Python語言o高級程序設計語言有很多種，據(jù)說2008年網(wǎng)上被引用最多的10個語言是(按字母順序): C，C+，C#，Java，JavaScript，Perl, PHP，Python，Ruby，SQL25計算機與程序計算機與程

9、序o計算機組成o程序設計語言o初識PythonPythonoPython采用編譯/解釋混合方式:先編譯成字節(jié)碼，再解釋執(zhí)行，字節(jié)碼通常和機器無關，解釋時再譯成機器碼。（JVM）oPython 系統(tǒng)軟件 ftp:/ 賬號：tzzhang 密碼: publico安裝啟動Python 課程推薦安裝Python 2.7，新的Python 3.x有與2.x不兼容的地方.27初識Pythono：提示符，提示你可以輸入命令o語句：一條命令，如print “hello”o串：“hello world”o數(shù)：3、10o表達式：3 + 5o賦值：x = 528函數(shù)o函數(shù)：將完成某一功能的語句組合起來o函數(shù)定義o函

10、數(shù)調用： def area( ): x = 5 y = 6 print x * y area( )30帶參數(shù)的函數(shù)o函數(shù)定義 o函數(shù)的調用 def area(x, y): print x * y area(3, 4)12area(2, 4)8模塊o如果一段程序需要反復執(zhí)行，可以把它以文件形式保存在外存儲器中。o保存在外存儲器中的程序稱為一個模塊，也稱為腳本文件或源文件。oPYTHON的源文件的后綴名為pyo程序模擬物理現(xiàn)象:chaos程序# File: chaos.py# A simple program illustrating chaotic behavior.def main(): pr

11、int This program illustrates a chaotic function x = input(Enter a number between 0 and 1: ) for i in range(10): x = 3.9 * x * (1 - x) print x input(Enter 0 to quit )main()omain函數(shù)：標志程序的開始，也可以省略o注釋o變量與賦值o程序的執(zhí)行：一個個語句順序執(zhí)行，但也可以重復執(zhí)行某個語句for循環(huán)o將一段語句重復執(zhí)行多次o語法for in : n是一個值的序列,如1,3,5,7,9或range(10)(即0,1,9).n可以是任何語句序列,用左縮進標識.34程序的控制流o程序的諸語句通常是順序執(zhí)行的,但循環(huán)語句改變了控制流,表示一種控制結構.o控制流可以用流程圖直觀表達35取取的下一個值的下一個值無無有有模塊的執(zhí)行o在IDLE中執(zhí)行程序n打開文件：在file菜單下選open或直接用右鍵點擊文件，并選擇用IDLE打開n執(zhí)行：在run菜單下選run module或直接按f5ocmd界面中執(zhí)