RAPTOR流程圖編程

1、RAPTOR程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1為什么要學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)？由于計(jì)算思維的核心之一是算法思維，同時(shí)算法思維也是計(jì)算機(jī)科學(xué)的精髓而算法思維的實(shí)現(xiàn)離不開程序設(shè)計(jì)，所以對(duì)于計(jì)算思維的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)，必須從程序設(shè)計(jì)開始2計(jì)算思維的根本內(nèi)容計(jì)算思維最根本的內(nèi)容，即其本質(zhì)（Essence）是抽象（抽象（AbstractionAbstraction）和自自動(dòng)化（動(dòng)化（AutomationAutomation）計(jì)算思維中的抽象完全超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號(hào)來表示抽象和自動(dòng)化 行為將貫徹課程的始終 3什么是可視化程序設(shè)計(jì)? 可視化(Visual)程序設(shè)計(jì)是一種全新的程序設(shè)計(jì)方法，一般可視化程序主要是指編譯環(huán)境的可視化；程序

2、設(shè)計(jì)人員利用開發(fā)環(huán)境本身提供各種可視化的控件、方法和屬性等，像搭積木一樣構(gòu)造出應(yīng)用程序的各種界面典型的可視化程序設(shè)計(jì)環(huán)境如Visual Basic4http:/Visual Basic 6.0界面 5http:/為什么要使用RAPTOR？RAPTOR（the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning-用于有序推理的快速算法原型工具），是一種基于流程圖的可視化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，為程序和算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課程教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用RAPTOR設(shè)計(jì)的程序和算法可以直接轉(zhuǎn)換成為C+、C#、Java等高級(jí)程序語言，這就為程序和算法的初學(xué)者鋪就

3、了一條平緩、自然的學(xué)習(xí)階梯6http:/使用RAPTOR的理由可以在最大限度地減少語法要求的情形下，幫助用戶編寫正確的程序指令程序就是流程圖，可以逐個(gè)執(zhí)行圖形符號(hào)，以便幫助用戶跟蹤指令流執(zhí)行過程容易掌握用RAPTOR可以進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，從而使初學(xué)者有可能理解和真正掌握“計(jì)算思維”7http:/RAPTOR基本程序環(huán)境基本界面F5：運(yùn)行流程圖F10：?jiǎn)尾綀?zhí)行顯示執(zhí)行結(jié)果。8四種基本符號(hào)/語句目的目的符號(hào)符號(hào)名稱名稱說明說明輸入輸入語句輸 入 數(shù) 據(jù) 給一個(gè)變量變量處理賦值語句使 用 某 些 運(yùn)算 來 更 改變變量量的值處理過程調(diào)用執(zhí) 行 一 組 在命 名 過 程 中定義的指令輸出輸出語句顯

4、示變 量變 量的值。9變量變量（variable）表示的是計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的位置，用于保存數(shù)據(jù)值在任何時(shí)候，一個(gè)變量只能容納一個(gè)值變量的初始值決定了變量的數(shù)據(jù)類型，在流程執(zhí)行過程中變量的數(shù)據(jù)類型不能更改，但變量的值可以改變10變量賦值過程說明說明X的值的值程序程序當(dāng)程序開始時(shí)，沒有任何變量存在未定義第一個(gè)賦值語句，X32，分配數(shù)據(jù)值32給變量X32下一個(gè)賦值語句，XX +1，檢索到當(dāng)前X的值為32，給它加1，并把結(jié)果33給變量X33下一個(gè)賦值語句，XX * 2，檢索到X當(dāng)前值為33，乘以2，并把結(jié)果66給變量X6611RAPTOR變量值的設(shè)置基本原則：任何變量在被引用前必須存在并被賦初值變量的類型

5、由最初的賦值語句所給的數(shù)據(jù)決定設(shè)置方法通過輸入語句賦值通過賦值語句的中的公式運(yùn)算后賦值通過調(diào)用過程的返回值賦值12RAPTOR數(shù)據(jù)類型數(shù)值（Number）：如12，567，-4，3.1415，0.000371字符串 （String）：如“Hello， how are you?”， “James Bond”， “The value of x is： ”字符（Character）：如A，8，!。13變量報(bào)錯(cuò)的原因未定義引用14變量報(bào)錯(cuò)的原因拼寫錯(cuò)15不同類型的數(shù)據(jù)不可比較16字符串：用雙引號(hào)括起來字 符：用單引號(hào)括起來RAPTOR常量RAPTOR定義了四個(gè)常量（Constant）pi（圓周率） 定

6、義為 3.1416e （自然對(duì)數(shù)的底）定義為 2.7183true /yes(布爾值： 真) 定義為 1false/no(布爾值：假) 定義為 017輸入(Input)(Input)語句輸入語句的編輯（Edit）對(duì)話框在提示文本框中說明所需的輸入在變量文本框中輸入變量名18輸入(Input)(Input)語句輸入語句在流程圖中顯示的狀態(tài)運(yùn)行時(shí)對(duì)話框19賦值語句（編輯）Set文本框中輸入 需要賦值的變量名。To文本框中輸入需要執(zhí)行的表達(dá)式，表達(dá)式可以是一個(gè)值或 一個(gè)公式。20賦值語句（顯示）流程圖中的賦值語句21表達(dá)式可以是單個(gè)值可以是常量或變量和運(yùn)算符的組合。 例如：（1）x (3+9)/3（

7、2）x 3+(9/3)22表達(dá)式計(jì)算的“優(yōu)先順序” 1. 計(jì)算所有函數(shù)的值，2. 計(jì)算括號(hào)中表達(dá)式，3. 計(jì)算乘冪(，*)，4. 從左到右，計(jì)算乘法和除法，最后5. 從左到右，計(jì)算加法和減法。23運(yùn)算符邏輯運(yùn)算是一組值（常量或變量）和關(guān)系運(yùn)算符的結(jié)合, 期望得到Y(jié)ES/NO這樣的結(jié)果關(guān)系運(yùn)算符（=、 / =、 、 =），必須針對(duì)兩個(gè)相同的數(shù)據(jù)類型值比較例如，3 = 4或Wayne = Sam是有效的比較，但3 = Mike則是無效的24關(guān)系運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算說明說明例例=等于等于3 = 4 結(jié)果為 No(false)!=/=不等于不等于3 != 4結(jié)果為Yes(true)3 /= 4結(jié)果為 Yes(

8、true)小于小于3 4結(jié)果為Yes(true)=小于或等于小于或等于3 大于大于3 4結(jié)果為No(false)=大于或等于大于或等于3 = 4結(jié)果為No(false)25內(nèi)置運(yùn)算符和函數(shù) 數(shù)學(xué)運(yùn)算: +，-，*，/，*（加、減、乘、除、乘方）rem， mod， sqrt（求余，開平方）log， abs， （對(duì)數(shù)，絕對(duì)值）ceiling， floor （向下取整，向上取整）26內(nèi)置運(yùn)算符和函數(shù)三角函數(shù):sin，cos，tan；正弦正弦 ，余弦余弦 ，正切正切 cot，arcsin，arccos；余切余切 ，反正弦反正弦 ，反余弦反余弦 arctan， arccot；反正切反正切 ，反余切反余切

9、 27內(nèi)置運(yùn)算符和函數(shù)random，偽隨機(jī)數(shù) Length_of 求數(shù)組元素個(gè)數(shù)，求字符串長(zhǎng)度28過程調(diào)用語句(編輯) 編輯對(duì)話框注意已有過程提示29過程調(diào)用語句（顯示）過程調(diào)用分內(nèi)置過程，子圖，子程序；內(nèi)置過程、子圖、子程序的調(diào)用使用同樣的語句，但子圖沒有參數(shù)，內(nèi)置過程或子程序需要參數(shù)30輸出語句 執(zhí)行輸出語句將在主控（Master Console）窗口顯示輸出結(jié)果必須用雙引號(hào)，以便與變量區(qū)分是否換行輸出結(jié)果選中表示換行31輸出語句的設(shè)計(jì)技巧32注釋 注釋本身對(duì)計(jì)算機(jī)毫無意義，并不會(huì)被執(zhí)行。注釋的目的是增強(qiáng)程序的可讀性，幫助他人理解你所設(shè)計(jì)的程序或算法 33一個(gè)帶注釋的算法注釋的四種類型：1

10、.編程標(biāo)題2.分節(jié)描述3.邏輯描述4.變量說明34控制結(jié)構(gòu)程序員合理利用控制結(jié)構(gòu)和控制語句，可以確定程序語句的執(zhí)行順序這些控制結(jié)構(gòu)可以做三件事：1. 按照順序執(zhí)行某些語句；2. 根據(jù)條件判斷結(jié)果，跳過某些語句而執(zhí)行其他語句；3. 條件為真時(shí)重復(fù)執(zhí)行一條或多條語句主要介紹選擇（Selection）和循環(huán)(Loop)命令35順序控制順序邏輯是最簡(jiǎn)單的程序構(gòu)造本質(zhì)上，就是把每個(gè)語句按順序排列，程序執(zhí)行時(shí)，從開始（Start）語句順序執(zhí)行到結(jié)束(End)語句36順序控制程序員為解決問題，必須首先確定問題的解決方案，該方案需要哪些語句，以及語句的執(zhí)行順序因此，編寫正確的語句以及確定語句在程序的何處放置是

11、同樣重要的例如:當(dāng)要獲取和處理來自用戶的數(shù)據(jù)時(shí)，必須先取得數(shù)據(jù)，然后才可以使用如果交換一下這些語句的順序，則程序根本無法執(zhí)行順序控制在英語環(huán)境中被稱為“and-thenand-then”結(jié)構(gòu)37選擇控制可能性可能性 1可能性可能性2Statement 1Statement Statement 3Statement 1Statement 2bStatement 3當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，如果決策的結(jié)果是“Yes”（True），則執(zhí)行左側(cè)分支如果結(jié)果是“No”（False），則執(zhí)行右側(cè)分支38選擇控制注意選擇控制語句的兩個(gè)路徑之一可能是空的，或包含多條語句選擇控制結(jié)構(gòu)在英語環(huán)境中被稱為“if-if-then

12、then”結(jié)構(gòu)39級(jí)聯(lián)選擇控制40循環(huán)控制循環(huán)（loop）控制語句允許重復(fù)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)語句，直到某些條件變?yōu)檎嬷担═rue）菱形符號(hào)中的表達(dá)式結(jié)果為“No”，則執(zhí)行“No”的分支，這將導(dǎo)致循環(huán)語句和重復(fù)要重復(fù)執(zhí)行的語句可以放在菱形符號(hào)上方或下方循環(huán)控制結(jié)構(gòu)在英語環(huán)境中被稱為“While-doWhile-do”結(jié)構(gòu)41循環(huán)測(cè)試在循環(huán)語句中，究竟是先計(jì)算后測(cè)試，還是先測(cè)試后計(jì)算，或者在計(jì)算的過程中間進(jìn)行測(cè)試？前序測(cè)試（Pre-test）后續(xù)測(cè)試（Post-test）中序測(cè)試（Intermediate-test）42刪除圖的Statement 2Statement1為前置條件Statement 3

13、是主循環(huán)體如果進(jìn)入了Statement3，測(cè)試條件也必須由這一部分進(jìn)行修改；前序測(cè)試43中序測(cè)試刪除圖中的Statement 1Statement2是主循環(huán)體之一而測(cè)試條件也是在Statement 2中產(chǎn)生Statement3是主循環(huán)體之二44后續(xù)測(cè)試刪除圖中的Statement 1和Statement3Statement2是主循環(huán)體而測(cè)試條件也是在Statement 2中產(chǎn)生；45輸入驗(yàn)證循環(huán)46輸入驗(yàn)證循環(huán)之二47(N=10)計(jì)數(shù)循環(huán)循環(huán)按特定的次數(shù)，來執(zhí)行某個(gè)代碼塊一個(gè)著名的縮寫 I.T.E.M (Initialize， Test， Execute， Modify，初始化，測(cè)試，執(zhí)行，和

14、修改)表示可以用來檢查一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器變量使用是否正確的基本過程48典型的循環(huán)錯(cuò)誤49輸入控制循環(huán)50輸入控制循環(huán)之二51RAPTOR數(shù)組變量數(shù)組是有序數(shù)據(jù)的集合。一般分為一維數(shù)組和二維數(shù)組數(shù)組最大的好處在于用一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)組名和下標(biāo)（index）來唯一地確定某個(gè)數(shù)組變量中的元素52 RAPTOR一維數(shù)組的元素表示形式一形式二53數(shù)組的創(chuàng)建數(shù)組變量必須在使用之前創(chuàng)建所創(chuàng)建的數(shù)組大小由賦值語句中給定的最大元素下標(biāo)來決定，可以在算法運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)增加數(shù)組元素，擴(kuò)展其大小。第一次給values數(shù)組賦值：values7 3結(jié)果如下圖：54一維數(shù)組的擴(kuò)展第二次再給該數(shù)組賦值：values9 6則將數(shù)組進(jìn)行了

15、擴(kuò)展，得到的結(jié)果如下圖：但不能將一個(gè)一維數(shù)組擴(kuò)展為一個(gè)二維數(shù)組。55二維數(shù)組的創(chuàng)建創(chuàng)建二維數(shù)組時(shí)，數(shù)組的兩個(gè)維度的大小由最大的下標(biāo)確定例如： numbers3，4 13得到：56RAPTOR數(shù)組特性RAPTOR并不強(qiáng)制每個(gè)數(shù)組的元素必須具備相同的數(shù)據(jù)類型例如程序員可以將二維數(shù)組，設(shè)計(jì)成為類似像數(shù)據(jù)庫那樣的一種記錄式結(jié)構(gòu)57數(shù)組變量的應(yīng)用數(shù)組變量的好處來自數(shù)組符號(hào)允許RAPTOR在方括號(hào)內(nèi)執(zhí)行數(shù)學(xué)計(jì)算58什么是平行數(shù)組？計(jì)算某個(gè)班級(jí)學(xué)員的一個(gè)學(xué)期4門課程的平均成績(jī)。應(yīng)該如何保存參與計(jì)算的課程成績(jī)可以分別使用：computer，math，physics，history，而每個(gè)同學(xué)的編號(hào)，可以用做數(shù)

16、組的下標(biāo)59數(shù)組應(yīng)用注意事項(xiàng)在RAPTOR中，一旦某個(gè)變量名被用做數(shù)組變量，就不允許存在一個(gè)同名的非數(shù)組變量RAPTOR數(shù)組可以在算法運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)增加數(shù)組元素；但不可以將一個(gè)一維數(shù)組在算法運(yùn)行中擴(kuò)展成二維數(shù)組60RAPTOR子程序與子圖定義與調(diào)用在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，將實(shí)際問題抽象化是解決問題的關(guān)鍵要素之一一項(xiàng)研究成果表明，人類的大腦平均只能同時(shí)積極關(guān)注約4件事情，大大少于以往研究所得的7件事情的結(jié)論為了解決復(fù)雜的問題，必須能夠研究問題的“主要方面（big issues）”61計(jì)算一個(gè)英文文章中，使用了“a”開頭的單詞的次數(shù)一個(gè)英文單詞的以特定字母開頭，那么它的前面一定有空格所以，判斷一個(gè)空格后面

17、是否跟了一個(gè)字母“a”，就可以找出一段英文中所有以a開頭單詞的使用次數(shù)6263統(tǒng)計(jì) “az” 字母開頭單詞數(shù)解這個(gè)問題程序似乎只要把上個(gè)例子部分程序再復(fù)制、粘貼25次，做一點(diǎn)修改就可以解決問題但是，為了使得設(shè)計(jì)的程序更加簡(jiǎn)練、具有更長(zhǎng)久的生命力和更廣泛的用途，可以將上一例中的程序改造成一個(gè)子程序，或者是一種抽象：其功能就是“統(tǒng)計(jì)一個(gè)特定字母開頭的單詞，在一段文字中出現(xiàn)了多少次”64創(chuàng)建RAPTOR子程序子程序如同一個(gè)加工廠，輸入原材料，然后按設(shè)計(jì)要求處理原材料，輸出產(chǎn)成品子程序的原材料就是一些變量,例如（in:char）,為統(tǒng)計(jì)子程序輸入測(cè)試樣本子程序的產(chǎn)成品也是變量，例如（out: count）,向調(diào)用它的程序返回統(tǒng)計(jì)結(jié)果其中，in, out表示子程序的輸入輸出參數(shù)65子程序定義子程序定義界面上的接口參數(shù)稱為“形式參數(shù)”RAPTOR的子程序參數(shù)不得超過6個(gè)子程序參數(shù)可以是單個(gè)變量，也可以是數(shù)組66一個(gè)設(shè)計(jì)完成的子程序67子程序的調(diào)用如要調(diào)用子程序，可以通過調(diào)用語句并給子程序的接口賦予“實(shí)際參數(shù)”進(jìn)行實(shí)際參數(shù)的名與形式參數(shù)的可以不同實(shí)際參數(shù)的數(shù)據(jù)類型則必須與形式參數(shù)的相同6869自頂向下 vs 自底向上先規(guī)劃子程序，然后逐個(gè)實(shí)現(xiàn)，為自頂向下的設(shè)計(jì)方法先實(shí)現(xiàn)各個(gè)子程序的功能，然后進(jìn)行綜合，為自底向上的設(shè)計(jì)方法70計(jì)算問題求解的一般過程理解問題制定計(jì)劃執(zhí)行計(jì)劃回顧與總結(jié)71