【公開課】 體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程粵教版（2019）高中信息技術(shù)必修一 課件

3.1體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程在現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。當(dāng)數(shù)據(jù)量不多時(shí)，我們可以采用人工方法來處理:然而，當(dāng)數(shù)據(jù)量變多時(shí)，我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)來解決問題將是一種更高效、更便捷的方法。3.1.1人工解決問題的過程采樣人工方法解決問題，首先需要明確所要解決的問題給出的條件，然后再根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)確定解決問題的方法，從而解決問題。探究活動(dòng)思考如何設(shè)計(jì)從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線方案呢？假如我們從鐵路公司、各航空公司和汽車客運(yùn)公司網(wǎng)站得知，直達(dá)B市的交通工具只有火車和汽車兩種，出發(fā)地有B1，B2，…，Bk市（沒有A市），從A市出發(fā)到B1，B2，…，Bk市的交通工具有飛機(jī)、火車和汽車三種，這樣從A市經(jīng)B1，B2，…，Bk市到B市的交通情況如右圖所示。由于從A市到B1，B2，…，Bk市有不同的交通工具，每一種交通工具又有不同的班次，因此從A市出發(fā)到中轉(zhuǎn)城市B1，B2，…，Bk市就有M1、M2，…，Mk種班次。同樣，從中轉(zhuǎn)城市B1，B2，…，Bk市到B市也有不同的交通工具，每一種交通工具有不同的班次，因此從中轉(zhuǎn)城市B1，B2，…，Bk市到B市就有N1，N2，…，Nk種班次。于是從A市經(jīng)B1，B2，…，Bk市到B市的交通班車（班機(jī)）數(shù)共有：S=M1×N1+M2×N2+…+Mk×Nk尋找從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問題就轉(zhuǎn)化為在S種聯(lián)運(yùn)班次中找到一種耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次。這樣就需要遍歷每一個(gè)班次進(jìn)行比較。若用人工方式找出能夠中轉(zhuǎn)且等待時(shí)間和行駛時(shí)間最少的班次，工作量將極其浩大!假設(shè)從A市到B市的中轉(zhuǎn)城市只有B1、B2市，從A市經(jīng)B1、B2市到B市的交通情況如表3-2和表3-3所示。從以上兩表可知，從A市經(jīng)B,市到B市的聯(lián)運(yùn)班次有7×9=63(班），從A市經(jīng)B,市到B市的聯(lián)運(yùn)班次有12×9=108（班)，合計(jì)為S=63+108=171(班）。然后在171班次中找到能夠中轉(zhuǎn)且等待時(shí)間加上行駛時(shí)間最少的聯(lián)運(yùn)班次，如圖3-5所示。分析根據(jù)表3-2和表3-3給出的已知條件，可以采用以下的思路求解耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次問題:(1）)找出能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B,市到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次，并計(jì)算所用的時(shí)間。(2）找到能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B,市到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次中耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次。(3）找出能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B,市到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次，并計(jì)算所用的時(shí)間。(4）找到能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B,市到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次中耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次。(5)取兩條線路中耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次為最佳旅行路線。上述問題中，假如中轉(zhuǎn)城市很多，交通班次也很多，找出耗時(shí)最少路線的工作量會(huì)非常大,若用人工窮舉遍歷,其效率就會(huì)很低。3.1.2計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程當(dāng)數(shù)據(jù)量很大，人工處理效率很低時(shí)，我們可以借助計(jì)算機(jī)，通過編寫計(jì)算機(jī)程序解決問題。編寫計(jì)算機(jī)程序解決問題要經(jīng)過分析問題。設(shè)計(jì)算法，編寫程序、調(diào)試運(yùn)行程序等若干個(gè)步驟。1.分析問題在利用計(jì)算機(jī)解決問題之前，我們首先要分析問題的需求情況、已知條件和需要解決的問題。例如，在從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問題中，在不知道有多少個(gè)中轉(zhuǎn)城市和每個(gè)城市有多少班車(或飛機(jī))的情況下，我們可以利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的爬蟲程序(參見配套學(xué)習(xí)資源包“第三章課本素林程序3-1”)到鐵路網(wǎng)站、各航空公司和汽車客運(yùn)公司網(wǎng)站獲取從A市經(jīng)中轉(zhuǎn)城市B1，B2，……，B3市到達(dá)B市的交通班次信息，再經(jīng)過數(shù)據(jù)請(qǐng)洗后，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為Excel文件(部分截圖如圖3.6所示，詳細(xì)文件可參見配套學(xué)習(xí)資源包“第三章課本素彬Exel"文件夾)。2.設(shè)計(jì)算法問題分析清楚后，需要給出解決問題的詳細(xì)方法和步驟，這一過程稱為設(shè)計(jì)算法。例如，對(duì)于從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問題，根據(jù)獲取的從A市到B市的中轉(zhuǎn)城市B1，B2，……，Bk的班次，以及各城市各交通班次的發(fā)車時(shí)間和行駛時(shí)間等信息，采用以下的思路找出耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次問題:(1)分別找出能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B1，B2，……，Bk市到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次，并計(jì)算所用的時(shí)間。(2)分別找到能夠中轉(zhuǎn)的從A市經(jīng)B1，B2，……，Bk到達(dá)B市的聯(lián)運(yùn)班次中耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次，共k條線路。(3)取k條線路中耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)班次為最佳旅行路線。3.編寫程序有了清晰可操作的算法描述，就可以選擇t種計(jì)算機(jī)語言工具來編寫程序，實(shí)現(xiàn)算法。一般來說，只要算法確定，對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的選擇沒有特別的限定，通常根據(jù)問題的特性和編程人員對(duì)語言的熟悉程度來選定編寫程序。例如，用Pyhon語言編寫從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問題的算法的程序可參見配套學(xué)習(xí)資源包“第三章課本素林程序3-1”。其中，找出能夠從入市經(jīng)B(i=1,2,……，k)市到達(dá)B市的中轉(zhuǎn)聯(lián)運(yùn)班次，并計(jì)算所用的時(shí)間以及找到耗時(shí)最少的聯(lián)運(yùn)路線的關(guān)鍵程序段如下。4.調(diào)試運(yùn)行程序程序編寫完成以后，再通過鍵盤把程序輸人計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，檢查程序能否按預(yù)想的效果執(zhí)行，這一過程稱為程序的調(diào)試運(yùn)行。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別程序設(shè)計(jì)語言中所規(guī)定的語法規(guī)則，如果編寫程序時(shí)與規(guī)則不一致，哪怕是一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)出錯(cuò)，也會(huì)因程序出錯(cuò)而中斷運(yùn)行。此時(shí)，我們可以根據(jù)計(jì)算機(jī)提示的出錯(cuò)信息修改程序，重新調(diào)試運(yùn)行。由于Python是解釋程序，因此它的調(diào)試是在運(yùn)行過程中逐行進(jìn)行的。當(dāng)程序能夠順利運(yùn)行以后，我們還需要對(duì)程序運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行檢查。因?yàn)槿绻绦蛘Z句符合語法規(guī)則，而程序中卻有邏輯或計(jì)算方法等錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)是檢查不出來的。因此，如果結(jié)果不合理，還要對(duì)程序甚至算法進(jìn)行修改，直到程序的功能符合設(shè)計(jì)要求為止。實(shí)踐打開配套學(xué)習(xí)資源包“第三章課本素材\程序3-1”，調(diào)試并運(yùn)行程序3-1，找出從A市到B市耗時(shí)最少的旅行路線問題的結(jié)果，