第一章程序設(shè)計(jì)概述

1.程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言2.程序與程序設(shè)計(jì)3.算法的基本概念和特征4.程序設(shè)計(jì)方法5.習(xí)題一第一章程序設(shè)計(jì)概述5《FORTRAN90程序設(shè)計(jì)》課多媒體課件1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/概述

任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是按照人們用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序進(jìn)行工作,人們通過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序來(lái)指揮和控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的有效工具,伴隨計(jì)算機(jī)誕生而誕生,伴隨計(jì)算機(jī)發(fā)展而發(fā)展,在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中,發(fā)揮了巨大作用。對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，如果說(shuō)CPU是計(jì)算機(jī)心臟，那么程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其程序就是其靈魂。了解和掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)方法是駕馭和運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要一環(huán)。

概述

分類

概念

描述

示例

1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言WORD軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言計(jì)算機(jī)人人第一章程序設(shè)計(jì)概述1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/分類

目前，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言種類很多，各有特色，但本質(zhì)相同。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言屬于人工語(yǔ)言、形式語(yǔ)言、非自然語(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言分：低級(jí)語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言）、高級(jí)語(yǔ)言。源程序、目標(biāo)程序、匯編程序、編譯程序之關(guān)系。1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序高級(jí)語(yǔ)言源程序匯編語(yǔ)言程序機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序編譯程序

匯編程序

概述

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概念

描述

示例

第一章程序設(shè)計(jì)概述語(yǔ)言示例比較本課程36課時(shí)，雙周上機(jī)第一章程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述0010001100000010-----將2送累加器A0000001100000011-----將3與累加器相加,結(jié)果在累加器00110111-----將累加器數(shù)取反,求反碼00010111-----將累加器數(shù)加1,求補(bǔ)碼,結(jié)果為-50000001100000100-----將4與累加器相加,結(jié)果-1在累加器00110111-----將累加器數(shù)取反,求反碼00010111-----將累加器數(shù)加1,求補(bǔ)碼,結(jié)果為100000010-----將累加器數(shù)1從總線輸出MOVA,2H-----將2送累加器AADDA,3H-----將3與累加器相加,結(jié)果在累加器CPLA-----將累加器數(shù)取反,求反碼INCA-----將累加器數(shù)加1,求補(bǔ)碼,結(jié)果為-5ADDA,4H-----將4與累加器相加,結(jié)果-1在累加器CPLA-----將累加器數(shù)取反,求反碼INCA-----將累加器數(shù)加1,求補(bǔ)碼,結(jié)果為1OUTLBUS,A-----將累加器數(shù)1從總線輸出PRINT*，2+3-4-----計(jì)算2+3-4，并輸出END機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/概念

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有嚴(yán)格的詞法、語(yǔ)法和語(yǔ)義規(guī)定，不能有二義性、歧異性和不確定性。詞法、語(yǔ)法和語(yǔ)義是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言三個(gè)最基本概念。詞法：

組成合法語(yǔ)句的基本單位稱為單詞,構(gòu)成合法單詞的規(guī)則稱為詞法。詞法通常采用嚴(yán)格的形式化描述(如BNF,即巴科斯范式,本書采用此法描述),也有采用語(yǔ)法圖描述。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言規(guī)定了一組描述詞法的規(guī)則,稱為詞法規(guī)則。如：語(yǔ)句“PRINT*,sum,ave”中的“PRINT”、“*”、“,”、“sum”、“ave”都是合法單詞,如果將“PRINT”改寫成“PRN”,由于“PRN”不是FORTRAN語(yǔ)言的合法單詞。

語(yǔ)法：具有特定含義的符號(hào)串或句子稱為語(yǔ)句,構(gòu)成合法語(yǔ)句的規(guī)則稱為語(yǔ)法。語(yǔ)法通常采用嚴(yán)格的形式化描述(如BNF,即巴科斯范式,本書采用此法描述),也有采用語(yǔ)法圖描述。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言規(guī)定了一組描述語(yǔ)法的規(guī)則,稱為語(yǔ)法規(guī)則。如：語(yǔ)句“PRINT*,sum,ave”就是符合語(yǔ)法規(guī)則的合法語(yǔ)句,如果將其改寫成“PRINT,*,sum,ave”就不是一個(gè)合法語(yǔ)句。語(yǔ)義：合法語(yǔ)句的實(shí)際含義稱為該語(yǔ)句的語(yǔ)義。語(yǔ)義通常采用自然語(yǔ)言描述。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言規(guī)定了每一個(gè)語(yǔ)句的語(yǔ)義。對(duì)語(yǔ)義的理解是否準(zhǔn)確,直接影響程序的可靠性和正確性。如FORTRAN語(yǔ)言規(guī)定PRINT語(yǔ)句語(yǔ)義是輸出,如果理解為輸入,則程序?qū)a(chǎn)生錯(cuò)誤。

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第一章程序設(shè)計(jì)概述1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/描述

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的詞法和語(yǔ)法一般采用形式化描述,語(yǔ)義一般采用自然語(yǔ)言描述。形式化描述有BNF(即巴科斯范式)，它是一種特定的形式體系,可看作是描述形式化語(yǔ)言的形式化語(yǔ)言,它定義了一組描述語(yǔ)言的規(guī)則。

通常稱BNF為元語(yǔ)言,稱程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為對(duì)象語(yǔ)言,稱規(guī)則為產(chǎn)生式,稱規(guī)則中使用的不屬于對(duì)象語(yǔ)言的符號(hào)為元語(yǔ)言符號(hào)(或連接詞),稱屬于對(duì)象語(yǔ)言的符號(hào)為終結(jié)符,稱定義產(chǎn)生式的符號(hào)為非終結(jié)符。BNF中的元語(yǔ)言符號(hào)如表1-1所示。例如:描述FORTRAN語(yǔ)言“標(biāo)識(shí)符”的一組產(chǎn)生式規(guī)則是：

<標(biāo)識(shí)符>→<字母>{<字母>∣<數(shù)字>∣“_”}<字母>→“大寫英文字母”∣“小寫英文字母”<數(shù)字>→“0”∣“1”∣“2”∣“3”∣“4”∣“5”∣“6”∣“7”∣“8”∣“9”

元語(yǔ)言符號(hào)含義→定義為∣或者()括號(hào)內(nèi)對(duì)象一定其中之一[]括號(hào)內(nèi)對(duì)象任取一個(gè)對(duì)象，也可以不取{}括號(hào)內(nèi)對(duì)象可取多次，也可以不取<>括號(hào)內(nèi)對(duì)象為元語(yǔ)言符號(hào)，稱非終結(jié)符“”可省略括號(hào)內(nèi)對(duì)象為對(duì)象語(yǔ)言符號(hào)，稱終結(jié)符

概述

分類

概念

描述

示例

第一章程序設(shè)計(jì)概述1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/示例計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)距離的FORTRAN90語(yǔ)言程序：!計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)距離PROGRAMcalculateREALv0,a,t,sREAD*,v0,a,ts=v0*t+0.5*a*t*tPRINT*,'s=',sEND

概述

分類

概念

描述

示例

第一章程序設(shè)計(jì)概述1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1.2程序與程序設(shè)計(jì)/程序程序就是一組符合程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言詞法、語(yǔ)法和語(yǔ)義規(guī)定的計(jì)算機(jī)指令或語(yǔ)句組成的語(yǔ)句序列。指令序列規(guī)定了指令的執(zhí)行順序。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是全部計(jì)算機(jī)指令（或語(yǔ)句）的集合。用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序類似用自然語(yǔ)言寫的一份工作計(jì)劃,如同可寫出多份’工作計(jì)劃一樣，用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也可寫出許多不同的程序，計(jì)算機(jī)的神奇之處就是可以執(zhí)行許許多多奧妙無(wú)窮的程序。程序有小型、中型、大型和特大型之分，前面程序是一個(gè)小型程序，文字處理系統(tǒng)(如：WORD是一個(gè)大型程序，Windows操作系統(tǒng)程序是一個(gè)特大型程序。程序加文檔說(shuō)明通常稱為軟件，由于中型、大型和特大型程序一般都配置詳細(xì)的文檔說(shuō)明,所以一般稱其為軟件，如文字處理系統(tǒng)WORD一般稱“WORD軟件”。軟件按性質(zhì)可分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。程序示例。

程序

設(shè)計(jì)

步驟

1.2程序與程序設(shè)計(jì)!計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)距離PROGRAMcalculateREALv0,a,t,sREAD*,v0,a,ts=v0*t+0.5*a*t*tPRINT*,'s=',sEND第一章程序設(shè)計(jì)概述1.2程序與程序設(shè)計(jì)/程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)：采用科學(xué)、規(guī)范、正確的方法編寫程序的過(guò)程。程序設(shè)計(jì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單、呆板、單調(diào)的程序書寫過(guò)程，而是一個(gè)復(fù)雜、靈活、多樣的智力活動(dòng)過(guò)程。程序設(shè)計(jì)包括：?jiǎn)栴}分析、算法設(shè)計(jì)編寫程序、調(diào)試程序、修改程序、結(jié)果分析、資料整理的全過(guò)程。

一個(gè)高素質(zhì)的程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備以下能力：有較強(qiáng)的邏輯思維能力,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S方法。準(zhǔn)確理解算法概念和特性,掌握算法設(shè)計(jì)方法,熟悉常用算法熟練掌握程序設(shè)計(jì)的基本概念和方法。熟練掌握多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,理解語(yǔ)言的詞法、語(yǔ)法和語(yǔ)義。具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操作能力和程序調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。1.2程序與程序設(shè)計(jì)

程序

設(shè)計(jì)

步驟

第一章程序設(shè)計(jì)概述1.2程序與程序設(shè)計(jì)/程序設(shè)計(jì)步驟分析問(wèn)題，建立數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)算法，繪制流程圖；

選擇語(yǔ)言，編寫程序；

調(diào)試程序，分析結(jié)果；整理資料，撰寫文檔。進(jìn)行程序設(shè)計(jì)要遵循有關(guān)的程序設(shè)計(jì)規(guī)則和采用成熟的程序設(shè)計(jì)方法。程序設(shè)計(jì)方法有兩種：一種是面向過(guò)程方法;一種是面向?qū)ο蠓椒?。前者稱為傳統(tǒng)方法,后者稱為現(xiàn)代方法,代表了程序設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì)。面向過(guò)程方法又分為模塊化方法和結(jié)構(gòu)化方法。

程序

設(shè)計(jì)

步驟

第一章程序設(shè)計(jì)概述1.2程序與程序設(shè)計(jì)1.3算法的基本概念和特征/算法含義古老含義是采用算術(shù)的方法根據(jù)已知條件求解未知問(wèn)題的運(yùn)算過(guò)程，即解題過(guò)程。傳統(tǒng)含義是采用科學(xué)的方法根據(jù)現(xiàn)有資料完成某項(xiàng)事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程?，F(xiàn)代含義是采用邏輯思維的方法對(duì)獲取數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)處理的步驟，即計(jì)算機(jī)解題步驟或計(jì)算機(jī)算法，

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述1.3算法的基本概念和特征第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征/算法特征算法有五個(gè)基本特征：有窮性：算法是一有窮步驟序列，即一個(gè)算法必須在執(zhí)行有窮步之后結(jié)束。確定性：算法中的沒(méi)一步驟不能有歧義性（二義性、不確定性）。大于等于0個(gè)輸入：算法開始執(zhí)行前，可以有0個(gè)或若干個(gè)輸入數(shù)據(jù)。大于等于1個(gè)輸出：算法在執(zhí)行過(guò)程中必須有1個(gè)以上輸出，即算法中必須有輸出操作。能行性：算法中的每一步驟是可實(shí)現(xiàn)的，即在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)上是可執(zhí)行的。示例說(shuō)明。1.3算法的基本概念和特征

問(wèn)題：計(jì)算1+2+3+…+n之和,并輸出。

⑴將0賦予sum⑵將1賦予i⑶輸入N⑷判斷i≤N嗎？⑸若i>N,則轉(zhuǎn)⑼⑹將sum+i賦予sum⑺將i+1賦予i⑻轉(zhuǎn)⑷⑼輸出sum值⑩結(jié)束sum=0i=1

READ*，NWHILEi≤Nsum=sum+Ii=i+1ENDDOPRINT*，sumENDN=100N=100

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征/評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)算法有五個(gè)基本特征：正確性：一個(gè)好的算法或程序必須保證執(zhí)行后的結(jié)果正確。可讀性：一個(gè)好的算法或程序應(yīng)有良好的可讀性。通用性：一個(gè)好的算法或程序要盡可能通用，應(yīng)適用一類問(wèn)題的求解，提高算法設(shè)計(jì)的效率。如：設(shè)計(jì)求解一元二次方程2x2+3x+1=0的算法，該算法最好設(shè)計(jì)成求解一元二次方程ax2+bx+c=0的算法。高效率：高效率包括時(shí)間和空間兩個(gè)方面。執(zhí)行速度快、運(yùn)行時(shí)間短、占用內(nèi)存少?？勺x性說(shuō)明示例。通用性說(shuō)明示例。

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征1.3算法的基本概念和特征/評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)/可讀性算法有五個(gè)基本特征：正確性：一個(gè)好的算法或程序必須保證執(zhí)行后的結(jié)果正確?？勺x性：一個(gè)好的算法或程序應(yīng)有良好的可讀性。通用性：一個(gè)好的算法或程序要盡可能通用，應(yīng)適用一類問(wèn)題的求解，提高算法設(shè)計(jì)的效率。如：設(shè)計(jì)求解一元二次方程2x2+3x+1=0的算法，該算法最好設(shè)計(jì)成求解一元二次方程ax2+bx+c=0的算法。高效率：高效率包括時(shí)間和空間兩個(gè)方面。執(zhí)行速度快、運(yùn)行時(shí)間短、占用內(nèi)存少?？勺x性說(shuō)明示例。通用性說(shuō)明示例。問(wèn)題：有長(zhǎng)10米，寬5米的一塊地，地價(jià)是每平方米4000元，求總地價(jià)，并輸出。!可讀性好!求地價(jià)，并輸出INTEGERlength,width,area,pricePRINT*,’輸入地塊長(zhǎng)寬值：’READ*,length,widtharea=length*widthprice=4000*areaPRINT*,’總地價(jià)：’,price,’元’END!可讀性差READ*,x,ya=x*yb=4000*aPRINT*,bEND

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征1.3算法的基本概念和特征/評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)/通用性算法有五個(gè)基本特征：正確性：一個(gè)好的算法或程序必須保證執(zhí)行后的結(jié)果正確?？勺x性：一個(gè)好的算法或程序應(yīng)有良好的可讀性。通用性：一個(gè)好的算法或程序要盡可能通用，應(yīng)適用一類問(wèn)題的求解，提高算法設(shè)計(jì)的效率。如：設(shè)計(jì)求解一元二次方程2x2+3x+1=0的算法，該算法最好設(shè)計(jì)成求解一元二次方程ax2+bx+c=0的算法。高效率：高效率包括時(shí)間和空間兩個(gè)方面。執(zhí)行速度快、運(yùn)行時(shí)間短、占用內(nèi)存少?？勺x性說(shuō)明示例。通用性說(shuō)明示例。問(wèn)題：有長(zhǎng)10米，寬5米的一塊地，地價(jià)是每平方米4000元，求總地價(jià)，并輸出。!通用性好,適合任意長(zhǎng)寬地塊!求地價(jià)，并輸出INTEGERlength,width,area,pricePRINT*,’輸入地塊長(zhǎng)寬值：’READ*,length,widtharea=length*widthprice=4000*areaPRINT*,’總地價(jià)：’,price,’元’END!通用性差,特定地塊x=10y=5a=x*yb=4000*aPRINT*,bEND

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征1.3算法的基本概念和特征/算法描述算法一般有五種描述工具：用自然語(yǔ)言描述算法。用流程圖描述算法。用N-S圖描述算法。用PAD圖描述算法。用偽代碼描述算法。自然語(yǔ)言和流程圖描述示例。

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征1.3算法的基本概念和特征/算法描述/示例算法一般有五種描述工具：用自然語(yǔ)言描述算法。用流程圖描述算法。用N-S圖描述算法。用PAD圖描述算法。用偽代碼描述算法。自然語(yǔ)言和流程圖描述示例。問(wèn)題：計(jì)算1+2+3+…+100,并輸出。

自然語(yǔ)言描述流程圖(框圖)描述

⑴將0賦予sum。⑵將1賦予i。⑶判斷i≤100嗎？⑷若i>100,則轉(zhuǎn)⑻。⑸將sum+i賦予sum。⑹將i+1賦予i。⑺轉(zhuǎn)⑶。⑻輸出sum值。⑼結(jié)束0=>sum1=>II≤100sum+I=>sumI+1=>I輸出sumYN結(jié)束開始

算法含義

算法特征

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

算法描述第一章程序設(shè)計(jì)概述1.3算法的基本概念和特征1.4程序設(shè)計(jì)方法/概述用計(jì)算機(jī)解決工作中遇到的各種問(wèn)題,常常需要設(shè)計(jì)和編寫程序,程序的正確性、可靠性、可讀性、可理解性、可修改性和可維護(hù)性如何,直接影響計(jì)算機(jī)的執(zhí)行結(jié)果和使用效率,所以設(shè)計(jì)和編寫程序并不是簡(jiǎn)單寫一個(gè)程序,而是保證程序有很高的正確性、可靠性、可讀性、可理解性、可修改性和可維護(hù)性。要達(dá)到這一目的,必須采用科學(xué)的程序設(shè)計(jì)方法。熟練掌握幾種好的程序設(shè)計(jì)方法,是編寫高質(zhì)量程序的基本前提。程序設(shè)計(jì)方法種類很多,主要有模塊化程序設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法等。

概述

模塊化方法

結(jié)構(gòu)化方法

面向?qū)ο蠓椒?.4程序設(shè)計(jì)方法第一章程序設(shè)計(jì)概述1.4程序設(shè)計(jì)方法/模塊化方法模塊是數(shù)據(jù)說(shuō)明、可執(zhí)行語(yǔ)句等程序?qū)ο蠹?，它可?dú)立命名，并通過(guò)模塊名調(diào)用、訪問(wèn)和執(zhí)行模塊，如FORTRAN語(yǔ)言的過(guò)程、函數(shù)、模塊等程序?qū)ο蟆ＤK化就是把大的程序劃分成若干模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，所有模塊組成一個(gè)整體，相互協(xié)調(diào)，共同完成特定功能滿足問(wèn)題求解要