計(jì)算機(jī)導(dǎo)論-問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的位置問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)本章討論的主要問(wèn)題是：

1.什么是程序？什么是程序設(shè)計(jì)？什么是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言？

2.程序是怎么設(shè)計(jì)出來(lái)的？程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是什么？

3.計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過(guò)程就是對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理過(guò)程，如何將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中？如何描述問(wèn)題的處理方法和具體步驟才能讓計(jì)算機(jī)“看懂”呢？

4.為了方便編寫(xiě)程序，現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)普遍采用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言程序如何轉(zhuǎn)換為等價(jià)的機(jī)器指令？情景問(wèn)題——七橋問(wèn)題

【問(wèn)題】17世紀(jì)的東普魯士有一座哥尼斯堡城（現(xiàn)在叫加里寧格勒，在波羅的海南岸），城中有一座島，普雷格爾河的兩條支流環(huán)繞其旁，并將整個(gè)城市分成北區(qū)、東區(qū)、南區(qū)和島區(qū)4個(gè)區(qū)域，全城共有七座橋?qū)?個(gè)城區(qū)連接起來(lái)，于是，產(chǎn)生了一個(gè)有趣的問(wèn)題：一個(gè)人是否能在一次步行中穿越全部的七座橋后回到起點(diǎn)，且每座橋只經(jīng)過(guò)一次。情景問(wèn)題——七橋問(wèn)題

東區(qū)北區(qū)島區(qū)南區(qū)CADB

抽象【想法——抽象模型】可以用A、B、C、D表示4個(gè)城區(qū)，用7條線表示7座橋，將七橋問(wèn)題抽象為一個(gè)圖模型。情景問(wèn)題——七橋問(wèn)題

【想法——基本思路】是否存在歐拉回路的判定規(guī)則是：（1）如果通奇數(shù)橋的地方多于兩個(gè)，則不存在歐拉回路；（2）如果只有兩個(gè)地方通奇數(shù)橋，可以從這兩個(gè)地方之一出發(fā)，找到歐拉回路；（3）如果沒(méi)有一個(gè)地方通奇數(shù)橋，則無(wú)論從哪里出發(fā)，都能找到歐拉回路。由上述判定規(guī)則得到求解七橋問(wèn)題的基本思路：依次計(jì)算圖中與每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的個(gè)數(shù)（稱為節(jié)點(diǎn)的度），根據(jù)度為奇數(shù)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)判定是否存在歐拉回路。情景問(wèn)題——七橋問(wèn)題

【數(shù)據(jù)表示——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)】設(shè)鄰接矩陣arc[n][n]存儲(chǔ)圖。【數(shù)據(jù)處理——算法】算法用偽代碼描述如下：1.通奇數(shù)橋的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)count初始化為0；

2.下標(biāo)i從0~n–1重復(fù)執(zhí)行下述操作：

2.1計(jì)算矩陣arc[n][n]第i行元素之和degree;2.2如果degree為奇數(shù)，則count++;3.如果count等于0或2，則存在歐拉回路；否則不存在歐拉回路；偽代碼0122101121002100ABCDABCD情景問(wèn)題——七橋問(wèn)題

【程序?qū)崿F(xiàn)】以下是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序：intEulerCircuit(intmat[10][10],intn)//函數(shù)定義，二維數(shù)組作為形參

{inti,j,count=0,degree;//count累計(jì)通奇數(shù)橋的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)

for(i=0;i<n;i++)//依次累加每一行的元素

{degree=0;//degree存儲(chǔ)通過(guò)節(jié)點(diǎn)i的橋數(shù)，初始化為0for(j=0;j<n;j++)//依次處理每一列的元素

{degree=degree+mat[i][j];//將通過(guò)節(jié)點(diǎn)i的橋數(shù)求和

}if(degree%2!=0)//橋數(shù)為奇數(shù)

count++;}returncount;//結(jié)束函數(shù)，并將count返回到調(diào)用處問(wèn)題算法程序想法抽象模型基本思路數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)處理程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)方法編程環(huán)境人（設(shè)計(jì)方案）計(jì)算機(jī)(執(zhí)行方案)問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)程為問(wèn)題建立模型，抽象化、模型化將算法轉(zhuǎn)換程序，掌握程序語(yǔ)言、熟悉編程環(huán)境，設(shè)計(jì)解決方案，需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的知識(shí)。問(wèn)題算法程序想法問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)程理解程序問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)是一個(gè)大容量、高速運(yùn)轉(zhuǎn)、但是沒(méi)有思維的機(jī)器。計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)0和1，聽(tīng)不懂人說(shuō)的話——計(jì)算機(jī)如何接收人的指令？有問(wèn)題需要解決的人可以解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)Hello理解程序如何實(shí)現(xiàn)人和計(jì)算機(jī)的交流？問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)是一個(gè)大容量、高速運(yùn)轉(zhuǎn)、但是沒(méi)有思維的機(jī)器。計(jì)算機(jī)輸出了0和1的編碼，可是人看不懂——如何解釋計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果？有問(wèn)題需要解決的人可以解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)0101000110……理解程序問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)有問(wèn)題需要解決的人可以解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序是跨越這條鴻溝的橋梁，人要和計(jì)算機(jī)有效地交流，必須通過(guò)程序。程序

程序：是能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的一組指令序列的集合，是描述對(duì)某一問(wèn)題的解決步驟。其中，指令可以是機(jī)器指令、匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句，也可以是高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句，甚至還可以是用自然語(yǔ)言描述的指令。用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱為源程序；用機(jī)器語(yǔ)言（或匯編語(yǔ)言）編寫(xiě)的程序稱為目標(biāo)程序；由二進(jìn)制代碼表示的程序稱為機(jī)器代碼。程序設(shè)計(jì)：是給出解決特定問(wèn)題的程序的過(guò)程，是軟件構(gòu)造活動(dòng)中的重要組成部分，程序設(shè)計(jì)往往以某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為工具，給出這種語(yǔ)言下的程序。專業(yè)的程序設(shè)計(jì)人員常被稱為程序員。問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)表示完成的任務(wù)是從問(wèn)題抽象出數(shù)據(jù)模型，并將該模型從機(jī)外表示轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)表示；

數(shù)據(jù)處理完成的任務(wù)是對(duì)問(wèn)題的求解方法進(jìn)行抽象描述，即設(shè)計(jì)算法，再將算法的指令轉(zhuǎn)換為某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句，轉(zhuǎn)換所依據(jù)的規(guī)則就是某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法。程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)能夠求解的問(wèn)題一般可以分為數(shù)值問(wèn)題和非數(shù)值問(wèn)題，數(shù)值問(wèn)題抽象出的數(shù)據(jù)模型通常是數(shù)學(xué)方程，非數(shù)值問(wèn)題抽象出的數(shù)據(jù)模型通常是線性表、樹(shù)、圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

存儲(chǔ)程序意味著需要將抽象出的數(shù)據(jù)模型從機(jī)外表示轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)表示，也就是將數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，典型方法就是用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述數(shù)據(jù)模型。

程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序設(shè)計(jì)

問(wèn)題的解決方案最終需要借助程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)表示，也就是將算法轉(zhuǎn)換為程序，只有在計(jì)算機(jī)上能夠運(yùn)行良好的程序才能為人們解決特定的實(shí)際問(wèn)題。數(shù)據(jù)處理的核心是算法設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)不同求解方法的抽象描述產(chǎn)生了相應(yīng)的不同算法，不同的算法將設(shè)計(jì)出不同的程序。

問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)：所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并能被計(jì)算機(jī)程序識(shí)別和處理的符號(hào)集合。包括數(shù)值、字符、圖形、圖像、聲音等。

數(shù)據(jù)元素：數(shù)據(jù)的基本單位，在計(jì)算機(jī)程序中通常作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮和處理。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：相互之間存在一定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合，通常，數(shù)據(jù)元素之間具有以下三種基本關(guān)系：（1）一對(duì)一的線性關(guān)系：線性結(jié)構(gòu)；（2）一對(duì)多的層次關(guān)系：樹(shù)結(jié)構(gòu)；（3）多對(duì)多的任意關(guān)系：圖結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例6.1為學(xué)籍管理問(wèn)題抽象數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例6.2為人機(jī)對(duì)弈問(wèn)題抽象數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例6.3為七巧板涂色問(wèn)題抽象數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

為現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題建立數(shù)據(jù)模型后，還要將該模型存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，即將數(shù)據(jù)從機(jī)外表示轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)表示。通常有兩種存儲(chǔ)表示方法：順序存儲(chǔ)和鏈接存儲(chǔ)。

順序存儲(chǔ)的基本思想是：用一組連續(xù)的存儲(chǔ)單元依次存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素，數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系由元素的存儲(chǔ)位置來(lái)表示；

鏈接存儲(chǔ)的基本思想是：用一組任意的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素，數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系用指針來(lái)表示。問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)ABCDEFGHIJ算法的定義問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法

算法（Algorithm）:對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列。

算法的五大特性：⑴

輸入：一個(gè)算法有零個(gè)或多個(gè)輸入。⑵輸出：一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)輸出。⑶有窮性：一個(gè)算法必須總是在執(zhí)行有窮步之后結(jié)束，且每一步都在有窮時(shí)間內(nèi)完成。⑷確定性：算法中的每一條指令必須有確切的含義，對(duì)于相同的輸入只能得到相同的輸出。⑸可行性：算法描述的操作可以通過(guò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本操作執(zhí)行有限次來(lái)實(shí)現(xiàn)。算法的定義問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法

算法（Algorithm）:對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列。操作步驟（有窮性、確定性、可行性）

1.………2.………3.………輸入輸入描述算法問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法

算法的設(shè)計(jì)者在構(gòu)思和設(shè)計(jì)了一個(gè)算法之后，必須清楚準(zhǔn)確地將所設(shè)計(jì)的求解步驟記錄下來(lái)，即描述算法。通常用偽代碼來(lái)描述算法。

偽代碼是介于自然語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之間的方法，保留了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、語(yǔ)句的形式和控制成分，忽略了繁瑣的變量說(shuō)明，在抽象地描述算法時(shí)一些處理和條件允許使用自然語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。至于算法中自然語(yǔ)言的成份有多少，取決于算法的抽象級(jí)別。由于偽代碼書(shū)寫(xiě)方便、格式緊湊、容易理解和修改，因此被稱為算法語(yǔ)言。描述算法問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法例6.4設(shè)計(jì)算法，在含有n個(gè)元素的集合中查找最大值元素。解：設(shè)最大值為max，可以假定第1個(gè)元素為最大值元素，依次將第2、3、……、n個(gè)元素與max比較，max中保存的始終是每次比較后的最大值元素，算法用偽代碼描述如下：step1:max

第1個(gè)元素；

step2:初始化被比較元素的序號(hào)i2；

step3:當(dāng)i小于等于n時(shí)重復(fù)執(zhí)行下述操作：

step3.1:如果第i個(gè)元素大于max，則max

第i個(gè)元素；

step3.2:ii+1；step4:輸出max；偽代碼描述算法問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法例6.5設(shè)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)歐幾里德算法。解：設(shè)兩個(gè)自然數(shù)是m和n并滿足m≥n，歐幾里德算法的基本思想是將m和n輾轉(zhuǎn)相除直到余數(shù)為0。例如，m=35，n=25，m除以n的余數(shù)用r表示，計(jì)算過(guò)程如下：當(dāng)余數(shù)r為0時(shí)，被除數(shù)n就是m和n的最大公約數(shù)。描述算法問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法例6.5設(shè)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)歐幾里德算法。偽代碼step1:r

mmodn;

step2:循環(huán)直到r等于0step2.1:m

n;step2.2:n

r;step2.3:r

mmodn;

step3:輸出n;算法分析：對(duì)算法所需要的計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行估算。時(shí)間復(fù)雜度（TimeComplexity）空間復(fù)雜度（SpaceComplexity）撇開(kāi)與計(jì)算機(jī)軟硬件有關(guān)的因素，影響算法時(shí)間代價(jià)的最主要因素是問(wèn)題規(guī)模。問(wèn)題規(guī)模：輸入量的多少，一般來(lái)說(shuō)，它可以從問(wèn)題描述中得到。例如，找出100以內(nèi)的所有素?cái)?shù)，問(wèn)題規(guī)模是100。一個(gè)顯而易見(jiàn)的事實(shí)是：幾乎所有的算法，對(duì)于規(guī)模更大的輸入需要運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間。例如，找出10000以內(nèi)的所有素?cái)?shù)比找出100以內(nèi)的所有素?cái)?shù)需要更多的時(shí)間。所以運(yùn)行算法所需要的時(shí)間T是問(wèn)題規(guī)模n的函數(shù)，記作T(n)。算法分析問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法為了客觀地反映一個(gè)算法的執(zhí)行時(shí)間，可以用算法中基本語(yǔ)句的執(zhí)行次數(shù)來(lái)度量算法的工作量?；菊Z(yǔ)句：執(zhí)行次數(shù)與整個(gè)算法的執(zhí)行次數(shù)成正比的操作指令?；菊Z(yǔ)句對(duì)算法運(yùn)行時(shí)間的貢獻(xiàn)最大，是算法中最重要的操作。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度的基本方法是：找出所有語(yǔ)句中執(zhí)行次數(shù)最多的那條語(yǔ)句作為基本語(yǔ)句，計(jì)算基本語(yǔ)句的執(zhí)行次數(shù)，取其數(shù)量級(jí)放入大Ｏ中即可。這種衡量效率的方法得出的不是時(shí)間量，而是一種增長(zhǎng)趨勢(shì)的度量。算法分析問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法算法分析問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——算法例6.6分析下列算法的時(shí)間復(fù)雜度。解：基本語(yǔ)句是step3.1的比較語(yǔ)句，即第i個(gè)元素是否大于max，該語(yǔ)句需要重復(fù)執(zhí)行n–1次，因此，算法的時(shí)間復(fù)雜度是O(n)。step1:max

第1個(gè)元素；

step2:初始化被比較元素的序號(hào)i2；

step3:當(dāng)i小于等于n時(shí)重復(fù)執(zhí)行下述操作：

step3.1:如果第i個(gè)元素大于max，則max

第i個(gè)元素；

step3.2:ii+1；step4:輸出max；偽代碼程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力是對(duì)抽象機(jī)制的更高的要求，以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。

第一代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（1GL）——機(jī)器語(yǔ)言

如果不小心弄錯(cuò)了一個(gè)二進(jìn)制位，該如何找出來(lái)？程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力是對(duì)抽象機(jī)制的更高的要求，以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。

第二代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（2GL）——匯編語(yǔ)言

例如，ADD表示機(jī)器指令00000100。相對(duì)于機(jī)器語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)化了程序編寫(xiě)，而且不容易出錯(cuò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力是對(duì)抽象機(jī)制的更高的要求，以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。

第三代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（3GL）——高級(jí)語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言：高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，相應(yīng)地，機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言稱為低級(jí)語(yǔ)言，低級(jí)意味著要求程序員從機(jī)器的層次上考慮問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：BASIC、PASCAL、C等。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：Java、C++、C#等。

可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：VB、Delphi、VisualC++等。

網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：ASP、PHP和JSP等。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力是對(duì)抽象機(jī)制的更高的要求，以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。

第四代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（4GL）——非過(guò)程式語(yǔ)言

利用4GL開(kāi)發(fā)軟件只需要考慮“做什么”而不必考慮“如何做”，不涉及太多的算法細(xì)節(jié)，從而大大提高軟件生產(chǎn)率。到目前為止，使用最廣泛的4GL是數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言，許多大型數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言如Oracle、Sybase、Informix等都包含有4GL成分。

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力是對(duì)抽象機(jī)制的更高的要求，以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。

第五代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（5GL）——知識(shí)型語(yǔ)言

5GL主要應(yīng)用在人工智能研究上，典型代表是LISP語(yǔ)言和PROLOG語(yǔ)言。目前，4GL和5GL的發(fā)展都不是很成熟，在效率、應(yīng)用等方面都存在諸多問(wèn)題，常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言仍然是3GL。

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本要素問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言自然語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的類比：文章由段落、句子、單詞和字母組成，類似地，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一個(gè)程序由模塊、語(yǔ)句、單詞和基本字符組成。文章——程序段落——模塊句子——語(yǔ)句單詞——單詞字母——基本字符基本符號(hào)單詞語(yǔ)句函數(shù)程序詞法規(guī)則語(yǔ)法規(guī)則功能邏輯有機(jī)組合程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本要素問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言由語(yǔ)法和語(yǔ)義兩方面定義的。語(yǔ)法包括詞法規(guī)則和語(yǔ)法規(guī)則，詞法規(guī)則規(guī)定了如何從語(yǔ)言的基本符號(hào)構(gòu)成詞法單位（也稱單詞），語(yǔ)法規(guī)則規(guī)定了如何由單詞構(gòu)成語(yǔ)法單位（例如語(yǔ)句），這些規(guī)則是判斷一個(gè)字符串是否構(gòu)成一個(gè)形式上正確的程序的依據(jù)；語(yǔ)義規(guī)則規(guī)定了各語(yǔ)法單位的具體含義，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)義具有上下文無(wú)關(guān)性，程序文本所表示的語(yǔ)義是單一的、確定的。從某種角度說(shuō)，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言主要就是學(xué)習(xí)這些規(guī)則。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本要素問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的最終目的是能夠表示問(wèn)題的解決方案。實(shí)際上，所有程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的最終目的都是控制計(jì)算機(jī)按照人們的意愿去工作。共同的目的使各種各樣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言具有共同的基本內(nèi)容，無(wú)論哪一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，都是以數(shù)據(jù)的表示（常量、變量、數(shù)據(jù)類型等）、數(shù)據(jù)的組織（數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、類等）、數(shù)據(jù)處理（賦值運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等）、程序的流程控制（順序、分支、循環(huán)等）、數(shù)據(jù)傳遞（全局變量、函數(shù)調(diào)用、消息傳遞等）為基本內(nèi)容，只是不同的語(yǔ)言采用不同的方法實(shí)現(xiàn)上述基本內(nèi)容，體現(xiàn)為不同的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言具有不同的表述格式（即語(yǔ)法規(guī)則）。程序設(shè)計(jì)的環(huán)境問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的環(huán)境是指利用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)的編程環(huán)境。目前的編程環(huán)境大都是交互式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IntegratedDesignEnvironment，IDE），包括程序編輯、程序編譯、運(yùn)行調(diào)試等功能。此外，還包括許多編程的實(shí)用程序。熟練使用編程工具和環(huán)境，也是提高編程效率的因素之一，初學(xué)者應(yīng)該盡快熟悉編程環(huán)境。

程序設(shè)計(jì)的環(huán)境問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——程序語(yǔ)言編輯窗口執(zhí)行按鈕編譯按鈕信息窗口翻譯程序的工作方式問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序

利用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序不能直接在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能執(zhí)行二進(jìn)制的機(jī)器指令，所以，必須將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱為源程序）轉(zhuǎn)換為在邏輯上等價(jià)的機(jī)器指令（稱為目標(biāo)程序），實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的程序稱為翻譯程序。不同的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言需要有不同的翻譯程序。同一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在不同類型的計(jì)算機(jī)上也需要配置不同的翻譯程序。翻譯程序的工作方式問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序同一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在不同類型的計(jì)算機(jī)上也需要配置不同的翻譯程序。翻譯程序的工作方式問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序解釋方式一般是翻譯一句執(zhí)行一句，在翻譯過(guò)程中，并不把源程序翻譯成一個(gè)完整的目標(biāo)程序，而是按照源程序中語(yǔ)句的順序逐條語(yǔ)句翻譯成機(jī)器可執(zhí)行的指令并立即予以執(zhí)行。由于解釋方式不產(chǎn)生目標(biāo)代碼，所以，源程序的執(zhí)行不能脫離其解釋環(huán)境，并且每次運(yùn)行都需要重新解釋。BASIC語(yǔ)言和JAVA語(yǔ)言都具有逐條解釋執(zhí)行程序的功能。翻譯程序的工作方式問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序編譯方式是一個(gè)整體理解和翻譯的過(guò)程，先由編譯程序把源程序翻譯成目標(biāo)程序，然后再由計(jì)算機(jī)執(zhí)行目標(biāo)程序。由于編譯后形成了可執(zhí)行的目標(biāo)代碼，所以，目標(biāo)程序可以脫離其語(yǔ)言環(huán)境獨(dú)立執(zhí)行。C、C++語(yǔ)言都是編譯型語(yǔ)言。編譯程序的基本過(guò)程問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序編譯程序是把源程序翻譯成目標(biāo)程序，因此，編譯程序需要根據(jù)源語(yǔ)言的具體特點(diǎn)和對(duì)目標(biāo)程序的具體要求來(lái)設(shè)計(jì)。如同自然語(yǔ)言的翻譯，編譯程序的翻譯規(guī)則是源語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則和語(yǔ)義規(guī)則。

編譯程序的基本過(guò)程問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)——翻譯程序詞法分析的任務(wù)是對(duì)源程序進(jìn)行掃描和分解，按照詞法規(guī)則識(shí)別出一個(gè)個(gè)的單詞，如關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符、運(yùn)算符等，并將單詞轉(zhuǎn)化為某種機(jī)內(nèi)表示。

其中，單詞①是關(guān)鍵字，單詞②是