2023年江蘇高中信息技術(shù)學(xué)測知識點(diǎn)精華匯總

第1單元初識數(shù)據(jù)與計算

1.1我們身邊的數(shù)據(jù)

1、數(shù)據(jù)

在我們身邊存在著各種數(shù)據(jù)，如刷公交卡時刷卡機(jī)顯示的本次扣款金額和卡內(nèi)余

額、電子手表上顯示的日期和時間、教科書封底下端的國際標(biāo)準(zhǔn)書號（ISBN）、體育課上

測量的各項(xiàng)運(yùn)動成績等。這些數(shù)字都是數(shù)據(jù)。除了數(shù)字以外，還有文字、圖形、圖像、

聲音和視頻等形式。

在日常生活中，有些數(shù)據(jù)是固定不變的。例如，不管圓有多大，它的周長與直徑的

比值總是一個固定的數(shù)，也就是我們常說的圓周率n；有些數(shù)據(jù)是不斷變化的，例如家

庭每天的用電量、國際黃金價格、氣溫等。有理數(shù)據(jù)是隨機(jī)出現(xiàn)的。比如拋硬幣，是正

面向上還是反面向上是隨機(jī)的。

2、信息

單純的數(shù)據(jù)不能表達(dá)具體的含義，例如我們并不清楚像28和90%這樣的數(shù)值在生活

中的具體意義。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或賦予其具體的情境后，這些數(shù)據(jù)就成了有意義的信

息。28和90%可以分別用于表達(dá)今日的最高氣溫28°C,相對濕度90%,此時數(shù)據(jù)就成了

有意義的信息。

數(shù)據(jù)是信息的符號表示；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)的語義解釋。數(shù)據(jù)處理就是

把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人們所需要的信息的過程。完整的數(shù)據(jù)處理過程一般包括數(shù)據(jù)的采

集、加工、傳輸、存儲、檢索和輸出六個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理的目的是把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成有用的

信息以滿足用戶的需求。

一般而言，不管是什么樣的信息，它們通常都具有一些特征，如載體依附性、價值

性、時效性、共享性等。

以天氣預(yù)報信息為例，該信息不能獨(dú)立存在，需要依附于一定的載體，它可以顯示

在網(wǎng)頁上，也可以顯示在報紙上，體現(xiàn)了信息的載體依附性;人們可以利用天氣預(yù)報作

為穿衣或出行的參考，體現(xiàn)了信息的價值性;天氣預(yù)報只是預(yù)報了未來某一特定時段的

天氣狀況，它會隨著時間的推移而變化，體現(xiàn)了信息的時效性；作為一種資源，天氣

預(yù)報往往可以被多個信息接收者接收并且多次使用，這就體現(xiàn)了信息的共享性。

3、知識.

知識是信息經(jīng)過加工提煉后形成的抽象產(chǎn)物。它表述的是事物運(yùn)動的狀態(tài)和狀態(tài)變

化的規(guī)律?？梢哉f，知識是一類高級的、抽象的，而且具有普遍適應(yīng)性的信息。

知識是人類求知活動的結(jié)晶。例如，人們發(fā)現(xiàn)感冒的發(fā)生除了與病毒感染有關(guān)外，

天氣條件也是一個重要因素。冷空氣的人侵，造成大幅度降溫，或者冷空氣經(jīng)過后出現(xiàn)

冷高壓天氣，特別是大氣壓高于1030百帕的晴好天氣，就會有大批人感冒。感冒指數(shù)的

計算方法，是經(jīng)專家調(diào)查研究和演算歸納出來的。知識是認(rèn)識世界的結(jié)果，同時也是改

造世界的依據(jù)。

數(shù)據(jù)、信息和知識可以看作人類對客觀事物感知的三個不同階段。數(shù)據(jù)是對事物屬

性的客觀記錄，信息是經(jīng)過組織的有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，知識是經(jīng)過人的思維整理過的信息、

數(shù)據(jù)、形象、價值標(biāo)準(zhǔn)以及社會的其他符號化產(chǎn)物。

4、數(shù)據(jù)的來源

按照獲取數(shù)據(jù)的渠道，可以將數(shù)據(jù)分為兩類:直接數(shù)據(jù)和間接數(shù)據(jù)。統(tǒng)計調(diào)查或科

學(xué)實(shí)驗(yàn)通常是數(shù)據(jù)的直接來源，由此得到的原始數(shù)據(jù)一般稱為直接數(shù)據(jù)或一手?jǐn)?shù)據(jù)；而

通過查閱資料獲得的數(shù)據(jù)或他人對原始數(shù)據(jù)處理過的數(shù)據(jù)，一般稱為間接數(shù)據(jù)或二手?jǐn)?shù)

據(jù)。例如，我們用溫度計實(shí)際測量得到的氣溫值是直接數(shù)據(jù)，而從網(wǎng)上搜索到的氣溫值

是間接數(shù)據(jù)。

5、數(shù)據(jù)的收集方法

直接數(shù)據(jù)的收集方法有很多，如調(diào)查法、訪談法、觀察法、實(shí)驗(yàn)法等。隨著技術(shù)的

發(fā)展，收集數(shù)據(jù)的手段日益豐富。例如，在農(nóng)田中使用傳感器可以實(shí)時收集農(nóng)田土壤含

水率，用以指導(dǎo)精確灌溉；利用車載尾氣檢測技術(shù)可以獲取實(shí)時的動態(tài)尾氣數(shù)據(jù)，用以

協(xié)助調(diào)整交通策略及城市規(guī)劃；利用中國嫦娥四號探測器收集月球表面成分的第一手資

料。

間接數(shù)據(jù)一般都已經(jīng)過加工處理，使用起來更加方便。收集間接數(shù)據(jù)的方法也有很

多，如查閱文獻(xiàn)資料、關(guān)注媒體資源、瀏覽權(quán)威網(wǎng)站、利用搜索引擎在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行檢索、

從相關(guān)數(shù)據(jù)公司購買等。在收集這類數(shù)據(jù)時要綜合考慮數(shù)據(jù)的時效性、可信度以及經(jīng)濟(jì)

條件等方面的因素。

6、數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是指用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集來的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取有用信

息，并形成結(jié)論的過程。

針對調(diào)查問卷收集的數(shù)據(jù)，我們可以分析問卷中不同指標(biāo)的分布、所占比例等情況,

也可以進(jìn)一步對問卷指標(biāo)進(jìn)行交叉分析，如性別不同，穿衣情況比例是不是也有所差異

等，然后在分析的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。很多網(wǎng)絡(luò)調(diào)查平臺為用戶提供了一些分析功能。

1.2數(shù)據(jù)的計算

1、計算

"數(shù)據(jù)"在"運(yùn)算符”的操作下，按"規(guī)則”進(jìn)行的數(shù)據(jù)變換，如"3+3=6""3x2=6",這是簡

單計算中的算術(shù)運(yùn)算。

通過建立分析模型和設(shè)計有效的步驟、方法，利用自動計算工具來進(jìn)行規(guī)律預(yù)測和

發(fā)現(xiàn)，這是計算機(jī)領(lǐng)域的計算。

2、數(shù)據(jù)的排序

利用電子表格軟件排序功能可以依據(jù)關(guān)鍵字對表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行升序或降序排列，從

而更清晰地了解各種分類信息。

3、數(shù)據(jù)的篩選

根據(jù)一定的規(guī)則成批篩選數(shù)據(jù)，有助于我們發(fā)現(xiàn)某類特定數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的信息。篩選會

依據(jù)條件顯示需要的數(shù)據(jù)，其余的內(nèi)容都會被隱藏起來。

4、公式和函數(shù)

(1)利用公式計算

公式以"="開始，由運(yùn)算數(shù)和運(yùn)算符組成,運(yùn)篩數(shù)可以是常量、函數(shù)、單元格或單元格

區(qū)域。例如，在D3單元格中輸入公式“=A3+B3+C3”,就可以計算A3、B3、C3這三個單元

格中內(nèi)容的和。

(2)利用函數(shù)計算

例如，上面的例子可以用SUM函數(shù)完成，方法是在D3單元格中輸入“=SUM(A3:C3)”。

常用函數(shù)如下表

函數(shù)SUMAVERAGECOUNTMAXMIN

功能求和求平均值計數(shù)求最大值求最小值

5、分類匯總

若要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類匯總，首先要按照分類字段排序，以便將要進(jìn)行分類匯總的行

排列在一起，然后依據(jù)匯總方式計算選定匯總項(xiàng)。常用的匯總方式有求和、計數(shù)求平均

值、求最大值、求最小值、求乘積等。

第2單元編程計算

2.1計算機(jī)解決問題的過程

1.算法概念：解決問題的方法和步驟，

2.算法特征：有窮性、確切性、輸入項(xiàng)（0個或多個輸入），輸出項(xiàng)（算法一定要有

輸出）、可行性（或有效性）。

3.算法分析是對一個算法需要多少計算時間和存儲空間做定量的分析。

4.通常從正確性、易讀性、健壯性和高效性等4個方面評價算法；主要從時間復(fù)雜

度空間復(fù)雜度兩個方面來考慮。

3.2算法的表示

1.算法的常用描述方法：自然語言、流程圖和偽代碼。

用自然語言描述算法，通常是我們理解算法的第一步。

流程圖也稱程序框圖，它是算法的一種圖形化的表示方法，與用自然語言描述算法

相比，它更加形象、直觀，更容易理解。

常見的流程圖符號及其含義如下圖所示。

―"O

起止框輸入編出框處理框判斷框流程線連接符

圖2.1.1流程圖符號

?起止框:表示一個算法的開始和結(jié)束。

?輸人/輸出框:表示從外部輸人數(shù)據(jù)到計算機(jī)內(nèi)部或者從計算機(jī)內(nèi)部輸出數(shù)據(jù)到

計算機(jī)外部。

?處理框:表示操作的內(nèi)容。

?判斷框:表示判斷的條件。滿足條件，執(zhí)行標(biāo)識為"是"的路徑；不滿足條件，則執(zhí)

行標(biāo)識為"否"的路徑。

?流程線:指向算法運(yùn)行的方向。

2.程序設(shè)計語言的發(fā)展：從低級到高級，分別是機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。

機(jī)器語言：由二進(jìn)制的0、1代碼指令構(gòu)成，能被計算機(jī)直接識別。

匯編語言：是符號化的機(jī)器語言，仍屬于低級語言。

高級語言：更接近自然語言，程序可讀性強(qiáng)，修改、維護(hù)方便。常見的高級語言有

Java.C/C++以及Python等。

3、三種基本結(jié)構(gòu)的流程圖

算法的三種基本結(jié)構(gòu)是順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。

順序結(jié)構(gòu)是一種最簡單的基本結(jié)構(gòu)，按照自上而下的先后順序依次執(zhí)行程序語句。

在如圖2.1.2所示的順序結(jié)構(gòu)示意圖中，先執(zhí)行處理框A,再執(zhí)行處理框B。

分支結(jié)構(gòu)也稱為選擇結(jié)構(gòu)，是一種根據(jù)給定的條件進(jìn)行判斷的結(jié)構(gòu)。如圖2.1.2所

示的分支結(jié)構(gòu)中必定包括一個判斷框，若滿足條件則執(zhí)行處理框A,若不滿足條件則執(zhí)

行處理框B。

循環(huán)結(jié)構(gòu)是一種重復(fù)某一部分操作的結(jié)構(gòu)。如圖2.1.2所示的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，若滿足

條件則執(zhí)行循環(huán)體(處理框A),若不滿足條件則跳出循環(huán)，執(zhí)行循環(huán)結(jié)構(gòu)后面的代碼。

5、Python語言的開發(fā)環(huán)境

Python是一門解釋型的編程語言，而且是現(xiàn)在世界上最流行的編程語言之一。

6、程序設(shè)計語言的發(fā)展

除Python語言之外，還有很多其他程序設(shè)計語言。程序設(shè)計語言經(jīng)歷了從機(jī)器語言、

匯編語言到高級語言的發(fā)展過程。

機(jī)器語言由二進(jìn)制的0、1代碼指令構(gòu)成，能被計算機(jī)直接識別。但理解和記憶機(jī)器

語言非常困難，并且容易出錯，編程效率極低。

匯編語言是符號化的機(jī)器語言，采用英文助記符代替機(jī)器指令，比機(jī)器語言容易識

別和記憶，從而提高了程序的可讀性。但是匯編語言仍然是面向機(jī)器的語言，是為特定

的計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的，它要求軟件工程師對相應(yīng)的機(jī)器硬件非常熟悉，因而匯編語言屬

于低級語言。

高級語言更接近自然語言，并不特指某一個種語言，也不依賴于特定的計算機(jī)系統(tǒng),

因而更容易掌握和使用，通用性也更好。比較流行的高級語言有Java、C/C++以及本書

使用的Python等。用高級語言編寫的程序可讀性更強(qiáng)，也便于修改、維護(hù)。

2.2做出判斷的分支

一、常量與變量

1.常量。

在程序運(yùn)行過程中值始終保持不變的量稱為常量。

所有的常數(shù)都是常量。常量可以是數(shù)字、字符申、布爾值、空值。

2.變量。

在程序運(yùn)行過程中值允許改變的量稱為變量。在Python中。變量的命名規(guī)則為：

(1)第一個字符必須是字母或下畫線，后面可以是字母、下畫線或數(shù)字；

(2)變量的名字是區(qū)分大小寫的；

(3)不能使用保留字.如int,floatfalse等。

3、運(yùn)算符

常用的算術(shù)運(yùn)算符如下表所示。

表2.2.1運(yùn)算符

運(yùn)算符+—*///%

功能加減乘寐除整除取模

常用的關(guān)系運(yùn)算符如下表所示。

大條詆算符

含義等于大于大于等于小于小于笄于

常用的邏輯運(yùn)算符有與(and)、或(or)、非(not)等。

4、表達(dá)式。

(1)算術(shù)表達(dá)式：由一個或多個操作數(shù)通過算術(shù)運(yùn)算符組合而成的式子。

(2)關(guān)系表達(dá)式：用關(guān)系運(yùn)算符連接起來的式子結(jié)果為布爾值。如分支語句中的條

件表達(dá)式，當(dāng)條件成立時值為真(True),不成立時值為假(False)。

(3)邏輯表達(dá)式：用邏輯運(yùn)算符連接起來的式子，結(jié)果為布爾值。當(dāng)邏輯表達(dá)式成

立時值為真(True),不成立時值為假(False)。如邏輯表達(dá)式"(2〈3)or(3〉4)"的值為

"True"。

5.賦值語句。

將賦值號右邊表達(dá)式的值賦給左邊變量的語句?；靖袷綖椋鹤兞?表達(dá)式。

2.輸人和輸出語句。

print()：在屏幕上輸出數(shù)據(jù)。如有多個輸出項(xiàng),使用英文逗號分隔。end參數(shù)默認(rèn)值

是換行符\n,輸出后跳到下一行。我們可以換成其他字符串，如End=""，則以空格為結(jié)尾。

input()：從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，返回一個字符串(string)類型的值。

四、Python的數(shù)據(jù)類型

Python提供了整數(shù)(int)、浮點(diǎn)數(shù)(float)、字符串(str)、布爾(bool)、列表(list)

等常見的數(shù)據(jù)類型。

int()：根據(jù)一個字符串或浮點(diǎn)數(shù)創(chuàng)建一個新的整數(shù)。

float():根據(jù)一個字符串或整數(shù)創(chuàng)建一個新的浮點(diǎn)數(shù)(小數(shù))o

str():根據(jù)一個數(shù)(也可以是任何其他類型)創(chuàng)建一個新的字符串。

3.分支語句。

當(dāng)程序中需要根據(jù)不同的條件判斷來決定程序執(zhí)行的走向時，可以使用if分支語句

實(shí)現(xiàn)，其基本格式如下。

單分支

if條件：

語句或語句組

雙分支

if條件：

語句或語句組A

else：

語句或語句組B

多分支結(jié)構(gòu)

if表達(dá)式1

語句塊1

elif表達(dá)式2

語句塊2

elif表達(dá)式n

語句塊n

else:

語句塊n+1

執(zhí)行流程：如果表達(dá)式1成立，執(zhí)行語句塊1；如果表達(dá)式2成立，執(zhí)行語句塊2；如

果表達(dá)式n成立，執(zhí)行語句塊n；如果以上語句都不成立，執(zhí)行語句語句塊n+1。

elif是endif的簡寫，else及其后的語句可以省略。

4.代碼的縮進(jìn)。

Python用縮進(jìn)(在相應(yīng)的代碼前加空格)來表示代碼之間的從屬關(guān)系，并且允許多層

嵌套。

2.3周而復(fù)始的循環(huán)

1、列表

列表在Python中的作用非常強(qiáng)大，它可以包含多個數(shù)據(jù)元素，同時它是一個有序的

集合。下面通過一個簡單的例子來熟悉列表的使用方法。

#創(chuàng)建列表，各元素用逗號隔開，放在方括號內(nèi)

#列表可以存儲混合類型的數(shù)據(jù)

object，"石榴香蕉"，"橙子"，"梨子"]

#修改列表第1個元素的值，注意列表索引號從。開始

object[0]="蘋果"

delobject[l]#刪除列表第2個元素

#在列表尾部添加一個數(shù)據(jù)元素"琳猴桃"

object.append("驕猴桃")

print(object)#輸出列表

運(yùn)行結(jié)果：

[‘蘋果香蕉橙子梨子嫌猴桃’]

我們可以通過對應(yīng)的方法對列表進(jìn)行操作:pop(0)方法可以刪除列表的首元素，

append方法可以在列表尾部添加一個數(shù)據(jù)元素。

2、計數(shù)循環(huán)

循環(huán)重復(fù)次數(shù)一定時，我們通常稱為計數(shù)循環(huán)。在Python中，使用for語句來創(chuàng)建

這類循環(huán)。for語句的基本格式如下

for循環(huán)變量in列表：

語句或語句組

通常我們將一組重復(fù)執(zhí)行的語句稱為循環(huán)體。Python對循環(huán)體的定的格式是，循環(huán)

體必須相對關(guān)鍵詞for有縮進(jìn)。在for語句中，in后也可以是range。函數(shù)，它可以生成

某個范圍內(nèi)的數(shù)字列表。例如:range(6)會生成［0,1,2,3,4,5］列表range。，6)就會生

成［1,2,3,4,5］列表,而range。，6,2)會生成［1,3,5］這樣的列表。

3、條件循環(huán)

條件循環(huán)一般用于循環(huán)次數(shù)未知的情況。只有當(dāng)循環(huán)條件成立時，才執(zhí)行循環(huán)體。

在Python中，使用while語句來創(chuàng)建這類循環(huán)。while語句的基本格式如下。

while關(guān)系表達(dá)式：

語句或語句組

如：

s=0

whiles<=30:

s=s+10#循環(huán)體

print(s)#循環(huán)體

運(yùn)行結(jié)果：

10

20

30

40

在本例中，循環(huán)體是兩條語句，因此這兩條語句相對于關(guān)鍵詞while均要縮進(jìn)。程

序執(zhí)行過程是：變量s初值為0,判斷"s<=30”是否成立；如果成立則執(zhí)行循環(huán)體(s值增

加10,輸出s的值)，不斷重復(fù)直到"s<=30"不成立，退出循環(huán)。

在此我們需要特別關(guān)注語句"s=s+10。在編程時，形如"s=s+x"的語句可以起到累加

的作用，如果x=l,即$=$+1可以起到計數(shù)的作用。一般在使用累加器或計數(shù)器時將變量

賦初值為0。也有一類特殊的關(guān)系表達(dá)式，如數(shù)字0表示假，非0數(shù)字表示真。如果循環(huán)

是以"while1:"開頭，那么在不加干預(yù)的情況下，程序就會"不知疲倦”地一直執(zhí)行下去。

如果你想停止這個程序，按快捷鍵Ctrl+C即可。通常情況下，我們不會讓程序陷人這種

"死循環(huán)"的境地。

2.4可以復(fù)用的代碼

1、函數(shù)

函數(shù)可分為系統(tǒng)函數(shù)和用戶自定義函數(shù)兩種類型。系統(tǒng)函數(shù)即函數(shù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)函

數(shù)，是程序設(shè)計語言或操作系統(tǒng)提供給用戶的一系列已經(jīng)編制好的程序。在前面單元使

用過的print()和input()函數(shù)都是系統(tǒng)函數(shù)。

函數(shù)一般包括函數(shù)名、參數(shù)、返回值和函數(shù)體等四部分。其中，函數(shù)名和函數(shù)體是

必不可少的，參數(shù)和返回值可根據(jù)需要進(jìn)行定義。

定義函數(shù)的基本格式如下。

def函數(shù)名(參數(shù))：

#函數(shù)說明

語句或語句組

return返回值

參數(shù)是用來向函數(shù)傳遞值的，當(dāng)有多個參數(shù)時，各個參數(shù)之間用逗號分隔開。函數(shù)

執(zhí)行完成后，由retum語句將表達(dá)式值返回給調(diào)用者，結(jié)束函數(shù)。函數(shù)的調(diào)用采用函數(shù)

名(參數(shù))的方式。

如：用函數(shù)來求n!。

deffactorial(n):

#求(1!

s=l

foriinrange(2,n+l):

s=s*i

returns

#調(diào)用factorial函數(shù)

total=factorial(4)

print(total)

上例中，程序執(zhí)行時由于def塊中的代碼不是主程序的一部分，因此會跳過該段代

碼,從主程序的第一行total=factorial(4)開始運(yùn)行。在遇到函數(shù)的調(diào)用語句

factorial(4)時，轉(zhuǎn)到程序中的第一行代碼開始執(zhí)行。函數(shù)運(yùn)行時，變量n會被賦值為4。

函數(shù)執(zhí)行完成返回變量s的值即24,然后回到語句total=factorial(4),將返回值賦

給變量total,最后輸出。

2、發(fā)布代碼

通過模塊發(fā)布代碼可以讓很多人受益于你的工作。

如：有6根火柴棒，列出所有能擺出的自然數(shù)，要求火柴棒正好用完?；鸩駭?shù)字如

圖所示。

在D:創(chuàng)建一個文件夾mymodule,其中包含mymodule.py和setup,py兩個文件。

mymodule.py是一個模塊文件，其內(nèi)容就是match_num函數(shù)。

mymodule.py

defmatch_num(num):

f=[6,2,5,5,4,5,6,3,7,6]#。~9分別需要多少根火柴棒

ifnum==0:#將火柴棒總數(shù)變景賦初值

total=f[0]

else:

total=0

while(num>0):

x=num%10#Wnum除以10的余數(shù)，即num的個位數(shù)

total=total+f[x]#所需火柴棒數(shù)累加

num=num//10#num整除10,即去掉num的個位數(shù)

returntotal#返回需要多少根火柴棒數(shù)

setup,py

fromdistutils.coreimportsetup

setup(

name='mymodule',#參數(shù)一定要與mymodule.py文件名相同

version=*1.0.0,,#版本號

#參數(shù)一定要^mymodule.py文件名相同

py_modules=['mymodule'],

author—ydI#作者

author_email='yd@mail.com',#作者郵箱

#代碼功能描述

description='計第一個數(shù)字需要多少根火柴棒,,

打開mymodule所在的目錄，構(gòu)建發(fā)布文件。最后將發(fā)布文件安裝到你的Python本地

副本中。安裝完成后，mymodule文件夾包含了如圖2.4.4所示的文件。如果你想讓全世

界都分享你的成果，你可以在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布你的代碼。

)D：\mymodule

CJ

'myroodule.pysetuppyMANIFEST

圖2.4.4mymodule文件夾內(nèi)容

3、導(dǎo)入模塊并使用

已經(jīng)構(gòu)建發(fā)布的模塊必須先導(dǎo)人程序才能使用。導(dǎo)人時使用語句"import

mymodu1e”,調(diào)用模塊內(nèi)的函數(shù)時用“mymodule.match_num()”來實(shí)現(xiàn)。

究占下列程序，導(dǎo)入安裝發(fā)布好的模塊mymodule.實(shí)現(xiàn)火柴棒狂

數(shù)字問題

imDortlymodule/導(dǎo)入模塊

snum-6

print(“你可以拼;I；這些數(shù)字：")

for1inrange(112):

iffodule..tchnua(i)==snum:#例用模塊內(nèi)的match_num()函數(shù)

print(i)

第3單元認(rèn)識數(shù)據(jù)

3.1數(shù)據(jù)編碼

1、模擬信號與數(shù)字信號

按照取值特征，可以將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。用傳感器直接獲得的信號-

般為模擬信號，如聲音、溫度、壓強(qiáng)等。模擬信號的值是隨時間連續(xù)變化的，波形光滑。

模擬信號的值稱為模擬數(shù)據(jù)。

數(shù)字信號隨時間的變化是非連續(xù)的，數(shù)字信號可以由模擬信號轉(zhuǎn)換得來，數(shù)字信號

的值即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，直接用計算機(jī)所能理解的二進(jìn)制表示，以方便計算機(jī)對其進(jìn)行處理。

2、聲音的數(shù)字化

我們不能把連續(xù)的音頻信號存放在計算機(jī)中，必須將模擬聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)

據(jù)。將模擬聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的這一過程，稱為聲音的數(shù)字化。通常先對模擬聲

音信號按給定的時間間隔進(jìn)行采樣，然后對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，最后將量化后的數(shù)據(jù)用

計算機(jī)能夠存儲和處理的二進(jìn)制數(shù)值表示，即編碼。

3、進(jìn)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換

計算機(jī)外部的各種形式的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后，都以二進(jìn)制數(shù)的形式存儲在計算機(jī)中。

二進(jìn)制數(shù)中只有0和1兩個數(shù)字符號，其計數(shù)特點(diǎn)是"逢二進(jìn)一"即1+1=10。計算機(jī)中存儲

數(shù)據(jù)的最小單位是二進(jìn)制位，用比特(bit)表示，1比特能表示兩種(2')狀態(tài)(即0或1),2

比特可以表示00、01、10、11四種(爐)狀態(tài)，3比特可表示八種(2?)狀態(tài)....計算機(jī)存儲

數(shù)據(jù)的基本單位是字節(jié)(Byte,簡寫為B),8比特構(gòu)成1字節(jié)，1字節(jié)二進(jìn)制數(shù)可表示2*(256)

種狀態(tài)。

在二進(jìn)制數(shù)中，每一個數(shù)字在不同的位置上具有不同的權(quán)值，各位上的權(quán)值是基數(shù)

2的若干次嘉。比如二進(jìn)制數(shù)10010,5個位置上的權(quán)值從右往左可以表示為：

2\2\2\2\2"將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)時，只要將該二進(jìn)制數(shù)的每個位置上的

數(shù)字與其對應(yīng)位置的權(quán)值相乘，然后求和即可。比如，

4:

10010,,,-iX2+0X2'+0X2+1x2'+Ox20=180把十進(jìn)制非負(fù)整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，可

使用短除法，即"除二取余"法。例如，把十進(jìn)制整數(shù)18轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的過程如圖3.1.7

所示，結(jié)果為18“,，=1001。

2|18余數(shù)

290低位

241

220

2|I0

0I.高位

圖3.1.7十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)為二進(jìn)制

由于二進(jìn)制數(shù)位數(shù)較多，書寫不便，故常改用十六進(jìn)制數(shù)表示。我國古代曾經(jīng)在重

量單位上使用過十六進(jìn)制，如規(guī)定16兩為1斤。十六進(jìn)制需要使用16個不同的基本數(shù)字，

除了阿拉伯?dāng)?shù)字0到9外，一般用字母A到F(或a~f)依次表示后續(xù)數(shù)字(相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)中

的10~15)。十六進(jìn)制的基本計數(shù)規(guī)則是“逢十六進(jìn)1",即F+l=10。一般地，十進(jìn)制非負(fù)

整數(shù)轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)(R22)采用"除R取余法”，把R進(jìn)制非負(fù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)采用"按

權(quán)展開求和法”。

4.容量單位。

計算機(jī)中的信息是使用二進(jìn)制數(shù)(即0和D來表示的；計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的最小單位

是二進(jìn)制位，用比特(Bit)表示；計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的基本單位為字節(jié)(Byte),8比特構(gòu)成

1個字節(jié)。

存儲容量單位還有KB、MB、GB、TB等，它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

1Byte=8Bits

1KB=1024Bytes

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

4、文本數(shù)據(jù)的編碼

計算機(jī)要處理文本，就必須將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能識別的二進(jìn)制數(shù)才能處理，該過程

稱為文本數(shù)據(jù)編碼。常見的文本數(shù)據(jù)的編碼方案有ASCH碼和Unicode碼。

ASCII（AmerionStandedCodefor1normationletetange）,即美國信息交換標(biāo)

準(zhǔn)碼.用7位（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼）或8位（擴(kuò)展ASCII碼）的二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，共有128個字

符，每個字符用一個字節(jié)來存儲，具體如下表所示。

ASCII碼（十進(jìn)制）表示的字符

0-31控制字符或通信專用字符（不可見）

32空格

48-57數(shù)字0~9

65-90大寫英文字母A-Z

97-122小寫英文字母ay

其他英文標(biāo)點(diǎn)符號、運(yùn)算符號、括號等

Uncode碼是一種編碼方案，它是為了解決傳統(tǒng)字符編碼方案的局限而產(chǎn)生的。它為

每種語言中的每個字符設(shè)定了統(tǒng)一并且唯一的二進(jìn)制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進(jìn)行

文本轉(zhuǎn)換、處理的要求。Unicode字符集是全球共享的編碼字符集，其中包含74686個

簡繁漢字。Unicode通常用兩個字節(jié)表示一個字符，原有的英文編碼要從單字節(jié)變成雙

字節(jié)，只需把高位字節(jié)全部填0即可。

漢字的編碼

（1）輸入碼（外碼）：包括音碼、形碼、混合碼（五筆、全拼、智能ABC）等。

（2）機(jī)內(nèi)碼（內(nèi)碼）：包括國標(biāo)碼（GB）、BIG5碼（繁體）等。

（3）輸出碼（字形碼）：點(diǎn)陣表示，每一個點(diǎn)用一個二進(jìn)制位表示，值"0"表示沒有筆

形，值"1"表示有筆形。例如，16X16點(diǎn)陣表示一個漢字，這個漢字就需要16X16/8=32

字節(jié)來存故。

（4）漢字在計算機(jī)中的編碼方式如下圖所示。

鍵盤輸入_________編碼轉(zhuǎn)換________編輯與輸出

（輸入碼或外碼）"（機(jī)內(nèi)碼或內(nèi)碼）"（輸出碼或字形碼）

3.2數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)

A、數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型用來定義一系列值及應(yīng)用于這些值的一系列操作。比如，在Python語言中，

有整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串、布爾等數(shù)據(jù)類型。整數(shù)類型的范圍兒乎僅受內(nèi)存限制，能夠

進(jìn)行加、減、乘、除等多種計算操作。

大多數(shù)程序設(shè)計語言都定義了兩類數(shù)據(jù)類型：簡單數(shù)據(jù)類型和復(fù)合數(shù)據(jù)類型。簡單

數(shù)據(jù)類型不能分解成更小的數(shù)據(jù)類型，復(fù)合數(shù)據(jù)類型則由簡單數(shù)據(jù)類型或者復(fù)合數(shù)據(jù)類

型組成。在Python語言中，整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串、布爾屬于簡單數(shù)據(jù)類型，列表、字

典等屬于復(fù)合數(shù)據(jù)類型。

訂單數(shù)據(jù)中的商品名稱可以抽象為字符串類型的數(shù)據(jù)，是一個基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，商品數(shù)

量可以抽象為整數(shù)類型的數(shù)據(jù)，也是一個基本數(shù)據(jù)項(xiàng)。

每個訂單數(shù)據(jù)包括商品名稱、單價、數(shù)量、金額、收貨地址等基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，所以訂

單數(shù)據(jù)需要抽象為復(fù)合數(shù)據(jù)類型。

201708012374*61814190XXXxxxx?swx

二.安也.又KC為千H2B.MV34.M

aMK*tE*：?6.00[“fll

□E3BB

（a）A網(wǎng)站商品的訂單數(shù)據(jù)

如圖3.2.1（a）所示的訂單數(shù)據(jù)用Python的列表存儲，列表名稱為OrderList。

0rderList=["2374761814130XXX","語文:生命的,文學(xué)的，美學(xué)的“，34.66]列表中前

兩個數(shù)據(jù)是字符串類型，最后一項(xiàng)是浮點(diǎn)數(shù)類型。

B、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是存在特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。在解決有些問題時，一些相關(guān)聯(lián)的數(shù)

據(jù)將集中在一起，形成一個數(shù)據(jù)的集合，這種集合能夠單獨(dú)或作為一個整體被訪問和處

理。

C、線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又稱為線性表。在線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，除首元素沒有前趨元素、尾元素

沒有后繼元素外，其他元素都只有一個前趨元素和一個后繼元素，如圖3.2.2所示。線

性表中數(shù)據(jù)元素之間是一對一的關(guān)系。

首元京尾元素

CWD……-0.0-……CWD

GGG

前趨元素當(dāng)前元素后繼元素

圖3.2.2線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

D、隊(duì)列

隊(duì)列是一種有限制（先進(jìn)先出、FIFO）的線性結(jié)構(gòu)。隊(duì)列只允許在后端進(jìn)行數(shù)據(jù)元索

的添加操作（進(jìn)隊(duì)），在前端進(jìn)行數(shù)據(jù)元素的刪除操作（出隊(duì)）。也就是說，新來的成員總

是加入隊(duì)尾，離開的成員總是隊(duì)列頭部的（不允許中途離隊(duì)），即當(dāng)前"最老的"成員離隊(duì)。

例如.超市里排隊(duì)付款的隊(duì)伍。

在Python語言中，對列表的操作通常有以下方法：pop（0）可以刪除列表的首元素；

append可以在列表尾部添加一個數(shù)據(jù)元素；insert可以用于在中間插入元素；count可

以統(tǒng)計元素出現(xiàn)的次數(shù)；len可以獲取列表的長度。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的“棧"是一種先進(jìn)后出的線性結(jié)構(gòu)。例如，物流裝車時，先裝的后出，

后裝車的先出。

E、樹結(jié)構(gòu)

樹結(jié)構(gòu)是一種具有層次關(guān)系的非線性結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)是種具有層次美系的非線性結(jié)

構(gòu)。在樹結(jié)構(gòu)中，每一個節(jié)點(diǎn)只有一個前趨節(jié)點(diǎn)，稱為父節(jié)點(diǎn)。沒有前趨節(jié)點(diǎn)只有一個,

稱為樹的根節(jié)點(diǎn)。每一個節(jié)點(diǎn)可以有多個后繼節(jié)點(diǎn)，它們稱為該節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。沒有后

繼的節(jié)點(diǎn)稱為葉子節(jié)點(diǎn)。

在圖3.2.3中，節(jié)點(diǎn)A為根節(jié)點(diǎn)，B、C、D為A的子樹的根節(jié)點(diǎn)。同理，E、F、G是B的

子樹的根節(jié)點(diǎn)，B是E、F、G的父節(jié)點(diǎn)。在樹結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)元素之間是一對多的關(guān)系。

圖3.2.4城市物流配送送路

例：快遞到達(dá)目的地城市后，物流圖的結(jié)構(gòu)呈樹狀。

F、圖結(jié)構(gòu)

圖結(jié)構(gòu)是由一組節(jié)點(diǎn)(稱為頂點(diǎn))和一組節(jié)點(diǎn)間的連線(稱為邊或弧)構(gòu)成的一種數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)。圖結(jié)構(gòu)中的每個頂點(diǎn)都可以與其他頂點(diǎn)有邊相連，圖結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)元素之間是多

對多的關(guān)系。圖3.2.7也是一個圖結(jié)構(gòu)，其中，標(biāo)為"1"的頂點(diǎn)與兩條邊相連，頂點(diǎn)"4"與

在物流網(wǎng)絡(luò)中，分撥中心、配送中心、貨物需求點(diǎn)等可以抽象為圖的頂點(diǎn)，城市道

路、各級鐵路等可以抽象為圖的邊，如城市以及城市之間的運(yùn)輸?shù)缆肪褪菆D結(jié)構(gòu)。利用

圖結(jié)構(gòu)，我們還可以解決物流中的許多問題，如道路網(wǎng)絡(luò)分析、車輛運(yùn)營安排等。

隊(duì)列、樹結(jié)構(gòu)和圖結(jié)構(gòu)的關(guān)系如下表所示。、

結(jié)構(gòu)類型數(shù)型(節(jié)點(diǎn))之間的關(guān)系生活中相應(yīng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用舉例

隊(duì)列(線上車、過馬路、付款時排的隊(duì)、醫(yī)院就診時電子牌上

一對一

性)的就診隊(duì)列

行政區(qū)劃、書的目錄結(jié)構(gòu)、磁道盤文件存儲結(jié)構(gòu)、注

樹結(jié)構(gòu)一對多

冊表

圖結(jié)構(gòu)多對多全國骯運(yùn)圖、鐵路運(yùn)輸圖、高速公路圖

3.3數(shù)據(jù)與系統(tǒng)

1＞圖形用戶界面

圖形用戶界面(GraphicalUserInterface,GUI)又稱圖形用戶接口，是指采用圖

形方式顯示的計算機(jī)操作用戶界面。在Python語言中，tkinter是實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的

模塊，可以快速創(chuàng)建GUI應(yīng)用程序。我們需要先導(dǎo)入模塊，上面所示的代碼用"from

tkinterimport*"導(dǎo)入tkinter模塊，然后就可以運(yùn)用相應(yīng)代碼創(chuàng)建矩形容器(Frame)、

文本框(Entry)、命令按鈕(Button)、文本標(biāo)簽(Label)等交互對象。

在現(xiàn)代程序設(shè)計中，我們用"對象"建立計算機(jī)世界的實(shí)體與客觀世界的實(shí)體相一致

的映射關(guān)系，問題的解決方案可以用一些彼此交互的對象來形象化表示。比如在“旅行

線路"例子中，我們利用Python提供的按鈕類創(chuàng)建按鈕對象，通過單擊按鈕的交互方式

完成代碼的執(zhí)行過程。示例：將以下旅行線路"桂林市區(qū)一龍脊梯田一漓江漂流一騎行

之旅一遇龍河漂流。"添加至"旅行線路.txt”文本中

fromtkinterimport*

root=Tk()#創(chuàng)建一個窗口

root.title("添加線路")#設(shè)置窗口標(biāo)題

root.geometryC600x100*)#設(shè)置窗口大小

root.resizable(030)★禁止調(diào)整窗口大小

var=StringVar()#定義StnngVar。類型

defintomap():*Birtton按鈕激發(fā)困數(shù)

c=open("旅行線路.txt"'a+')衣以追加模式打開文件

c.write(var.get()+“\n")律在文件末尾添加十ext里的內(nèi)容

c.close*關(guān)閉文件

#在窗口上建一個文本標(biāo)筌.

Label(root,text=’清輸入線路'，font=CArial，,10)).pack()

#在窗口上建一個文本框

Entry(root,textvariab1e=var,width=550).pack()

#在囪口上建一個But'gn按包_

Button(root,taxt=”添力口線路"command=intomap,relief='vsolid',,width=10).pack()

root,mainloop()

在面向過程的程序設(shè)計中，我們關(guān)注的是各種類型的數(shù)據(jù)及其操作;而在面向?qū)ο?/p>

的程序設(shè)計中，我們將數(shù)據(jù)及其操作隱藏細(xì)節(jié)后封裝為類，函數(shù)調(diào)用式的計算演變?yōu)閷?/p>

象之間的交互。

2、文件

在解決問題的過程中，我們可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)組織在一起形成隊(duì)列、樹或圖等

邏輯結(jié)構(gòu)，這時的數(shù)據(jù)一般存儲在內(nèi)存中，當(dāng)退出程序時，相關(guān)數(shù)據(jù)也將丟失。如果需

要更持久地存儲數(shù)據(jù)，我們可以將數(shù)據(jù)以文件的形式存儲到外存儲設(shè)備中。"線路數(shù)據(jù)"

是用文件的形式存儲在計算機(jī)的磁盤里的。

文件是存儲在外存儲設(shè)備中的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。

3、Python讀寫文本文件

在Python語言中，用open函數(shù)把外存儲器里的文本文件(.txt)打開，用write方法

將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲到外存儲器的文件中，文件操作結(jié)束時一定要用close方法關(guān)閉文

件。

4、數(shù)據(jù)庫

在日常生活中，我們通常用電子表格軟件來管理數(shù)據(jù)。但電子表格軟件中的表是有

行數(shù)限制的，而且在多人共享和聯(lián)表查詢方面也存在不足，因此當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大，且管

理比較復(fù)雜時便需要采用更科學(xué)的數(shù)據(jù)管理方法。數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲在計

算機(jī)中的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。

5、數(shù)據(jù)表

在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)是以二維表的形式組織存儲的稱為表。表中的一列稱為一個字段,

一個字段對應(yīng)車次實(shí)體的一個屬性，每個字段都有一個名字，稱為字段名，如車次編號、

出發(fā)站等。表中的一行稱為一條記錄，一條記錄對應(yīng)于一個車次實(shí)體，保存有關(guān)實(shí)體屬

性的數(shù)據(jù)。可以唯一確定一條記錄的字段稱為主鍵，如車次編號。若干個車次數(shù)據(jù)的集

合就組成了"武漢至成都車次"表。我們可以對數(shù)據(jù)表進(jìn)行插入、刪除、更新等操作。

需要指出的是，數(shù)據(jù)庫中的表與表之間也可以是相互關(guān)聯(lián)的。為不同表中的兩個字

段建立關(guān)聯(lián)后，兩表中的記錄就可以通過這個關(guān)系聯(lián)系在一起。比如換乘站既是前段車

程的到達(dá)站，又是下段車程的出發(fā)站，可以通過這一點(diǎn)建立關(guān)系。

6、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem,DBMS)，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中-一種用來

科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)軟件。簡言之，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

是定義、創(chuàng)建、維護(hù)數(shù)據(jù)庫的一種工具，它允許用戶管理和控制數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。常見

的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Sybase、Oracle、MySQL、Access等。

4.數(shù)據(jù)庫管理員。

數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)等工作僅靠數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還要有專門的

人員來完成,這些人被稱為數(shù)據(jù)庫管理員。數(shù)據(jù)庫管理員可以通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作和維護(hù)。

5.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其應(yīng)用開發(fā)工具）、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、

數(shù)據(jù)庫管理員和用戶組成的存儲、管理、處理和維護(hù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括硬件平臺系統(tǒng)和軟件平臺系統(tǒng)。如數(shù)據(jù)庫主要用于存儲數(shù)據(jù)，需要

足夠大的內(nèi)存儲器和外存儲器等硬件平臺支持；軟件平臺系統(tǒng)除了操作系統(tǒng)（OS）和數(shù)據(jù)

庫管理系統(tǒng)（DBMS）外，還包括支持特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的軟件工具以及開發(fā)完成的數(shù)據(jù)庫

應(yīng)用系統(tǒng)。如12306網(wǎng)站就是一個大型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，各類財務(wù)管理系統(tǒng)、人事管

理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等軟件也都屬于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計一般包括系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計?、代碼設(shè)計、數(shù)據(jù)庫（文件）設(shè)計、

輸人/輸出（I/O）設(shè)計、模塊功能與處理過程設(shè)計等步驟。

利用Python訪問Access數(shù)據(jù)庫一般可分為以下5個步驟：

（1）建立與數(shù)據(jù)庫的連接；

（2）根據(jù)需要產(chǎn)生記錄集；

（3）訪問記錄集，處理數(shù)據(jù)；

（4）根據(jù)需要把處理好的數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫中；

（5）斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。

3.4加密與解密

1、密碼：密碼是指用來核對用戶ID以驗(yàn)證用戶就是本人的一組字符。

2、創(chuàng)建安全密碼的一般技巧

使用長度不少于8個字符的密碼。密碼長度越長越不容易被破解。

在可能的情況下，盡量使用字母、數(shù)字和特殊字符（如$、#）相結(jié)合的密碼。

不要使用電話號碼、身份證號碼或生日等信息作為密碼。

不要使用整個用戶ID或用戶ID的一部分作為密碼。

不要使用字典中能找到的詞語作為密碼，即使是字母次序顛倒過來的常用詞語也不

可以。

?加密的概念

加密：即將原始信息（數(shù)據(jù)）隱匿起來，使之在缺少特殊信息（數(shù)據(jù)）時不可讀。

明文：加密前的原始信息（或數(shù)據(jù)）稱為明文。

密文：加密后的信息（或數(shù)據(jù)）稱為密文。

解密：將密文還原成原文的過程稱為解密（或解碼）。

?加法密碼

加法密碼又被稱為移位密碼。在加法密碼算法中，明文中的所有字母都在字母表上

向后（或向前）按照一個固定數(shù)目進(jìn)行偏移后被替換成密文。例如，當(dāng)偏移量是3的時候，

所有的字母A將被替換成D,B變成E,以此類推，X將變成A,Y變成B,Z變成C。

愷撒密碼作為一種最為古老的對稱加密體制，在古羅馬的時候已經(jīng)很流行，它是加

法密碼的典型代表。

用Python語言實(shí)現(xiàn)加密算法時，明文和密文都被抽象為字符串類型的數(shù)據(jù)，Python

中的字符串由一串字符組成，用引號引起來表示，比如"abCEd"。類似于列表的操作，

我們可以指向或操作字符串中的某一個字符，比如c[0]表示字符串中的第一個字符。我

們還可以用Python系統(tǒng)函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的操作，len函數(shù)可以獲取字符串中字符的

個數(shù),0rd函數(shù)可以將字符類型的參數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的整數(shù)值，chr函數(shù)可以將整數(shù)類型的

參數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字符。

了解密碼安全與加密、解密的技術(shù)能夠幫助我們保護(hù)個人隱私。同時，我們也要從

自己做起，遵守相關(guān)法律和必要的道德規(guī)范，共同維護(hù)健康、良好的數(shù)據(jù)環(huán)境。

第4單元計算與問題解決

4.1算法及其特征

1、算法的重要特征

有窮性。算法必須能在執(zhí)行有限個步驟之后終止。

確切性。算法中的每一次運(yùn)算都有明確的定義，具有無二義性，并且可以通過計算

得到唯一的結(jié)果。

輸人項(xiàng)。一個算法有0個或多個輸人，以刻畫運(yùn)算對象的初始情況，所謂0個輸人是

指算法本身給出了初始條件。

輸出項(xiàng)。算法一定要有輸出。任何算法都不能"無功而返"可行性。算法中執(zhí)行的任

何計算都可以在有限時間內(nèi)完成(也稱為有效性)。算法中的運(yùn)算都必須是可以實(shí)現(xiàn)的。

從某種意義上說，算法也是一種數(shù)學(xué)模型。一般而言，問題求解的第一步是數(shù)學(xué)建

模。用數(shù)學(xué)語言描述實(shí)際現(xiàn)象，將現(xiàn)實(shí)世界的問題抽象成數(shù)學(xué)模型，就可能發(fā)現(xiàn)問題的

本質(zhì)并判定其能否求解，繼而找到求解該問題的方法和算法。

2、枚舉

我們常利用計算機(jī)運(yùn)算速度快、精確度高的特點(diǎn)解決實(shí)際問題。在設(shè)計算法時，最

簡單的方法就是"直譯"我們的思維過程。有一種算法是把所有可能的答案一一列舉，合

適就保留，不合適就丟棄。這種方法稱作"枚舉〃或"窮舉"

4.2數(shù)值計算

1、numpy模塊簡介

numpy是一個科學(xué)計算包，其中包含很多數(shù)學(xué)函數(shù)，如三角函數(shù)、矩陣計算方法等。

通過該模塊中的arange函數(shù)可以創(chuàng)建一個等差數(shù)列。如在0~2n之間每隔0.01取個值，

則可以用arange(0,2*numpy.pi,0.01)來表示，其中numpy.pi表示n。下列代碼可以產(chǎn)

生sin(x)的若干個關(guān)鍵點(diǎn)

#加載numpy模塊并取一個簡潔的別名為np.便于后續(xù)引用

importnumpyasnp

#xdE0到2n之間，每隔取一個點(diǎn)

x=np.arange(0,2*np.pi0.01)

y=np.sin(x)#通過解析式計算列表x對應(yīng)的列表y的值

2、matplotlib模塊簡介

matplotlib模塊是Python中最出色的繪圖庫，功能很完善。調(diào)用

matplotlib.pyplot時，坐標(biāo)系可以根據(jù)數(shù)值范圍自動生成。

matplotlib的繪圖原理很簡單，利用plot畫線函數(shù)就可以在直角平面內(nèi)輕松地將

(x,y)坐標(biāo)點(diǎn)對連接成平滑曲線。例如:在上述代碼的適當(dāng)位置增加下列語句，就可以

將剛才生成的關(guān)鍵點(diǎn)連接起來。

#)j|l^matplotlib.pyplot并取別名為pit

importmatplotlib.pyplotaspit

plt.plot(x,y)#將點(diǎn)對連線

pit.show()#將繪制的圖像窗口顯示出來

參考上述代碼，讓我們一起來完善以下Python程序，嘗試?yán)L出"sin(x)"“sin(-x)"

和"sin(2x)/2”的圖像。

importnumpyasnp#加載numpy模塊并取名為np

importmatplotlib.pyplotpit#加載matplotlib.pyplot并取名為pit

x=np.arange(0,2*np.pi,0.01)極在。到2匹之間，每隰0.01取一個點(diǎn)

yl=np.sin(x)#求sin(x)對應(yīng)的值

y2=np.sin(-x)#求5正(-：＜)對應(yīng)的y2值

y3=np.sin(2*x)/2#求sin(2x)/2對應(yīng)的y3值

pit.plot(x,yl)#繪制sin(x)圖像

pit.plot(x,y2)#繪制sin(-x)圖像

pit.plot(x,y3)#繪制sin(2*x)，2圖像

pit.titleCsin(x),)#設(shè)置圖融標(biāo)題

plt.xlabelCX')殳置X軸標(biāo)題

plt.ylabelCY')*設(shè)置Y軸標(biāo)題

pit.show()#將繪制的函數(shù)圖像窗口顯示出來

input("運(yùn)行完畢，清按回車鍵退出...")

斐波那契在《計算之書》中提出了一個有趣的兔子問題:假設(shè)一對兔子每個月可以

生一對小兔子，一對兔子出生后第2個月就開始生小兔子。則一對兔子一年內(nèi)能繁殖成

多少對？10年呢？

第1個月和第2個月的兔子對數(shù)之和為第3個月的兔子對數(shù)，第2個月和第3個月的兔

子對數(shù)之和為第4個月的兔子對數(shù)...，每個月的兔子對數(shù)是前兩個月的兔子對數(shù)之和，

又同時作為下一個月兔子對數(shù)的加數(shù)。這種重復(fù)反饋的過程稱為迭代。

迭代法也稱輾轉(zhuǎn)法，是用計算機(jī)解決問題的一種基本方法。迭代通常是為了接近并

到達(dá)所需的目標(biāo)或結(jié)果。每一次對過程的重復(fù)被稱為一次“迭代"，而每一次迭代得到的

結(jié)果會被用來作為下一次迭代的初始值。

f1

圖4.2.6計算的迭代示意圖

由于在迭代系列中的每個月份兔子對數(shù)只跟前兩個月有關(guān)，因此在編寫程序時，只

需兩個變量fl和f2分別記錄上上月和上月的數(shù)據(jù)。

deffib(n):

#利用迭代求斐波那契數(shù)列的第n個數(shù)

f2=f1=1

foriinrange(3,n+l):

fl,f2=f2,fl+f2

returnf2

n=int(input「輸入需要:計算的月份數(shù)：，))

print('兔子總對數(shù)為:',fib(n))

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

輸入需要計算的月份數(shù)：74

兔子總對數(shù)為：1304969544928657

"fl,f2=f2,fl+f2”中右邊的值全是這個式子計算以前的初始值，可折為下面代碼

deffib(n):

#迭代求Fibonacci數(shù)列

f3=f2=fl=l

foriinrange(3,n+1):

f3=fl+f2

fl=f2

f2=f3

returnf2

n=int(input('輸入需要計算的月份數(shù)：‘))

print(兔子總討數(shù)為:*jfib(n))

工nputC運(yùn)行完畢，清按回車鍵退出???")

利用迭代算法解決問題，有三個關(guān)鍵步驟：(1)確定迭代變量，如上例中的的fl、

f2;(2)建立迭代關(guān)系式；(3)對迭代過程進(jìn)行控制，這是編寫迭代程序必須考慮的問

題，不能讓迭代過程無休止地重復(fù)執(zhí)行下去。

現(xiàn)代自然科學(xué)和工程電子技術(shù)的研究過程中，都離不開大規(guī)模的數(shù)學(xué)計算問題。例

如:數(shù)學(xué)類課程中的線性方程求解、微分方程求解、概率統(tǒng)計等，實(shí)用性和實(shí)驗(yàn)性技術(shù)

應(yīng)用中的模擬核試驗(yàn)、油田開發(fā)、飛機(jī)設(shè)計等。

4.3非數(shù)值計算

1、分治策略

分治的設(shè)計思想，是將一個難以直接解決的大問題，分割成一些較小的同類問題，

各個擊破，最終達(dá)到解決問題的目的。二分查找實(shí)際上就是分治策略的i種典型運(yùn)用。

2、二分查找.

二分查找又叫折半查找，該方法主要將數(shù)列有序排列，采用跳躍式的方式查找數(shù)據(jù)。

以遞增數(shù)列為例，先以中點(diǎn)位置的元素作為比較對象，如果要找的元素值小于該中點(diǎn)元

素，則將待查序列縮小為左半部分，否則為右半部分。每一次比較后都可以將查找區(qū)間

縮小一半。

二分查找是一種高效的查找方法。它可以明顯減少比較次數(shù)，提高查找效率。在一

個有n個元素的有序序列中，利用二分查找大約需要kg/次。但是，二分法查找的前

提條件是被查找的數(shù)據(jù)必須是有序的。

例程：假設(shè)一本字典大約1000頁，目標(biāo)信息在第328頁。翻頁過程，看誰翻的次數(shù)

最少。

在翻頁過程中借助兩個書簽，劃定目標(biāo)所屬范圍，然后翻到兩個書簽的中間位置。

每次目標(biāo)區(qū)域都更新為原來的"二分之一"，當(dāng)數(shù)據(jù)范圍縮小到只有1個數(shù)的時候肯定能

得到問題的解。1000以內(nèi)的頁碼，最多翻10次肯定能找到解。

（input（”請輸入要直技的1000以內(nèi)的整數(shù)：

step=0#記錄查找次數(shù)

flag1=1#目標(biāo)區(qū)域左邊界

flag2=1000#目標(biāo)區(qū)域右邊界

while(flag1<=flag2):#區(qū)間數(shù)據(jù)范困小于1則結(jié)束循環(huán)

mid二(flagl+flag2)//2*中間值

step=step+1#查找次數(shù)加1

ifmid>x:

flag2=mid-l#右邊界前移

elifmid<x:

flagl=mid+l*左邊界后移

else:

break

print（'查找次數(shù)為：\step）

input（“運(yùn)行完畢，清軟回車鍵退出??."）

2,遞歸

遞歸是計算科學(xué)領(lǐng)域中一種重要的計算思維模式。它既是一種抽象表達(dá)的手段，也

是一種問題求解的重要方法。

直接或間接地調(diào)用自身的方法稱為遞歸?？梢詫⑦f歸簡單類比為具有自相似性重復(fù)

的事物。圖4.3.3所示就是遞歸的一種形象表示。

圖4.3.3遞歸圖像

在數(shù)學(xué)與計算機(jī)領(lǐng)域中，遞歸函數(shù)是指用函數(shù)自身來定義該函數(shù)的方法。如著名的

斐波那契數(shù)列"1,1,2,3,5,8,13,可以遞歸定義為

C（"=1或"=2）

尸（〃）={

［尸（〃-1）+