教科版高中信息技術(shù)必修一(新教材)課件4.1算法及其特征

教科版高中信息技術(shù)必修一(新教材)課件4.1算法及其特征匯報(bào)人：AA2024-01-20AAREPORTING目錄算法基本概念算法特征分析常見(jiàn)算法類型介紹編程實(shí)現(xiàn)算法示例算法在生活中的應(yīng)用舉例總結(jié)回顧與拓展延伸PART01算法基本概念REPORTINGAA輸出項(xiàng)一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)輸出，以反映對(duì)輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。輸入項(xiàng)一個(gè)算法有0個(gè)或多個(gè)輸入，以刻畫(huà)運(yùn)算對(duì)象的初始情況。確定性算法的每一步驟必須有確切的定義。算法定義算法是一系列解決問(wèn)題的清晰指令，代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問(wèn)題的策略機(jī)制。有限性算法在執(zhí)行有限步后必須終止。算法定義與特點(diǎn)算法是解決問(wèn)題的方法，而程序是算法的代碼實(shí)現(xiàn)。算法與程序的區(qū)別程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。算法是程序的靈魂，程序是算法的載體。算法與程序的聯(lián)系算法與程序關(guān)系算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心，是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的精髓。算法是解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵，是評(píng)價(jià)程序設(shè)計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。算法的學(xué)習(xí)和研究有助于提高問(wèn)題解決能力和計(jì)算思維能力。算法重要性PART02算法特征分析REPORTINGAA算法必須能在執(zhí)行有限個(gè)步驟之后終止。對(duì)于任何合法的輸入，算法都應(yīng)在有限時(shí)間內(nèi)給出結(jié)果。算法中每條指令的執(zhí)行次數(shù)和執(zhí)行時(shí)間都是有限的。有窮性在任何條件下，算法只有唯一的一條執(zhí)行路徑，即對(duì)于相同的輸入只能得出相同的輸出。算法中不得使用隨機(jī)數(shù)或不確定的等待時(shí)間等非確定性因素。算法中每一條指令必須有確切的含義，讀者理解時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二義性。確定性算法中描述的操作都是可以通過(guò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本運(yùn)算執(zhí)行有限次來(lái)實(shí)現(xiàn)的。算法中有待實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算都是基本的，原則上可以由人們用筆和紙?jiān)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)精確地完成。計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的算法必須能夠在有限的時(shí)間內(nèi)完成，并且不會(huì)消耗過(guò)多的資源?？尚行运惴ㄓ辛銈€(gè)或多個(gè)輸入，這些輸入取自于某個(gè)特定的對(duì)象的集合。算法有一個(gè)或多個(gè)輸出，這些輸出是與輸入有著某種特定關(guān)系的量。算法的輸入和輸出必須是明確的，并且應(yīng)該與問(wèn)題的實(shí)際背景相符合。輸入輸出明確性PART03常見(jiàn)算法類型介紹REPORTINGAA通過(guò)相鄰元素比較和交換，使較大元素逐漸“浮”到序列末端。冒泡排序每次從未排序部分選擇最?。ɑ蜃畲螅┰?，放到已排序部分的末尾。選擇排序?qū)⑽磁判蛟夭迦氲揭雅判虿糠值暮线m位置，類似撲克牌排序。插入排序采用分治策略，選取一個(gè)基準(zhǔn)元素，將序列分為兩部分，一部分小于基準(zhǔn)，一部分大于基準(zhǔn)，再遞歸處理兩部分。快速排序排序算法從序列的一端開(kāi)始，逐個(gè)比較元素，直到找到目標(biāo)元素或遍歷完整個(gè)序列。順序查找針對(duì)有序序列，每次取中間元素與目標(biāo)比較，根據(jù)比較結(jié)果縮小查找范圍。二分查找通過(guò)哈希函數(shù)將目標(biāo)元素映射到一個(gè)位置，直接在該位置查找元素。哈希查找查找算法

圖論算法深度優(yōu)先搜索（DFS）：沿著一條路徑盡可能深地搜索，直到達(dá)到目標(biāo)或無(wú)法繼續(xù)，然后回溯到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)搜索。廣度優(yōu)先搜索（BFS）：逐層遍歷圖中的所有節(jié)點(diǎn)，直到找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或遍歷完所有節(jié)點(diǎn)。最短路徑算法（如Dijkstra、Floyd）：計(jì)算圖中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑。最長(zhǎng)公共子序列（LCS）給定兩個(gè)序列，找出它們的最長(zhǎng)公共子序列。矩陣鏈乘法給定一個(gè)矩陣鏈，如何確定乘法運(yùn)算的順序使得計(jì)算量最小。背包問(wèn)題給定一組物品和一個(gè)背包容量，如何選擇物品放入背包使得背包內(nèi)物品的總價(jià)值最大。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法PART04編程實(shí)現(xiàn)算法示例REPORTINGAA010405060302冒泡排序的基本思想：通過(guò)相鄰元素之間的比較和交換，使得每一輪比較后最大（或最?。┑脑啬軌颉懊芭荨钡叫蛄械囊欢?。冒泡排序的實(shí)現(xiàn)步驟從序列的第一個(gè)元素開(kāi)始，比較相鄰的兩個(gè)元素，如果前一個(gè)元素比后一個(gè)元素大，則交換它們的位置。每一輪比較后，最大（或最小）的元素會(huì)被放到序列的末尾。重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直到整個(gè)序列變得有序。冒泡排序的時(shí)間復(fù)雜度：最好情況下為O(n)，最壞和平均情況下為O(n^2)，其中n為序列的長(zhǎng)度。冒泡排序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程演示二分查找的基本思想：在有序序列中，通過(guò)不斷縮小查找范圍來(lái)提高查找效率。二分查找實(shí)現(xiàn)過(guò)程演示二分查找的實(shí)現(xiàn)步驟確定查找范圍，即序列的起始和結(jié)束位置。計(jì)算中間位置，并將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較。二分查找實(shí)現(xiàn)過(guò)程演示如果目標(biāo)值大于中間位置的值，則在右半部分繼續(xù)查找。如果中間位置的值等于目標(biāo)值，則查找成功。如果目標(biāo)值小于中間位置的值，則在左半部分繼續(xù)查找。二分查找實(shí)現(xiàn)過(guò)程演示0102二分查找實(shí)現(xiàn)過(guò)程演示二分查找的時(shí)間復(fù)雜度：為O(logn)，其中n為序列的長(zhǎng)度。重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直到找到目標(biāo)值或確定目標(biāo)值不存在于序列中。最短路徑問(wèn)題的基本思想在圖或網(wǎng)絡(luò)中，找到從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑。最短路徑問(wèn)題的求解方法Dijkstra算法、Floyd算法等。最短路徑問(wèn)題求解過(guò)程演示初始化距離數(shù)組和已訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)集合。從起點(diǎn)開(kāi)始，選擇距離最短的未訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并標(biāo)記為已訪問(wèn)。更新當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的距離值。最短路徑問(wèn)題求解過(guò)程演示重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直到所有節(jié)點(diǎn)都被訪問(wèn)或確定無(wú)法到達(dá)終點(diǎn)為止。最終得到起點(diǎn)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短距離數(shù)組。Dijkstra算法的時(shí)間復(fù)雜度：為O(n^2)，其中n為圖中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。最短路徑問(wèn)題求解過(guò)程演示PART05算法在生活中的應(yīng)用舉例REPORTINGAA將地圖信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立空間索引以提高查詢效率。地圖數(shù)據(jù)預(yù)處理將規(guī)劃出的路徑以圖形化方式展示給用戶，并提供交互功能，如縮放、拖動(dòng)、查看步驟等。路徑展示與交互識(shí)別用戶輸入的起點(diǎn)和終點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯度坐標(biāo)。用戶輸入解析采用Dijkstra、A*等算法，在地圖數(shù)據(jù)中尋找從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短或最快路徑。路徑規(guī)劃算法結(jié)合實(shí)時(shí)交通信息，如路況、擁堵情況等，對(duì)路徑規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)時(shí)交通信息融合0201030405導(dǎo)航系統(tǒng)路徑規(guī)劃原理剖析電商平臺(tái)推薦系統(tǒng)工作原理剖析用戶畫(huà)像構(gòu)建基于用戶行為數(shù)據(jù)和特征提取結(jié)果，構(gòu)建用戶畫(huà)像，刻畫(huà)用戶的興趣、偏好和需求。數(shù)據(jù)預(yù)處理與特征提取對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和特征提取，以便于后續(xù)分析。用戶行為數(shù)據(jù)收集記錄用戶在平臺(tái)上的瀏覽、搜索、購(gòu)買等行為數(shù)據(jù)。推薦算法應(yīng)用采用協(xié)同過(guò)濾、內(nèi)容推薦、深度學(xué)習(xí)等算法，為用戶生成個(gè)性化的商品或服務(wù)推薦列表。推薦結(jié)果展示與反饋收集將推薦結(jié)果以適當(dāng)?shù)姆绞秸故窘o用戶，并收集用戶的反饋數(shù)據(jù)，用于優(yōu)化推薦算法和模型。信號(hào)處理與特征提取對(duì)輸入的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，如降噪、分幀等，并提取出語(yǔ)音信號(hào)的特征參數(shù)，如MFCC（Mel頻率倒譜系數(shù)）等。基于大量語(yǔ)音數(shù)據(jù)訓(xùn)練聲學(xué)模型，如HMM（隱馬爾可夫模型）、DNN（深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等，用于描述語(yǔ)音信號(hào)與音素或單詞之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系?；诖罅课谋緮?shù)據(jù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型，如N-gram、RNN（循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等，用于描述單詞之間的語(yǔ)法和語(yǔ)義關(guān)系。采用Viterbi、BeamSearch等算法，在聲學(xué)模型和語(yǔ)言模型的約束下，搜索最可能的單詞序列作為識(shí)別結(jié)果。對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行后處理，如糾錯(cuò)、格式轉(zhuǎn)換等，以提高識(shí)別準(zhǔn)確率和用戶體驗(yàn)。聲學(xué)模型訓(xùn)練解碼與搜索算法后處理與優(yōu)化語(yǔ)言模型訓(xùn)練語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)背后算法支持剖析PART06總結(jié)回顧與拓展延伸REPORTINGAA關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧算法的概念算法是一系列解決問(wèn)題的清晰指令，代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問(wèn)題的策略、方法和步驟。算法的特征算法具有有窮性、確定性、可行性、輸入項(xiàng)和輸出項(xiàng)等五個(gè)基本特征。算法的描述方法算法可以用自然語(yǔ)言、流程圖、偽代碼等方式進(jìn)行描述，其中偽代碼是一種介于自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之間的算法描述方式。算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)一個(gè)算法的好壞，通常從正確性、可讀性、健壯性、時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度等方面進(jìn)行評(píng)估。學(xué)生可以分享自己在算法學(xué)習(xí)過(guò)程中的心得體會(huì)，包括遇到的困難、如何克服這些困難以及取得的進(jìn)步等。學(xué)生可以互相評(píng)價(jià)彼此的算法程序，提出改進(jìn)意見(jiàn)和建議，促進(jìn)共同進(jìn)步。學(xué)生可以展示自己編寫(xiě)的算法程序，并解釋程序的設(shè)計(jì)