新一代信息技術導論-教案-6章 數(shù)據(jù)為王-大數(shù)據(jù)

PAGEXXXX職業(yè)技術學院教學設計方案授課順序號6授課班級授課日期授課學時2授課類型面授課題數(shù)據(jù)為王-大數(shù)據(jù)教學目標知識目標1.了解什么是機器語言、匯編語言、高級語言。2.了解什么是編譯型語言、解釋型語言。3.了解什么是編譯、匯編、反編譯、反匯編。能力目標1.掌握順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。2.掌握簡單的程序設計開發(fā)。素質(zhì)目標1.扎實提升程序設計專業(yè)技能，提高專業(yè)素養(yǎng)。2.培養(yǎng)大學生的大局意識、團隊精神和協(xié)作能力。教學重點結(jié)構(gòu)化程序設計的三大結(jié)構(gòu)教學難點面向?qū)ο蟪绦蛟O計智慧樹平臺：/courseHome/1000091138/210801/21#teachTeam教學環(huán)節(jié)教學過程設計時間分配課前準備1.根據(jù)課程標準，分析本節(jié)課要完成的教學內(nèi)容，達到的教學目標；2.課前在線開放課程預習；組織教學智慧教學平臺：刷臉或掃二維碼簽到5復習舊課前導課程復習5導入新課根據(jù)前一節(jié)課，導入本次課程的新知識5新課設計新課設計（課程思政設計部分加粗）1.案例導讀首套軍民融合安全級分布式控制系統(tǒng)平臺——“龍鱗系統(tǒng)”2.程序設計基礎知識程序設計語言現(xiàn)狀計算機只能識別0、1，最初計算機是通過穿孔紙帶輸入、輸出的，當時的程序設計語言實際上就是0和1組成的序列，只有少數(shù)的專家才能編寫，調(diào)試也很困難，這就是第一代的機器語言。后來，出現(xiàn)了第二代的匯編語言。匯編語言執(zhí)行效率較高，但是與通常的自然語言差距較大，掌握起來較難。于是，人們發(fā)明了類自然語言的第三代高級語言，如C、Java等。高級語言通過類似自然語言的方式進行編寫，得到了廣泛應用。程序設計語言與算法在計算機界，有一個經(jīng)典的公式：程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。算法是程序的核心。根據(jù)算法處理對象的不同，算法可以分為數(shù)值算法和非數(shù)值算法。那么什么是算法呢，算法有哪些表述方法呢？一般而言，算法有以下5種表述方法。（1）自然語言（2）流程圖（3）NS流程圖（4）偽代碼（5）程序結(jié)構(gòu)化程序設計結(jié)構(gòu)化程序設計的3種基本的控制結(jié)構(gòu)是“順序”“選擇”和“循環(huán)”。結(jié)構(gòu)化程序設計的定義：“如果一個程序的代碼塊僅僅通過順序、選擇和循環(huán)這3種基本控制結(jié)構(gòu)進行連接，并且每個代碼塊只有一個入口和一個出口，則稱這個程序是結(jié)構(gòu)化的?！彪m然從理論上說只用上述3種基本控制結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)任何單入口單出口的程序，但是為了實際使用方便起見，常常還允許使用DO-UNTIL和DO-CASE兩種控制結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化程序設計的原則是：自頂向下、逐步細化、模塊化設計、結(jié)構(gòu)化編碼。3.程序設計語言和工具C語言的開發(fā)工具包括VC、BC、TC等，其中VisualC++是Windows平臺上最流行的C/C++集成開發(fā)環(huán)境之一。隨著云服務的普及，一些在線開發(fā)工具也日益受到人們的青睞，如rextester、CodingGround、CodeChef等。順序結(jié)構(gòu)示例順序結(jié)構(gòu)是簡單的結(jié)構(gòu)化程序設計方法。顧名思義，順序結(jié)構(gòu)就是按照從上到下的順序依次執(zhí)行。對任何一個平面三角形ΔABC而言，其頂點A、B、C對的邊分別記為a、b、c，根據(jù)秦九韶-海倫公式，其面積S可以用如下公式得到：選擇結(jié)構(gòu)示例C語言中，選擇結(jié)構(gòu)主要有3種不同的實現(xiàn)方法，分別是雙分支、三目條件運算符和多分支。雙分支選包括3種，分別是：if語句；if-else語句；if-else-if語句。三目條件運算符：條件運算符——?:exp1?exp2:exp3需要注意的是，三目條件運算符還是C語言中唯一的三目運算符。多分支：switch語句；case；break；default。下面，我們以求最大值為例，論述選擇結(jié)構(gòu)。假設輸入4個數(shù)據(jù)，若要求出4個數(shù)據(jù)的最大值，需要比較4?1=3次。循環(huán)結(jié)構(gòu)示例對n個數(shù)據(jù)來說，要求出最大值或者最小值，需要比較(n?1)次。我們發(fā)現(xiàn)，比較一次，就需要執(zhí)行一次if語句，如果數(shù)據(jù)量非常大，比如，成千上萬，甚至更多，難道需要書寫成千上萬條if語句嗎？實際上，對于這種簡單重復的操作，完全可以用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。循環(huán)結(jié)構(gòu)有3種不同的實現(xiàn)方法，分別是while語句、do-while語句和for語句。while語句：while(exp)循環(huán)體語句do-while語句：do循環(huán)體語句while(exp)for語句：for(exp1;exp2;exp3)循環(huán)體語句如果需要求前100個正整數(shù)的和，完全可以用循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。實際中，順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)這3種方結(jié)構(gòu)一般不是獨立的，在具體的程序中，往往同時采用兩種，甚至3種結(jié)構(gòu)。選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)可以相互嵌套，也可以自身嵌套。對循環(huán)結(jié)構(gòu)的分析是計算復雜性分析的重要內(nèi)容。4.程序設計方法和實踐軟件工程軟件工程是指導計算機軟件開發(fā)和維護的一門工程學科。采用工程的概念、原理、技術和方法來開發(fā)與維護軟件，把經(jīng)過時間考驗而證明正確的管理技術和當前能夠得到的較好的技術、方法結(jié)合起來，以經(jīng)濟地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護它。這就是軟件工程。雖然軟件工程的不同定義使用了不同詞句，強調(diào)的重點也有差異，但是，人們普遍認為軟件工程具有下述的本質(zhì)特性：軟件工程關注于大型程序的構(gòu)造、軟件工程的中心課題是控制復雜性、軟件經(jīng)常變化、開發(fā)軟件的效率非常重要、和諧地合作是開發(fā)軟件的關鍵、軟件必須有效地支持它的用戶、在軟件工程領域中通常由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人創(chuàng)造產(chǎn)品。面向過程程序設計面向過程程序設計把軟件生命周期劃分成若干個階段，每個階段的任務相對獨立，而且比較簡單，便于不同人員分工協(xié)作，從而降低了整個軟件開發(fā)工程的困難程度；在軟件生命周期的每個階段都采用科學的管理技術和良好的技術方法，而且在每個階段結(jié)束之前都從技術和管理兩個角度進行嚴格的審查，合格之后才開始下一階段的工作，這就使軟件開發(fā)工程的全過程以一種有條不紊的方式進行，保證了軟件的質(zhì)量，特別是提高了軟件的可維護性?？傊?，采用這種方法可以大大提高軟件開發(fā)的成功率，軟件開發(fā)的生產(chǎn)率也能明顯提高。面向過程程序設計歷史悠久，為廣大軟件工程師所熟悉，而且在開發(fā)某些類型的軟件時也比較有效，因此，在相當長一段時間內(nèi)這種方法學還會有生命力。面向過程程序設計的缺陷是這種技術要么面向數(shù)據(jù)，要么面向行為(即對數(shù)據(jù)的操作)，還沒有既面向數(shù)據(jù)又面向行為的結(jié)構(gòu)化技術方法。面向?qū)ο蟪绦蛟O計面向?qū)ο蟪绦蛟O計把數(shù)據(jù)和行為看成同等重要的，它是一種以數(shù)據(jù)為主線，把數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。面向?qū)ο蟪绦蛟O計具有下述4個要點。（1）把對象作為融合了數(shù)據(jù)及在數(shù)據(jù)上的操作行為的統(tǒng)一的軟件構(gòu)件。（2）把所有對象都劃分成類。（3）按照父類(或稱為基類)與子類(或稱為派生類)的關系，把若干個相關類組成一個層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱為類等級)。（4）對象彼此間僅能通過發(fā)送消息互相聯(lián)系。面向?qū)ο蟪绦蛟O計的出發(fā)點和基本原則是盡量模擬人類習慣的思維方式，使開發(fā)軟件的方法與過程盡可能接近人類認識世界、解決問題的方法與過程，從而使描述問題的問題空間(也稱為問題域)與實現(xiàn)解法的解空間(也稱為求解域)在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。5.oneAPI簡介oneAPI是為軟件開發(fā)人員提供的一個云開發(fā)環(huán)境，用戶可以注冊賬號后在云端編輯、調(diào)試、運行自己開發(fā)的C++程序。遠程云計算環(huán)境中已預裝有一些基本的DataParallelC++課程模塊，具體課程相關的實驗及操作和說明等信息，可以參考相關JupyterLab中的實驗內(nèi)容中的說明/介紹信息或中文版本實驗手冊。 oneAPI以跨架構(gòu)語言——DataParallelC++為基礎，DPC++=ISOC++&KhronosSYCL，使用通用和熟悉的C和C++結(jié)構(gòu)，C++提供了顯著的效率優(yōu)勢。KhronosGroup的SYCL支持實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行性和異構(gòu)編程。對于初學者，一般推薦使用基于純?yōu)g覽器方式的JupyterNoteook登錄DevCloud系統(tǒng)。通過Jupyter環(huán)境使用相關的資源，同時在Jupyter環(huán)境中，也可以通過菜單/命令方式啟動傳統(tǒng)的終端窗口，進行命令行的操作。另外也有傳統(tǒng)的安全外殼(SecureShell，SSH)方式的接入選項，適合進階開發(fā)者使用，也可以通過配置VisualStudioCode相關環(huán)境遠程連接到DevCloud進行操作和使用。它將帶領C++編程人員站在開