《算法与程序设计》选修教案-2024鲜版

评估方式
采用平时成绩、实验成绩和期末考试成绩相结合的评估方式，其中平时成绩包 括课堂表现、作业完成情况等，实验成绩主要考察学生的实践能力和创新能力， 期末考试成绩主要考察学生对课程知识的掌握程度。
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基础算法介绍
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排序算法
冒泡排序
选择排序
通过相邻元素比较和交换，将较大（或较小） 的元素逐渐推送到数组末端。
模块导入与使用
演示如何导入和使用Python标准库中的模块，以及自定义模块 的创建和使用方法。
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04
数据结构与算法应用
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线性表
线性表的定义与基本操作
创建、插入、删除、查找等。
线性表的链式存储结构
单链表、双向链表、循环链表等。
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线性表的顺序存储结构
数组表示与操作实现。
团队协作
组织学生进行分组，明确分工，培养团队协作精 神。
项目展示与评价
组织学生进行项目展示，对项目的创新性、实用 性、算法效率等方面进行评价。
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课程总结与展望
01
课程知识点回顾
总结本课程的主要知识点，包括经 典算法、问题建模、算法设计等。
03
未来发展方向
介绍算法与程序设计的未来发展趋 势，如人工智能、大数据处理等领
索为止，然后回溯到上一层节点，继续搜索下一个分支。
广度优先搜索（BFS）
02
按照层次逐层遍历图中的所有节点，先访问离起始节点近的节
点，再访问离起始节点远的节点。
最短路径算法
03
如Dijkstra算法和Floyd算法，用于求解图中两个节点之间的最
短路径问题。
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动态规划
基本思想
将问题分解为若干个子问题，子 问题的解被保存在表格中，从而 避免重复计算。通过求解子问题 的最优解，逐步推导出原问题的
图论问题
引入最短路径、最小生成树等图论问题的经典算法，如Dijkstra算 法、Prim算法等，并分析它们的实现原理。
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实际问题建模及求解过程演示
实际问题抽象
演示如何将实际问题抽象为数学模型，如线性规划、动态 规划等。
算法设计与分析
针对抽象出的数学模型，设计相应的算法，并分析算法的 正确性、时间复杂度和空间复杂度。
编程实现
使用合适的编程语言实现算法，并测试算法的正确性和效 率。
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学生小组项目实践指导
项目选题
指导学生选择具有实际应用价值的算法设计项目， 如图像处理、数据挖掘等。
项目实施
指导学生进行需求分析、算法设计、编程实现和 测试等项目实施环节，确保项目顺利完成。
ABCD
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每次从未排序部分选择最小（或最大）的元 素，放到已排序部分的末尾。
插入排序
快速排序
将未排序元素插入到已排序部分的合适位置， 类似于玩扑克牌时的整理过程。
采用分治策略，选取一个基准元素，将数组 分为两部分，一部分小于基准，一部分大于 基准，然后递归处理两部分。
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查找算法
01
02
03
《算法与程序设计》选修教案
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contents
目录
• 课程概述与目标 • 基础算法介绍 • 程序设计语言基础 • 数据结构与算法应用 • 面向对象程序设计 • 实际应用案例分析
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01
课程概述与目标
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算法与程序设计简介
算法概念
算法是解决特定问题的一系列明确步 骤，具有有限性、确定性、输入项、 输出项和有效性等特点。
域的应用前景。
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学习成果展示
展示学生在本课程中的学习成果， 如课程作业、小组项目等。
04
学习建议与展望
针对学生的学习情况，提出学习建 议，并展望未来的学习计划和目标。
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THANKS
感谢观看
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类
具有相同属性和行为的对象的 抽象，是创建对象的模板。
继承
子类自动共享父类之间数据和 方法的机制。
对象
现实世界中的实体，具有属性 和行为。
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封装
将数据和操作数据的函数绑定 在一起，形成“对象”。
多态
子类对象可以覆盖父类中的方 法以实现新的功能。
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类与对象定义及使用
01
02
03
04
定义类
使用class关键字定义类，包括 类名、属性、方法等。
创建对象
使用类名加上括号创建对象， 可以使用对象调用类中定义的
方法。
访问属性
使用对象名.属性名访问对象的 属性。
调用方法
使用对象名.方法名()调用对象 的方法。
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继承与多态性实现
继承实现
使用extends关键字实现继承，子 类可以继承父类的属性和方法。
Python环境搭建与运行 指导学生安装Python解释器、配置开发环境， 并编写运行简单的Python程序。
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数据类型与运算符
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Python基本数据类型
讲解Python中的数字、字符串、列表、元组、字典等基本数据类 型及其用法。
运算符与表达式
介绍Python中的算术运算符、比较运算符、逻辑运算符等，以及 运算符的优先级和结合性。
能够运用所学知识解决 实际问题，具备一定的 算法设计和程序编写能
力。
素质目标
培养学生的逻辑思维能 力、创新能力和团队合
作精神。
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课程要求
学生应具备一定的数学 基础和编程基础，能够 熟练使用至少一种编程
语言。
教学方法与评估方式
教学方法
采用讲授、案例分析、实践练习等多种教学方法相结合，注重理论与实践相结 合。
异常处理
演示如何在Python中使用 try-except语句进行异常 处理，包括捕获异常、自 定义异常等。
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函数与模块
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函数定义与调用
讲解如何定义函数、设置函数参数以及调用函数，包括位置参数、 默认参数、可变参数等。
局部变量与全局变量
介绍函数中的局部变量和全局变量的概念及其作用域规则。
线性表的应用举例
多项式相加、一元多项式求值等。
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树与二叉树
树的基本概念与性质 树的定义、基本术语、树的性质等。
二叉树及其性质 二叉树的定义、基本形态、性质等。
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二叉树的遍历与线索化
先序遍历、中序遍历、后序遍历以及 线索化二叉树。
树和森林的转换与应用
树转换为二叉树、森林转换为二叉树 等。
可以通过继承Exception类来自定义异常类，实现 特定业务逻辑下的异常处理。
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实际应用案例分析
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经典问题解决方案探讨
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排序问题
介绍冒泡排序、选择排序、插入排序等经典排序算法，并分析它 们的优缺点及适用场景。
搜索问题
探讨顺序搜索、二分搜索等搜索算法的原理及应用，比较它们的效 率。
顺序查找
从数组的一端开始，逐个 检查每个元素，直到找到 目标值。
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二分查找
针对有序数组，每次取中 间元素与目标值比较，根 据比较结果缩小查找范围。
哈希查找
通过哈希函数将目标值映 射为数组索引，实现快速 查找。
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图论算法
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深度优先搜索（DFS）
01
沿着某个分支一直往下搜索，直到达到叶子节点或无法继续搜
算法的空间复杂度分析
空间复杂度的概念、计算方法以及优化策略 等。
算法的稳定性与可靠性分析
算法的稳定性概念、评估方法以及提高稳定 性的策略等。
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算法设计与优化策略
贪心算法、动态规划、分治法等经典算法设 计思想及其优化策略。
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05
面向对象程序设计
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面向对象概念介绍
数据类型转换与输入输出
演示如何在Python中进行数据类型转换，以及使用input()和 print()函数进行输入输出操作。
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控制结构
条件语句
讲解if-else条件语句的用 法，包括单分支、双分支 和多分支结构，以及条件 表达式的使用。
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循环语句
介绍for循环和while循环 的用法，包括循环控制语 句break和continue的作 用。
最优解。
典型问题
背包问题、最长公共子序列、最 短编辑距离等。
实现方法
自顶向下（递归+记忆化）和自 底向上（迭代）两种方法。Leabharlann 2024/3/2711
03
程序设计语言基础
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Python语言概述
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Python的起源与发展 介绍Python的创始人、发展历程以及应用领域。
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Python的特点与优势 解释Python语言的简洁性、易读性、可扩展性 等特点，以及其在数据分析、人工智能等领域的 优势。
程序设计概念
算法与程序设计关系
算法是程序设计的基础，良好的算法 设计有助于提高程序的效率和可靠性。
程序设计是运用计算机语言编写程序， 实现特定功能或解决特定问题的过程。
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课程目标与要求
知识目标
掌握算法设计的基本方 法和常用算法，了解程 序设计的基本原理和技
巧。
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能力目标
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方法重写
子类可以重写父类中的方法以实现 新的功能。
多态实现
通过方法重写和对象的多态性实现 不同子类对同一方法的不同实现。
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异常处理机制
异常概念
程序在运行过程中出现的异常情况，如除数为零、 数组越界等。
异常处理
使用try-catch语句块捕获异常并处理，保证程序 的稳定运行。
自定义异常
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图及其应用
图的基本概念与性质
图的定义、基本术语、图的性质 等。
图的存储结构
邻接矩阵表示法、邻接表表示法 等。 2024/3/27
图的遍历与连通性
深度优先搜索遍历、广度优先搜 索遍历以及图的连通性判断。
图的应用举例
最小生成树、最短路径问题、拓 扑排序等。
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算法性能分析
算法的时间复杂度分析
时间复杂度的概念、计算方法以及优化策略 等。