大一上学期第10章 程序设计基础

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3．排序算法 ． 所谓排序， 所谓排序，就是将一组数据元素按照某个关键字 递增或递减的次序排列起来。 递增或递减的次序排列起来。 （1）选择排序 ）选择排序(Selection Sort) 选择排序法的实现过程是： 选择排序法的实现过程是：首先找出表中关键字 最小的元素，将其与第一个元素进行交换，然后， 最小的元素，将其与第一个元素进行交换，然后， 再在其余元素中找出关键字最小的元素， 再在其余元素中找出关键字最小的元素，将其与 第二个元素进行交换。依次类推， 第二个元素进行交换。依次类推，直到将表中所 有关键字按由小到大的顺序排列好为止。 有关键字按由小到大的顺序排列好为止。
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10.2.3 算法的评价 1．算法评价标准 ． （1）正确性。 ）正确性。 （2）可读性。 ）可读性。 （3）通用性。 ）通用性。 （4）高效率。 ）高效率。 2. 算法效率的度量 （1）时间度量 ） （2）空间度量 ）
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10.2.4 算法的描述 1. 用传统的流程图描述算法 传统的流程图是用一些几何框图、 传统的流程图是用一些几何框图、 流程线和文字说明表示各种类型 的操作。一般用矩形框表示进行 的操作。 某种处理，有一个入口， 某种处理，有一个入口，一个出 用菱形框表示判断， 口。用菱形框表示判断，有一个 入口，两个出口。 入口，两个出口。在框内写上简 明的文字或符号表示具体的操作， 明的文字或符号表示具体的操作， 用带箭头的流向线表示操作的先 后顺序。 后顺序。
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2. 用结构化流程图描述算法 （1）程序的三种基本结构：顺序结 ）程序的三种基本结构： 选择结构和循环结构。 构、选择结构和循环结构。 （2）结构化流程图（N-S图） ）结构化流程图（ 图
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3．用伪代码描述算法 ． 计算2+4+… +100并输出，设计算法并用 并输出， 计算 并输出 Visual Basic伪代码描述如下： 伪代码描述如下： 伪代码描述如下 0→sum 1→i Do While i≤100 If i/2的余数为 THEN sum+i→sum 的余数为0 的余数为 i+1→i Loop Print sum
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10.3 程序设计语言
10.3.1 程序设计语言的分类
机 器 语 言 汇 编 语 言 高 级 语 言 面向对象 面向过程
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1．机器语言（Machine language） ．机器语言（ ） 机器语言：机器指令的总称。 机器语言：机器指令的总称。 特点：繁琐冗长、不直观、容易出错、 特点：繁琐冗长、不直观、容易出错、程序不通 用。 2．汇编语言（Assembly language） ．汇编语言（ ） 用助记符表示的机器指令。 用助记符表示的机器指令。 特点：直观性增强了，但与机器指令一一对应。 特点：直观性增强了，但与机器指令一一对应。 3．高级语言（ 3．高级语言（High level language） language） 高级语言： 高级语言：接近自然语言和数学表达式的一种语 言。 特点：直观、通用性，便于推广交流。 特点：直观、通用性，便于推广交流。 两种执行方式：编译方式和解释方式。 两种执行方式：编译方式和解释方式。
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（2）折半查找 ）
作为折半查找的表必须是顺序存储的有序表， 作为折半查找的表必须是顺序存储的有序表，即表采 用顺序结构存储，表中的元素按关键字值递增（或递减） 用顺序结构存储，表中的元素按关键字值递增（或递减） 排列。 排列。 假设表中的关键字值递增排列， 假设表中的关键字值递增排列，则折半查找的实现方 法是：首先取整个有序表的中间元素A 法是：首先取整个有序表的中间元素 m的关键字同给定 比较， 值x比较，若相等，则查找成功；否则，若Am的关键字小 比较 若相等，则查找成功；否则， 于x，则说明待查元素只可能落在表的后半部分中，接着 ，则说明待查元素只可能落在表的后半部分中， 只要在表的后半部分子表中查找即可； 只要在表的后半部分子表中查找即可；若 Am的关键字大 于x，则说明待查元素只可能落在表的前半部分中，接着 ，则说明待查元素只可能落在表的前半部分中， 只要在表的前半部分子表中查找即可。这样， 只要在表的前半部分子表中查找即可。这样，经过一次关 键字的比较，就缩小一半的查找空间，重复进行下去， 键字的比较，就缩小一半的查找空间，重复进行下去，直 到找到关键字为x的元素 或者表中没有待查元素（ 的元素， 到找到关键字为 的元素，或者表中没有待查元素（此时 查找区间为空）为止。 查找区间为空）为止。
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2．网络编程语言 ． （1）Java语言 ） 语言 （2）脚本语言（Scripting Language）： ）脚本语言（ ）： JavaScript、VBScript、Perl、PHP。 、 、 、 。 3．科学计算语言：MATLAB ．科学计算语言： 讨论： 讨论： 如何学习一种高级语言？如何选择高级语言？ 如何学习一种高级语言？如何选择高级语言？
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10.2.5 算法示例
1．迭代算法 ． 迭代是一种建立在循环基础上的算法。在数学中， 迭代是一种建立在循环基础上的算法。在数学中， 迭代经常被用来进行数值计算，例如求方程的解， 迭代经常被用来进行数值计算，例如求方程的解， 不断用变量原来的值递推求新的值的过程。 不断用变量原来的值递推求新的值的过程。 讨论求若干个数之和或乘积的问题。 讨论求若干个数之和或乘积的问题。
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高级语言程序的编译执行过程： 高级语言程序的编译执行过程：
编译程序工作过程: 编译程序工作过程
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10.3.2 高级语言的基本特征 1．数据类型 ． 各种高级语言都提供了丰富的数据类型， 各种高级语言都提供了丰富的数据类型，这些数据 类型可以分为两大类：简单类型和构造类型。 类型可以分为两大类：简单类型和构造类型。其中 简单类型一般有整型、实型、字符型、逻辑型、 简单类型一般有整型、实型、字符型、逻辑型、指 针类型等，构造类型有数组类型、集合类型、 针类型等，构造类型有数组类型、集合类型、记录 类型、文件类型等。 类型、文件类型等。
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10.2.2 算法的特性 (1) 有穷性。算法中执行的步骤总是有限次数的，不 有穷性。算法中执行的步骤总是有限次数的， 能无止境地执行下去。 能无止境地执行下去。 (2) 确定性。算法中的每一步操作必须具有确切的含 确定性。 不能有二义性。 义，不能有二义性。 (3) 有效性。算法中的每一步操作必须是可执行的。 有效性。算法中的每一步操作必须是可执行的。 (4) 要有数据输入。算法中操作的对象是数据，因此 要有数据输入。算法中操作的对象是数据， 应提供有关数据。 应提供有关数据。 (5) 要有结果输出。 要有结果输出。
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2．穷举算法 ． 穷举法也叫枚举法， 穷举法也叫枚举法，它的基本思路是对众多可能 按某种பைடு நூலகம்序进行逐一枚举和检验， 解，按某种顺序进行逐一枚举和检验，并从中找 出那些符合要求的可能解，作为问题的解。 出那些符合要求的可能解，作为问题的解。穷举 的计算量是相当大的，但对于计算机来说， 的计算量是相当大的，但对于计算机来说，做起 来很容易。穷举算法是一种重要的算法设计策略， 来很容易。穷举算法是一种重要的算法设计策略， 可以说是计算机解题的一大特点。 可以说是计算机解题的一大特点。 求方程x+2y+5z=100的整数解。 的整数解。 求方程 的整数解
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2．运算与表达式 ． （1）常量 ） （2）变量 ） （3）表达式 ） 3．语句 ． （1）赋值语句 ） （2）输入输出语句 ） （3）程序的控制结构语句 ） 4．子程序、函数与过程 ．子程序、
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10.3.3 常用高级语言 1. 传统高级语言 语言： （1）FORTRAN语言：FORTRAN 66、 ） 语言 、 FORTRAN 77、FORTRAN 90。 、 。 语言： （2）BASIC语言：BASIC、Visual Basic、Visual ） 语言 、 、 Basic .NET。 。 （3）PASCAL语言 ） 语言 语言： 、 （4）C语言：C、C++、C＃。 ） 语言 、 ＃。 （5）COBOL语言 ） 语言
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程序设计的基本步骤： 程序设计的基本步骤： (1)分析问题，确定数学模型或方法。 分析问题， 分析问题 确定数学模型或方法。 (2)设计算法，画出流程图。 设计算法， 设计算法 画出流程图。 (3)选择编程工具，按算法编写程序。 选择编程工具， 选择编程工具 按算法编写程序。 (4)调试程序，分析输出结果。 调试程序， 调试程序 分析输出结果。
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10.2.5 算法示例 1．迭代算法 ． 迭代是一种建立在循环基础上的算法。在数学中， 迭代是一种建立在循环基础上的算法。在数学中， 迭代经常被用来进行数值计算，例如求方程的解， 迭代经常被用来进行数值计算，例如求方程的解， 不断用变量原来的值递推求新的值的过程。 不断用变量原来的值递推求新的值的过程。 讨论求若干个数之和或乘积的问题。 讨论求若干个数之和或乘积的问题。
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（2）冒泡排序 ）冒泡排序(Bubble Sort) 冒泡法排序法是每趟将相邻的两个数两两进行比 若满足升序次序，则进行下一次比较， 较，若满足升序次序，则进行下一次比较，若不 满足升序次序，则交换这两个数，直到最后。 满足升序次序，则交换这两个数，直到最后。总 的比较次数为n-1次 此时最后的元素为最大数， 的比较次数为 次，此时最后的元素为最大数， 此为一趟排序。接着进行第二趟排序，方法同前， 此为一趟排序。接着进行第二趟排序，方法同前， 只是这次最后一个元素不再参与比较， 只是这次最后一个元素不再参与比较，比较次数 为n-2次，依次类推。 次 依次类推。
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4．查找算法 ． 查找是根据给定的某个值， 查找是根据给定的某个值，在查找表中确定一个 其关键字等于给定值的数据元素， 其关键字等于给定值的数据元素，若表中存在这 样的数据元素，称此查找是成功的。 样的数据元素，称此查找是成功的。若表中不存 在关键字等于给定值的数据元素， 在关键字等于给定值的数据元素，称此查找是不 成功的。 成功的。 （1）顺序查找 ） 顺序查找是最常用的查找方法，其查找过程为： 顺序查找是最常用的查找方法，其查找过程为： 从第一个元素起， 从第一个元素起，逐个将给定值与数据元素的关 键字进行比较， 键字进行比较，若某个元素的关键字与给定值相 则认为查找是成功的，否则，查找失败。 等，则认为查找是成功的，否则，查找失败。
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10.4 程序设计方法
10.4.1 结构化程序设计 结构化程序设计采用自顶向下、 结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精和模块 化的分析方法， 化的分析方法，从而有效地将一个较复杂的程序 系统设计任务分解成许多易于控制和处理的子程 便于开发和维护。 序，便于开发和维护。
第10章 程序设计基础 章
10.1 10.2 10.3 10.4 程序设计的概念 算法 程序设计语言 程序设计方法
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10.1 程序设计的概念
程序：是解题方法和步骤的描述， 程序：是解题方法和步骤的描述，是供计算机执行 并能完成特定功能的指令序列。 并能完成特定功能的指令序列。 程序的核心：数据结构和算法。 程序的核心：数据结构和算法。 程序设计（ ）：先对问题进行分析并 程序设计（Programming）：先对问题进行分析并 ）： 建立数学模型，然后考虑数据的组织方式和算法， 建立数学模型，然后考虑数据的组织方式和算法， 并用某一种程序设计语言编写程序，最后调试程序， 并用某一种程序设计语言编写程序，最后调试程序， 使之运行后能产生预期的结果。 使之运行后能产生预期的结果。
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10.2 算 法
10.2.1 算法的概念 计算机解决问题的方法和步骤， 计算机解决问题的方法和步骤，就是计算机解题 的算法(Algorithm)。 的算法 。 算法举例： 算法举例： （1） 将两个变量的值互换 。 ） （2）欧几里德（Euclid）算法求两个正整数 和 ）欧几里德（ ）算法求两个正整数m和 n的最大公约数。 的最大公约数。 的最大公约数 枚铜币， （3）非数值计算算法：有9枚铜币，其中有 枚略 ）非数值计算算法： 枚铜币 其中有1枚略 轻的是假币， 轻的是假币，用一台没有砝码的天平将假币找出 来，应怎样找称 。