第6章 算法与程序设计

教案

讲稿

第六章算法与程序设计

[旧课复习]：

复习内容：

1.PowerPoint幻灯片的基本制作方法

2.PowerPoint 幻灯片的动画设计

复习目的：加强学生熟练掌握PowerPoint基本操作

复习时长：大约5分钟

[新课导入]：

导入方式：展示一个自制应用程序

导入目的：让学生初步了解程序设计的应用理念

导入时长：大约5分钟

[新课讲授]：

重点：掌握算法的基本特征；掌握结构化程序设计方法。

难点：掌握选择结构、循环结构的特点。

方法：运用多媒体辅助教学，采用案例教学和任务驱动等教学法。

6.1 计算机求解问题的方法

（1）界定问题。

（2）分析问题。

（3）建模。

（4）分析模型建立算法。

6.2 算法及算法的描述

6.2.1 算法的定义

算法（Algorithm）是指完成某一特定任务所需要的具体方法和步骤，是有穷规则的集合。

6.2.2 算法的基本特征

算法是程序设计的“灵魂”，算法+数据结构=程序。算法独立于任何具体的程序设计语言，一个算法可以用多种程序设计语言来实现。

算法具有以下基本特征。

（1）输入：一个算法有0个或多个输入，用以表征算法开始之前运算对象的初始情况。（2）输出：一个算法必须有一个或多个输出，输出是算法计算的结果，没有任何输出的程序是没有意义的。

（3）确定性：算法对每一步骤的描述必须确切而无歧义，以保证算法的实际执行结果精确地符合要求或期望。

（4）有穷性：算法必须在有穷步骤内完成任务，并且每一步骤都可以在有穷时间内完成。（5）可行性：算法中描述的操作都是可以通过已经实现的基本运算，执行有限次数来实现。

6.2.3 算法的评价

对于算法的评价有两个基本标准：时间复杂度和空间复杂度。

所谓时间复杂度，即执行这个算法需要多少时间。

所谓空间复杂度，即执行这个算法需要占用多少资源（可以理解为占用了多少计算机存储单元）。

6.2.4 算法的描述

计算机算法无非是将人脑抽象出的模型程序化，而求解问题的关键还是在于人类本身的思维。算法的描述是基于一种形式地表达

6.2.5 算法的表示

常用的描述工具有：流程图、N-S图、PAD图、伪码等。

1．流程图

流程图是算法表达最常用的一种方法。流程图是一种用程序框、流程线及文字说明来表示算法的图形。在程序框图中，一个或几个程序框的组合表示算法中的一个步骤，带有方向箭头的流程线将程序框连接起来，表示算法步骤的执行顺序。流程图中常用的元件

起止框表示一个算法的起始和结束，是任何流程图不可少的

输入、输出框表示一个算法输入和输出的信息，可用在算法中任何需要输入、输出的位置处理框赋值、计算。算法中处理数据需要的算式、公式等分别写在不同的用以处理数据的处理框内。

判断框判断某一条件是否成立，成立时在出口处标明“是”或“Y”；不成立时标明“否”或“N”

流程线连接程序框，带有控制方向

连接点连接程序框的两部分

2．伪代码

伪代码（pseudo code）也叫虚拟代码，是一种由自然语言和没有限定的多种编程语言元素混合而成的。介于自然语言和计算机语言之间。

6.3 程序设计语言及程序设计

6.3.1 程序设计语言

程序设计语言是指一组由关键字和语法规则构成的，并且可以被计算机所处理和执行的指令规则。其基本成分主要包括以下4种。

（1）数据成分。用以描述程序中所涉及的数据，如常量、变量、各种数据类型等。

（2）运算成分。用以描述程序中所包含的运算，包含运算符号和运算规则，有算术运算、逻辑运算、关系运算等。

（3）控制成分。用以描述程序中的控制构造，如顺序结构、选择结构和循环结构。

（4）传输成分。用以描述程序中数据的传输。

在程序设计语言的发展中，经历了如下几个阶段。

1．机器语言

机器语言是直接用二进制代码指令表达的计算机语言。。

2．汇编语言

汇编语言比机器语言直观，它的每一条符号指令与相应的机器指令有对应关系，同时又增加了一些宏、符号地址等功能。

机器语言和汇编语言同属于低级语言。

3．高级语言

高级语言提供给程序员的指令更像人类自然语言，它为计算机应用的普及起到了重要作用。例如，高级语言中的关键字Print或Write代表的命令，能够代替数行的汇编语言操作码或者冗长的机器语言的0、1指令序列。

用高级程序设计语言编程直观、方便，但计算机最终执行的还是二进制表示的机器指令，这中间需要编译程序或解释程序来做翻译工作。高级程序设计语言不再与具体的计算机硬件相对应，同一高级程序设计语言，只要给出不同的编译程序或解释程序，就可以用在不同类型的计算机上。这就是高级程序设计语言的通用性。高级语言又分为过程性语言、面向对象语言和专用语言。

（1）过程性语言

过程性编程语言适合于那些结构化设计的算法。用过程性语言编写的程序有一个起点和一个终点，程序从起点到终点执行的流程是直线型的。BASIC、COBOL、FORTRAN、C、Pascal 都属于过程性语言。

（2）面向对象语言

面向对象语言是建立在用对象编程方法的基础上的。程序被看成是正在进行通信的若干对

象的集合，程序设计就是定义对象、建立对象间的通信关系。面向对象的程序设计语言提供了类库，类库中定义了包括窗口类在内的各种各样的类供程序使用，从而使大型软件的开发变得容易。面向对象的程序设计语言有Visual Basic、C++、Java、Delphi等。（3）专用语言

专用语言是为特殊应用而设计的语言。通常有特殊的语法形式，面对特定的问题，输入结构及词汇表与该问题的范围密切相关。

专用语言针对特殊用途设计，一般应用面窄，翻译过程简便、高效，但与通用语言相比，可移植性和可维护性差。

4．第四代编程语言—4GL（Fourth-Generation Language）

使用广泛的第四代语言是数据库查询语言，它支持用户以复杂的方式操作数据库。流行的结构化查询语言（Structured Query Language，SQL）支持数据库的定义和操作，功能强大，简单易学。

6.3.2 程序设计过程

程序设计过程。

1．编写源程序

用合适的编辑软件进行相应语言源程序的书写。

2．编译/解释

编译就是用相应的编译器对源程序进行编译，产生计算机能够识别的目标文件。

3．链接

经过编译产生的目标文件与程序执行所需要的相关函数库。

4．发布

使其可以脱离编程环境独立运行。

6.4 程序设计方法

在此我们将以Visual Basic（简称VB）开发工具作为示范用例及平台。

VB 6.0又分三个不同版本：

（1）普及版（Learning）：适合初学者及教学使用。

（2）专业版（Professional）：适合专业程序开发人员使用。

（3）企业版（Enterprise）：适合企业用户开发大型客户服务器应用程序。

6.4.1 结构化程序设计方法

结构化程序设计的主要思想是采用自顶向下、逐步细化的程序设计

方法，同时严格使用3种基本控制结构来构造程序。3种基本控制结构

是指顺序结构、选择结构和循环结构。计算机科学家Bohm和Jacopini

证明了任何简单或复杂的算法都可以由这3种基本结构组合而成。

1．顺序结构图6-4 顺序结构