第二章_算法和计算机程序基础

程序设计的四个基本步骤
（1）分析问题
首先根据问题的具体要求进行需求分析、对现有的信息加 以整理，然后在分析的基础上，将实际问题抽象化，建 立相应的数学模型并确定解决方案。
（2）设计算法
算法是研究如何写出符合计算机特点、能让计算机执行并 能为我们产生正确计算结果的解题步骤。每一个计算机 程序都是由相应的算法转化过来的。
符号
符号名称
含义
起止框
表示算法的开始和结束
输入输出框 输入输出操作
判断框
对框内的条件进行判断
处理框
对框内的内容进行处理
流程线 连接点
表示流程的方向
通常用于换页处，表示两个具有同一标记的“连接点” 应连接在一起
3．用N-S流程图表示算法（一般了解）
针对传统流程图存在的问题，1973年美国学者提出了一种 新型流程图：N-S流程图。其主要特点是完全取消了流程线， 不允许随意出现控制流，全部算法写作矩形框内，该矩形框以 3种基本结构（顺序、选择、循环）描述符号为基础复合而成。
2.1.2 程序设计的基本步骤
程序设计即编程，是让计算机为解题而执行某一种 程序设计语言编写的程序代码的过程。
为了使计算机能够理解人的意图，人类就必须为计 算机设计出计算机能够识别的解决某一问题的具体步骤， 送入计算机，命令计算机按照我们编写的解题步骤一步 一步去执行，为我们去解题。这种人和计算机之间交流 的过程就是程序设计，即编程，而所谓的程序代码就是 让计算机为我们解题而执行的操作步骤，即计算机程序。
对编写好的程序需进行验证、测试、调试与维护。若 发现问题即对程序进行修改，然后再运行和检验，直到得 出正确结果。
下面通过一个例子来说明程序设计的四个基本步骤
例2.1
【例2.1】编写一个程序，任意输入一个圆半径，求 出相应的圆面积。
一、首先分析问题确定解题方法与相应的公式 二、 确定算法
求传统流程图表示的求圆 面积的算法
操作码指出应该进行什么样的操作，操作 数指出参与操作数本身或它所在的地址。 例如：
此条指令的功能是：把15放入累加器A中。
由此可见，由于机器指令的功能很弱， 而且记忆困难。因此用机器语言编写的程序 十分繁琐，编程工作量大，可读性差，容易 出错。而且通用性也很差。由于每台计算机 的指令系统各不相同，在一台计算机上执行 的程序，不能在另一台计算机上执行，必须 另编程序，造成了重复工作。
顺序结构
选择结构
循环机构
4．伪代码描述算法（一般了解）
2.2.1 算法的表示
算法的表示方法很多，常见的有自然语言、传统流程 图、N-S图，伪代码等。
1．用自然语言表示算法 自然语言就是人们日常使用的语言。自然语言表示
的算法通俗易懂，但篇幅较长。所以除了很简单的问题， 一般不用自然语言表示算法，而使用流程图表示算法。
2．用流程图表示算法
流程图基本形状图
3. 高级语言
高级语言是为克服低级语言的缺点和不足而设 计的计算机语言，其优点是接近于人类熟悉的自 然语言和数学语言，更接近于要解决的问题的表 示方法，而且用高级语言编写的程序具有易懂、 易用、易维护、通用性好的特点。
高级语言是目前非常普及的计算机语言，目前 较为流行的高级语言有C语言、C++语言、 Visual C (简称VC) 、Visual Basic（简称VB） 和Java语言等。
2.1.1 程序设计语言
从计算机问世至今的60多年中，程序设计语 言与计算机共同诞生、共同发展，经历了从机器 语言、汇编语言到高级语言的发展历程。
1. 机器语言
机器语言是早期的计算机语言，也是计算机 唯一能够识别的计算机语言。机器语言是由“0” 和“1”组成的二进制代码所表示的一组指令的集 合。指令格式如下：
从键盘输入圆的面积R
计算圆面积为 3.14159 × R2
输出圆面积计算结果
用自然语言写出的求圆面积的 算法： 第一步：从键盘输入圆面积R； 第二步：计算圆面积，算式为
3.14159 × R2 第三步：输出圆面积计算结果。
四步骤
三、编写程序
【例2.1】算法的 c语言表示。
#include <stdio.h>
void main()
{
int R;
/*整变量定义源自文库/
float S;
/*整变量定义*/
scanf(“%d”,&R); /*从键盘输入圆半径值R存放在S变量中*/
S=3.14159 × R*R; /*圆面积值存放在S变量中*/
printf(“圆面积值是%0.1f”,S); /*在屏幕上输出圆面积值*/
大学计算机基础 I
第2章 算法与程序设计基础
2.1 程序设计概述
程序（program）是计算机可以执行的指令 或语句序列。它是用计算机解决现实生活中的 一个实际问题而编制的。设计、编制、调试程 序的过程称为程序设计。编写程序所用的语言 即为程序设计语言，它为程序设计提供了一定 的语法和语义，所编写出的程序必须严格遵守 它的语法规则，这样编写出来的程序才能被计 算机所接受、运行，并产生预期的结果。
2. 汇编语言
为了解决使用机器语言编写应用程序所带来的难 以理解和记忆等一系列问题，人们首先想到了使 用易于理解和记忆的名称和符号来表示机器指令， 从而形成了汇编语言。例如：
ADD a， b 此条语句的功能是：将a中的内容加上b中的内容。
汇编语言和机器语言都属于低级语言，其特点是 与特定的机器有关，工作效率高，但与人们思考 问题和描述问题的方法相距甚远，使用繁琐、费 时，易出差错。
}
注：变量是程序中数据存放场所，对应着一个内存单元。在程序 中的变量都要被赋予一个值，这个值是变化的。
四、运行程序
先从键盘输入一个圆半经并赋予变量R，再计算圆面积的值并赋 予变量S，最后在屏幕上显示圆面积的计算结果。
2.2 算法基础
计算机解决一个实际问题而采取的方法和步骤，称之 为“算法”。对于同一个问题，可能有不同的方法和步骤 ，即有不同的算法。
根据建立数学模型和确定的方案，详细规划解决问题的步 骤。若是简单问题，绘制流程图既可，如是比较复杂的 问题则采用伪代码或其他算法描述。(见2.2.2 算法的表 示)
例2.1
（3）编写程序
根据确定的算法，选用合适的程序设计语言，将算法按 所选语言的规则描述出来，即形成源程序。
（4）调试运行与维护程序