《大基》第4章-算法与程序设计基础
大学计算机科学导论：算法与程序设计基础
大学计算机科学导论：算法与程序设计基础1. 概述本文将介绍大学计算机科学导论中的重要内容，主要聚焦于算法与程序设计基础。
我们将探讨什么是算法以及为什么它对计算机科学至关重要，同时还将涵盖程序设计的基础知识和技巧。
2. 算法的概念和意义2.1 什么是算法？算法是一系列解决问题或完成任务的有序步骤。
它们在计算机科学领域起着至关重要的作用，可以用来解决各种实际问题。
我们将详细介绍算法的特征和常见的描述方法。
2.2 算法复杂度分析除了了解如何设计和描述算法，我们还需要了解如何评估它们的效率。
这一部分将介绍如何进行时间复杂度和空间复杂度分析，帮助我们选择最优的算法。
2.3 常见的经典算法在计算机科学中，有许多经典的算法被广泛应用于实际问题中。
我们将介绍一些常见的排序、搜索、图论等经典算法，并为每个算法提供示例代码和解析。
3. 程序设计基础3.1 编程语言学习算法和程序设计基础的关键是掌握一门编程语言。
我们将介绍几种常见的编程语言，如C、Python、Java，并对其特性及适用场景进行比较。
3.2 数据结构数据结构在程序设计中起着核心作用，它们是组织和存储数据的方式。
本节将介绍常见的数据结构，如数组、链表、栈、队列等，并探讨它们的应用场景和操作。
3.3 基本算法思想掌握各种算法思想对于问题求解至关重要。
我们将介绍分治法、贪心法、动态规划等常见的算法思想，并提供相应的例子展示如何应用这些思想解决实际问题。
4. 实践与应用4.1 算法与程序设计项目实战理论知识只有经过实践才能更好地掌握。
我们将鼓励学生参与算法与程序设计相关的项目实战，通过实际编写代码来巩固所学知识，并学习如何协作和解决实际问题。
4.2 实际应用场景本节将介绍算法与程序设计在现实生活中的应用场景，如图像处理、网络安全、人工智能等。
学生将了解到自己学习所掌握的知识在实际领域中的具体应用。
5. 结语大学计算机科学导论中的算法与程序设计基础是计算机科学领域的核心内容之一，掌握这些知识对于日后深入研究和从事相关行业至关重要。
2024年算法与程序设计课件
算法与程序设计课件引言算法与程序设计是计算机科学领域的核心知识，是解决实际问题的基本方法。
本课件旨在介绍算法与程序设计的基本概念、原理和方法，帮助读者掌握程序设计的基本技能，培养良好的编程习惯，提高解决实际问题的能力。
第一章：算法基础1.1算法的概念算法是一系列解决问题的步骤，是计算机程序设计的基础。
一个有效的算法应具备可行性、确定性、有穷性和至少一个输出。
1.2算法的表示算法可以通过自然语言、伪代码、流程图等多种方式表示。
其中，伪代码是一种介于自然语言和程序设计语言之间的表示方法，简洁明了，易于理解。
1.3算法分析算法分析主要包括时间复杂度和空间复杂度两个方面。
时间复杂度是指算法执行所需时间的量度，空间复杂度是指算法执行过程中所需存储空间的量度。
第二章：程序设计基础2.1程序设计语言程序设计语言是人与计算机之间进行信息交流的工具。
常见的程序设计语言有C、C++、Java、等。
2.2数据类型与变量数据类型是程序设计中对数据的一种抽象，规定了数据的存储方式和操作方法。
变量是存储数据的基本单元，用于表示程序中的数据。
2.3控制结构控制结构是程序设计中的基本语法，用于实现程序的流程控制。
常见的控制结构有顺序结构、分支结构和循环结构。
第三章：面向对象程序设计3.1类与对象类是对具有相同属性和方法的一组对象的抽象，对象是类的具体实例。
面向对象程序设计以类和对象为基本单元，实现程序的功能。
3.2继承与多态继承是面向对象程序设计中的一个重要概念，用于实现代码的复用。
多态是指同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释和行为。
3.3接口与实现接口是定义一组操作的规范，实现是对接口的具体实现。
面向对象程序设计通过接口与实现的分离，提高程序的可维护性和可扩展性。
第四章：算法设计与分析4.1算法设计方法常见的算法设计方法有贪心算法、分治算法、动态规划算法、回溯算法等。
这些方法为解决实际问题提供了有效的思路和策略。
4.2算法分析技巧算法分析技巧包括递推法、递归法、迭代法等。
第4 章 程序设计(7年制)
4．2．2注释语句和续行语句
4．2. 2. 1注释语句
注释语句用来给程序加注释，以提高程序的可读性。有
以下两种注释语句
注释整行
格式： 行末注释 格式： <执行语句> && <注释内容> * <注释内容> <注释内容> 或 NOTE
4 ．2 ．2 ．2
续行标志
续行标志“；”，表示本语句尚未结束。
4.2.2.3
判断框： 连接框： 流程线：
一个简单程序实例
SET TALK OFF CLEAR USE STUDENT DO WHILE !EOF( ) IF 总成绩 > 360 ? 学号, 姓名, 总成绩 ENDIF SKIP ENDDO CLOSE ALL RETURN
初始化 打开表
不是表末 Y
N
总成绩 > 360
输入命令
键盘输入命令 (ACCEPT)
格式： ACCEPT
[<提示信息>] TO <内存变量>
功能：从键盘接收字符型数据存入内存变量中。
说明：
(1)<提示信息>表示命令执行时显示的内容。<提示信
息>为字符常量、字符变量或字符表达式。
(2)<内存变量>表示存储字符数据的字符变量或数值元
素。
(3)输入的数据作为字符型数据处理，不需要定界符括 起来。若使用定界符，则定界符成为输入字符的一 部分，并以回车结束输入。
[TIMEOUT <等待秒数>]
功能: 显示提示并暂停程序运行，按任意键或单击鼠标后程 序才继续执行。
说明：
(1)<提示信息>表示要显示提示的内容，省略提示信息，系统给
算法与程序设计基础
算法与程序设计基础算法和程序设计是计算机科学中至关重要的两个概念。
算法是解决问题的具体步骤和方法的描述，而程序设计则是将算法具体实现为计算机可执行的代码。
本文将介绍算法和程序设计的基础知识，并探讨它们在计算机科学领域的重要性和应用。
一、算法的概念与特点算法是解决问题的方法和步骤的描述，它可以用自然语言、流程图或伪代码来表示。
一个好的算法应具备以下特点：1. 清晰和准确：算法应该能够清晰地描述问题的解决步骤，每个步骤都应该准确无误。
2. 有穷性：算法应该在有限步骤内结束。
如果算法一直运行下去而无法结束，那么它就是一个无穷算法，往往是不可接受的。
3. 确定性：算法的每个步骤都应该明确指定，不产生二义性。
4. 可行性：算法中的每个操作都应该是可行的，即可以通过计算机的基本操作完成。
二、常见的算法设计方法1. 递归算法：递归是一种使用函数自身来解决问题的方法。
递归算法通常用于解决可以分解成较小子问题的问题，它具有简洁、优雅的特点。
2. 贪心算法：贪心算法是一种通过每一步的最优选择来达到整体最优解的方法。
贪心算法在某些情况下能够有效地解决问题，但它不保证能够得到全局最优解。
3. 动态规划算法：动态规划算法通常用于求解具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。
它通过将问题分解成多个子问题，并保存子问题的解以避免重复计算。
4. 回溯算法：回溯算法通常用于在一个问题的所有解空间中搜索特定的解。
它通过不断试探和回退来寻找问题的解。
三、程序设计基础程序设计是将算法具体实现为计算机可执行的代码。
程序设计语言是指定计算机操作的一组规则和结构。
1. 编程范式：编程范式是一种编程风格和方法的组合。
常见的编程范式包括面向过程编程、面向对象编程和函数式编程等。
2. 数据结构：数据结构是组织和存储数据的方式。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树和图等。
3. 程序控制结构：程序控制结构是指控制程序执行流程的结构。
常见的程序控制结构包括顺序结构、选择结构和循环结构等。
《大学计算机基础》第4章编程基础-精选文档
某种脚本语言的解释程序 安装WSH时已自动安装JavaScript和VBScrip
这两种脚本引擎 WSH可以执行以文本文件格式独立存在的
Windows脚本，如.js、.vbs、.wsf、.wsh
19
二、JavaScript语言及其环境（续）
编写JavaScript脚本程序
使用纯文本编辑器（如：记事本程序） 将程序代码保存为.js文件 例：
21
二、JavaScript语言及其环境（续）
脚本的执行方式
显式启动WSH执行脚本
➢ 启动窗口式WSH（WScript） wscript E:\Scripts\S0404.js
➢ 启动命令式WSH（CScript） cscript E:\Scripts\S0404.js
隐式启动WSH执行脚本
➢ 鼠标双击脚本文件 ➢ 通过Windows“开始”菜单的“运行”命令 ➢ 在命令提示符中键入脚本文件的完整路径名
22
二、JavaScript语言及其环境（续）
使用Windows 脚本帮助
“Microsoft Windows 脚本技术” 文档（CHM 格式）
微软的脚本中心站点 microsoft/china/technet/community/scriptcent er/default.mspx
运算符的结合性
在运算符优先级相同的情况下，由结合性决定 运算顺序
左结合
➢ 左边的运算符优先计算 ➢ 例：100-20+5
右结合
➢ 右边的运算符优先计算 ➢ 例：x=y=123
41
三、JavaScript编程基础（续）
表达式计算中的类型转换
JavaScript会根据运算符的特性和操作数的类 型进行隐式类型转换
最新计算机程序设计基础 第四章 算 法
证明算法正确
测试算法
西安电子科技大学
27
素性判定函数家庭基本版
BOOL IsPrime( unsigned int n ) {
unsigned int i = 2; while( i <= (unsigned int)sqrt(n) ){
常用流程图的框图与符号
准备 数据输入输出
终止 条件判断
处理 n
连接符
预定义处理 流程线
西安电子科技大学
22
幻方流程图
开始
在首行中间一格书写1
右肩格已
是
超出范围
否
在右肩格书写下一数
将下一数写在右肩格对应格中
否 已书写三个数 是
将下一数书写在该格下方，并重新开始计数
否 已书写所有数 是 结束
西安电子科技大学
23
查单词流程图
开始 单词、词典输入
1 获得本页首词
翻开词典任意一页
是 向后翻开词典任意一页
所查词在该 页首词前
否
所查词在该 页尾词后
否 1
是 向前翻开词典任意一页
是
该词是否为所查
已查到该单词
否 获得本页下一单词
否
本页所有词 已比较完毕
是 未查到该单词
结束
西安电子科技大学
24
4.3 算法设计与实现
unsinigtn(leodnign,tsih=or2t;) char double float 定义类wh型ile：( i < n ){
enumif( BnO%Oi =L={0F)ALreStEur,nTFRAULSEE};; 定义布尔i+类+;型定义变量：
算法与程序设计基础
算法与程序设计基础什么是算法？在计算机科学中，算法指的是一系列解决问题的步骤和规则，用于获取一个或多个输入，经过计算和处理后得到一个输出。
算法通常用于解决各种问题，排序、搜索、图像处理等。
算法设计的基本原则在设计算法时，需要考虑以下几个基本原则：1. 正确性算法必须能够产生正确的结果，即在所有可能的输入情况下都能得到正确的输出。
2. 可读性算法的代码应该易于阅读和理解，这样其他人可以更容易地理解和维护。
3. 高效性算法应该能够在合理的时间内完成计算任务，使用较少的计算资源。
4. 可扩展性算法应该能够适应不同规模的问题，并且在规模增加时不会导致性能下降。
5. 适应性算法应该能够适应不同的数据情况，包括不同的数据类型和数据规模。
常见的算法分类1. 排序算法排序算法用于将一组数据按照特定的顺序排列，常见的排序算法有冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序等。
2. 搜索算法搜索算法用于在一组数据中查找特定的元素或值，常见的搜索算法有线性搜索、二分搜索、哈希表等。
3. 图算法图算法用于处理图数据结构，包括图的搜索、最短路径、最小树等。
4. 动态规划算法动态规划算法用于解决具有重叠子问题和最优子结构性质的问题，常见的应用有背包问题、最长公共子序列等。
5. 贪心算法贪心算法通过选择当前最优策略来构建最终的解决方案，常见的应用有霍夫曼编码、最小树等。
程序设计基础1. 数据类型程序设计中的数据类型指的是一组值的集合和一组对这些值的操作。
常见的数据类型包括整数、浮点数、字符串、数组、结构体、指针等。
2. 控制结构程序设计中的控制结构用于控制程序的执行流程，主要有顺序结构、分支结构和循环结构。
3. 函数和模块函数用于封装一段独立的代码，并可以重复使用。
模块是一组相关功能的集合，可以以库的形式供其他程序使用。
4. 输入和输出程序设计中的输入和输出指的是程序与外部环境的交互方式，包括从键盘读取输入、向屏幕输出结果等。
算法和程序设计基础是计算机科学中最基本和重要的概念之一。
《算法与程序设计之》课件
调试技巧
使用调试工具、设置断点、单 步执行等技巧来定位和解决错
误。
程序设计的最佳实践
代码规范
遵循统一的代码规范，提高代 码可读性和可维护性。
模块化设计
将程序划分为独立的模块，降 低代码耦合度，提高可扩展性 。
异常处理
合理处理异常情况，避免程序 崩溃或产生不可预期的结果。
注释与文档
为代码添加注释和文档，方便 他人理解代码和维护。
THANKS
感谢观看
快速排序
也是一种使用分治法的排序算法。通 过选择一个基准元素，并将数组分为 两部分，一部分小于基准元素，另一 部分大于基准元素，然后对这两部分 递归地进行快速排序。
CHAPTER
05
程序设计实践
程序设计的实际应用
数据分析
利用程序设计对大量数 据进行处理、分析和可 视化，为决策提供支持
。
网站开发
网站的前端和后端功能 实现，包括用户界面设
《算法与程序设计之》 ppt课件
CONTENTS
目录
• 算法基础 • 程序设计基础 • 数据结构 • 算法实现 • 程序设计实践
CHAPTER
01
算法基础
算法的定义与特性
总结词：描述算法的基本概念和特性 详细描述
算法是一组明确的、可重复的指令集合，用于解决特定问题或完成特定任务。
算法的定义与特性
哈希查找
通过哈希函数将关键字直接转换成要 访问的地址进行查找的方法。
分治算法的实现
归并排序
采用分治法的典型应用，将大问题分 解为小问题，然后递归解决这些小问 题，最后将小问题的解决方案合并以 解决原始的大问题。
二分搜索
也称折半搜索，是一种在有序数组中 查找某一特定元素的搜索算法。搜索 过程从数组的中间元素开始，如果中 间元素正好是目标值，则搜索过程结 束；如果目标值大于或小于中间元素 ，则在数组大于或小于中间元素的那 一半中查找，而且同样从中间元素开 始比较。如果在某一步骤数组为空， 则代表找不到目标值。
算法与程序设计知识点
算法与程序设计知识点1.数据结构1.1 数组数组是一种线性数据结构，用于存储固定大小的相同类型的数据元素。
1.2 链表链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
1.3 栈栈是一种先进后出（LIFO）的数据结构，只能在栈顶进行插入和删除操作。
1.4 队列队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，只能在队首进行删除操作，在队尾进行插入操作。
1.5 树树是一种非线性的数据结构，由一组以层次关系存储的节点组成。
1.6 图图是一种非线性的数据结构，由一组节点和边组成，用于表示事物之间的关系。
2.排序算法2.1 冒泡排序冒泡排序是一种简单的排序算法，重复地比较相邻的两个元素，若顺序错误则交换位置。
2.2 插入排序插入排序是一种简单直观的排序算法，将未排序序列中的元素依次插入到已排序序列的适当位置。
2.3 选择排序选择排序是一种简单的排序算法，每次从未排序序列中选择最小（或最大）的元素放到已排序序列的末尾。
2.4 快速排序快速排序是一种常用的排序算法，通过递归地分解问题，然后组合结果得到有序序列。
2.5 归并排序归并排序是一种分治法排序算法，将序列分成两个子序列，分别排序，然后再合并结果。
3.编程基础3.1 变量和表达式变量是用于存储数据的占位符，表达式是由操作符和操作数组成的计算式。
3.2 控制结构控制结构用于控制程序的执行流程，包括条件语句（if-else）、循环语句（for、while）、跳转语句（break、continue）等。
3.3 函数和过程函数是一段封装了特定功能的代码，过程是一段没有返回值的函数。
3.4 异常处理异常处理用于捕获和处理程序中出现的异常情况，以保证程序的正常执行。
4.算法设计4.1 递归和迭代递归是一种通过调用自身解决问题的方法，迭代是通过循环解决问题。
4.2 动态规划动态规划是一种通过将问题分解为子问题的方法来解决复杂问题。
4.3 贪心算法贪心算法是一种通过每一步选择最优解来求解整体最优解的方法。
算法与程序设计基础
算法与程序设计基础算法与程序设计基础算法的定义与特性算法是指解决特定问题的一系列有序步骤的描述。
一个算法应该具备以下几个特性：1. 确定性：算法中的每一步都应该是明确的，不会存在二义性。
这保证了算法的执行结果是可预测的。
2. 有穷性：算法必须在有限的步骤内结束，不能出现无限循环的情况，否则无法获得结果。
3. 输入：算法接受一些输入，这些输入是问题相关的数据。
4. 输出：算法应该产生一个明确的输出，与输入相关。
程序设计基础程序设计是指根据特定问题的需求，使用算法设计一个解决方案的过程。
编程语言的选择在程序设计中，必须选择一门适合的编程语言。
常用的编程语言有C、C++、Java、等。
每种编程语言都有其优势和特点，可以根据实际需求选择合适的语言。
基本数据类型与变量在程序设计中，需要使用数据来存储和处理信息。
不同编程语言支持不同的基本数据类型，如整数、浮点数、布尔值等。
变量是存储数据的一种方式，可以根据需要进行定义和赋值。
控制结构控制结构用于控制程序的执行流程，包括顺序结构、条件结构和循环结构。
1. 顺序结构：程序按照代码的顺序逐行执行。
2. 条件结构：根据条件的真假来执行不同的代码块。
3. 循环结构：根据循环条件来重复执行一段代码。
函数和模块化设计函数是一个独立的代码块，用于完成特定功能。
使用函数可以提高代码的可读性和重用性。
模块化设计是将程序分成多个功能模块，每个模块负责完成一个特定的功能。
数据结构与算法数据结构用于存储和组织数据，常见的数据结构有数组、链表、栈、队列、树、图等。
算法是对特定问题的解决步骤的描述。
选择合适的数据结构和算法非常重要，可以提高程序的效率和性能。
算法和程序设计是计算机科学的基础。
了解算法和程序设计的基本概念和原理，对于提高解决问题的能力和编程技巧都有很大帮助。
在实际应用中，应根据实际需求选择合适的算法和编程语言，以达到最佳的效果。
第04章的习题参考答案
2）穿好衣服、裤子及鞋子等；
3）下床；
4）洗漱（包括洗脸、刷牙等）；
5）吃早餐（包括饭后洗碗等工作）；
6）上课学习；
7）吃午餐；
8）午休；
程序结构应当怎样修改才能适应？
（2）又假定搬砖人的类别数也在变化时又如何处理？
（3）假定每人每次搬砖数已知，能否告知所需的最少人数及每类人的搬砖数？
（4）假定每个人每次允许搬砖的块数可以少于规定数，如何搬才能最省时间？
解：（1）有nMale个人和num块砖，在男、女和孩子每次搬砖的块数未知或可变的情
6）fac=1，然后转7）；
7）输出n!的值（n非法时写‘非法’）
4-13 对例4-15，请绘制算法的PAD流程图和传统流程图。
PAD流程图：
传统流程图：
4-14 例4-15只解决了36个人搬36块砖的情形。请思考这样一些问题：
（1）假定nMale个人和num块砖，男、女和孩子每次搬砖的块数未知或可变，算法或
if(fa<fb) //如果fa<fb，将fb的值赋给中间变量temp，即temp=fb;
temp=fb;
else //否则，将fa的值赋给temp，即temp=fa;
temp=fa;
if(temp>fc) //如果中间变量temp>fc，则将temp的值赋给max，即max=temp;
4-6 试述算法的组成要素、算法的基本性质。
解：算法的实质是对问题求解方法和过程的描述，它由解决问题的基本操作及控制操作
过程次序的控制结构组成。其中基本操作包括算术、关系、逻辑等基本运算和输入输出以及
函数、位操作、文件操作等；控制结构主要是顺序、选择和循环三种基本的控制结构。
算法与程序设计基础
高阶函数定义和使用方法
高阶函数定义
高阶函数是接受一个或多个函数作为参数，并/或返回一个函数的函 数。
作为参数传递
可以将函数作为参数传递给其他函数，实现更加灵活和可复用的代码。
作为返回值返回
函数可以返回另一个函数作为结果，这样可以实现更加复杂的逻辑和 动态行为。
闭包
高阶函数常常与闭包一起使用，闭包可以捕获其外部作用域的变量， 从而实现更加灵活的数据共享和状态管理。
06
异常处理机制与调试技巧
异常处理机制原理及作用
异常处理机制原理
当程序运行过程中遇到错误或异常情况时，异常处理机制 会自动捕获异常并抛出，同时提供相应的异常信息，以便 程序员进行问题定位和修复。
便于问题定位
异常信息通常包含错误发生的具体位置和相关数据，有助 于程序员快速定位问题。
提高程序稳定性
通过捕获和处理异常，避免程序因错误而崩溃或产生不可 预测的行为。
05
函数式编程与高阶函数应用
函数式编程思想介绍
函数是一等公民
在函数式编程中，函数可以作为参数传递，可以作为返回 值返回，也可以赋值给变量。
01
无副作用
函数式编程强调函数的纯净性，即相同 的输入总是产生相同的输出，不会改变 外部状态或产生副作用。
02
03
不变性
在函数式编程中，数据通常是不可变 的，这有助于提高代码的可读性和可 维护性。
设计阶段
制定软件架构和设计 方案，包括数据结构、 算法和界面设计等。
编码实现
根据设计方案，使用 合适的编程语言和工 具进行编码实现。
测试与调试
对软件进行单元测试、 集成测试和系统测试， 确保软件质量和稳定 性。
维护与升级
算法与程序设计基础
算法与程序设计基础算法与程序设计基础是计算机科学和软件开发中的核心概念。
它们为解决问题和开发高效的软件提供了基础。
本文将介绍算法和程序设计的基本原则、常用的算法设计技巧以及程序设计语言的选择。
一、算法的基本原则算法是一系列解决问题的清晰指令。
它的设计应遵循以下原则：1. 明确目标：算法设计的第一步是明确解决的问题和期望的结果。
这需要分析问题的要求和约束。
例如，如果要找到一组数据中的最大值，算法的目标是找到最大的数值。
2. 结构化设计：好的算法设计应具有良好的结构。
这可以通过使用控制结构（如顺序、选择和循环）以及模块化和重用来实现。
代码的结构化设计使得算法更易于理解和维护。
3. 可读性：算法的可读性是指它的指令是否容易理解。
清晰的变量命名、注释和良好的代码风格有助于提高算法的可读性。
4. 效率：算法的效率是指它解决问题所需的时间和空间。
通过分析算法的时间和空间复杂度，可以评估其效率。
优化算法以提高效率是程序员的重要任务。
二、算法设计技巧1. 分而治之：分而治之是一种将大问题分解为更小且易于解决的子问题的技巧。
通过解决子问题，最终解决整个问题。
这种技巧在处理排序、搜索和图问题等方面特别有效。
2. 贪婪算法：贪婪算法是一种每次选择当前最好的解决方案的技术。
这种算法通常快速且易于实现，但不能保证获得最优解。
贪婪算法适用于一些优化问题，如最小生成树和背包问题。
3. 动态规划：动态规划是一种通过将问题分解为重叠子问题的集合来解决问题的方法，并使用最优子结构性质。
动态规划可用于解决一些最优化问题，如最长公共子序列和最短路径问题。
三、程序设计语言选择根据问题的要求和开发环境，可以选择合适的程序设计语言。
常见的编程语言包括C++、Java、Python和JavaScript等。
1. C++：C++是一种通用的高级编程语言，可用于开发各种类型的软件。
它具有强大的性能和广泛的库支持，适合开发系统级软件和性能敏感的应用程序。
《大基》第0章-课程总体要求
各班《大基》排课类别
1-9
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各班《大基》排课类别
1-10
Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
各班《大基》排课类别
1-11
Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
1-12 Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
网上教学资源
1-13
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课程教材
《大学计算机基础与计算思维》，计算机与信息学 院 课程组 编写，2012.10 定价15.00元，300页。请各位任课老师上课时让 班干部收取书费，以班为单位统一到信息楼320 办公室找杨老师和秦老师购买。 请任课教师传达：
教学反馈
各位老师有什么好的建议意见和建议：
在教学中体会到得心得经验 学生的意见 对教材的意见 对实验的意见 对考核的意见
请发送至寇卫利老师的邮箱，谢谢大家！
1-18 Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
课程目标大学第一门计算机课程理解通过计算机进行计算和解决问题的原理掌握计算机研究和开发的必备能力理解计算原理的方法学了解计算机原理的知识
大学计算机基础与计算思维
课程总体安排
计算机与信息学院 西南林业大学 2012-2013学年
计算机与信息学院
学时分配
理论（24学时） 教材：《大学计算机基础与计算思维》讲义 实验（24学时） 教材：实验指导书 课外 上机考试系统（每周一～五晚6点到10点D136机房 向新生免费开放进行考试系统练习）
《算法设计基础》课件
一个算法必须具有确定性、有限 性、能行性和有输入/输出。
算法是抽象的，而程序是具体的 实现。
算法的重要性
01
02
03
提高效率
算法能有效地解决问题， 提高工作效率。
解决问题
算法是解决问题的关键， 没有合适的算法，问题难 以解决。
创新发展
算法的创新与发展推动了 科技的进步。
算法的分类
按功能
排序算法、搜索算法、图论算法等。
算法调优
通过调整算法参数或使用启发式 方法来改进算法性能。
03
CATALOGUE
常见算法设计技术
分治算法
分治算法是一种将问题分解为若干个 子问题，递归地解决子问题，并将子 问题的解合并以得到原问题的解的算 法设计技术。
分治算法的关键在于如何将问题分解 和如何合并子问题的解。
归并排序是分治算法的典型例子，它 将数组分成两半，分别排序后再合并 。
广度优先搜索
从某个起始节点开始， 先访问离起始节点最近 的节点，再逐步向外扩 展。使用队列来保存待
访问节点。
最短路径算法
Dijkstra算法和 Bellman-Ford算法都 是求解图中两个节点间 最短路径的常用方法。 Dijkstra算法适用于无
负权重的图，而 Bellman-Ford算法可 以处理带有负权重的边
二叉树与图论
总结词
非线性数据结构
详细描述
二叉树和图论是非线性数据结构，它们在算法设计中也具有重要应用。二叉树是一种树形数据结构，每个节点最 多有两个子节点。图论则研究由节点和边构成的结构，可以用来解决各种实际问题，如最短路径、最小生成树等 。
05
CATALOGUE
算法设计与实现
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.5 常用语言简介
如果需要把用框图、自然语言表示的算法 在计算机上执行，还需要用某种计算机语言表 示出来。 算法是程序的灵魂，语言是灵魂的表示。
计算机语言是人与计算机沟通的桥梁。
4-28 Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
4.5.1 C语言
4-29 Copyright © SWFU-SCI, 2012. All rights reserved.
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4.1 可计算问题
计算的可行性是算法设计与分析的基础，也是计 算机科学的理论基础。为了回答什么是计算，什么是 可计算性等问题，许多科学家提出了计算模型。 K.哥德尔 S.C.克林尼提出了递归函数。 A.M.图灵和E.波斯特各自独立地提出了抽象计算 机的概念（后人把图灵提出的抽象计算机称为图灵机 ）。 胡海星和宋方敏提出了算盘机。 理论上已经证明，递归函数、 图灵机、算盘机 具有相同的计算能力。
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4.3 解决问题的一般方法
用计算机可以解决两类问题： (1)数值计算问题
抽象出数学模型 设计算法 编程 测试 修改
(2)非数值计算问题 通常要用到一些复杂的数据结构
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C语言于 1972 年由Dennis Ritchie在贝尔电 话实验室实现Unix操作系统时开发。 美国国家标准协会（ANSI）于1983年为C语 言制定了第一个ANSI标准，称为ANSI C，简 称标准C。 C++、C#、Java语言这三种语言都是从C语言 派生出来的，C语言的知识几乎都适用于这 三种语言。 C 语言是一种通用的、程序结构化、面向过 程的计算机程序设计语言。
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4.2 图灵机
图灵(Turing) 图灵机(Turing Machine)的艺术表示
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4.2.1 图灵机的图形表示
大学计算机基础与计算思维
西南林业大学 计算机与信息学院
第四章 算法与程序设计基础
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本章主要内容
4.1 可计算问题 4.2 图灵机 4.3 解决问题的一般方法 4.4 用框图表示解决问题的算法 4.5 常用语言简介 4.6 Python程序设计初步 附录 Python常用知识
4.2.2 图灵机的形式化定义
一台图灵机是一个七元组(Q, Σ,Γ,δ,q0,qaccept, qreject)， 其中Q，Σ，Γ都是有限集合，且满足： （1）Q是状态集合； （2）Σ是输入字母表，其中不包含特殊的空白符 ； （3）Γ是带字母表，其中 ∈Γ 且Σ∈Γ； （4）δ：Q×Γ -> Q×Γ×{L,R}是转移函数，其中L，R表 示读写头是向左移还是向右移； （5）q0∈Q是起始状态； （6）qaccept∈Q是接受状态； （7）qreject∈Q是拒绝状态，且qaccept ≠qreject。
开始
结束
流程线
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Байду номын сангаас
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4.4 用框图表示解决问题的算法
功能框
例子1： y=3*x 例子2: y=math.sin(x) 用于向程序输入数据 例子： x=input('x=') x=eval(x) 用于向程序输出数据 例子： print( s)
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输入框
输出框
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4.4 用框图表示解决问题的算法
单分支判断框—用于解决单分支问题
条件 True False
例子： if x>0: n=n+1
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图灵机由以下几个部分组成： （1）一条无限长的纸带TAPE （2）一个读写头HEAD （3）一套控制规则TABLE （4）一个状态寄存器 图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的 任何计算过程。
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条件 True
False
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【问题4-1】用户输入一个三位自然数， 让计算机输出佰位、十位和个位。
开始 输入三位数x 用100除x取出商的整数部分a 用10除(x-100a)取出商的整数部分b 用x减去(100a+10b)得到个位c
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1，0，R
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请同学们猜一下该规则的意思。
加法图灵机
根据图灵机的计算规则，人们设计了不同的图灵 机来完成不同的计算。如加法图灵机、乘法图灵机、 除法图灵机等。加法图灵机的规则如下: (简化版) 0,0 0,1 1,A 1,1 1 , 0, R 0,0 10 , 1, 1 ,1, R
4.1 可计算问题
算法(Algorithm)：是求解特定问题的步骤。 算法的五个重要特性： (1)有穷性：一个算法必须在执行有穷步之后结束 ，且每一步都可在有穷时间内完成。 (2)确定性：算法中每个步骤必须有确切的含义， 读者理解不会产生二义性。 (3)可行性：一个算法是能行的，即算法中描述的 操作都是可以通过已经实现的基本运算执行有限次来 实现的。 (4)输入：一个算法有0个或多个输入。 (5)输出：一个算法有一个或多个输出。
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4.1 可计算问题
算法的设计要求: (1)正确性：算法应当满足具体问题的需求。对正 确的输入应有正确的输出。 (2)可读性：算法应当尽可能设计得易读易懂，以 便以进行阅读和修改。 (3)健壮性：当输入数据非法时，算法也能适当地 作出反应或处理，而不会意外停止或输出错误结果。 (4)高效率：设计算法时应考虑使算法的执行时间 尽可能短。 (5)低存储量：设计算法时应考虑使算法占用的存 储空间尽可能少。
4.4 用框图表示解决问题的算法
双分支判断框—用于解决双分支问题
False
条件 True
例子： if x>0: y=1+2*x else: y=x**2
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4.4 用框图表示解决问题的算法
循环框—用于解决需要反复进行的问题 例子： n=100 i=1 s=0 while i<=n: s=s+i i=i+1 print(s)
4.3 解决问题的一般方法
用计算机解决问题的一般方法： (1)描绘出解决问题的步骤 自然语言 、框图 等 (2)用程序设计语言实现上述步骤
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4.4 用框图表示解决问题的算法
框图又称流程图，是表达程序设计思想和程序 设计步骤的一种直观工具。
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【问题4-3】 编程计算1+2+3+…+n 的值，n由键盘 输入。
开始 i、s赋初值1、0 输入n False
i <= n True 将i累加到s中 i的值自增1
输出s 结束
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图灵机模型
读写头沿着固定的纸带移动。要进行的指令 （q1）存储在读写头内。图中“空白”的纸带全部填 入0。有阴影的方格，包括读写头扫描到的空白， 标记了1,1,B的那些方格，和读写头符号，构成了整 个系统的状态。
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图灵机的计算规则
根据图灵机的形式化定义，图灵机的计算规则如 下： aa, x bb, y, D 中aa是当前状态，x是当前格子的值，bb是程序下 一步的状态，y是当前格的修改值，D是读写头移动的 方向(L为左移，R为右移，空则表示不移动)。 具体规则由算法设计者根据计算需要而定义。 如: 0，0
状态10,读到的值为1的规则无定义，从而停机。 计算结果为5
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图灵机就其计算能力而言，它能模拟任何现代的 计算机。丘奇-图灵论题也已经得到计算机科学界 的公认。 图灵机形式简洁且功能强大，但是图灵机形式化 表示一个算法非常复杂。比如乘法需要近23条规 则。 由于计算机已经发明出来，为了充分利用计算机 的计算功能，因此通常用框图（流程图）、自然 语言来表示算法。