004 程序設計基本方法

目錄

• 1、概要
• 2、計算機與程序設計
  • 2.1 計算機
  • 2.2 計算機的發展
  • 2.3 摩爾定律 Moore’s Law
  • 2.4 計算機發展
  • 2.5 程序設計
  • 2.6 程序設計語言
• 3、編譯和解釋
  • 3.1 編程語言的執行方式
  • 3.2 編譯
  • 3.3 解釋
  • 3.4 編譯和解釋
  • 3.5 靜態語言和動態語言
• 4、程序的基本編寫方法
  • 4.1 IPO
  • 4.2 理解IPO
  • 4.3 問題的計算部分
  • 4.4 編程解決問題的步驟
  • 4.5 求解計算問題的精簡步驟
• 5、計算機編程
  • 5.1 編程可以訓練思惟
  • 5.2 編程可以增進認識
  • 5.3 編程可以帶來樂趣
  • 5.4 編程可以提升效率
  • 5.5 編程帶來就業機會
  • 5.6 學習編程的誤區
• 6、小結

1、概要

1. 計算機與程序設計
2. 編譯和解釋
3. 程序的基本編寫方法
4. 計算機編程

2、計算機與程序設計

2.1 計算機

計算機是根據指令操做數據的設備

• 功能性：對數據的操做，表現爲數據計算、輸出輸出處理和結果存儲等
• 可編程性：根據一系列指令自動地、可預測地、準確地完成操做者的意圖

2.2 計算機的發展

計算機的發展參照摩爾定律，表現爲指數方式

• 計算機硬件所依賴的集成電路規模參照摩爾定律發展
• 計算機運行速度所以也接近幾何級數快速增加
• 計算機高效支撐的各種運算功能不斷豐富發展

2.3 摩爾定律 Moore’s Law

計算機發展歷史上最重要的預測法則

• Intel公司創始人之一戈登·摩爾在1965年提出
• 單位面積集成電路上可容納晶體管的數量約每兩年翻一番
• CPU/GPU、內存、硬盤、電子產品價格等都遵循摩爾定律

現實世界中的摩爾定律：

2.4 計算機發展

計算機的發展參照摩爾定律，表現爲指數方式

• 當今世界，惟一長達50年有效且按照指數發展的技術領域
• 計算機深入改變人類社會，甚至可能改變人類自己
• 可預見的將來30年，摩爾定律還將持續有效

2.5 程序設計

程序設計是計算機可編程性的體現

• 程序設計，亦稱編程，深度應用計算機的主要手段
• 程序設計已經成爲當今社會需求量最大的職業技能之一
• 不少崗位都將被計算機程序接管，程序設計將是生存技能

2.6 程序設計語言

程序設計語言是一種用於交互(交流)的人造語言

• 程序設計語言，亦稱編程語言，程序設計的具體實現方式
• 編程語言相比天然語言更簡單、更嚴謹、更精確
• 編程語言主要用於人類和計算機之間的交互

編程語言種類不少，但生命力強勁的卻很少

• 編程語言有超過600種，絕大部分都再也不被使用
• C語言誕生於1972年，它是第一個被普遍使用的編程語言
• Python語言誕生於1990年，它是最流行最好用的編程語言

3、編譯和解釋

3.1 編程語言的執行方式

計算機執行源程序的兩種方式：編譯和解釋

• 源代碼：採用某種編程語言編寫的計算機程序，人類可讀，例如：result = 2 + 3
• 目標代碼：計算機可直接執行，人類不可讀 (專家除外)，例如：11010010 00111011

3.2 編譯

將源代碼一次性轉換成目標代碼的過程：

執行編譯過程的程序叫做編譯器

3.3 解釋

將源代碼逐條轉換成目標代碼同時逐條運行的過程：

執行解釋過程的程序叫做解釋器

3.4 編譯和解釋

• 編譯：一次性翻譯，以後再也不須要源代碼（相似英文翻譯）
• 解釋：每次程序運行時隨翻譯隨執行（相似實時的同聲傳譯）

3.5 靜態語言和動態語言

根據執行方式不一樣，編程語言分爲兩類

• 靜態語言
  • 使用編譯執行的編程語言，如C/C++語言、Java語言
  • 編譯器一次性生成目標代碼，優化更充分，程序運行速度更快
• 腳本語言
  • 使用解釋執行的編程語言，Python語言、JavaScript語言、PHP語言
  • 執行程序時須要源代碼，維護更靈活，源代碼在維護靈活、跨多個操做系統平臺

4、程序的基本編寫方法

4.1 IPO

程序的基本編寫方法

• I：Input 輸入，程序的輸入
• P：Process 處理，程序的主要邏輯
• O：Output 輸出，程序的輸出

4.2 理解IPO

• 輸入
  • 程序的輸入：文件輸入、網絡輸入、控制檯輸入、交互界面輸入、內部參數輸入等
  • 輸入是一個程序的開始
• 輸出
  • 程序的輸出：控制檯輸出、圖形輸出、文件輸出、網絡輸出、操做系統內部變量輸出等
  • 輸出是程序展現運算結果的方式
• 處理
  • 處理是程序對輸入數據進行計算產生輸出結果的過程
  • 處理方法統稱爲算法，它是程序最重要的部分
  • 算法是一個程序的靈魂

4.3 問題的計算部分

一個待解決問題中，能夠用程序輔助完成的部分

• 計算機只能解決計算問題，即問題的計算部分
• 一個問題可能有多種角度理解，產生不一樣的計算部分
• 問題的計算部分通常都有輸入、處理和輸出過程

4.4 編程解決問題的步驟

6個步驟 (1-3)

• 分析問題：分析問題的計算部分，想清楚
• 劃分邊界：劃分問題的功能邊界，規劃IPO
• 設計算法：設計問題的求解算法，關注算法

使用計算機解決問題

• 編寫程序：編寫問題的計算程序，編程序
• 調試測試：調試程序使正確運行，運行調試
• 升級維護：適應問題的升級維護，更新完善

4.5 求解計算問題的精簡步驟

3個精簡步驟

• 肯定IPO：明確計算部分及功能邊界
• 編寫程序：將計算求解的設計變成現實
• 調試程序：確保程序按照正確邏輯可以正確運行

5、計算機編程

5.1 編程可以訓練思惟

• 編程體現了一種抽象交互關係、自動化執行的思惟模式
• 計算思惟：區別邏輯思惟和實證思惟的第三種思惟模式
• 可以促進人類思考，增進觀察力和深化對交互關係的理解

5.2 編程可以增進認識

• 編程不單純是求解計算問題
• 不只要思考解決方法，還要思考用戶體驗、執行效率等
• 可以幫助程序員加深用戶行爲以及社會和文化認識

5.3 編程可以帶來樂趣

• 編程可以提供展現自身思想和能力的舞臺
• 讓世界增長新的顏色、讓本身變得更酷、提高心理知足感
• 在信息空間裏思考創新、將創新變爲現實

5.4 編程可以提升效率

• 可以更好地利用計算機解決問題
• 顯著提升工做、生活和學習效率
• 爲我的理想實現提供一種藉助計算機的高效手段

5.5 編程帶來就業機會

• 程序員是信息時代最重要的工做崗位之一
• 國內外對程序員崗位的缺口都在百萬以上規模
• 計算機已經滲透於各個行業， 就業前景很是廣闊

5.6 學習編程的誤區

Q：編程很難學嗎？ A：掌握方法就很容易！

• 首先，掌握編程語言的語法，熟悉基本概念和邏輯
• 其次，結合計算問題思考程序結構，會使用編程套路
• 最後，參照案例多練習多實踐，學會觸類旁通

6、小結

• 計算機的功能性和可編程性
• 編譯和解釋、靜態語言和腳本語言
• IPO、理解問題的計算部分
• 掌握計算機編程的價值