1、第2章 算法与问题解决浙教浙教版版（20192019版）版）信息技术信息技术（高中）（高中）必修必修1 1 数据与计算数据与计算2.1 2.1 算法的概念及描述算法的概念及描述 学习目标123算法的概念。算法的特征。算法的要素。算法的描述。412重点难点重点：算法的描述。难点：算法的描述。课堂导入 “算法”指的是解决某个问题的一组步骤。人们在解决问题时都会经历一个“怎么做”的阶段，而思考“怎么做”的过程，就是“算法设计”的过程。用计算机解决问题时，通常先设计算法，然后将算法用合适的计算机程序设计语言表示，计算机就能按照人们设计的计算机程序进行高速、准确的自动化处理，从而帮助人们解决问题。2.1
2、.1 算法的概念图2.1.1 高一新生报到流程古代的算法主要指的是“算术”，即数值的算术运算。随着科学技术的发展，算法的内涵和外延逐渐发生变化。古代的算法广义地讲，算法指的是解决问题或完成任务的一系列步骤。既包括传统意义上计算任务，也可以是生活中各种事物的处理。广义算法 计算机领域内，算法指的是用计算机解决问题的步骤。是为了解决问题而让计算机执行的有序、无歧义的，有限步骤的集合。1、算法的定义计算机算法拓展链接 穷举算法也称枚举算法，指的是在求解过程中，先按照一定的顺序一一列所有可能的解，然后用条件判断列举出的可能解是否为正确解。穷举法一般适合解决解集为离散的且范围明确的问题。“鸡翁一，值钱五
3、；鸡母一，值钱三；鸡雏三，值钱一；百钱买鸡百，问翁、母、雏各几何？”这是我国古代数学家在算经中提出的经典问题。同时，他还在书中给出了解决该问题的算法“鸡翁每增四，鸡母每减七，鸡雏每益三，即得。百钱买百鸡穷举算法2、算法的特征 有穷性 算法必须能在执行有限个步骤之后终止。确切性 算法中的每一次运算都有明确的定义，具有无二义性，并且可以通过计算得到唯一的结果。输入项 一个算法有0个或多个输入。所谓0个输入是指本身给出了初始条件。输出项 算法一定要有输出。任何算法都不能“无功而返”。可行性 算法中执行的任何运算都可以在有限的时间内完成。为防止用户账户被盗，在用户登录账户时，有些信息系统会限制用户尝试
4、输入密码的次数(如图2.1.2),一旦超出限定的次数，系統就会禁止輸入并要 求进行注册账户验证。下面为某系统验证用户输入密码正确与否的算法：密码输入错误次数初始化为零。接受用户输入的密码。将用户输入的密码与原来设置的密码比较，若相同则转，否则转。密码输入错误次数增加1。若密码输入错误次数少于5，输出信息“密码错误，请再次输入密码！”，然后转；否则，输出信息“密码输入错误已达5次，请通过注册邮箱找回密码”，然后转。问题与讨论：接受用户输入的密码，然后转。密码正确，进入系统。密码验证算法结束。请结合上述算法，谈谈算法的特征在其中的具体体现。比如，该算法体现了“可行性”特征，因为算法中的“判断密码正
5、确性”“密码输入错误次数统计”等处理都是现实中确实可以实现的。3、算法的要素数据运算控制转移 用算法解决问题时，必须明确参与运算的初始数据、运算时产生的中间数据以及代表问题解决的结果数据。在对数据进行运算时，必须明确每一步的运算是什么、对哪些数据进行运算等 在算法执行过程中，有时需要根据数据或运算结果的特点进行不同的处理，这时就需要运用控制转移来执行不同的操作。很多设备的“自动”功能，都是内部算法控制的结果。比如，在夏天把空调温度设定在26C（如图2.1.4所示），每当空调内部的温度传感器测得室内温度小于或等于26C时，算法就会“告诉”空调已经到达目标温度，可以暂停工作，空调就会“自动”暂时关
6、闭压缩机的运行。这样，既确保了室内温度，又实现了节能环保。还有很多设备用算法来帮助设备实现自动化。与同学讨论交流，哪些设备来用算法实现了自动化？并尝试说出这些设备实现自动化控制的算法。问题与讨论：2.1.2 算法的描述1、用自然语言描述算法图2.1.5 停车场中的车位探测解决本问题的算法可以用自然语言描述如下。（1）输入变量fag的值。（2）若flag的值为1，则设置指示灯为绿色，输出“空车位”；否则，设置指示灯为红色，输出“非空车位”。2、用流程图描述算法图形图形 名称名称功能功能开始/结束符表示算法的开始或结束输入/输出表示数据的输入或输出处理框表示数据的运算处理判断框表示算法中的条件判断
7、流程线表示算法中的流向连接点表示算法中的转接 “N-S图”是由美国学者纳西（Nassi）和斯奈德曼（Shneiderman）提出的一种在流程图中完全去掉流程线，全部算法写在一个矩形框内的算法描述方式。相比于原来的流程图描述，结构性显得更好，也更有助于高效地编写程序。前面车位探测中的算法，可用N-S图表示成如下形式。输入输入flag的值的值指示灯绿色指示灯红色输出“空车位”输出“非空车位”Flag=1?是否拓展链接：问题与讨论：结合实例，与同学一起分组讨论：为什么算法必须要有“输出”，但有时却可以没有“输入”？3、用伪代码描述算法 伪代码指的是一种比较直观简洁的、符号接近计算机程序代码的算法描述
8、方式，其风格很像计算机程序设计语言，但又不是真正的可以被计算机理解的代码。伪代码的表示方法没有统一、严格的规定，只要定义合理、表达正确即可。格式1:If条件 then （语句序列1)Else （语句序列2)格式2:If条件 then （语句序列1)格式：while条件 （循环体）条件判断语句循环语句Flag 车位探测结果；#将测得的车位当前状态值输入给变量flagIf flag=1 then (指示灯绿色 输出“空车位”）Else （指示灯红色 输出“非空车位”）4、用计算机程序设计语言描述算法void MainWindow:on_pushButton_clickedO int flag=ui
9、-lineEdit-textO.toIntO;if(flag=1)(ui-label_4-setStyleSheet(color:green;);ui-label_4-setText(绿色）;ui-label_5-setText(空车位”）;elseui-label_4-setStyleSheet(color:red;);ui-label_4-setText(红色”）;ui-label_5-setText(非空车位”）;该程序的运行结果分别如图2.1.7和图2.1.8 所示。该算法还可以用Python程序设计语言描述如下：flag=int(input(“输入车位状态值：）)if flag=1:
10、print(绿色”）print(空车位）else:print(红色”）print(非空车位）计算机程序设计语言 计算机程序设计语言经历了“机器语言一汇编语言一高级语言”的发展历程。机器语言中的指令由“0”“1”二进制码组成，机器执行效率高但可读性、维护性差。为了提升编程的效率，科学家用特定的符号（助记符）来表示各个机器指令，发明了汇编语言。科学家后来又发明了高级语言，用接近人类日常用语的符号来表示各类指令。常见的高级语言有Basic、C、C+、Java、Python、Ruby等。拓展链接1，某智能停车场车位引导系统中，通过一个区域控制器来统计、显示该区域空车位情况。当该区域控制器接收到每个车位发送的状态信息（“空车位”或“非空车位”）后，它会统计该区域当前的空车位总数，并将该信息通过引导屏呈现在停车库入口处（如图2.1.9），引导驾驶员有方向地寻找空车位。与同学讨论，该区域控制器可用怎样的算法来解决空车位的统计和显示问题？2，与同学一起讨论，是否可以设计出除本节介绍的四种算法描述方式之外的其他方式？并将第1题的算法用自己设计的方式加以描述。问题与讨论：谢 谢！Thanks!
