《可视化计算》第2章-算法设计与可视化(B)
RAPTOR精度问题
1个符号位 11位指数 52位尾数 •符号存储数字的符号（正或负） •指数存储使数字增大或减小到的2的幂（最 大/最小的2的幂是+1，023 和-1，022） •尾数存储实际的数字 •尾数的有限存储区域限制了两个相近的 浮点数能够接近的程度（也即精度）
RAPTOR精度问题
在RAPTOR的默认精度情形下，可以有以下 两种计算数值： 整数，最长为10位有效数值
RAPTOR->C++（文件I/O）
C++文件操作的语句包括:
文件输入输出头文件：fstream; 输入流定义和输入文件打开：
ifstream redirect_input("m101-data.csv"，ios::in); while (redirect_input>>temp)； redirect_input.close();
可视化程序设计课程教学大纲设计
《可视化程序设计》课程教学大纲一、课程名称：可视化程序设计二、学分：4三、先修课程：《计算机文化基础》、《C语言程序设计》四、课程的性质、目的和任务：《可视化程序设计》课程是网络教育（计算机专业）的一门必修专业课。
这门课程是以Visual Basic6.0（简写VB）为语言背景，主要特点是采用面向对象与事件驱动的程序设计思想，使编程变得更加方便、快捷。
使学生掌握一种Windows环境下的软件开发工具。
通过本课程的学习，进一步提高学生的计算机应用能力，在掌握了结构化程序设计的基本方法、模块化结构思想及编程技术的基础上，较全面系统地掌握面向对象程序设计的基本概念及可视化程序设计开发思想、开发方法及开发过程。
将所学理论知识应用于本专业及相关领域实际工作中，从而达到提高学生的实际动手能力、分析问题及综合处理能力的目的。
五、课程的教学基本要求及主要内容：第一章Visual Basic6.0 概述(一)学习要求通过本章的学习，要求学生初步建立事件驱动面向对象程序设计的概念。
了解VB的功能及特点。
了解VB的运行环境及启动、退出。
重点掌握VB的集成开发环境。
(二)课程内容1、中文Visual Basic 6.0简介2、安装和运行Visual Basic 6.03、Visual Basic 6.0的集成开发环境4、Visual Basic 6.0帮助系统的使用(三)实践环节内容和基本要求1、实验内容（1）掌握启动与退出VB的方法。
（2）熟悉Visual Basic的开发环境。
2、基本要求（1）了解VB系统对计算机软、硬件的要求。
（2）掌握启动与退出VB的方法。
（3）熟悉Visual Basic 集成开发环境的主要组成部分。
（4）掌握Visual Basic联机帮助功能的使用方法。
第二章Visual Basic基本控件及简单程序设计(一)学习要求通过本章的学习，要求学生了解程序设计方法的发展。
理解面向对象程序设计概念。
RAPTOR程序设计教程
内置运算符和函数
三角函数:
sin，cos，tan；正弦 ，余弦 ，正切 cot，arcsin，arccos；余切 ，反正弦 ，反余弦 arctan， arccot；反正切 ，反余切
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内置运算符和函数
random，伪随机数 Length_of
求数组元素个数，求字符串长度
要重复执行的语句可以放在菱形符号上方或下方
循环控制结构在英语环境中被称为“While-do” 结构
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循环测试
在循环语句中，究竟是先计 算后测试，还是先测试后计 算，或者在计算的过程中间 进行测试？
前序测试（Pre-test） 后续测试（Post-test） 中序测试（Intermediate-test）
例如，考虑下面的两个例子：
（1）x ← (3+9)/3
（2）x ← 3+(9/3)
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内置运算符和函数
数学运算:
+，-，*，/，^，**（加、减、乘、除、乘方） rem， mod（求余），sqrt（开平方） log， abs， （对数，绝对值） ceiling， floor （向下取整，向上取整）
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输入(Input)语句
输入语句的编辑 （Edit）对话框
提示部分 变量部分
16
输入(Input)语句
输入语句在流 程图中显示的 状态
运行时对话框
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输出语句
执行输出语句将在主控 （Master Console）窗口显示输 出结果
输出的结果可以使用或不使用 换行操作
一个带注释的算法
注释的四种类型： 1.编程标题 2.分节描述 3.逻辑描述 4.变量说明
可视化程序设计ch1_2a精品PPT课件
结构化程序设计 （1）三种基本语句结结构：顺序、选择、
循环。 （2）不使用转向语句，goto语句。
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Windows操作系统的出现，为PC用户提供了一个直观的、 图形丰富的工作平台。图形用户界面（Graphical User Interface GUI）使应用程序更易于学习和使用。 但对于程序员来说，其工作难度反而增大了，因为为 了编写在Windows环境下运行的程序，必须建立相应 的窗口、菜单、对话框等构件。 1991年Microsoft公司推出的Visual Basic是以结构 化Basic语言为基础，以事件驱动为运行机制。它还 提供一套可视化程序设计。 2005年，Visual Studio 2005,2007,2008 ,包括.Net等。 本书介绍的是Visual Basic 6.0。
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1.1 Visual Basic的功能特点
1.面向对象的程序设计方法
VB把要求操作的数据和处理这些数据的函数（过 程）封装在一起构成一个“对象”。只有对象中的函 数可以改变其中的数据。
2.程序界面的可视化设计
V B系统提供了大量可视化的工具“控件”，利 用它们可以在窗体上直观方便地设计出图形界面中的 各个对象。
进入VB后，在新建工程窗口中，列出VB能建立应用程 序的类型，选择默认的标准.exe。3个选页：新建：建立 新工程；现存：选择和打开现有的工程；最新：列出最 近使用过的工程。
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例：创建一个“标准EXE”类型的应用程序sy0101。要求单击命令按钮1，在窗口的文本框中显示 变量a的值，单击命令按钮2，结束程序。
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Private Sub Command1_Click()’事 件过程
Dim a% ‘变量定义 a = 100 ’变量赋值 Text1.Text = Str(a) End Sub
《可视化程序设计》课件
2
可视化程序设计将更好地支持虚拟现实的应用， 帮助用户更好地沉浸在虚拟环境中。
3
虚拟现实技术将推动可视化程序设计的发展，为 可视化程序设计提供更多创新的可能性。
THANKS
感谢观看
03
可视化程序设计实践
数据获取与处理
数据来源
01
确定数据来源，包括数据库、API、文件等，确保数据准确性和
可靠性。
数据清洗
02
对原始数据进行清洗和处理，包括缺失值填充、异常值处理、
数据类型转换等。
数据转换
03
将原始数据转换成适合可视化的格式，如表格、矩阵或图形。
可视化界面设计
界面布局
设计用户界面布局，包括主界面、子界面、弹出窗口等，确保界面 清晰、简洁。
案例二：游戏界面设计
总结词
游戏界面设计，通过图形、动画等形式展示游戏界面，提供良好的用户体验。
详细描述
游戏界面设计是可视化程序设计的另一个重要应用，通过图形、动画等形式展 示游戏界面，提供良好的用户体验。例如，手机游戏界面设计、网络游戏界面 设计等都是游戏界面设计的典型例子。
案例三：数据驱动的交互式图表
可视化程序设计
目 录
• 可视化程序设计概述 • 可视化程序设计基础 • 可视化程序设计实践 • 可视化程序设计案例分析 • 可视化程序设计未来发展
01
可视化程序设计概述
可视化程序设计的定义
可视化程序设计是指使用图形界面和 工具，将编程逻辑和流程以可视化的 方式呈现出来，从而降低编程难度， 提高开发效率的设计方法。
将数据值映射到视觉元素上，如 颜色、大小、形状等，以增强数 语言概述
可视化编程语言是一种以图形方式表示代码的编程语 言。
可视化程序设计VC++教学大纲
可视化程序设计VC++教学大纲《可视化程序设计VC++》教学大纲课程名称：可视化程序设计VC++ 课程代码：08120130课程类型: 专业核心课学分：4 总学时：80 理论学时：48 上机学时：32先修课程：《面向对象程序设计C++》适用专业:计算机科学与技术本科专业一、课程性质、目的和任务《可视化程序设计VC++》是计算机科学与技术本科专业的核心课程。
通过该课程的学习，培养和提高掌握C++程序设计以及应用Visual C++解决实际问题的能力。
二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求通过本课程的学习，学生要掌握C++语言的基本语法，了解面向对象的概念、MFC基本应用程序的建立、掌握对话框、常用控件、菜单、窗口、图形、文本、位图、数据库编程。
能正确运用面向对象的思维方法分析问题和解决问题，要具有较好的职业道德，具有创新意识。
2、教学模式基本要求本课程采用理论与实践相结合的教学方式。
理论课需要在多媒体教室进行，教师主要讲授VC++的基础知识和基本理论，学生在实验课上进行编程练习。
三、教学内容及要求第一章基本C++语言了解C++预处理，理解C++程序结构，C++基本语法，C++函数，C++指针和引用。
第二章 C++面向对象程序设计了解输入、输出流库，理解类和对象，继承、多态、虚函数、运算符第三章 MFC基本应用程序的建立了解Windows编程基础，编制一个MFC应用程序，掌握使用MFC AppWizard、类向导第四章对话框和常用控件掌握对话框的创建和使用，常用控件的创建和使用第五章菜单、工具栏和状态栏理解工具栏、状态栏，掌握菜单第六章框架窗口、文档和视图了解文档序列化、文档视图结构，理解视图及视图类、框架窗口、文档窗口第七章图形、文本和位图理解位图、图标与光标，掌握字体与文字处理、简单图形绘制第八章数据库编程了解MFC ODBC数据库概述、ADO 数据库编程、数据库相关的Active 控件，理解MFCODBC应用编程四、实验（上机）内容实验一认识Visual C++中文版开发环境、C++程序设计实验二 MFC基本应用程序的建立实验三对话框的建立实验四按钮控件的建立和应用实验五编辑框、列表框、组合框的建立实验六进展条、滚动条和滑动条的建立实验七菜单的建立实验八工具栏和状态栏的建立实验九框架窗口的建立实验十文档和视图的建立实验十一图形实验实验十二文本实验实验十三位图实验实验十四 ODBC数据库编程实验十五 ADO数据库编程实验十六综合案例：学生信息系统六、考核方法本课程突出过程考核和编程能力考核。
可视化课程设计任务指导书2010
河南城建学院《可视化编程技术》课程设计任务书适用专业计算机科学与技术0614081/2课程名称《可视化编程技术》课程设计设计时间2010-2011学年第二学期第一周（2.21-2.25）指导教师张妍琰陈红军张娜计算机科学与工程系2011年2月《可视化编程技术》课程设计任务书一、设计的目的和任务通过设计达到熟练掌握.NET基本结构以及C#语言的基本知识和技能；基本掌握面向对象程序开发的基本思路和方法；掌握数据库开发基本知识；能够利用所学的基本知识和技能，进行简单数据库应用程序设计。
根据题目的要求，给出解决问题的方案，通过分析问题、分解问题来解决问题，最终达到熟练掌握C#语言的运用和Visual Studio2005工具的使用。
二、课程设计题目1.学生成绩管理系统功能描述1. 成绩的输入。
2. 成绩的查询与修改。
3. 成绩的分析。
4. 成绩的统计。
2.图书借阅查询系统功能描述1. 新进图书基本信息的输入。
2. 图书基本信息的查询。
3. 对撤消图书信息的删除。
4. 为借书人办理注册。
5. 办理借书手续（非注册会员不能借书）。
6. 办理还书手续3.学生信息管理系统功能描述：1 .登录学生的学号.姓名.性别.年龄. 籍贯.系别.专业.班级；2 .修改已知学号的学生信息；3 .删除已知学号的学生信息；4 .查找已知学号的学生信息；5 .按学号输出学生籍贯表。
4.通讯录管理系统功能描述1. 输入记录2. 用指定格式显示全部记录3. 根据姓名查找记录4. 根据姓名删除记录5. 选择位置插入记录5.量贩结账系统功能描述1.录入新商品的信息；2.修改变化了的商品的信息；3.输入顾客所购商品编号；4.显示顾客所购商品清单，货款合计及收款数、找零；5.显示库存6.职工信息管理系统功能描述1. 录入职工信息并保存2. 显示所有职工信息（以一定的格式）3. 查询职工信息（以一种或多种方式）4. 修改职工信息并保存5. 删除职工信息7.运动会成绩管理系统功能描述1．项目成绩录入2．项目成绩修改3．项目成绩查询4．个人成绩查询8.学生点名系统功能描述1.输入学生数据。
《大数据可视化》第2章 可视化的类型与模型
第2章 可视化的类型与模型
2.1 可视化的类型 2.2 可视化的模型 习题
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2.1可视化的类型
第2章 可视化的类型与模型
科学可视化
科学可视化最初称为“科学计算之中的可视化”(Visualization In Scientific Computing， VISC) 运用计算机图形学和图像处理的研究成果创建视觉图像，替代那些规模庞大而又错综复 杂 的数字化呈现形式，帮助人们更好地理解科学技术概念和科学数据结果。
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信息可视化具有以下主要特点
第2章 可视化的类型与模型
(1)位置特征 (2)直观形象性 (3)多源数据的采集和集成性
(4)交互探讨性 (5)信息的动态性 (6)信息载体的多样性
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信息可视化应用领域
1)可视化数据挖掘 2)可视化技术在空间信息
挖掘中的应用 3)KM 可视化 4)信息可视化商品
循环模型
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习题：
1．对数据可视化的三种类型进行对比分析。 2．对数据可视化的三种基本模型进行对比分析。 3．列出在研究中经常使用的数据可视化工具，并进行对比分析。 4．研究Microsoft Office 中的数据可视化技术。 5．研究MySQL 数据库中的数据可视化技术。 6．研究数据仓库中常用的数据可视化技术。 7．自学颜色刺激理论，并探讨其对数据可视化的意义。 8．结合自己的专业领域，采用数据可视化方法展示该领域的典型文献数据。
（3）用户交互
（4）分析推理
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循环模型
（1）探索循环：（2）验证循环（3）知识产生循环
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高级大数据人才培养系列教材
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控制台
输出重定向
在第一种类型重定向语句（打开文件）：
Redirect_Output("file.csv") Redirect_Output("C:\datafile")；
第二种类型重定向语句（打开文件）：
Redirect_Output（TRUE） 这将文件名的输入延迟到运行时间 当该语句执行时，RAPTOR会打开文件选择对话
图形程序设计
随机数的产生与存储
用数学方法产生的随机数列是根据确定的 算法推算出来的，严格说来并不是随机的 ，因此一般称用数学方法产生的随机数列 为伪随机数列
只要用数学公式产生出来的伪随机数列通过统 计检验符合一些统计要求，如均匀性、抽样的 随机性等，就可以把伪随机数列当作真正的随 机数列使用
子图划分的若干原则
子图的调用和子图的设计部分（一般在两 个不同的子图中），必须分别加以说明， 尤其是由于篇幅限制导致的子图划分，会 由于功能不够明确，导致仅靠子图名称不 能对子图功能有足够的解释
建议将某个样例程序的所有文档（包括设 计说明、程序、数据文件、图像等），包 含到一个文件夹中，便以取用和存档方便
随机数
将计算结果存储到文件
将计算结果保存到文件，可以与其他应用 软件交换计算结果
例如，将某个计算结果保存成为电子表格可以 读入的文件格式（.csv），
这些计算结果就可以为电子表格和数据库管理 系统读入后进行图形化或检索处理
计算结果输出到文件
输出语句可以用来将数据输出到一个文本 文件。
其前提条件是预先设置了“输出重定向” 如果输出被重定向，这意味着已经指定一个输
Drunk子图
Drunk子图说明
该子图在这个算法中处于核心位置，在算 法运行中，不断计算每一步的方向，进行 行进位置的变换，并在屏幕上绘制当前漫 步的踪迹
Байду номын сангаас
Location子图
Location和distance子图说明
distance子图根据光标当前的位置与随机得 到的方向，计算下一步漫步者的坐标值
distance子图用于计算漫步结束时，醉汉所 处的位置与出发点（广场中心）之间的距 离。
在坐标系中，两点间的距离是用勾股定理的方 法求得的。设坐标系中的两点A(x0，y0).B(x1， y1)，则两点间的距离为:AB= sqrt((x1-x0)^2+(y1y0)^2))
distance子图
随机漫步计算样例
随机数使用的注意事项
由于随机数只有[0，1)之间的小数，所以需 要加工以后，才能获得算法所需要的整数
将rnd()乘以10的倍数、再用floor()或ceiling()来 获取相应范围内的随机整数
需要获取ASCII码表中的数值，可以使用模除运 算，如（rnd()*1000 mod 128）可能得到全部的 标准ASCII码值(0~127)
和说明
Field子图
Field子图的主要功能
设定场地的大小（图形窗口的像素值）； 设定compass[]数组的值，用于改善算法的
可读性，注意方向与坐标值增减的关系； 创建图形视窗（使用设定的参数值）； 设置图形视窗的标题栏； 取得场地中心的坐标； 绘制醉汉所在的初始位置（场地的中心）
框，用户可以指定输出文件名
文件输出
输出到文件中的内容与主控制台上输出的 格式、内容相同
在输出语句中，程序员可以控制输出的内 容和换行的时机
输出重定向结束
在文件输出的完成后，需要要重新设置 RAPTOR环境
使后续的输出内容继续写道其输出主控制 台，需要重新调用Redirect_Output函数来关 闭文件 Redirect_Output（False）
第2章 算法设计与可视化 PART B
《可视化计算》
为算法的设计做准备
常用子程序
随机数的产生和存储（可以用于后续章节将要 介绍的排序和查找算法设计）
从文件输入用于算法的基础数据（主要考虑后 续算法中要用到图和树等抽象数据类型的描述 ）
将计算结果输出到文件（用于计算结果的输出 与保存，在某个算法需要保存中间结果是可以 使用）
文件输出与结果
从文件中读入基础数据
从文件中读入算法测试需要的数据， 可以减少人机交互，节省调式时间
在图算法设计中，由于一个有4个顶 点的图，往往需要有16个数据组成的 邻接矩阵来表达，如果通过键盘输入 该矩阵，工作效率极低且容易出错
从文件输入的数据可以任意调整以测 试算法
文件输入
从.csv文件读入数据 并保存到数组中的 流程图
经过N步之后的终点位置为：
D2=（x2，y2）
行走的距离为
SQRT（(x2-x1)**2+(y2-y1)**2）
设计抽象与子图
main(主要参数的初始化和主控流程)； field（广场的描述与醉汉位置初始化）； drunk(漫步轨迹描述)； location(求下一步的行走坐标) distance(距离计算)
2. 设存在500（length）*500(Width) 的广场， 程序开始时醉汉所在的位置在在广场的中 央，D1=(length/2，width/2)
3. 假设醉汉每一步的长度为l0，则可以用一 随机变量来表示第i步是向东( =l)、南（=2 ）、西（=3）、或向北(=4 )
用RAPTOR进行算法的实现步骤
一个二维随机漫步问题
假想有一个醉汉在某个广场上漫步，其向 东、南、西、北四个方向中的任何一个方 向行走的概率相同，请描述出随机漫步的 轨迹，并求解走N步之后，这个醉汉距离出 发点的距离是多少?
问题求解的初步分析
1、广场有多大？如何描述？ 2、醉汉的步伐有多大？如何描述？ 3、时间有多长，或走多少步? 4、最后，该醉汉的位置与原点所在位置的
小结与回顾
尽管本章尚未涉及具体的算法，但所有关 于算法问题的基本概念和理论都将在后续 章节中用到，所以，反复研读这些基本的 概念，对于将要到来的算法设计、分析与 评价，相信对读者是非常重要的
强调算法设计的可视化、算法运行过程的 可视化和计算结果的可视化，不是一个简 单的美学应用问题，而是涉及深刻的心理 、认知、学习等方面的一个重要理论问题
计算机随机数一般在[0，1)上均匀分布
随机数的主要用途
产生算法(如排序、查找)所必需的数据；
一些随机模拟算法需要的基础数据，例如随机 漫步（Random Walk）
减少不必要的人机交互，如要求用户输入 10个数据，进行最大、最小值的查找等；
提高算法调试的效率； 提高算法数据工程化的程度。
随机漫步算法的子图间调用关系
子图划分的若干原则
功能性：功能独特的子算法可以独立出来 ，同时功能性对其进行命名；
篇幅限制：建议初学者将每个子算法的篇 幅限制在一张A4幅面可以打印的大小，以 方便调试和交流
Init子图的设计：由于在RAPTOR子图中共享 变量，所以可使用一个子图进行所有变量 的初始化和描述
一个简单的图形窗口应用的例子
随机漫步的模拟模型
随机漫步（Random Walk，RW），是一种 数学统计模型
1905年，由卡尔·皮尔逊首次提出
它由一连串的轨迹所组成，其中每一次都 是随机的
用来表示不规则的运动形式，如同一个人 酒后乱步，所形成的随机过程记录
该模型在金融、物理等学科广泛应用
距离如何计算？
初步的算法设计思想
广场的表达需要支持笛卡尔坐标（可以计 算任意线段的长度）；
需要随机数支持（随机漫步，每一步的前 进方向可以任意选择）；
如果需要实时展示漫步结果，则需要图形 系统的支持；
用RAPTOR进行算法的实现步骤
1. 随机漫步的轨迹描述，可以使用RAPTOR的 图形功能
RAPTOR图形输出
RAPTOR图形功能是一组预先定义好的过程 ，用于在计算机屏幕上绘制图形对象
所有RAPTOR图形命令必须在一个特殊的图 形窗口下使用，可以在图形窗口用不同的 颜色绘制矩形，圆，弧和椭圆图形和线条 ，也可以在图形窗口中显示文本
图形输出是实现算法结果可视化的重要环 境
图形窗口与坐标
随机漫步的main子图
main子图的说明
main子图是RAPTOR程序开始执行的地方， 一般算法设计中，可以包含：
小型算法的基本数据的初始化； 程序或算法的输入输出； 复杂算法中，最高抽象子算法（包括子图和子
程序）的调用序列，或调用的循环结构； 在算法的开始和结束符号中，增加算法的注解