1.1 算法与程序设计概述
算法与程序设计(第一章)ppt_粤教版选修1优质课件PPT
第一章 揭开计算机解决问题的 神秘面纱
2021/02/01
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算法与程序设计
1.1 计算机解决问题的过程
从一个生产方案问题了解用计算机解决问题的步骤:P6
具体问题 分析问题 设计算法 编写程序 调试程序 得到答案
掌握用自然语言表达算法。（P8实践与练习）
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算法与程序设计
写出解题的算法
穷举
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算法与程序设计
2x+2y+z≤12 X+2y+z ≤8 4x ≤16 4y ≤12
0 ≤x ≤6; 0 ≤y ≤6; 0 ≤z ≤12 0 ≤x ≤8; 0 ≤y ≤4; 0 ≤z ≤8 0 ≤x ≤4 0 ≤y ≤3
0≤x≤4 0 ≤y ≤3 0 ≤z ≤8
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算法与程序设计
f_max = 0 For x = 0 To 4 For y = 0 To 3 For z = 0 To 8 If f_max < f(x, y, z) Then f_max = f(x, y, z) x_max = x y_max = y z_max = z End If Next z Next y Next x Print “当x=”; x_max; “,y=”; y_max; “,z=”; z_max; “时," Print “f(x,y,z)的最大值="; f_max
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算法与程序设计
5、调试程序、得到结果
1）、新建工程； 2）、在窗体添加按钮控件； 3）、给按钮添加单击事件过程； 4）、在单击事件过程内输入编写好的程序； 5）、运行程序调试结果。
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。
算法与程序设计知识点
算法与程序设计知识点算法与程序设计知识点1. 算法的定义和特性算法是指解决问题的一系列清晰而有序的操作步骤。
算法具有输入和输出。
算法应该是确定性的，即给定相同的输入，应该得到相同的输出。
算法必须在有限的时间内结束。
2. 时间复杂度和空间复杂度时间复杂度是指算法运行所需要的时间量度，一般用大O符号表示。
空间复杂度是指算法运行所需要的存储空间量度，也用大O符号表示。
3. 常用的算法和数据结构排序算法：冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序等。
查找算法：线性查找、二分查找、哈希查找等。
数据结构：数组、链表、栈、队列、树、图等。
4. 编程语言的选择C语言：适合系统级编程和底层开发。
C++：在C语言的基础上增加了面向对象的特性。
Java：适合跨平台开发，拥有强大的面向对象特性。
：简洁易学的脚本语言，适合快速开发。
5. 常用的编程技巧分而治之：将问题分解为更小的子问题进行求解，然后将结果合并。
动态规划：将问题分解为重叠子问题，通过保存中间结果来优化计算。
贪心算法：每一步都选择当前最优解，不进行回退。
回溯算法：穷举所有可能的解，找到满足条件的解。
6. 算法优化和复杂度分析循环不变式：在循环过程中保持某个条件成立，可以帮助理解算法的正确性。
空间换时间：通过增加额外的存储空间来减少运行时间。
复杂度分析：通过时间复杂度和空间复杂度来评估算法的效率。
7. 程序调试和错误处理调试工具：使用断点、日志、调试器等工具来跟踪程序执行过程。
异常处理：使用try-catch语句来捕获和处理异常。
错误处理：使用返回值、错误码、异常等方式来处理错误情况。
8. 算法与数据结构的应用图像处理：使用算法和数据结构来处理图像，如滤波、边缘检测等。
文本处理：使用算法和数据结构来处理文本，如字符串匹配、自然语言处理等。
数据挖掘：使用算法和数据结构来发现和分析大量数据中的隐藏关系。
：使用算法和数据结构来实现智能决策和学习能力。
以上是一些算法与程序设计的基本知识点，希望对你有所帮助！。
算法与程序设计课件
例2：编程求半径为r=6的圆的面积
r=val (inputbox(“r=”,”输入半 ) 径”) s=3.14*r*r print “圆的面积s=”；s
提问：例2与例1相比，好在哪？
四、顺序结构应用
1.已知长方体的长、宽、高，编开始程求 长方体的全面积和体积。 输入长a
该函数返回值的是字符串类型
三、输入函数
2.Inputbox（）函数应用
例1：编程求半径为r=6的圆的面积
r=6 s=3.14*r*r print “圆的面积s=”；s
提问：如果圆的半径为8，15，30分别计算圆的面积， 上述程序段如何修改？ 提问：如果计算任意半径圆的面积，上述程序如何修改？
三、输入函数
→先计算，后输出计算值； 结果为 8 结果为 x=8
二、Print语句
4.输出项的间隔符：
输出内容可以是一个或多个。如果是多个输出内容，
则各输出内容之间可以用逗号或分号分隔
（1）分号：则后面一个输出内容紧跟前一个输出（紧凑格） Print "早安"; "中国" 结果为 早安中国
（2）逗号，则按照分区(14个字符位置)格式输出（分区格）
Y=x3*100+x2*10+x1
计算个位数x3 Y=x3*100+x2*10+x1 输出x的反向数y
结束四、顺序结构应用Fra bibliotek2.从键盘上输入一个三位数，然后将它 反向输出。如输入456，输出应为654。
X=val(inputbox（“x=”，“输入”）) X1=x\100 X2=(x-x1*100)\10 X3=x-x1*100-x2*10 Y=x3*100+x2*10+x1 Print “三位数”；x；“的反向数为”；y
算法与程序设计知识点
算法与程序设计知识点
算法与程序设计知识点
===
1. 算法基础
算法的定义和特征
算法的复杂数量表示和算法复杂性分析
算法的时间复杂度和空间复杂度
算法的分类和常见算法思想
2. 数据结构
线性表：顺序表、链表、栈、队列
树：二叉树、平衡二叉树、B树、红黑树
图：有向图、无向图
排序和查找：冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序、堆排序、二分查找、哈希查找
3. 算法设计与分析
递归与分治法
贪心算法
动态规划
回溯法
分支限界法
线性规划
4. 算法优化与高级数据结构
常见的优化技巧：剪枝、动态规划的优化、贪心的优化、二分查找优化
高级数据结构：树状数组、并查集、堆、线段树、树堆、字典树
5. 算法与数据结构的应用
图算法：最短路径、最小树、最大流
字符串匹配算法：KMP算法、BM算法、正则表达式
并行计算：并行算法的设计和分析、并行计算的常见模型和技术
机器学习：分类算法、聚类算法、回归算法
6. 算法与程序设计实践
编码规范和代码风格
调试技巧和工具
性能优化和代码重构
测试和验证
开源项目贡献和协作
7. 算法与程序设计的发展
和深度学习对算法和程序设计的影响
大数据和云计算对算法和程序设计的挑战
区块链和加密技术对算法和程序设计的应用
量子计算和量子算法的前景
以上是算法与程序设计的知识点，希望对您有所帮助。
如有需要，可以进一步深入学习和探索。
《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。
算法与程序设计初步
算法与程序设计初步在当今的信息化时代，计算机技术已经渗透到社会的各个领域，而算法和程序设计则是计算机技术的核心。
它们在解决问题的方式和效率上有着至关重要的影响。
一、算法算法是解决特定问题的步骤和方法，它是计算机科学的基础。
无论是简单的计算还是复杂的分析，都需要算法的指导。
算法的性能和效率直接决定了解决问题的速度和质量。
因此，算法在计算机科学中占据了至关重要的地位。
算法可以分为两大类：确定性和非确定性。
确定性算法在给定输入的情况下总是产生相同的结果，而非确定性算法则可能产生不同的结果。
在选择和使用算法时，我们需要根据问题的特性和需求来决定使用哪种类型的算法。
二、程序设计程序设计是实现算法的过程，即将算法用编程语言编写成计算机程序。
编程语言是人与计算机之间的桥梁，它让我们能够将我们的想法转化为计算机可以理解和执行的程序。
程序设计需要遵循一定的原则和规范，例如模块化设计、注释规范、变量命名规则等。
这些原则和规范可以帮助我们编写出清晰、易读、易维护的程序，提高程序的可重用性和可扩展性。
三、算法与程序设计的初步应用在我们的日常生活中，算法和程序设计的应用随处可见。
例如，搜索引擎需要高效的算法来快速定位和提供搜索结果，电子商务平台需要稳定的算法来处理大量的交易请求。
这些都需要程序员通过程序设计来实现。
在未来，随着、大数据等技术的发展，算法和程序设计的重要性将更加凸显。
我们需要更深入地理解和掌握这些技术，以便更好地应对未来的挑战。
总结来说，算法和程序设计是计算机科学的核心，它们在解决问题和提高效率方面发挥着重要作用。
我们需要深入理解算法的原理和应用，同时掌握程序设计的方法和技巧，才能更好地应对未来的挑战和机遇。
基于Matlab的遗传算法程序设计遗传算法是一种搜索优化算法，其灵感来源于生物进化过程中的自然选择和遗传机制。
遗传算法在各种问题中都找到了应用，包括函数优化、机器学习、图像处理和机器人路径规划等。
在Matlab中，我们可以利用其内置的遗传算法工具箱gaot来设计遗传算法。
信息技术信息技术(选修1)算法与程序设计
信息技术信息技术(选修1)算法与程序设计本文档提供了信息技术(选修1)算法与程序设计课程的详细内容和章节细化，旨在帮助学生深入了解并学习该课程的相关知识和技能。
以下是本文档的内容概述：第一章：算法基础1.1 算法的概念和特性1.2 算法的表示方法1.3 算法的时间复杂度和空间复杂度1.4 常用的算法设计方法1.5 算法实例分析与练习第二章：数据结构2.1 数据结构的基本概念2.2 线性表及其实现2.3 栈和队列及其实现2.4 串的表示和操作2.5 树的表示和操作2.6 图的表示和操作2.7 数据结构实例分析与练习第三章：排序算法3.1 冒泡排序3.2 插入排序3.3 选择排序3.4 快速排序3.5 归并排序3.6 排序算法的比较和应用3.7 排序算法实例分析与练习第四章：搜索算法4.1 顺序搜索4.2 二分搜索4.3 哈希搜索4.4 图搜索4.5 搜索算法的比较和应用4.6 搜索算法实例分析与练习第五章：算法优化5.1 贪婪算法5.2 动态规划5.3 分治算法5.4 回溯算法5.5 优化算法的比较和应用5.6 算法优化实例分析与练习第六章：程序设计基础6.1 编程语言概述6.2 程序设计基本原理6.3 程序的输入与输出6.4 控制结构6.5 函数与过程6.6 数组与字符串6.7 文件操作6.8 异常处理与调试技巧6.9 程序设计实例分析与练习第七章：高级程序设计技术7.1 面向对象程序设计7.2 泛型编程7.3 并发与并行7.4 网络编程7.5 数据库编程7.6 GUI设计与应用7.7 Web开发基础7.8 高级程序设计实例分析与练习附件：本文档所涉及的附件包括实例代码、演示文稿、课程PPT等，可在相应章节或中获取。
法律名词及注释：1.Copyleft：一种软件版权授权方式，保障用户自由使用、修改和再发布软件。
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算法与程序设计基础(1)
1. 算法的基本特征
❖ 作为一个算法，一般具有以下几个特征。
(1)可行性（Effectiveness）
❖ 针对实际问题设计的算法，人们总是希望得到满意的结果。 但一个算法又总是在某个 特定的计算工具上执行的，因 此，算法在执行过程中往往要受到计算工具的限制，使执行 结果产生偏差。例如，在进行数值计算时，如果某计算工具 具有7位有效数字(如程序设计语言中的单精度运算），则在 计算下列三个量
(2)确定性（Definiteness）
❖ 算法的确定性，是指算法的每一个步骤都必须是有 明确定义的，不允许有模棱两可的解释，也不允许 有多义性。这一性质也反映了算法与数学公式的明 显差别。在解决实际问题时，可能会出现这样的情 况：针对某种特殊问题，数学公式是正确的，但按 此数学公式设计的计算过程可能会使计算机系统无 所适从。这是因为根据数学公式设计的计算过程只 考虑了正常使用的情况，而当出现异常情况时，此 计算机就不能适应了。
(1)平均性态(Average Behavior)
❖ 所谓平均性态是指在各种特定输入下，用基本运算 次数的加权平均值来度量算法的工作量。
❖ 设x是所有可能输入中的某个特定输入，p(x)是x出 现的概率(即输入为x的概率)，t(x)是算法在输入为x 时所执行的基本运算次数，则算法的平均性态定义 为
❖ 其中Dn表示当规模为n时，算法执行的所有可能输 入的集合。
❖ 一个算法所占用的存储空间包括算法程序所占的空间，输入的 初始数据所占的存储空间，以及算法执行过程中所需要的额外 空间。其中额外空间包括算法程序执行过程中的工作单元以及 某种数据结构所需要的附加存储空间。如果额外空间量相对于 问题规模来说是常数，则称该算法是原地(In place)工作的。 在许多实际问题中，为了减少算法所占的存储空间，通常采用 压缩存储技术，以便尽量减少不必要的额外空间。
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
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第一节算法与程序设计概述
1.1 计算机解决问题的过程
①分析问题②设计算法③编写程序④调试程序⑤得到结果
1.2 算法
1.2.1概念：
算法是在有限步骤内求解某一问题所使用的一组定义明确的规则。
1.2.2 特征
①输入：一个算法有零个或多个输入
②确定性：算法的每一个步骤必须要确切地定义
③有穷性：一个算法在执行有穷步之后必须结束
④输出：一个算法有一个或多个输出
⑤能行性：算法中有待执行的运算和操作必须是相当基本的。
例题1：已知m=112,n=64，利用辗转相除法，求它们的最小公倍数。
算法：① 112/64 余48
② 64/48 余16
③ 48/16 余0
④ 112*64/16 = 448（即为最小公倍数）
解析：m * n = 最大公约数* 最小公倍数
1.3 算法描述
1.3.1 自然语言
缺点：①由于自然语言的歧义性，容易导致算法执行的不确定性。
②算法太长，不简练。
③由于自然语言表示是按照步骤的标号顺序执行的，因此，当一个算法中循环和分支多时就
很难清晰地表示出来。
④不便翻译成计算机程序设计语言。
1.3.2 流程图
优点：①清晰简洁，容易表达选择结构
②不依赖于任何计算机和计算机程序设计语言，从而有利于不同环境的程序设计。
练习1：回顾数学课上所学的知识，依据辗转相除法画出求两个正整数m和n的最大公约数的流程图
开始
输入正整数m和n
r = m除以n 的余数
否
r = 0 m = n , n = r
是
输出n 的值
结束
1.3.3 伪代码
伪代码是介于自然语言和计算机语言之间的文字和符号来描述算法的工具。
优点：不用图形符号，因此，书写方便，格式紧凑，易于理解，便于向计算机程序设计语言过渡。
例题2：练习1算法的伪代码描述
INPUT m,n
r = m mod n
DO WHILE r≠0
m = n
n = r
r = m mod n
LOOP
PRINT n
1.4 算法在解决问题中的地位和作用
①算法是核心，灵魂。
在运用计算机程序解决问题的过程中，算法设计是一个重要环节，不同的算法会产生不同的运行效果。
②对于一个问题，如果可以通过一个计算机程序，在有限的存储空间内运行有限长的时间，能得到正确的结果，则称这个问题的算法是可解的。
③算法≠程序。
程序的编写依赖于算法的设计，程序的效率主要取决于算法的效率。