200915.《Python语言程序设计》-1.1-程序设计基本方法

《Python语言程序设计》-1.1-程序设计基本方法

本节概述

• 计算机与程序设计
• 编译和解释
• 程序的基本编写方法
• 计算机编程

本节教学视频

计算机与程序设计

计算机

计算机是根据指令操作数据的设备。

• 功能性：对数据的操作，表现为数据计算、输入输出处理和结果存储等。
• 可编程性：根据一系列指令自动地、可预测地、准确地完成操作者的意图。

计算机的发展

计算机的发展参照摩尔定律，表现为指数方式。

• 计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展。
• 计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长。
• 计算机所能高效支撑的各类运算功能不断丰富发展。

摩尔定律（Moore‘s Law）

计算机发展历史上最重要的预测法则。

• Intel公司创始人之一戈登*摩尔在1965年提出。
• 单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番。
• CUP/GPU、内存、硬盘、电子产品价格都遵循摩尔定律。

程序设计

程序设计是计算机可编程性的体现。

• 程序设计，亦称编程，深度应用计算机的主要手段。
• 程序设计已经成为当今社会需求量最大的职业技能之一。
• 很多岗位都将被计算机程序所接管，程序设计将是生存技能

程序设计语言

程序设计语言是一种用于交互（交流）的人造语言。

• 程序设计语言，亦称编程语言，程序设计的具体实现方式。
• 编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确。
• 编程语言主要用于人类和计算机之间的交互。

编程语言种类很多，但生命力强劲的却不多。

• 编程语言有超过600多种，绝大部分都不再被使用。
• C语言诞生于1972年，它是第一个被广泛使用的编程语言。
• Python语言诞生于1990年，它是最流行最好用的语言。

编译和解释

编程语言的执行方式：

• 源代码：采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读。
• 目标代码：计算机可直接执行，人类不可读（专家除外）

编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程。

NGDF7SD8P51A1_proc.jpg

执行编译过程的程序叫做编译器。

解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程。

T`V3CA4XK_proc.jpg

执行解释过程的程序叫做解释器。

• 编译：一次性翻译，之后不再需要源代码（类似英文翻译）
• 解释：每次程序运行时随翻译随执行（类似褚的同声传译）

根据执行方式不同，编程语言分为两类。

• 静态语言：使用编译执行的编程语言，如C/C++、Java。
• 脚本语言：使用解释执行的编程语言，如Python、PHP、JavaScript。

执行方式不同，优势各有不同。

• 静态语言：编译器一次性生成目标代码，优化更充分，程序运行速度更快。
• 脚本语言：执行程序时需要源代码，维护更灵活，源代码在维护灵活、跨多个操作系统平台。

程序的基本编写方式

程序的基本编写方式---IPO（Input Process Output）

• I：Input输入，程序的输入
• P：Process处理，程序的主要逻辑
• O：Output输出，程序的输出

编写程序时知道程序的输入是什么？输出是什么？如何从输入达到输出？

输入

• 程序的输入：文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入，内部参数输入等。
• 输入是程序的开始。

输出

• 程序的输出：控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出，操作系统内部变量输出等。
• 输出是程序展示运算结果的方式。

处理

• 处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程。
• 处理方法统称为算法，它是程序最重要的部分。
• 算法是一个程序的灵魂。

解决问题

计算机只能解决问题中的计算部分。或者说：计算机在一个待解决问题中，只能辅助完成计算部分。

问题的计算部分

一个待解决问题中，可以用程序辅助完成的部分。

• 计算机只能解决计算问题，即问题的计算部分。
• 一个问题可能有多种角度理解，产生不同的计算部分。
• 问题的计算部分一般都有输入、处理和输出过程。

重要问题：什么是问题中的计算部分？

编程解决问题的步骤

6个步骤（1~3）

• 分析问题：分析问题的计算部分，想清楚
• 划分边界：划分问题的功能边界，规划IPO
• 设计算法：设计问题的求解算法，关注算法

6个步骤（4~6）

• 编写程序：编写问题的计算程序，编程序
• 调试测试：调试程序使正确运行，运行调试
• 升级维护：适应问题的升级维护，更新完善

求解问题的精简步骤

• 确定IPO：明确计算部分及功能边界
• 编写程序：将计算求解的设计变成现实
• 调试程序：确保程序按照正确逻辑能够正确运行

计算机编程

Q:为什么要学计算机编程？A：编程是件很有趣的事！

编程能训练思维

• 编程体现了一种抽象交互关系、自动化执行的思维模式
• 计算思维：区别逻辑思维和实证思维的第三种思维模式
• 能够促进人类思考，增进观察力和深化对交互关系的理解

编程能增进认识

• 编程不单纯是求解计算问题
• 不仅要思考解决方法，还要思考用户体验、执行效率等
• 能够帮助程序员加深用户行为以及社会和文化认识，编程能够带来乐趣
• 编程能够提供展示自身思想和能力的舞台
• 让世界增加新的颜色，让自己变得更酷，提升心理满足
• 在信息空间里思考创新，将创新变为现实

编程能够提供效率

• 能够更好地利用计算机解决问题
• 显著提高工作、生活和学习效率
• 为理想的实现提供一种借助计算机的高效手段

编程带来就业机会

• 程序员是信息时代最重要的工作岗位之一
• 国内外对程序员岗位的缺口都在百万以上规模
• 计算机已经渗透了各个行业，就业前景非常广阔

编程的误区
Q：编程难学吗？A：掌握方法就很容易！

• 首先，掌握编程语言的语法，熟悉基本概念和逻辑
• 其次，结合计算问题思考程序结构，会使用编程套路
• 最后，参照案例多练习实践，学会举一反三

单元小结

• 计算机的功能性和可编程性
• 编译和解释、静态语言和脚本语言
• IPO、理解问题的计算部分
• 掌握计算机编程的价值