第四课：早期的编程方式、编程语言发展史、编程基础-语句和函数、算法入门、数据结构、阿兰图灵及软件工程

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第十章：早期的编程方式

1、早期，程序如何进入计算机

程序必须人为地输入计算机。
早期，电脑无内存的概念，人们通过打孔纸卡等物理手段，输入数据（数字），进入计算机。

2、早期计算机的编程

• 打孔纸卡/纸带：在纸卡上打孔，用读卡器读取连通电路，进行编程。原因，穿孔纸卡便宜、可靠也易懂。
  62500张纸卡=5MB
• 数据插线板：通过插拔线路的方式，改变器件之间的连接方式，进行编程。
• 面板开关（1980s 前）：通过拨动面板上的开关，进行编程。输入二进制操作码，按存储按钮，推进至下一个内存位，直至操作完内存，按运行键执行程序。（内存式电脑）

3、现代计算机基础结构——冯诺依曼计算机

冯诺依曼计算机的标志是，一个处理器（有算术逻辑单元）+数据寄存器+指令寄存器+指令地址寄存器+内存

第十一章：编程语言发展史

概念梳理

伪代码：用自然语言（中文、英语等）对程序的高层次描述，称为“伪代码”。
汇编器：用于将汇编语言装换成机器语言。一条汇编语句对应一条机器指令。
助记符（汇编器）：软件

1、早期二进制

写代码先前都是硬件层面的编程，硬件编程非常麻烦，所以程序员想要一种更通用的编程方法，就是软件。
早期，人们先在纸上写伪代码，用“操作码表”把伪代码转成二进制机器码，翻译完成后，程序可以喂入计算机并运行。

2、汇编器&助记符

背景：1940~1950s，程序员开发出一种新语言，更可读更高层次（汇编码）。每个操作码分配一个简单名字，叫“助记符”。但计算机不能读懂“助记符”，因此人们写了二进制程序“汇编器”来帮忙。
作用：汇编器读取用“汇编语言”写的程序，然后转成“机器码”。

3、最早高级编程语言“A-0”

汇编只是修饰了一下机器码，一般来说，一条汇编指令对应一条机器指令，所以汇编码和底层硬件的连接很紧密，汇编器仍然强迫程序员思考底层逻辑。
1950s，为释放超算潜力，葛丽丝·霍普博士，设计了一个高级编程语言，叫“Arithmetic Language Version 0”，一行高级编程语言可以转成几十条二进制指令。但由于当时人们认为，计算机只能做计算，而不能做程序，A-0未被广泛使用。
过程：高级编程语言→编译器→汇编码/机器码

4、开始广泛应用的高级编程语言

FORTRAN1957 年由 IBM1957 年发布，平均来说，FORTRAN 写的程序，比等同的手写汇编代码短20倍，FORTRAN 编译器会把代码转成机器码。但它只能运行于一种电脑中。

5、通用编程语言——COBOL

1959年，研发可以在不同机器上通用编程语言。
最后研发出一门高级语言：“普通面向商业语言”，简称 COBOL。
每个计算架构需要一个 COBOL 编译器，不管是什么电脑都可以运行相同的代码，得到相同结果。

6、现代编程语言1960s-2000

1960s 起，编程语言设计进入黄金时代。
1960：LGOL, LISP 和 BASIC 等语言。
70年代有：Pascal，C 和 Smalltalk。
80年代有：C++，Objective-C 和 Perl。
90年代有：Python，Ruby 和 Java*。

7、安全漏洞&补丁由来

在1940年代，是用打孔纸带进行的，但程序出现了问题（也就是漏洞），为了节约时间，只能贴上胶带也就是打补丁来填补空隙，漏洞和补丁因此得名。

第十二章：编程基础-语句和函数

1、变量、赋值语句

如a=5，其中a为可赋值的量，叫做变量。把数字5放 a 里面，这叫“赋值语句”，即把一个值赋给一个变量。

2、if判断

可以想成是“如果 X 为真，那么执行 Y，反之，则不执行Y”，if语句就像岔路口，走哪条路取决于条件的真假。

3、while循环

当满足条件时进入循环，进入循环后，当条件不满足时，跳出循环。

4、for循环

for循环不判断条件，判断次数，会循环特定次数，不判断条件。for 的特点是，每次结束，i会+1。

5、函数

当一个代码很常用的时候，我们把它包装成一个函数（也叫方法或者子程序），其他地方想用这个代码，只需要写函数名即可。

第十三章：算法入门

基本慨念

算法：解决问题的基本步骤。

1、选择排序

数组：一组数据。
选择排序的复杂度为O(n²)。

2、大O表示法

大O表示法（算法）的复杂度：算法的输入大小和运行步骤之间的关系，来表示运行速度的量级。

3、归并排序

归并排序的算法复杂度为O（n*log n），n是需要比较+合并的次数，和数组大小成正比，log n是合并步骤所需要的次数，归并排序比选择排序更有效率。

4、Dijkstra算法

一开始复杂度为O(n²)，后来复杂度为O（nlog n +I），n表示节点数，I表示有多少条线。

第十四章：数据结构

1、数组 下标

数组（Array），也叫列表（list）或向量（Vector），是一种数据结构。为了拿出数组中某个值，我们要指定一个下标（index），大多数编程语言里，数组下标都从 0 开始，用方括号 [ ] 代表访问数组。
注意：很容易混淆“数组中第 5 个数”和“数组下标为 5 的数”，数组下标为5的数是数组里面的第6个数。

2、字符串

即字母、数字、标点等组成的数组，字符串在内存里以0结尾。

3、矩阵

可以把矩阵看成数组的数组

4、结构体

把几个有关系的变量存在一起叫做结构体。

5、指针

指针是一种特殊变量，指向一个内存地址，因此得名。

6、节点

以指针为变量的结构体叫节点。

7、链表

用节点可以做链表，链表是一种灵活数据结构，能存很多个节点 (node)，灵活性是通过每个节点指向下一个节点实现的。链表可以是循环的也可以是非循环的，非循环的最后一个指针是0。

8、队列

“队列”就像邮局排队，谁先来就排前面，这叫先进先出（FIFO——first in first out），可以把“栈”想成一堆松饼，做好一个新松饼，就堆在之前上面，吃的时候，是从最上面开始。

9、栈

栈是后进先出(LIFO)。

10、树

11、图

如果数据随意连接，有循环，我们称之为图。

第十五章：阿兰图灵

可判定性问题

是否存在一种算法，输入正式逻辑语句输出准确的“是”或“否”答案？

1. 阿隆佐邱奇，Lambda算子
   美国数学家阿隆佐·丘奇，开发了一个叫“Lambda 算子”的数学表达系统，证明其不存在。
2. 图灵机
   只要有足够的规则，状态和纸带，图灵机可以解决一切计算问题。和图灵机一样完备，叫做图灵完备。
3. 停机问题
   证明图灵机不能解决所有问题。
4. 图灵测试
   向人和机器同时发信息，收到的回答无法判断哪个是人，哪个是计算机，则计算机达到了智能程度。

第十六章：软件工程

1、对象

当任务庞大，函数太多，我们需要把函数打包成层级，把相关代码都放一起，打包成对象。对象可以包括其他对象，函数和变量。把函数打包成对象的思想叫做“面向对象编程”，面向对象的核心是隐藏复杂度，选择性的公布功能。

2、API

当团队接收到子团队编写的对象时，需要文档和程序编程接口（API）来帮助合作。API控制哪些函数和数据让外部访问，哪些仅供内部。

3、集成开发环境（IDE）

程序员用来专门写代码的工具。

4、调试（debug）

IDE帮你检查错误，并提供信息，帮你解决问题，这个过程叫调试。

5、文档与注释

文档一般放在一个叫做README的文件里，文档也可以直接写成“注释”，放在源代码里，注释是标记过的一段文字，编译代码时，注释会被忽略。注释的唯一作用是帮助开发者理解代码。

6、版本控制

版本控制，又称源代码管理。大型软件公司会把会把代码放到一个中心服务器上，叫“代码仓库”，程序员可以把想修改的代码借出，修改后再提交回代码仓库。版本控制可以跟踪所有变化，如果发现bug，全部或部分代码，可以“回滚”到之前的稳定版。

7、质量控制测试

可以统称“质量保证测试”（QA），作用是找bug

8、beta alpha

beta版软件，即是软件接近完成，但没有完全被测试过，公司有时会向公众发布beta版，以帮助发现问题。alpha是beta前的版本，一般很粗糙，只在内部测试。