004 程序设计基本方法

目录

• 一、概要
• 二、计算机与程序设计
  • 2.1 计算机
  • 2.2 计算机的发展
  • 2.3 摩尔定律 Moore’s Law
  • 2.4 计算机发展
  • 2.5 程序设计
  • 2.6 程序设计语言
• 三、编译和解释
  • 3.1 编程语言的执行方式
  • 3.2 编译
  • 3.3 解释
  • 3.4 编译和解释
  • 3.5 静态语言和动态语言
• 四、程序的基本编写方法
  • 4.1 IPO
  • 4.2 理解IPO
  • 4.3 问题的计算部分
  • 4.4 编程解决问题的步骤
  • 4.5 求解计算问题的精简步骤
• 五、计算机编程
  • 5.1 编程能够训练思维
  • 5.2 编程能够增进认识
  • 5.3 编程能够带来乐趣
  • 5.4 编程能够提高效率
  • 5.5 编程带来就业机会
  • 5.6 学习编程的误区
• 六、小结

一、概要

1. 计算机与程序设计
2. 编译和解释
3. 程序的基本编写方法
4. 计算机编程

二、计算机与程序设计

2.1 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、输出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

2.2 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
• 计算机高效支撑的各类运算功能不断丰富发展

2.3 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
• CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律

现实世界中的摩尔定律：

2.4 计算机发展

计算机的发展参照摩尔定律，表现为指数方式

• 当今世界，唯一长达50年有效且按照指数发展的技术领域
• 计算机深刻改变人类社会，甚至可能改变人类本身
• 可预见的未来30年，摩尔定律还将持续有效

2.5 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接管，程序设计将是生存技能

2.6 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编程语言

三、编译和解释

3.1 编程语言的执行方式

计算机执行源程序的两种方式：编译和解释

• 源代码：采用某种编程语言编写的计算机程序，人类可读，例如：result = 2 + 3
• 目标代码：计算机可直接执行，人类不可读 (专家除外)，例如：11010010 00111011

3.2 编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程：

执行编译过程的程序叫作编译器

3.3 解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程：

执行解释过程的程序叫作解释器

3.4 编译和解释

• 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（类似实时的同声传译）

3.5 静态语言和动态语言

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++语言、Java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
  • 使用解释执行的编程语言，Python语言、JavaScript语言、PHP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

四、程序的基本编写方法

4.1 IPO

程序的基本编写方法

• 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

4.2 理解IPO

• 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
  • 输入是一个程序的开始
• 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

4.3 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

4.4 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

使用计算机解决问题

• 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

4.5 求解计算问题的精简步骤

3个精简步骤

• 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

五、计算机编程

5.1 编程能够训练思维

• 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

5.2 编程能够增进认识

• 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

5.3 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、提升心理满足感
• 在信息空间里思考创新、将创新变为现实

5.4 编程能够提高效率

• 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
• 为个人理想实现提供一种借助计算机的高效手段

5.5 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
• 计算机已经渗透于各个行业， 就业前景非常广阔

5.6 学习编程的误区

Q：编程很难学吗？ 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，参照案例多练习多实践，学会举一反三

六、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