1、程序设计思想与方法,绪论,Lu Chaojun, SJTU,2,Lu Chaojun, SJTU,2,2,教师信息,主讲 陆朝俊(电信学院计算机科学与工程系) 电子邮箱: lu- 教学资料: ftp:/ 办公室: 电院楼群3-525 助教,Lu Chaojun, SJTU,3,Lu Chaojun, SJTU,3,教材和参考书,教材 很遗憾,暂无合适的中文版教材 目前使用: Python Programming: An Introduction to Computer Science. (电子版) 参考书 How to Think Like a Computer ScientistLearni
2、ng with Python.(电子版),Lu Chaojun, SJTU,Lu Chaojun, SJTU,4,Lu Chaojun, SJTU,4,4,关于课程名称,课程名称是“程序设计思想与方法”,其实对应于近年来国际上提出的新课程“计算思维”. 计算思维(computational thinking)是计算机科学家利用计算机解决问题时的思想和方法. 计算机科学是关于“计算”的学问. 计算思维建立在由人或机器执行的计算过程的能力和限制之上. 计算思维应成为所有人的基本能力. 与阅读,书写,算术能力一样!,计算思维的特点,是概念化思考,而非编程 是基本能力,而非机械的生搬硬套 是人的思考方
3、式,而非计算机的 是数学思维和工程思维的互补及组合 是思想,而非人造物 人人皆有,处处皆是,Lu Chaojun, SJTU,5,计算思维的例子,问题抽象,表示,建模 问题难度与机器的能力 问题解决的效率,近似解,失误率 变难为易:分解,约简,嵌入,转换,模拟 递归地思考 并行处理 类型检查 程序美学,系统设计的简洁与优雅,Lu Chaojun, SJTU,6,计算思维的例子(续),模块化 预取和缓存 对最坏情况的预防,保护,恢复 同步 启发式推理 规划,学习,调度 时空等不可兼得要素的权衡 ,Lu Chaojun, SJTU,7,日常生活中的计算思维,小学算术:长除法,最大公约数 查字典:线
4、性,二分 排队:先来先处理 整理扑克牌:插入排序 书包:预取与缓存 邮递员投递路线:尽可能只经过一次 烧菜:并行处理 生产:流水线 ,Lu Chaojun, SJTU,8,计算思维对其他学科的影响,统计学中的机器学习 计算生物学,生物信息学 计算博弈论 计算化学,纳米计算 计算物理学,量子计算 计算数学,计算几何,计算机证明定理 工程中的计算机模拟 医学影像分析 电子商务,计算广告学 电影特效,计算机作曲,NBA统计分析 ,Lu Chaojun, SJTU,9,对本课程的定位,学习计算机科学解决问题的思想方法,应用于其他专业领域 不是程序设计语言课程! 本课程需要编程,以加深对计算思维的理解
5、坏消息:学习编程语言需要掌握非常繁琐的细节 好消息:Python语言非常简单,易学易用 也不是算法和数据结构课程! 当然会学习这方面的一些基本技术,Lu Chaojun, SJTU,10,计算机与程序,问题的提出,当今时代,计算机几乎无处不在: 企业管理 产品设计 气象预报 电影制作 工业控制 游戏,写文章,上网, 问题:计算机究竟是什么东西?怎么能做这么多不同的事情?,Lu Chaojun, SJTU,12,Lu Chaojun, SJTU,13,Lu Chaojun, SJTU,13,13,通用计算机,计算机是具有如下特征的机器: 能够存储和处理信息 输入处理输出 信息处理由程序控制 计算
6、机程序是一个详细的逐步执行的指令序列,告诉计算机该做什么. 程序可改变:不同的程序完成不同的处理任务. 人们造了各种各样的计算机,但:所有计算机具有相同的能力!,软件统治硬件,程序决定了计算机做什么. 没有程序,计算机只是一堆废铁. 程序设计:编写软件的过程. 程序设计极具挑战性: 既要具备大视野 又要关注细枝末节 为何学程序设计? 做计算机的主人 乐趣 培养问题求解能力,Lu Chaojun, SJTU,14,什么是计算机科学?,并非研究计算机! 正如天文学不是研究望远镜的. EWD CS要回答的基本问题:什么是可计算的? 对此问题的回答有三种方式: 实际设计一个解决问题的算法 理论分析问题
7、的可解性 无解的,不是能行可解的 通过实验来研究问题.,Lu Chaojun, SJTU,15,硬件基本知识,Lu Chaojun, SJTU,16,主存,CPU,输入设备,输出设备,次级存储器,硬件基本知识(续),中央处理器(CPU):执行运算. 只提供简单的运算,如加法,比较等. 存储器存储程序和数据. CPU只能直接访问主存. 主存快但易失,次级存储器慢但持久 输入/输出设备:人与计算机交互,Lu Chaojun, SJTU,17,程序设计语言,问:用什么语言告诉计算机做什么?答:用精确无歧义的程序设计语言. 精确的语法和语义 有不同层次的程序设计语言 计算机自己的母语:机器语言 例如:
8、 0000010000000001.是Intel8086能理解的一条指令. 把机器语言用助忆符表示:汇编语言 上例即: ADD AL,1.需要汇编器处理后机器才懂. 适合人用的语言:高级语言 如: x = y + 1. 需要编译器或解释器翻译后机器才懂.,Lu Chaojun, SJTU,18,高级语言,高级程序设计语言有很多种,据说2008年网上被引用最多的10个语言是(按字母顺序): C, C+, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, SQL. 高级语言的翻译 编译:源代码编译成目标代码,再执行.一次编译,多次执行. 解释:源代码直接被解释执行.每次执行都要重新解释.,Lu Chaojun, SJTU,19,Python,Python采用编译/解释混合方式:先编译成字节码,再解释执行. 安装Python 2.x 与新的Python 3.x有不兼容的地方. 启动Python,Lu Chaojun, SJTU,20,初识Python,语句 串,数,表达式 执行单条语句vs语句块(函数) 函数 定义,调用,参量,左缩进 模块(脚本)文件 注释 变量与赋值 程序模拟物理现象:chaos程序,Lu Chaojun, SJTU,21,Lu Chaojun, SJTU,22,Lu Chaojun, SJTU,22,End,
