[经济学]大学计算机基础课件.ppt
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- 经济学 大学计算机 基础 课件
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1、东南大学本章主要知识点本章主要知识点 程序工作方式与交互工作方式的区别和联系 程序的本质 程序构造的基本方法 基本数据组织方法 基本数据处理方法 程序设计的三要素 程序与软件的关系 软件和软件开发的关系 软件开发的工程化管理 软件开发方法相关概念和知识 程序是人类思想的结晶,最能反映人类的智慧和创造性。它反映了人类解决问题的思维和方法。程序的构造是一个动态过程,一般涉及语言、软件模型、环境、应用体系、工程化管理等多个方面。因此,程序工作方式相对于交互式工作方式,对人的要求更高。程序是最能反映人类的智慧和创造性。在交互方式中,人与计算机是联机的。在程序方式中,人与计算机是脱机的。程序方式中,人们
2、通过某种计算机语言,针对需要解决的特定问题,事先将自己处理问题的思路和方法编写成程序,然后通过发行和运行程序达到解决问题的目的。SHELL处理层(交互式交流方式)系统调用接口操作系统功能集硬件系统人(用户)人(用户)程 序(程序式交流方式)联机工作方式中,人的主动性比较高。面对遇到的问题,可以随机应变。脱机工作方式中,构造程序时必须考虑许多问题,要考虑到未来程序运行时的各种各样可能出现的问题及其对策。另外,程序的构造还涉及计算机语言、软件开发方法、软件开发环境、应用体系等方面的知识。特别是,涉及处理问题的各种基本应用模式。因此,对人的思维要求更高。两种工作方式的区别类似于人类社会中的讲话和写作
3、交互式使用:说话,容易。程序式使用:写作,较难。两种方式既有区别又有联系,区别主要在于两者的表现形式和层次不同,而从思维本质的角度看,两者是一致的。事实上,程序设计与构造建立在交互式使用方式基础上。一方面,程序的开发环境、运行配置环境等,需要交互式使用方式;另一方面,程序构造的语言,是交互式交流方式中命令语言的拓展;再者,针对具体问题的处理,两者的思维本质是一致的。程序是指一组预定的工作指令流,可以直接通过计算机执行,使具体的现实世界中的客观问题得以在计算机世界中智能化再现,从而使具体问题得到解决。程序设计是指程序的形成过程,就是人类运用其逻辑思维能力以及符号处理能力来构造一个特定的符号处理器
4、,使得借助于计算机这样一种设备,能够完成预定的计算。程序是人类思维的产物,是人类思维火花的时间定格,呈现静态特征。程序尽管固化了人类的智慧,但却没有展示人类形成该程序的动态思维过程 程序设计产生程序的过程,是动态的。程序设计是一种创造性劳动,或是说脑力劳动,反映了人类思维的规律和模式。伴随整个程序构造过程而形成的各种人类的思维活动,对于程序的最终形成起到核心作用。程序的形成过程比程序本身重要得多,程序设计与构造的涵义比程序的涵义要丰富得多。程序设计与文化有着很深的渊源。不同的文化对程序设计有影响。递归(recursion)是计算机思维的核心思想之一,其本质反映的是一种跳跃性思维方法。递归反映了
5、事物间的规律,即整体是由局部构成的,整体又可以充当粒度较大的局部,整体和局部的关系是辨证统一的。理解事物间规律的视角,即对于一个问题中的整体和局部的理解,取决于看待问题的角度和视角,而这种角度和视角是随时会改变和调整的。这也就是所谓的当前的概念。递归和当前两者相互结合,形成完整的辨证思维逻辑。基本逻辑控制规则来源于自然社会生活中人们处理各种问题时所采取的策略和方法,对这些策略和方法的归纳和抽象,就产生了基本的逻辑控制策略和方法。计算机程序设计中,有顺序、分支、循环、递归四种基本逻辑控制规则。对于高性能高质量的应用,其关键显然不在于四种基本逻辑控制规则本身,而是在于如何应用这四种基本逻辑控制规则
6、。一、定义一、定义xxxx.处理顺序单分支双分支循环1循环2递归多分支BBBA基本处理步分支组合步循环组合步程序体双分支体循环体A 程序B 子程序从逻辑形态和概念上看,A等同于B,因为无论A还是B,它们都是由三种基本的处理步(处理步、分支组合步和循环处理步)组成。如果将A看成是一个大程序,则B可以看成是一个小程序,由此又可以引申出大程序中包含小程序,小程序的外面是大程序,即程序之中有程序,程序之外是程序的思想。基本逻辑控制规则的组合也是递归思想的一种应用。对于分解后的各个具体模块,可以按人们的思维逻辑进行任意组合,以实现人类思想的再现。同样一个问题,不同的人有不同的组合方法,产生出不同的程序。
7、可见,最终用于问题解决的程序,本质上反映了各个人的具体的思维。程序构造的基本方法:数据组织+数据处理。数据组织相当于组织和提供各种素材;数据处理则是如何利用这些素材,进行加工处理,得到最后的成品。针对同样的数据,不同的人可以有不同的处理方法,这些方法都能得到需要的结果。这反映了每个人的思维特征和对问题的处理方法。数据组织和数据处理存在一定的思维联系。也就是说,一种数据组织方法,隐含地决定了对这些数据的存取方法。同样,一种数据处理方法也隐含地决定了数据应有的组织方法。一、分类一、分类 根据处理所涉及的数据量和种类,数据组织一般分为内存数据组织和外存数据组织两大类。内存数据组织是指用于数据处理的数
8、据量一般比较少,所有数据都可以存放到计算机的内部存储器中,数据处理程序可以直接使用这些数据。内存数据组织的基本方法有:简单数据组织、线性数据组织、层次数据组织和网状数据组织一、分类一、分类 外存数据组织是指用于数据处理的数据量比较大,不可能将所有数据都存放到计算机的内部存储器中。只有当前处理所涉及的一部分数据放在内存,而大部分暂时不用的数据则存放在外部存储器中。因此,数据处理程序必须经过专用的数据管理系统,根据处理的需要不断从外部存储器中将当前需要用到的数据调入内部存储器中。外存数据组织中的专用数据管理系统一般有文件系统和数据库系统。数据逻辑组织的类型内存数据组织简单数据组织 线性数据组织层次
9、数据组织树 网状数据组织图文件系统数据库系统 外存数据组织 数据组织的概念分为两个层次:逻辑组织和物理组织。逻辑组织是指一种抽象描述,只关心数据之间的组织关系,不涉及数据在计算机内部的具体组织。物理组织是指数据在计算机内部的具体组织,它涉及计算机基本组成结构中的存储器概念。简单数据组织一般用于对少量、相互之间没有太大关系的数据的组织。xlkzy线性数据组织一般用于同类的批量数据组织。这种数据组织方法的优点是,整批数据用同一个名称,表示他们是属于同一类数据。其中的每一个具体数据通过一个序号给出。可见,这种数据组织方法隐含在对其处理中,一般都是通过循环完成。x1x2x3x4x5x6x7x8x9kx
10、1x2x3x4x5x6x7x8x9k+(5-1)*2线性数据组织在计算机中的具体实现一般有两种形式:连续组织和非连续组织。连续组织是指将这批数据存放到计算机内部存储器中某个连续的区域,数据名表示这个连续区域,根据编号可以计算出与该编号对应的那个数据所存放的区域。非连续组织是指将这批数据分散存放到计算机内部存储器中,每个数据存放一个位置,一般而言,这些位置是不连续的。但是,为了保持这批数据在逻辑上的线性关系,必须为这些不连续的位置建立联系。非连续组织非连续组织中建立联系具体方法是,扩大每个数据的存储区域,该区域除了存放数据外,还可以再存储一个位置信息。然后,根据这批数据在逻辑上的线性关系,将后面
11、一个数据存放的位置登记到前面一个存放数据的区域中,完成两个相邻数据的逻辑关系建立。对于最后一个数据,因为它的后面没有其他数据,因此,可以将其存放区域中记录下一个数据的位置信息的部分填上一个特殊位置值,表示已经结束。对于第一个数据,可以将它的存放位置登记到一个特定的名称中,表示整个这批数据的起点位置。这种数据组织实现方法也称为这种数据组织实现方法也称为链表链表结构,因结构,因为它像一根链条。为它像一根链条。152010320043520006720302205666203420102000203020342056-120043153567662-1H连续组织方式中,每当插入或删除一个数据时,该数
12、据后面的所有数据都必须向后或向前移动。因此,这种数据组织方法一般适用于一批数据相对固定的应用场合。非连续组织方式中,每当插入一个数据时,可以将这个数据存放在任意一个允许存放的位置,然后通过修改位置信息完成插入。同样,每当删除一个数据时,也可通过修改位置信息完成删除。在35和67之间插入一个56,则可以先将67的位置(在35的存储区域中)登记到56的存储区域中;再将56的位置(可能是在某个名称中)登记到35的存储区域中。5620043153567662-1H56203035206020043153567662-1H56(1)(2)(3)(4)2060T2060T2060T图3.7a 插入56 3
13、153567662-1200435H2060T206056-1T2010200015200420103203020003520302034672056-122034205666206056T20602030申请空间填充数据修改地址修改地址3153567662-12004H56 要删除35,则可以先将67的位置(在35的存储区域中)登记到15的存储区域中,再将35的存储区域归还给计算机。1520043153567662-1H2030352030200431567662-1H(1)(2)20102000图3.7b 删除353153567662-12004H201015201020001520042
14、0103203020003520302034672056-122034205666200035修改地址31567662-12004H20302030 非连续数据组织方法不存在数据移动。因此,这种数据组织方法一般适用于数据插入删除比较频繁的应用场合。尽管非连续组织方法中不涉及数据的频繁移动,节省了大量时间。但它为了保持数据在逻辑上的线性关系,每个数据存放区域都增加了用于记录下一个数据存放位置的空间,是牺牲空间而换取时间。如果对通过线性数据组织方法组织的一批数据操作时施加如下规定:数据的增加和删除必须在同一端进行,每次只能增加或删除一个数据元素。则这种线性数据组织方法及其应用就称为栈结构。其中,数
15、据增加和删除的一端称为栈顶,另一端称为栈底。增加数据的操作称为压栈或进栈,删除数据的操作称为出栈。栈结构也称为LIFO(Last In First Out)结构。栈结构也称为先进后出结构(FILO:First In Last Out),图3.8是栈的示意图。栈结构示意图 栈底栈生长方向栈顶压栈出栈栈顶位置指示栈底栈底栈顶栈顶栈进栈栈底栈底栈顶栈顶栈出栈 如果对通过线性数据组织方法组织的一批数据操作时施加如下规定:数据的增加和删除分别在两端进行;每次只能增加或删除一个数据元素;则这种线性数据组织方法及其应用就称为队列结构。其中,增加数据的一端称为队列尾,删除数据的一端称为队列头。增加数据的操作称
16、为入队或进队,删除数据的操作称为出队。队列结构也称为FIFO(First In First Out)结构。队列结构示意图 队列尾队列头入队出队队头位置指示队尾位置指示队列尾队列尾队列头队列头队列进队队列尾队列尾队列头队列头队列出队文件(file)是指外存中一组相关信息的集合,并有一个名称标识。文件系统(file system)是用于管理文件的软件系统。通过文件系统提供的功能,人们可以方便地管理和使用文件。针对大容量数据,必须将其存储在外存中。为了对这些数据进行有效管理,操作系统中都提供相应的文件系统,以文件的方式组织数据。由于以文件方式组织的数据是存放在外存,因此必须通过一定的硬件设备驱动和读
17、写才能进行数据访问。文件系统可以屏蔽这些复杂的硬件控制问题,以一种抽象的逻辑视图进行文件的管理。文件的基本结构记录1记录2记录n数据项字符1 字符2流式文件记录式文件针对文件方式的数据组织,数据的访问一般要经过文件建立(create)、文件使用、文件删除、文件移动等基本操作。其中,文件使用必须经过打开(open)、读/写(read/write)、关闭(close)三个基本步骤针对大容量数据组织和管理,还有专门的方法数据库系统技术。1)算法及其描述)算法及其描述算法是一个有穷的指令集,这些指令为解决某一个特定任务规定了一个运算序列。算法具有如下特点:有0个或多个输入、有一个或多个输出、具有确定性
18、、具有有穷性、具有有效性。算法与程序的区别:算法与程序的区别:算法与程序是不同的,程序可以不满足有穷性特点。算法与数据组织密切相关,它是在某种数据组织结构上的一种解决问题的计算方法。算法的特点:算法的特点:针对同一个问题,会有不同的数据组织方式和不同的算法。衡量一个算法的好坏,主要是通过该算法执行时所耗费的时间和空间来比较,这种比较是一种相对比较,一般只给出量级关系。一般而言,算法的量级有O(1)、O(n)、O(log2n)、O(nlog2n)、O(n2)、O(n3)等。O(m+n)与O(n)属于同一量级,即线性级;O(100)和O(1)属于同一量级,即常量级(其中,对于空间耗费而言,m、n表
19、示算法执行时耗费的空间大小,一般以字节为单位计数;对于时间耗费而言,m、n表示算法中指令执行的次数)。算法的抽象本质在于算法与它的表示之间的区别。也就是说,算法本身是抽象的,它只是反映一种解决问题的方法。但这种方法必须通过某种形式展示出来,这就是具体的算法表示和描述。算法的描述可以有多种形式,可以有语言方式、图形方式和表格方式。每一种形式还可以有多种不同的形态。比如,语言方式就有自然语言、类计算机语言和计算机语言三种描述。图形方式有流程图、N-S图、PAD图等多种方式。N-S图是一种结构化的流程图,通过一个矩形框表达一个对数据的基本处理,并定义三种基本的元素框(元素框内可以包含基本处理矩形框)
20、,通过三种基本的元素框可以按需要进行任意逻辑组合,实现处理逻辑的控制策略,从而表达一个完整的处理问题的算法。N-S图很容易映射为所要求的某种具体的计算机语言。合P成立?是否AB当P成立直到P成立ABCCA处 理顺序结构元素分支结构元素循环结构元素A、B、C是处理名(可以是基本处理或基本处理集);P是条件;C是循环体N-S图描述方法,体现了由大到小、由粗到细的逐步求精的分析和设计方法,这种方法比较符合人类的思维习惯。这种方法的核心在于用少量的几个符号,可以描述无限的问题,呈现出递归的分析思想。N-S图应用的技巧在于深刻领悟这种富有哲理的递归思想,从外到内,逐层运用,在外层时不要看内层,在内层时不
21、要看外层,始终保持当前只看到一个层次,这样无论多复杂的问题,都可以看得相当简单。【例3-1】给定一个正整数N,如果N大于0,输出“大于0!”;否则,输出“小于等于0!”。输入:整数 NN0?输出:大于0!输出:小于等于0!TF输入:正整数 N输出:输出:TFN0?大于0!小于等于0!【例3-2】输入10个整数,求它们的和。输入:整数 NS 0,I 0S S+NI I+1当I=10时输出:SS 0,I 0I I+1I I+1当IN-1或W=1W=0输出:N是素数!输出:N不是素数!TF输入:正整数 NW 0,I 2R N/I的余数R=0TFW 1I I+1直到IN-1或W=1W=0输出:N是素数
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