一、概要
- 計算機與程序設計
- 編譯和解釋
- 程序的基本編寫方法
- 計算機編程
二、計算機與程序設計
2.1 計算機
計算機是根據指令操作數據的設備
- 功能性：對數據的操作，表現為數據計算、輸出輸出處理和結果存儲等
- 可編程性：根據一系列指令自動地、可預測地、准確地完成操作者的意圖
2.2 計算機的發展
計算機的發展參照摩爾定律，表現為指數方式
- 計算機硬件所依賴的集成電路規模參照摩爾定律發展
- 計算機運行速度因此也接近幾何級數快速增長
- 計算機高效支撐的各類運算功能不斷豐富發展
2.3 摩爾定律 Moore’s Law
計算機發展歷史上最重要的預測法則
- Intel公司創始人之一戈登·摩爾在1965年提出
- 單位面積集成電路上可容納晶體管的數量約每兩年翻一番
- CPU/GPU、內存、硬盤、電子產品價格等都遵循摩爾定律
現實世界中的摩爾定律：
2.4 計算機發展
計算機的發展參照摩爾定律，表現為指數方式
- 當今世界，唯一長達50年有效且按照指數發展的技術領域
- 計算機深刻改變人類社會，甚至可能改變人類本身
- 可預見的未來30年，摩爾定律還將持續有效
2.5 程序設計
程序設計是計算機可編程性的體現
- 程序設計，亦稱編程，深度應用計算機的主要手段
- 程序設計已經成為當今社會需求量最大的職業技能之一
- 很多崗位都將被計算機程序接管，程序設計將是生存技能
2.6 程序設計語言
程序設計語言是一種用於交互(交流)的人造語言
- 程序設計語言，亦稱編程語言，程序設計的具體實現方式
- 編程語言相比自然語言更簡單、更嚴謹、更精確
- 編程語言主要用於人類和計算機之間的交互
編程語言種類很多，但生命力強勁的卻不多
- 編程語言有超過600種，絕大部分都不再被使用
- C語言誕生於1972年，它是第一個被廣泛使用的編程語言
- Python語言誕生於1990年，它是最流行最好用的編程語言
三、編譯和解釋
3.1 編程語言的執行方式
計算機執行源程序的兩種方式：編譯和解釋
- 源代碼：采用某種編程語言編寫的計算機程序，人類可讀，例如：
result = 2 + 3 - 目標代碼：計算機可直接執行，人類不可讀 (專家除外)，例如：
11010010 00111011
3.2 編譯
將源代碼一次性轉換成目標代碼的過程：
執行編譯過程的程序叫作編譯器
3.3 解釋
將源代碼逐條轉換成目標代碼同時逐條運行的過程：
執行解釋過程的程序叫作解釋器
3.4 編譯和解釋
- 編譯：一次性翻譯，之后不再需要源代碼（類似英文翻譯）
- 解釋：每次程序運行時隨翻譯隨執行（類似實時的同聲傳譯）
3.5 靜態語言和動態語言
根據執行方式不同，編程語言分為兩類
- 靜態語言
- 使用編譯執行的編程語言，如C/C++語言、Java語言
- 編譯器一次性生成目標代碼，優化更充分，程序運行速度更快
- 腳本語言
- 使用解釋執行的編程語言，Python語言、JavaScript語言、PHP語言
- 執行程序時需要源代碼，維護更靈活，源代碼在維護靈活、跨多個操作系統平台
四、程序的基本編寫方法
4.1 IPO
程序的基本編寫方法
- I：Input 輸入，程序的輸入
- P：Process 處理，程序的主要邏輯
- O：Output 輸出，程序的輸出
4.2 理解IPO
- 輸入
- 程序的輸入：文件輸入、網絡輸入、控制台輸入、交互界面輸入、內部參數輸入等
- 輸入是一個程序的開始
- 輸出
- 程序的輸出：控制台輸出、圖形輸出、文件輸出、網絡輸出、操作系統內部變量輸出等
- 輸出是程序展示運算結果的方式
- 處理
- 處理是程序對輸入數據進行計算產生輸出結果的過程
- 處理方法統稱為算法，它是程序最重要的部分
- 算法是一個程序的靈魂
4.3 問題的計算部分
一個待解決問題中，可以用程序輔助完成的部分
- 計算機只能解決計算問題，即問題的計算部分
- 一個問題可能有多種角度理解，產生不同的計算部分
- 問題的計算部分一般都有輸入、處理和輸出過程
4.4 編程解決問題的步驟
6個步驟 (1-3)
- 分析問題：分析問題的計算部分，想清楚
- 划分邊界：划分問題的功能邊界，規划IPO
- 設計算法：設計問題的求解算法，關注算法
使用計算機解決問題
- 編寫程序：編寫問題的計算程序，編程序
- 調試測試：調試程序使正確運行，運行調試
- 升級維護：適應問題的升級維護，更新完善
4.5 求解計算問題的精簡步驟
3個精簡步驟
- 確定IPO：明確計算部分及功能邊界
- 編寫程序：將計算求解的設計變成現實
- 調試程序：確保程序按照正確邏輯能夠正確運行
五、計算機編程
5.1 編程能夠訓練思維
- 編程體現了一種抽象交互關系、自動化執行的思維模式
- 計算思維：區別邏輯思維和實證思維的第三種思維模式
- 能夠促進人類思考，增進觀察力和深化對交互關系的理解
5.2 編程能夠增進認識
- 編程不單純是求解計算問題
- 不僅要思考解決方法，還要思考用戶體驗、執行效率等
- 能夠幫助程序員加深用戶行為以及社會和文化認識
5.3 編程能夠帶來樂趣
- 編程能夠提供展示自身思想和能力的舞台
- 讓世界增加新的顏色、讓自己變得更酷、提升心理滿足感
- 在信息空間里思考創新、將創新變為現實
5.4 編程能夠提高效率
- 能夠更好地利用計算機解決問題
- 顯著提高工作、生活和學習效率
- 為個人理想實現提供一種借助計算機的高效手段
5.5 編程帶來就業機會
- 程序員是信息時代最重要的工作崗位之一
- 國內外對程序員崗位的缺口都在百萬以上規模
- 計算機已經滲透於各個行業， 就業前景非常廣闊
5.6 學習編程的誤區
Q：編程很難學嗎？ A：掌握方法就很容易！
- 首先，掌握編程語言的語法，熟悉基本概念和邏輯
- 其次，結合計算問題思考程序結構，會使用編程套路
- 最后，參照案例多練習多實踐，學會舉一反三
六、小結
- 計算機的功能性和可編程性
- 編譯和解釋、靜態語言和腳本語言
- IPO、理解問題的計算部分
- 掌握計算機編程的價值