第二章-算法-程序的靈魂課件

第2章算法---程序的靈魂第2章算法---程序的靈魂1一個(gè)程序主要包括以下兩方面的信息：(1)對(duì)數(shù)據(jù)的描述。在程序中要指定用到哪些數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的組織形式這就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(datastructure)(2)對(duì)操作的描述。即要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作的步驟也就是算法(algorithm)一個(gè)程序主要包括以下兩方面的信息：2數(shù)據(jù)是操作的對(duì)象操作的目的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，以得到期望的結(jié)果著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思(NikiklausWirth)提出一個(gè)公式：

算法

+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序數(shù)據(jù)是操作的對(duì)象3一個(gè)程序除了算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這主要要素外，還應(yīng)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并且用某一種計(jì)算機(jī)語言表示算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)方法和語言工具是一個(gè)程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備的知識(shí)一個(gè)程序除了算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這主要要素外，還應(yīng)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)化程序4算法是解決“做什么”和“怎么做”的問題程序中的操作語句，是算法的體現(xiàn)不了解算法就談不上程序設(shè)計(jì)算法是解決“做什么”和“怎么做”的問題52.1什么是算法2.2簡(jiǎn)單的算法舉例2.3算法的特性2.4怎樣表示一個(gè)算法2.5結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法2.1什么是算法62.1什么是算法廣義地說，為解決一個(gè)問題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”對(duì)同一個(gè)問題，可以有不同的解題方法和步驟為了有效地進(jìn)行解題，不僅需要保證算法正確，還要考慮算法的質(zhì)量，選擇合適的算法2.1什么是算法廣義地說，為解決一個(gè)問題而采取的方法和步驟72.1什么是算法計(jì)算機(jī)算法可分為兩大類別：數(shù)值運(yùn)算算法非數(shù)值運(yùn)算算法數(shù)值運(yùn)算的目的是求數(shù)值解非數(shù)值運(yùn)算包括的面十分廣泛，最常見的是用于事務(wù)管理領(lǐng)域2.1什么是算法計(jì)算機(jī)算法可分為兩大類別：82.2簡(jiǎn)單的算法舉例例2.1求1×2×3×4×5可以用最原始的方法進(jìn)行：步驟1：先求1*2，得到結(jié)果2。步驟2：將步驟1得到的乘積2再乘以3，得到結(jié)果6。步驟3：將6再乘以4，得24。步驟4：將24再乘以5，得120。這就是最后的結(jié)果。例2.1求1×2×3×4×5×…×1000太繁瑣2.2簡(jiǎn)單的算法舉例例2.1求1×2×3×4×5例2.192.2簡(jiǎn)單的算法舉例改進(jìn)的算法：設(shè)變量p為被乘數(shù)變量i為乘數(shù)用循環(huán)算法求結(jié)果2.2簡(jiǎn)單的算法舉例改進(jìn)的算法：102.2簡(jiǎn)單的算法舉例S1：使p=1，或?qū)懗?

pS2：使i=2，或?qū)懗?

iS3：使p與i相乘，乘積仍放在變量p中，可表示為：p*i

pS4：使i的值加1，即i+1

iS5：如果i不大于5，返回重新執(zhí)行S3；否則，算法結(jié)束最后得到p的值就是5!的值若是1000，求什么？2.2簡(jiǎn)單的算法舉例S1：使p=1，或?qū)懗?p若是1000112.2簡(jiǎn)單的算法舉例S1：使p=1，或?qū)懗?

pS2：使i=2，或?qū)懗?

iS3：使p與i相乘，乘積仍放在變量p中，可表示為：p*i

pS4：使i的值加1，即i+1

iS5：如果i不大于5，返回重新執(zhí)行S3；否則，算法結(jié)束最后得到p的值就是5!的值若求1×3×5×7×9×1133221111相當(dāng)于i≦112.2簡(jiǎn)單的算法舉例S1：使p=1，或?qū)懗?p若求1×3×122.3算法的特性一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：(1)

有窮性。一個(gè)算法應(yīng)包含有限的操作步驟，而不能是無限的。(2)

確定性。算法中的每一個(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)是確定的，而不應(yīng)當(dāng)是含糊的、模棱兩可的。2.3算法的特性一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：132.3算法的特性一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：(3)

有零個(gè)或多個(gè)輸入。所謂輸入是指在執(zhí)行算法時(shí)需要從外界取得必要的信息。(4)

有一個(gè)或多個(gè)輸出。算法的目的是為了求解，“解”就是輸出。沒有輸出的算法是沒有意義的。(5)

有效性。算法中的每一個(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)能有效地執(zhí)行，并得到確定的結(jié)果。2.3算法的特性一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：142.3算法的特性對(duì)于一般最終用戶來說:他們并不需要在處理每一個(gè)問題時(shí)都要自己設(shè)計(jì)算法和編寫程序可以使用別人已設(shè)計(jì)好的現(xiàn)成算法和程序只需根據(jù)已知算法的要求給予必要的輸入，就能得到輸出的結(jié)果輸入3個(gè)數(shù)黑箱子3個(gè)數(shù)中最大數(shù)求3個(gè)數(shù)的最大數(shù)2.3算法的特性對(duì)于一般最終用戶來說:輸入3個(gè)數(shù)黑箱子3個(gè)數(shù)152.4怎樣表示一個(gè)算法常用的方法有：自然語言傳統(tǒng)流程圖結(jié)構(gòu)化流程圖偽代碼……2.4怎樣表示一個(gè)算法常用的方法有：162.4怎樣表示一個(gè)算法2.4.1用自然語言表示算法2.4.2用流程圖表示算法2.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.4.4用N-S流程圖表示算法2.4.5用偽代碼表示算法2.4.6用計(jì)算機(jī)語言表示算法2.4怎樣表示一個(gè)算法2.4.1用自然語言表示算法172.4.1用自然語言表示算法2.2節(jié)介紹的算法是用自然語言表示的用自然語言表示通俗易懂，但文字冗長(zhǎng)，容易出現(xiàn)歧義性用自然語言描述包含分支和循環(huán)的算法，不很方便除了很簡(jiǎn)單的問題外，一般不用自然語言2.4.1用自然語言表示算法2.2節(jié)介紹的算法是用自然語言182.4.2用流程圖表示算法流程圖是用一些圖框來表示各種操作用圖形表示算法，直觀形象，易于理解起止框輸入輸出框處理框判斷框流程線連接點(diǎn)注釋框x≧0Y……N……一個(gè)入口兩個(gè)出口2.4.2用流程圖表示算法流程圖是用一些圖框來表示各種操作起192.4.2用流程圖表示算法流程圖是用一些圖框來表示各種操作用圖形表示算法，直觀形象，易于理解起止框輸入輸出框處理框判斷框流程線連接點(diǎn)注釋框③①②①③②③位置不夠防止交叉2.4.2用流程圖表示算法流程圖是用一些圖框來表示各種操作起20

例2.6將例2.1的算法用流程圖表示。

求1×2×3×4×5如果需要將最后結(jié)果輸出:1ti>5開始2it*iti+1i結(jié)束NY例2.6將例2.1的算法用流程圖表示。1ti>5開始21

例2.6將例2.1的算法用流程圖表示。

求1×2×3×4×5如果需要將最后結(jié)果輸出:1t輸出ti>5開始2it*iti+1i結(jié)束NY例2.6將例2.1的算法用流程圖表示。1t輸出ti>222.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖1.傳統(tǒng)流程圖的弊端傳統(tǒng)的流程圖用流程線指出各框的執(zhí)行順序，對(duì)流程線的使用沒有嚴(yán)格限制使用者可以毫不受限制地使流程隨意地轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，使人難以理解算法的邏輯2.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖1.傳統(tǒng)流程圖的弊端232.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)(1)順序結(jié)構(gòu)AB2.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)AB242.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)(2)選擇結(jié)構(gòu)ABYpNAYpN2.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)AB252.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)(3)循環(huán)結(jié)構(gòu)①當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)AYp1NYx<5N0x輸出x的值x+1x輸出1,2,3,4,52.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)AY262.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)(3)循環(huán)結(jié)構(gòu)②直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)AYp2NYx≧5N0x輸出x的值x+1x輸出1,2,3,4,52.4.3三種基本結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的流程圖2.三種基本結(jié)構(gòu)AY27以上三種基本結(jié)構(gòu)，有以下共同特點(diǎn)：(1)只有一個(gè)入口(2)只有一個(gè)出口一個(gè)判斷框有兩個(gè)出口一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)只有一個(gè)出口(3)結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一部分都有機(jī)會(huì)被執(zhí)行到。也就是說，對(duì)每一個(gè)框來說，都應(yīng)當(dāng)有一條從入口到出口的路徑通過它(4)結(jié)構(gòu)內(nèi)不存在“死循環(huán)”以上三種基本結(jié)構(gòu)，有以下共同特點(diǎn)：28由三種基本結(jié)構(gòu)派生出來的結(jié)構(gòu)：ANp2YB根據(jù)表達(dá)式p的值進(jìn)行選擇ABp=p1p=p2…MNp=pmp=pn由三種基本結(jié)構(gòu)派生出來的結(jié)構(gòu)：ANp2YB根據(jù)表達(dá)式pABp292.4.4用N-S流程圖表示算法N-S流程圖用以下的流程圖符號(hào)：ABABYNpA當(dāng)p1成立A直到p2成立順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)（當(dāng)型）循環(huán)結(jié)構(gòu)（直到型）2.4.4用N-S流程圖表示算法N-S流程圖用以下的流程圖30例2.11將例2.1的求5!算法用N-S圖表示。直到i>51t輸出t2it*iti+1i例2.11將例2.1的求5!算法用N-S圖表示。直到i>5131一個(gè)結(jié)構(gòu)化的算法是由一些基本結(jié)構(gòu)順序組成的在基本結(jié)構(gòu)之間不存在向前或向后的跳轉(zhuǎn)，流程的轉(zhuǎn)移只存在于一個(gè)基本結(jié)構(gòu)范圍之內(nèi)一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的算法可以用一個(gè)等價(jià)的結(jié)構(gòu)化算法代替，其功能不變?nèi)绻粋€(gè)算法不能分解為若干個(gè)基本結(jié)構(gòu)，則它必然不是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的算法一個(gè)結(jié)構(gòu)化的算法是由一些基本結(jié)構(gòu)順序組成的322.4.5用偽代碼表示算法偽代碼是用介于自然語言和計(jì)算機(jī)語言之間的文字和符號(hào)來描述算法用偽代碼寫算法并無固定的、嚴(yán)格的語法規(guī)則，可以用英文，也可以中英文混用2.4.5用偽代碼表示算法偽代碼是用介于自然語言和計(jì)算機(jī)語言33例2.16求5!。begin(算法開始)1

t2

iwhilei≤5{t*i

ti+1

i}printtend(算法結(jié)束)例2.16求5!。342.4.6用計(jì)算機(jī)語言表示算法要完成一項(xiàng)工作，包括設(shè)計(jì)算法和實(shí)現(xiàn)算法兩個(gè)部分。設(shè)計(jì)算法的目的是為了實(shí)現(xiàn)算法。不僅要考慮如何設(shè)計(jì)一個(gè)算法，也要考慮如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法。2.4.6用計(jì)算機(jī)語言表示算法要完成一項(xiàng)工作，包括設(shè)計(jì)算法和35

例2.18將例2.16表示的算法（求5!）用C語言表示。例2.18將例2.16表示的算法（求5!）用C語言表示36#include<stdio.h>intmain(){inti,t;

t=1;i=2;while(i<=5){t=t*i;i=i+1;}printf("%d\n",t);return0;}#include<stdio.h>372.5結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方