3.2算法及其描述教學(xué)設(shè)計(jì)20232024學(xué)年粵教版高中信息技術(shù)必修1

3.2算法及其描述【本節(jié)對(duì)應(yīng)課標(biāo)的內(nèi)容要求】從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概念與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法。【知識(shí)技能要點(diǎn)】1、理解算法的概念2、掌握算法的特征3、從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概念與特征4、運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法?！菊n前準(zhǔn)備】智能過河游戲、微課視頻、算法優(yōu)化python程序、課件、課堂小測、學(xué)習(xí)任務(wù)單【教學(xué)過程】〖知識(shí)回顧〗上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)體驗(yàn)了計(jì)算機(jī)解決問題的方法和步驟：“分析問題”、“設(shè)計(jì)算法”、“編寫程序”、“調(diào)試運(yùn)行程序”，而算法是整個(gè)問題解決的核心。什么是算法呢？〖游戲?qū)搿接螒蛞?guī)則：三個(gè)人來到河邊準(zhǔn)備過河，這時(shí)他們遇到三個(gè)鬼也準(zhǔn)備過河。但是河上面的船比較小，只能同時(shí)乘兩個(gè)人(或鬼)。條件：鬼在比人多的情況下是會(huì)吃人的。你能想辦法讓這三個(gè)人和這三個(gè)鬼順利地過河嗎？比一比，看看哪個(gè)小組同學(xué)最快完成。請(qǐng)一位同學(xué)根據(jù)本小組體驗(yàn)結(jié)果，將拖動(dòng)左側(cè)項(xiàng)目到對(duì)應(yīng)的步驟上去，完成過河?！贾v授新課〗一、算法的概念師：智力過河問題通過六步得到完美解決，解決問題的過程步驟我們就可以理解為是一個(gè)廣義的算法。那什么是算法呢？我們通過一個(gè)微課來了解一下。播放微課視頻《什么是算法》二、算法的特征簡單點(diǎn)說，算法就是解決問題的方法，我們?cè)賮砘仡櫼幌轮橇^河的算法，從這個(gè)算法中同學(xué)們能發(fā)現(xiàn)算法具有什么特征嗎？①只有六步②每一步都比較明確③每一個(gè)步驟都是可實(shí)施的師：這些就是算法的特征。從剛才我們學(xué)習(xí)的算法概念里，我們也可以找出算法的幾個(gè)特征：有窮性、確定性、可行性。算法：是指在有限步驟內(nèi)求解某一問題所使用的一組定義明確的規(guī)則。通俗地說，算法就是用計(jì)算機(jī)求解某一問題的方法，是能被機(jī)械地執(zhí)行的動(dòng)作或指令的有窮集合。除此外，算法還有兩個(gè)特征：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)輸入指一個(gè)算法必須有零個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸入（如：只有一條print()語句的程序，沒有數(shù)據(jù)輸入）；數(shù)據(jù)輸出指一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸出。如果沒有數(shù)據(jù)輸出，我們的程序就沒有任何意義了。算法的特征都記住了嗎？一句口訣幫助你記憶：“有出入可確定”，是不是好記多了。三、算法的描述韓信是漢高祖劉邦手下的一名大將，相傳他有一個(gè)《韓信點(diǎn)兵》小故事，我們先來欣賞一下。播放《韓信點(diǎn)兵》視頻你能幫劉邦算出有多少士兵嗎？（假設(shè)士兵數(shù)量小于2000人）“3列縱隊(duì)操練，余有1人；5列縱隊(duì)操練，余有2人；7列縱隊(duì)操練，余有2人?！睂?duì)于這樣的問題，應(yīng)該怎樣解決呢？同學(xué)們小組討論分析，試用語言描述士兵數(shù)量計(jì)算的過程。同學(xué)討論回答，老師整理出解決步驟：①S取0②S加1③如果S除以3余1、S除認(rèn)5余2、S除以7余2，則輸出數(shù)S④如果S<2000則跳轉(zhuǎn)至步驟○2，否則執(zhí)行步驟○5⑤程序結(jié)束我們?cè)O(shè)計(jì)的算法要想被別人理解和執(zhí)行，就必須將它描述出來。描述算法常用的的方法有三種：自然語言描述、流程圖描述、偽代碼。剛才同學(xué)們對(duì)韓信點(diǎn)兵問題的回答就是算法的一種描述方法——自然語言描述。(一)自然語言描述算法，就是用人們?nèi)粘Ｋ玫恼Z言，如漢語、英語等來描述算法。從韓信點(diǎn)兵的算法中我們可以看出自然語言描述有什么特點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：通俗易懂，符合我們平時(shí)的表達(dá)習(xí)慣。但是平時(shí)我們的自然語言也有不足。如這句話：我要炒白菜。你怎么理解這句話呢？很顯然，是有歧義的。缺點(diǎn)：自然語言描述的不足是對(duì)復(fù)雜問題表述不當(dāng)，容易產(chǎn)生歧義性，導(dǎo)致算法執(zhí)行的不確定。除了自然語言，還有一種算法描述方法——流程圖。(二)流程圖描述算法。流程圖描述算法：是用程序框圖來描述算法的一種表示方法。請(qǐng)快速記憶下面流程圖的基本圖形及功能。根據(jù)自然語言描述，將韓信點(diǎn)兵問題算法轉(zhuǎn)化成流程圖。流程圖中用不同的圖形代表不同的功能。請(qǐng)同學(xué)在白板上，拖動(dòng)相應(yīng)環(huán)節(jié)和圖形到流程圖虛線框里，完成流程圖。從韓信點(diǎn)兵的流程圖中，可以看出。流程圖描述算法的優(yōu)點(diǎn)：形象、直觀、清晰、簡潔。但它的不足是：需要特定的規(guī)則，運(yùn)用大量圖形符號(hào)，書寫不方便。(三)偽代碼描述算法第三種算法描述方法——偽代碼。偽代碼描述算法：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。上面的代碼并不是我們計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行的程序代碼，所以我們稱它為偽代碼。但它接近于我們學(xué)習(xí)的程序代碼了。所以它的優(yōu)點(diǎn)：書寫方便，格式緊湊，易于理解，容易向計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言過渡。但它普適性不強(qiáng)。學(xué)習(xí)了三種算法描述方法，我們來做一個(gè)小游戲：為小蝌蚪找媽媽，將小蝌蚪的詞條拖動(dòng)到對(duì)應(yīng)的青蛙上面。教師對(duì)描述算法的三種方式的特點(diǎn)作個(gè)簡單總結(jié)。以后碰到這樣的問題時(shí)，我們可以根據(jù)實(shí)際情況挑選一種合適的方式先對(duì)問題進(jìn)行算法描述,再來編寫程序代碼就可以做到事半功倍了。練習(xí)：任意輸入三個(gè)數(shù)，輸出三個(gè)數(shù)中最大的值。小組討論，將以上解決問題的算法用流程圖表示出來。（傳屏，對(duì)同學(xué)練習(xí)情況進(jìn)行展示評(píng)價(jià)）同一問題可以用不同的算法來實(shí)現(xiàn)，所謂條條大路通羅馬。但是，不同的算法往往會(huì)對(duì)解決問題的效率造成很大的影響。四、算法的優(yōu)化算法是計(jì)算機(jī)程序解決問題的核心。設(shè)計(jì)一個(gè)好的算法，非常重要。在同學(xué)們電腦的桌面上有一個(gè)“程序效率”的python語言編寫的程序。已知a+b+c=1000,且a2+b2=c2，求a,b,c的所有自然數(shù)解。運(yùn)行程序，體驗(yàn)一下，看一看運(yùn)行結(jié)果。師：程序除了光標(biāo)在閃動(dòng)外，沒其他的反應(yīng)是吧？不是沒反應(yīng)，而是程序在一直高速運(yùn)轉(zhuǎn)。為什么呢？（分析對(duì)比程序優(yōu)化前后時(shí)間效率差異。優(yōu)化前程序用時(shí)1357。15秒；優(yōu)化后程序用時(shí)1.38秒差了近一千倍）通過流程圖對(duì)比，感受算法設(shè)計(jì)差異。算法的差異得到的不僅僅是事半功倍，也可能是事半功千倍，甚至是萬倍億倍。這也是我們學(xué)習(xí)算法的意義和目的。五、三種基本控制結(jié)構(gòu)還是以剛才的流程圖為例：綠色框內(nèi)部分，每個(gè)步驟都是按照先后順序執(zhí)行的，執(zhí)行完一遍后，算法結(jié)束，這種結(jié)構(gòu)就是算法控制的順序結(jié)構(gòu)。藍(lán)色框內(nèi)部分，表示算法中出現(xiàn)了分支，根據(jù)分支條件的真或假進(jìn)行選擇，選擇其中的某一條分支執(zhí)行，這種結(jié)構(gòu)我們稱為選擇結(jié)構(gòu)。桔色框內(nèi)部分，表示在算法中的某一步或某幾步需要反復(fù)執(zhí)行，直到判斷條件為真或假時(shí)才可終止，這種結(jié)構(gòu)就是循環(huán)結(jié)構(gòu)。以上就是算法描述中常用到的三種基本控制結(jié)構(gòu)，而任何復(fù)雜的算法都可以用這3種基本控制組合來表示。使用三種基本控制結(jié)構(gòu)的組合來描述算法，可以改善算法的清晰度，提高算法的可讀性，原因如下：以控制結(jié)構(gòu)為單位，只有一個(gè)入口和一個(gè)出口，各單位之間接口簡單，比較容易獨(dú)立地理解每一單位。縮小了算法的靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程之間的差異，使得兩者容易對(duì)應(yīng)，易于理解?！菊n堂檢測】智力大比拼，完成課堂評(píng)測。課堂檢測：1.關(guān)于算法的特征，以下說法正確的一項(xiàng)是()A、算法的步驟可以永遠(yuǎn)執(zhí)行B、算法的每一個(gè)步驟都需要有明確的定義，不能有歧義出現(xiàn)C、算法必須要有數(shù)據(jù)輸入D、算法可以沒有數(shù)據(jù)的輸出2.下列關(guān)于算法的描述，正確的是()A、算法只能用自然語言描述B、算法必須在有限步驟內(nèi)實(shí)現(xiàn)C、算法就是一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言D、算法可以有0個(gè)或多個(gè)輸入，但只能有一個(gè)輸出3.用流程圖表示條件”A>B”是否成立，要用到以下哪個(gè)圖形?()A、平行四邊形B、圓角形C、菱形D、直角矩形4.下列問題不能用算法描