計算機導論 課件 張玨 單元3 計算機軟件基礎；單元4 程序設計與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎

1單元

3計算機軟件基礎硬件是組成計算機的基礎，軟件才是計算機的“靈魂”。一臺計算機只有硬件設備，是無法發(fā)揮其功能和作用的。計算機的硬件系統(tǒng)上只有安裝了軟件后，才能發(fā)揮其應有的作用，為我們解決實際問題。計算機可以使用不同的軟件，完成各種不同的工作。配備了軟件的計算機才稱為完整的計算機系統(tǒng)。

計算機軟件是指可以運行在計算機硬件基礎上的各種程序的總稱，其作用是發(fā)揮和擴展計算機的功能。計算機軟件是用戶與硬件之間的接口界面。用戶主要通過軟件與計算機進行交流。22計算機軟件概述3.1計算機軟件的類型3.23.33.43.5目錄操作系統(tǒng)概述Windows操作系統(tǒng)的使用常用應用軟件3.

1計算機軟件概述

1.項目定義：項目（Project）是在既定資源和要求約束下，為實現(xiàn)某種目的相互聯(lián)系的一次性工作任務。是為創(chuàng)造產(chǎn)品或提供服務進行的臨時性努力，基于一套獨特且相互聯(lián)系任務，有效利用資源，達成特定目標的有限任務，也是一定時間內(nèi)實現(xiàn)系列特定目標的多項相關(guān)工作總稱。例如舉辦慶典活動、修建體育館、開發(fā)新產(chǎn)品等都屬于項目。成功因素制約：項目范圍：指為使客戶滿意必須做的所有工作。項目成本：完成項目所需費用。進度計劃：安排每項任務起止時間及所需資源等，是項目的過程藍圖，保障在一定時間、

預算內(nèi)完成工作讓客戶滿意。客戶滿意度：取決于交付成果質(zhì)量，客戶滿意才能順利結(jié)束項目，否則易導致項目拖延、

增加額外費用。32.軟件定義及構(gòu)成：軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存部分，是包括程序及相關(guān)文檔的完整集合。程序：按事先設計功能和性能要求執(zhí)行的指令序列，是計算任務處理對象和處理規(guī)則描述，

需裝入計算機硬件才能工作。相關(guān)文檔：便于了解程序的闡明性資料，是與程序開發(fā)、維護和使用有關(guān)的圖文資料，主要

供人查看，不一定裝入計算機。分類：微型計算機系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件（支持計算機運行）和應用軟件（滿足業(yè)務需求）兩大類。3.軟件開發(fā)特點：抽象性與智慧因素、無明顯制造過程、退化問題、復雜性、受計算機系統(tǒng)限制、人工開發(fā)模式為主、成本高4.軟件項目特性：是特殊項目，創(chuàng)造的產(chǎn)品或服務是邏輯載體，無具體形狀尺寸，只有邏輯規(guī)劃和運行結(jié)果，涉及因素多、管理復雜，開發(fā)不如其他領域項目規(guī)范，經(jīng)驗作用大，變更常見，體現(xiàn)管理的復雜性。額外特點：需求不穩(wěn)定、受知識技能影響大、進度和質(zhì)量難估算度量、功能分解及規(guī)模衡量難、周期長、復雜度高、變數(shù)多43.

2計算機軟件的類型軟件是計算機系統(tǒng)必不可少的組成部分，計算機軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類。系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。應用軟件是指計算機用戶為某一特定應用而開發(fā)的軟件，如文字處理軟件、表格處理軟件、繪圖軟件、財務軟件、過程控制軟件、安全防護軟件、多媒體軟件、游戲軟件等。53.2.1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件為計算機使用提供基本的功能，負責管理計算機系統(tǒng)中各種獨立的硬件，使它們可以協(xié)調(diào)工作，使計算機使用者和其他軟件將計算機當作一個整體而不需要顧及底層每個硬件是如何工作的。系統(tǒng)軟件可分為操作系統(tǒng)、支撐軟件（包括語言編譯程序）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等，其中操作系統(tǒng)是基本的系統(tǒng)軟件。3.2.2應用軟件應用軟件是為了實現(xiàn)某種特定的用途而被開發(fā)的軟件，不同的應用軟件根據(jù)用戶需求和所服務的領域提供不同的功能。它可以是一個特定的程序，如圖像瀏覽器；也可以是一組功能聯(lián)系緊密、可以互相協(xié)作的程序集合，如微軟的Office軟件。應用軟件是指除了系統(tǒng)軟件以外，利用計算機為解決某類問題而設計的程序的集合，主要包括辦公軟件、工具軟件、信息管理軟件、輔助設計軟件、實時控制軟件等。3.

3操作系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的最基本的系統(tǒng)軟件，為系統(tǒng)中各個程序運行提供服務。63.3.1操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)是控制和管理計算機硬件與軟件資源的計算機程序，是計算機的硬件與應用軟件之間的紐帶，是非常基本也是非常重要的基礎性系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)負責計算機的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制并協(xié)調(diào)多個任務的活動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取和保護，需要處理如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入設備與輸出設備、操作網(wǎng)絡與管理文件系統(tǒng)等基本事務。操作系統(tǒng)也提供讓用戶與系統(tǒng)交互的操作界面（用戶接口），使用戶獲得良好的工作環(huán)境。3.3.2操作系統(tǒng)的基本功能操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件中的第一層軟件，是對硬件系統(tǒng)的首次擴充。計算機的操作系統(tǒng)對計算機來說是十分重要的。①從使用者角度來說，操作系統(tǒng)可以對計算機系統(tǒng)的各項資源板塊開展調(diào)度工作，其中包括軟硬件設備、數(shù)據(jù)信息等，運用計算機操作系統(tǒng)可以降低人工資源分配的工作強度，使用者對于計算機的操作干預程度降低，計算機的智能化工作效率就可以得到很大的提升。7②在資源管理方面，如果由多個用戶共同來管理一個計算機系統(tǒng)，那么可能就會有沖突、矛盾存在于多個使用者的信息共享當中。為了更加合理地分配計算機的各個資源板塊，協(xié)調(diào)計算機系統(tǒng)的各個組成部分，就需要充分發(fā)揮計算機操作系統(tǒng)的職能，對各個資源板塊的使用效率和使用程度進行較優(yōu)的調(diào)整，使各個用戶的需求都能夠得到滿足。③操作系統(tǒng)在相關(guān)程序的輔助下，可以抽象處理計算機系統(tǒng)資源，以可視化的手段向使用者展示操作系統(tǒng)的功能，降低計算機的使用難度。操作系統(tǒng)主要包括以下幾個方面的功能。1．處理器管理2．存儲管理3．設備管理4．文件管理5．作業(yè)管理6．用戶接口3.3.3操作系統(tǒng)的類型計算機的操作系統(tǒng)根據(jù)不同的用途分為不同的類型，根據(jù)操作系統(tǒng)的功能及作業(yè)處理方式可以分為實時操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)、通用操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、云計算操作系統(tǒng)等。1．實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接收并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應。實時操作系統(tǒng)是調(diào)度一切可利用的資源完成實時任務，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)，提供及時響應和高可靠性是其主要特點。2．分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)是使一臺計算機采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務的一種操作系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)把計算機與許多終端用戶連接起來，將系統(tǒng)處理器時間與內(nèi)存空間按一定的時間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。由于時間間隔很短，每個用戶感覺就像自己獨占計算機一樣。分時操作系統(tǒng)具有多路性、獨立性、交互性、及時性的優(yōu)點，讓多個用戶共同使用一臺計算機，有效地提高了資源的利用率，很大程度上節(jié)約了資源成本。83．批處理操作系統(tǒng)批處理是指用戶將一批作業(yè)提交給操作系統(tǒng)后就不再干預，由操作系統(tǒng)控制它們自動運行。采用這種批量處理作業(yè)技術(shù)的操作系統(tǒng)稱為批處理操作系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)分為單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)不具有交互性，它是為了提高CPU的利用率而開發(fā)出的一種操作系統(tǒng)。4．通用操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)是具有多種類型操作系統(tǒng)特征的操作系統(tǒng)，可以兼有批處理、分時、實時操作等功能。5．網(wǎng)絡操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是一種在普通操作系統(tǒng)功能的基礎上提供網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡服務功能的操作系統(tǒng)，是網(wǎng)絡的“心臟”和“靈魂”，是為網(wǎng)絡計算機提供服務的特殊的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)分為服務器（Server）及客戶端（Client）。服務器的主要功能是管理服務器和網(wǎng)絡上的各種資源，共享網(wǎng)絡設備并管控流量，避免癱瘓；客戶端的主要功能是接收與運用服務器所傳遞的數(shù)據(jù)。97．嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperatingSystem）是一種運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)負責嵌入式系統(tǒng)的全部軟件、硬件資源的分配、任務調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。它具有一般操作系統(tǒng)的功能，同時具有嵌入式軟件的特點（獨特的實用性、靈活的適用性、程序代碼精簡、可靠性/穩(wěn)定性高）。常見的嵌入式操作系統(tǒng)有VxWorks、QNX、PalmOS、WindowsCE等，以及廣泛使用在智能手機或平板計算機等消費電子產(chǎn)品上的操作系統(tǒng)，如Android、iOS、Symbian、WindowsPhone等。8．云計算操作系統(tǒng)云計算操作系統(tǒng)又稱云操作系統(tǒng)、云計算中心操作系統(tǒng)，是以云計算、云存儲技術(shù)作為支撐的操作系統(tǒng)，是云計算后臺數(shù)據(jù)中心的整體管理運營系統(tǒng)，是指構(gòu)架于服務器、存儲器、網(wǎng)絡等基礎硬件資源和單機操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫等基礎軟件之上的，管理海量的基礎硬件、軟件資源的云平臺綜合管理系統(tǒng)。云計算操作系統(tǒng)能夠根據(jù)應用軟件（如搜索網(wǎng)站的后臺服務軟件）的需求，調(diào)度多臺計算機的運算資源進行分布計算，再將計算結(jié)果匯聚、整合后返回給應用軟件。相對于單臺計算機的計算耗時，通過云計算操作系統(tǒng)能夠節(jié)省大量的計算時間。103.3.4典型操作系統(tǒng)介紹1．桌面操作系統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)主要用于個人計算機，主要有Windows操作系統(tǒng)、macOS操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)、UNIX操作系統(tǒng)。（1）Windows操作系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng)是美國微軟公司研發(fā)的一套操作系統(tǒng)，它問世于1985年，起初僅僅是Microsoft-DOS，即MS-DOS。MS-DOS是一個單用戶單任務的操作系統(tǒng)，是1981年由微軟公司為IBM個人計算機開發(fā)的磁盤操作系統(tǒng)，在1985年到1995年間MS-DOS占據(jù)操作系統(tǒng)的主要市場。Windows操作系統(tǒng)版本從Windows1.0、Windows95、Windows98、Windows2000、WindowsXP、WindowsVista、Windows7、Windows8、Windows10，再到如今的Windows11，Windows操作系統(tǒng)不斷更新升級，發(fā)展成了當前應用廣泛的操作系統(tǒng)之一。Windows操作系統(tǒng)具有界面圖形化、多用戶、多任務、網(wǎng)絡支持良好、出色的多媒體功能、硬件支持良好、眾多的應用程序等特點。11（2）macOS操作系統(tǒng)macOS操作系統(tǒng)是一套運行于蘋果Macintosh（Mac）系列計算機上的操作系統(tǒng)，是蘋果公司獨有的封閉操作系統(tǒng)，運行在該系統(tǒng)上的所有應用都需要蘋果公司的審核。（3）Linux操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)是開源的操作系統(tǒng)，支持多用戶，其安全性和穩(wěn)定性較Windows高，但沒有如Windows那樣豐富的圖形界面，其所有功能都可以通過終端實現(xiàn)。Linux發(fā)行版比較多，例如：Ubuntu、Debian、CentOS等。（4）UNIX操作系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)具有可靠性高、伸縮性強、開放性好、網(wǎng)絡功能強、強大的數(shù)據(jù)庫支持功能等特點。122．智能手機操作系統(tǒng)智能手機操作系統(tǒng)主要應用在智能手機上，主流的智能手機操作系統(tǒng)有谷歌的Android、蘋果公司的iOS、華為公司的HarmonyOS等。（1）Android智能手機操作系統(tǒng)Android是一種以Linux為基礎的開放源代碼操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設備。Android操作系統(tǒng)最初由安迪·魯賓（AndyRubin）等人開發(fā)，主要支持手機。Android英文原意為“機器人”，Android同時也是谷歌于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺開源手機操作系統(tǒng)的名稱。Android平臺的主要優(yōu)勢是具備開放性，允許各種移動終端廠商、用戶和應用開發(fā)商加入Android聯(lián)盟中來，允許眾多的廠商推出功能各具特色的應用產(chǎn)品。平臺提供給第三方開發(fā)商寬泛、自由的開發(fā)環(huán)境，由此誕生豐富、實用性好、新穎、別致的應用。搭載Android系統(tǒng)的硬件產(chǎn)品具備觸摸屏、高級圖形顯示和上網(wǎng)功能、界面友好，是移動終端的Web應用平臺。（2）iOS智能手機操作系統(tǒng)iOS是由蘋果公司開發(fā)的智能手機操作系統(tǒng)，其原名為iPhoneOS。蘋果公司于2007年1月9日的Macworld大會上公布這個系統(tǒng)，以Darwin（Darwin是蘋果計算機的一個開放源代碼操作系統(tǒng)）為基礎，屬于類UNIX的商業(yè)操作系統(tǒng)。它主要用于iPhone和iPodTouch。13（3）HarmonyOS華為鴻蒙系統(tǒng)（HUAWEIHarmonyOS）是華為公司在2019年8月9日于東莞舉行的華為開發(fā)者大會（HDC.2019）上正式發(fā)布的操作系統(tǒng)。華為鴻蒙系統(tǒng)是華為公司開發(fā)的一款基于微內(nèi)核、全新的、面向5G物聯(lián)網(wǎng)、面向全場景的分布式操作系統(tǒng)。憑借在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方面發(fā)揮的積極作用，HarmonyOS在2021年世界互聯(lián)網(wǎng)大會上獲得“領先科技成果獎”。143．典型操作系統(tǒng)的主要應用場景典型操作系統(tǒng)的主要應用場景如表3-2所示。15典型操作系統(tǒng)應用場景Windows操作系統(tǒng)個人、娛樂、企業(yè)、商業(yè)等各個領域macOS操作系統(tǒng)個人、娛樂、企業(yè)、商業(yè)等各個領域Linux操作系統(tǒng)移動端、云計算、AI技術(shù)以及嵌入式等各個領域UNIX操作系統(tǒng)幾乎所有16位及以上的計算機上，包括微型計算機、工作站、小型計算機、多處理器和大型計算機等Android操作系統(tǒng)手機、平板計算機、嵌入式家電等iOS移動操作系統(tǒng)主要用于iPhone、iPad等HarmonyOS主要用于華為品牌以及支持HarmonyOS的手機、平板計算機等表3-2典型操作系統(tǒng)的主要應用場景3.3.5典型操作系統(tǒng)介紹盡管國產(chǎn)操作系統(tǒng)的知名度比不上Windows操作系統(tǒng)的，但也在不斷發(fā)展壯大，系統(tǒng)功能和性能也越來越成熟。對其中比較受歡迎的、性能比較穩(wěn)定的國產(chǎn)操作系統(tǒng)介紹如下。1．深度深度（Deepin）是基于Linux內(nèi)核的國產(chǎn)操作系統(tǒng)，是一個致力于為全球用戶提供美觀易用、安全可靠的Linux發(fā)行版，如圖3-1所示。深度在眾多國產(chǎn)操作系統(tǒng)中是相對比較成熟、用戶口碑也比較好的系統(tǒng)。它不僅對優(yōu)秀的開源產(chǎn)品進行集成和配置，還開發(fā)了基于HTML5技術(shù)的全新桌面環(huán)境、系統(tǒng)設置中心，以及音樂播放器、視頻播放器、軟件中心等一系列面向日常使用的應用軟件。對大多數(shù)用戶來說，深度的易安裝和使用，能夠很好地代替Windows操作系統(tǒng)進行工作與娛樂。16圖3-1深度2．統(tǒng)信UOS統(tǒng)一操作系統(tǒng)統(tǒng)信UOS統(tǒng)一操作系統(tǒng)基于Linux內(nèi)核研發(fā)，如圖3-2所示，目前支持龍芯、飛騰、兆芯、海光、鯤鵬等芯片平臺的筆記本、臺式機、一體機、工作站和服務器。統(tǒng)信UOS提供專業(yè)版系統(tǒng)、家庭版系統(tǒng)、社區(qū)版系統(tǒng)、服務器操作系統(tǒng)。系統(tǒng)設計符合國人審美和習慣，相對美觀易用，安全可靠，可為各行業(yè)領域以及國家相關(guān)部門提供成熟的信息化解決方案。3．優(yōu)麒麟優(yōu)麒麟（UbuntuKylin）是由中國CCN（由CSIP、Canonical、NUDT三方聯(lián)合組建）開源創(chuàng)新聯(lián)合實驗室與麒麟軟件有限公司主導開發(fā)的全球開源項目，如圖3-3所示，致力于設計出“簡單輕松、友好易用”的桌面環(huán)境。優(yōu)麒麟是專為中國市場而設計的操作系統(tǒng)基本架構(gòu)，支持中文輸入法、農(nóng)歷、天氣插件。用戶通過Dash可以快速搜索中國的音樂服務等，未來還會整合百度地圖、國內(nèi)銀行支付和實時車票、機票查詢等功能。17

圖3-2統(tǒng)信UOS圖3-3優(yōu)麒麟4．紅旗Linux紅旗Linux深耕自主化國產(chǎn)操作系統(tǒng)領域20余年，已具備相對完善的產(chǎn)品體系，并被廣泛應用于關(guān)鍵領域，如圖3-4所示。現(xiàn)階段紅旗Linux具備滿足用戶基本需求的軟件生態(tài)，支持x86、ARM、MIPS、SW等CPU指令集架構(gòu)，支持龍芯、申威、鯤鵬、飛騰、海光、兆芯等國產(chǎn)自主CPU品牌，兼容主流廠商的打印機、手寫板、掃描儀等各種外部設備。5．中標麒麟中標麒麟（NeoKylin）操作系統(tǒng)采用強化的Linux內(nèi)核，如圖3-5所示，分成桌面版、通用版、高級版和安全版等，滿足不同客戶的要求，已經(jīng)被廣泛地應用在能源、金融、交通等行業(yè)領域。中標麒麟符合POSIX系列標準，兼容浪潮、聯(lián)想、曙光等公司的服務器硬件產(chǎn)品，兼容達夢、人大金倉數(shù)據(jù)庫、湖南上容數(shù)據(jù)庫、IBMWebSphere、DB2UDB、MQ等系統(tǒng)軟件。18圖3-4紅旗Linux圖3-5中標麒麟6．中興新支點中興新支點操作系統(tǒng)基于Linux穩(wěn)定內(nèi)核研發(fā)，分為嵌入式操作系統(tǒng)、服務器操作系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)，如圖3-6所示。中興新支點操作系統(tǒng)不僅能安裝在計算機上，還能安裝在自動柜員機（AutomaticTellerMachine，ATM）、取票機、醫(yī)療設備等終端，支持龍芯、兆芯、ARM等CPU，可滿足日常辦公需求。值得一提的是，中興新支點操作系統(tǒng)可兼容運行Windows平臺的日常辦公軟件。7．RT-ThreadRT-Thread既是一個集實時操作系統(tǒng)（Real-TimeOperatingSystem，RTOS）內(nèi)核、中間件組件和開發(fā)者社區(qū)于一體的技術(shù)平臺，也是一個組件完整豐富、可伸縮性強、開發(fā)簡易、功耗超低、安全性高的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，軟件生態(tài)相對較好，如圖3-7所示。截至2022年，RT-Thread的累計裝機量就已超過14億臺，被廣泛應用于車載、醫(yī)療、能源、消費電子等多個行業(yè)，是國人自主開發(fā)、國內(nèi)較成熟穩(wěn)定和裝機量較大的開源RTOS。19圖3-7RT-Thread圖3-6中興新支點8．銀河麒麟銀河麒麟（Kylin）是由國防科技大學研制的開源服務器操作系統(tǒng)，如圖3-8所示。銀河麒麟2.0操作系統(tǒng)完全版包括實時版、安全版、服務器版3個版本。此操作系統(tǒng)是“863計劃”和國家核高基科技重大攻關(guān)科研項目，目標是打破國外操作系統(tǒng)的壟斷，研發(fā)一套擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的服務器操作系統(tǒng)。銀河麒麟擁有高安全、高可靠、高可用、跨平臺等特性，以及強大的中文處理能力。9．HarmonyOS華為鴻蒙（HarmonyOS）系統(tǒng)是面向萬物互聯(lián)的全場景分布式操作系統(tǒng)，支持手機、平板、智能穿戴設備、智慧屏等多種終端運行，提供應用開發(fā)、設備開發(fā)的一站式服務。20圖3-8銀河麒麟10．中科方德桌面操作系統(tǒng)“中科方德”是最主要的國產(chǎn)操作系統(tǒng)廠商之一，如圖3-9所示，其旗下產(chǎn)品“中科方德桌面操作系統(tǒng)”基于核高基桌面操作系統(tǒng)基礎版，遵循“基礎版+發(fā)行版”創(chuàng)新研發(fā)模式，采用核高基安全加固內(nèi)核，與基于兆芯（兼容x86平臺）的國產(chǎn)整機進行全面適配優(yōu)化，性能優(yōu)異。該系統(tǒng)具有美觀、易用的桌面環(huán)境，易于安裝配置，可支持臺式機、筆記本、一體機及嵌入式設備等形態(tài)整機、主流硬件平臺和常見外部設備，截至2022年，軟件中心已上架運維近2000款優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)軟件及開源軟件。該系統(tǒng)采用了符合現(xiàn)代審美和操作習慣的圖形化用戶界面設計，易于原Windows操作系統(tǒng)用戶上手使用，被廣泛地應用于醫(yī)療、電信、教育、金融等領域。11．凝思安全操作系統(tǒng)凝思安全操作系統(tǒng)是北京凝思軟件股份有限公司（簡稱凝思軟件）自主研發(fā)、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)，如圖3-10所示，該系統(tǒng)遵循國內(nèi)外安全操作系統(tǒng)GB17859、GB/T18336、GJB4936、GJB4937、GB/T20272以及POSIX、TESEC、ISO15408等標準。21圖3-9中科方德圖3-10凝思12．思普操作系統(tǒng)思普操作系統(tǒng)是一款由思普軟件股份有限公司開發(fā)的計算機操作系統(tǒng)，如圖3-11所示。思普操作系統(tǒng)有桌面版和服務器版兩種，它將辦公、娛樂、通信等開源軟件一同封裝到辦公系統(tǒng)中，以實現(xiàn)通過桌面辦公系統(tǒng)的一次安裝滿足用戶辦公、娛樂、網(wǎng)絡通信的各類應用需求。該系統(tǒng)支持多語言界面，如中文、英文、阿拉伯文語言界面。如果說“個人計算機時代”成就了微軟，“移動時代”成就了蘋果和谷歌，那么萬物互聯(lián)的“人工智能時代”，同樣有大量的智能終端需要安裝操作系統(tǒng)，這個量級恐怕是當前手機的數(shù)倍、數(shù)十倍。在如此強大的市場前景下，國產(chǎn)操作系統(tǒng)面臨著巨大的機遇。在民用基礎軟件領域，基于Linux開發(fā)的國產(chǎn)操作系統(tǒng)數(shù)量也不少，已經(jīng)得到了廣大國內(nèi)用戶的認可，在金融、電信等眾多領域也得到了較為廣泛的應用?？傮w來說，國產(chǎn)操作系統(tǒng)越來越完善，生態(tài)越來越豐富。22圖3-11思普3.

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Windows操作系統(tǒng)的使用Windows操作系統(tǒng)廣泛采用的目錄結(jié)構(gòu)是樹形目錄結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是層次結(jié)構(gòu)清晰，便于文件管理和保護；有利于文件分類；能有效解決文件夾或文件的重名問題；能提高文件檢索速度；能進行存取權(quán)限的控制。233.4.1硬盤分區(qū)和磁盤格式化驅(qū)動器是讀出與寫入數(shù)據(jù)的硬件設備，常用的有硬盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器。將硬盤劃分為多個相對獨立的硬盤空間稱為硬盤分區(qū)。盤符是對每個磁盤分區(qū)的命名，用一個字母和半角冒號進行標識，硬盤的盤符一般為C:、D:、E:等。磁盤的格式化是指在磁盤中建立磁道和扇區(qū)，磁道和扇區(qū)建立好后，計算機才可以使用磁盤來存儲數(shù)據(jù)。3.4.2文件夾與文件1．文件夾文件夾是Windows操作系統(tǒng)中用于存放文件或其他子文件夾的虛擬容器，文件夾包含的子文件夾中還可以包含多個子文件夾或文件。計算機Windows操作系統(tǒng)中的目錄（Directory）和文件夾（Folder）是一個意思，目錄是早期DOS時期的叫法，文件夾是Windows操作系統(tǒng)時期的叫法。文件夾中可以包括文件，還可以包括下級文件夾，一個文件夾中的下級文件夾就稱為它的子文件夾，子文件夾的上一級文件夾稱為父文件夾。子文件夾和父文件夾是相對的，例如，對于路徑X\Y\T，Y是X的子文件夾，Y是T的父文件夾。當前文件夾就是用戶正在使用的文件夾，又稱為工作文件夾。有兩個特殊文件夾的表示：“.”表示當前文件夾，“..”表示當前文件夾的上一級文件夾，即父文件夾。2．對象文件夾WindowsXP操作系統(tǒng)提供了一個名為“我的文檔”的文件夾，該文件夾中默認提供了多個子文件夾，分別用于保存音樂、照片等類型的文件。Windows7操作系統(tǒng)提供了“庫”，用戶可以采用虛擬視圖的方式管理自己的文件，將硬盤上不同位置的文件夾添加到庫，并在其中瀏覽這些內(nèi)容。Windows10操作系統(tǒng)在“此電腦”文件夾中提供了“3D對象”“視頻”“圖片”“文檔”“下載”“音樂”“桌面”等對象文件夾以存儲與管理同類對象文件，這里的對象文件夾與Windows7操作系統(tǒng)中的庫的概念類似。243．文件及其類型文件是計算機數(shù)據(jù)的集合，通常使用不同的圖標來表示不同類型的文件，用戶可以通過圖標或者文件的擴展名來識別文件的類型。在Windows系統(tǒng)中，擴展名exe、com表示可執(zhí)行文件，txt表示文本文件，bmp、gif、jpg、pic、png表示圖像文件，zip表示ZIP格式的壓縮文件，iso表示鏡像文件，html表示網(wǎng)頁文件，pdf表示PDF文檔，mp3、wav、aif、au、ram表示聲音文件，mp4、rm、flv、avi表示視頻文件，tmp表示臨時文件，bat表示批處理文件，doc、docx表示W(wǎng)ord文檔，wps表示W(wǎng)PS文檔，xls、xlsx表示Excel工作表等。4．文件夾和文件的命名文件夾和文件都必須有一個確定的名稱，操作系統(tǒng)通過名稱對文件夾和文件進行有效管理，用戶通過名稱識別、記憶和搜索文件夾和文件，文件夾和文件的名稱應該明確并且容易記憶。Windows10操作系統(tǒng)中文件夾和文件的命名規(guī)則如下。①長度不能超過255個英文字符，不區(qū)分英文大小寫。如果使用漢字，不能超過127個漢字。②允許使用字母、數(shù)字、空格、加號、逗號、分號、括號、等號等。③不允許使用？、*、''、<、>、|、/、\、:等字符。④文件通過擴展名區(qū)分文件類型。25一個規(guī)范的文件名包括主文件名和擴展名兩個部分，基本格式如下。<主文件名>.<擴展名>主文件名是必需的，但擴展名可以省略，以使用默認擴展名。使用下角點（.）將擴展名與主文件名分開。為了便于查找和管理，主文件名最好能反映文件內(nèi)容，做到見名知義。擴展名代表文件的類型，一般使用計算機系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定好的一些擴展名，在使用一些軟件建立文件時使用系統(tǒng)默認的擴展名即可，用戶不必自己命名擴展名。當文件比較多時，需要建立多層文件夾，把文件分門別類地存放在不同的文件夾中，實現(xiàn)文件的層次化管理，再加上文件命名時遵循見名知義的原則，會大大提高文件管理的效率，從而提高工作效率。需要注意的是，在同一文件夾中，所有的文件或子文件夾不能出現(xiàn)重名。Windows操作系統(tǒng)包含文件資源管理器之類的工具，能夠幫助用戶在各文件夾之間進行文件的移動、復制，在文件夾中對文件進行重命名、刪除等操作，也可快速查詢文件或文件夾，并且查詢文件或文件夾時允許使用通配符?和*。263.4.3路徑用戶在磁盤上尋找文件或子文件夾時，所歷經(jīng)的磁盤和文件夾叫作路徑（Path），路徑指向文件系統(tǒng)上的一個唯一位置，由多個部分組成，各部分之間有分隔字符。路徑中分隔字符有斜線（/）、反斜線（\）或冒號（:）等，不同的操作系統(tǒng)與環(huán)境中分隔字符可能不同。在對文件進行操作時，除了要指明文件名，還需要明確文件所在的盤符和文件夾，即文件在文件夾樹中的位置，也稱為文件的路徑，路徑又分為絕對路徑（AbsolutePath）和相對路徑（RelativePath）。1．絕對路徑絕對路徑表示文件在系統(tǒng)中存儲的絕對位置，由從磁盤根文件夾開始直到該文件所在文件夾路徑上的所有文件夾名組成，并使用“\”進行分隔。例如，“C:\ProgramFiles\MicrosoftOffice\Office16”這種直接指明了文件所在的盤符和所在具體位置的完整路徑，即絕對路徑。2．相對路徑相對路徑表示文件在文件夾樹中相對于當前文件夾的路徑，以“.”“..”或者文件夾名稱開頭，其中文件夾名稱表示當前文件夾中的子文件夾名。例如，“MicrosoftOffice\Office16”就是一個相對路徑。27在Windows10操作系統(tǒng)中單擊“地址欄”的空白處，即可獲得當前文件夾的路徑，如圖3-12所示。28圖3-12查看當前打開文件夾窗口的路徑3.

4常用應用軟件293.5.1常用應用軟件概述較常用的應用軟件如下。行業(yè)管理軟件，如人力資源管理軟件、圖書管理軟件、進銷存管理軟件、倉庫管理軟件、資產(chǎn)管理軟件、教學管理軟件、財務管理軟件、ERP軟件等。文字處理軟件，如WPS、Word、永中Office、OpenOffice等。輔助設計軟件，如AutoCAD、Pro/ENGINEER、UGNX、CAXA等。媒體播放軟件，如WindowsMediaPlayer、QQ音樂、酷我音樂、酷狗音樂等。系統(tǒng)優(yōu)化軟件，如騰訊電腦管家、QQ軟件管理、Windows優(yōu)化大師、超級兔子、驅(qū)動精靈、驅(qū)動人生等。信息安全軟件，如360安全衛(wèi)士、360殺毒、卡巴斯基、PC-cillin、諾頓殺毒、Bitdefender、瑞星殺毒、金山毒霸等。教育與娛樂軟件，如風行、PPTV、PPS等。圖形圖像軟件，如CorelDRAW、Photoshop、Illustrator、Fireworks、Maya等。網(wǎng)頁制作軟件，如Dreamweaver、FrontPage、DFM2HTML等。30動畫制作軟件，如AdobeFlash、EasyGIFAnimator、Cliplets、AnimationCreator、BenettonMovieGIF等。數(shù)學軟件，如Mathematica、Maple、MATLAB、Mathcad等。統(tǒng)計軟件，如SAS、SPSS等。后期合成軟件，如AfterEffects、Premiere、DigitalFusion、Shake等。網(wǎng)頁瀏覽軟件，如Edge、Firefox、Chrome、Safari、Opera等。下載管理軟件，如迅雷、快車、QQ旋風等。3.5.2常用應用軟件簡介1．辦公軟件WPS2．辦公軟件Word3．圖像瀏覽與管理軟件4．圖像捕獲軟件5．圖像編輯與處理軟件6．媒體播放軟件7．PDF文件閱讀軟件8．文件的壓縮與解壓縮軟件9．詞典軟件10．下載軟件11．殺毒軟件操作訓練31【操作訓練3-1】啟動與退出Windows10

1．寫出漢字“一”的區(qū)位碼、國標碼、機內(nèi)碼【操作訓練3-2】“計算機”窗口功能區(qū)及菜單的基本操作【操作訓練3-3】啟動和退出WPS【操作訓練3-4】WPS輸出PDF格式的文檔【操作訓練3-5】使用ACDSee瀏覽圖片32【操作訓練3-1】啟動與退出Windows101．啟動Windows10先打開顯示器的電源開關(guān)，后打開主機的電源開關(guān)，已經(jīng)安裝好Windows10的計算機開機后會自動啟動Windows10，Windows10啟動成功后將出現(xiàn)登錄界面。選擇一個登錄用戶，如果該登錄用戶設置了密碼，則需要輸入正確的密碼后才能登錄。登錄成功后，屏幕上將出現(xiàn)圖3-13所示的Windows10的桌面。2．認識Windows10的桌面元素Windows10的“桌面”就是用戶啟動計算機并登錄到系統(tǒng)后看到的整個屏幕界面，就像實際的桌面一樣，它是用戶工作的界面。Windows10的桌面元素主要包括桌面圖標和任務欄，如圖3-13所示。圖3-13Windows10的桌面33桌面上排列著一些圖標，圖標是具有明確標識意義的圖形，桌面圖標是軟件的標志。通過單擊或者雙擊圖標，可以執(zhí)行某個命令或者打開某種類型的文檔。桌面上可以存放用戶經(jīng)常用到的應用程序和文件夾圖標，也可以根據(jù)需要添加各種快捷方式，雙擊快捷方式就能夠快速啟動相應的程序或打開文件。3．退出Windows10單擊Windows10桌面左下角的“開始”按鈕，彈出“開始”菜單，在“開始”菜單中，單擊“電源”按鈕，彈出圖3-14所示的快捷菜單，在該菜單中選擇“關(guān)機”命令，系統(tǒng)自動關(guān)閉當前正在運行的程序，然后關(guān)閉計算機系統(tǒng)。接著關(guān)閉計算機系統(tǒng)，然后重新啟動計算機系統(tǒng)。圖3-14“電源”快捷菜單34【操作訓練3-2】“計算機”窗口功能區(qū)及菜單的基本操作Windows10的“計算機”窗口功能區(qū)位于標題欄下面，一般包括“文件”“主頁”“共享”“查看”。1．功能區(qū)的最小化與顯示當功能區(qū)處于最小化狀態(tài)時，單擊“計算機”窗口右上角的“展開功能區(qū)”按鈕即可顯示功能區(qū)。當功能區(qū)處于顯示狀態(tài)時，單擊“最小化功能區(qū)”按鈕即可將功能區(qū)隱藏。2．功能區(qū)類型與分組（1）“文件”功能區(qū)“文件”功能區(qū)如圖3-15所示，主要包括“打開新窗口”“打開WindowsPowerShell”“更改文件夾和搜索選項”“幫助”“關(guān)閉”選項。（2）“主頁”功能區(qū)“主頁”功能區(qū)如圖3-16所示，包括“剪貼板”“組織”“新建”“打開”“選擇”5個組。（3）“共享”功能區(qū)“共享”功能區(qū)如圖3-17所示，包括“發(fā)送”“共享”2個組。35（4）“查看”功能區(qū)“查看”功能區(qū)如圖3-18所示，包括“窗格”“布局”“當前視圖”“顯示/隱藏”4個組。圖3-18“查看”功能區(qū)圖3-17“共享”功能區(qū)圖3-16“主頁”功能區(qū)圖3-15“文件”功能區(qū)363．Windows10的菜單類型菜單是Windows10操作系統(tǒng)中命令的集合，常見的菜單有下拉菜單、快捷菜單、級聯(lián)菜單、控制菜單等多種形式，菜單欄中各個菜單包含多個不同的命令，可以完成相應的功能，有效地利用各種菜單，可以提高工作效率。在“任務欄”的“快捷操作區(qū)”單擊按鈕打開“計算機”窗口，該窗口有多個選項卡。（1）下拉菜單在窗口功能區(qū)單擊某個下拉按鈕即可打開相應的下拉菜單，圖3-19所示為“計算機”窗口“當前視圖”組“排序方式”的下拉菜單。圖3-19“計算機”窗口“當前視圖”組“排序方式”的下拉菜單37（2）快捷菜單與級聯(lián)菜單用鼠標右鍵單擊操作對象，可以在窗口中或桌面上彈出與操作對象相關(guān)的快捷菜單。在“計算機”窗口空白處單擊鼠標右鍵即可彈出相應的快捷菜單，鼠標指針指向“查看”命令，即可顯示該命令的級聯(lián)菜單，如圖3-20所示。（3）控制菜單控制菜單位于窗口的頂部，單擊控制菜單按鈕，可以打開控制菜單，如圖3-21所示。圖3-20“計算機”窗口的快捷菜單與級聯(lián)菜單圖3-21“計算機”窗口的控制菜單384．Windows10菜單的基本操作（1）打開下拉菜單直接單擊下拉按鈕，就可以打開下拉菜單。（2）打開快捷菜單用鼠標右鍵單擊操作對象，可以在窗口中或桌面上彈出與操作對象相關(guān)的快捷菜單。（3）執(zhí)行菜單命令在彈出的下拉菜單或快捷菜單或級聯(lián)菜單中單擊菜單命令，則可以執(zhí)行該命令。（4）關(guān)閉菜單單擊菜單外的任意位置即可關(guān)閉菜單，也可以按“Alt”鍵或“Esc”鍵關(guān)閉菜單。39【操作訓練3-3】啟動和退出WPS啟動WPS是指將WPS系統(tǒng)的核心程序調(diào)入內(nèi)存，退出WPS是指結(jié)束WPS應用程序的運行，同時關(guān)閉所有的WPS文檔。1．啟動WPS啟動WPS有多種方法，如果桌面上有WPSOffice的快捷方式，雙擊桌面快捷方式即可啟動WPS。2．退出WPS應用程序的同時關(guān)閉WPS文檔以下兩種方法可以關(guān)閉當前打開的文檔并且退出WPS應用程序。方法1：單擊標題欄中的“關(guān)閉”按鈕。方法2：按“Alt+F4”組合鍵。40【操作訓練3-4】WPS輸出PDF格式的文檔WPS輸出PDF格式文檔的常用方法如下。方法1：首先用WPS文字打開要輸出為PDF格式的WPS文檔，然后在WPS主界面單擊“文件”菜單，在彈出的“文件”菜單中選擇左側(cè)邊欄的“輸出為PDF”選項，在彈出的“輸出為PDF”對話框中單擊“開始輸出”按鈕即可，如圖3-22所示。方法2：WPS文檔除了可以保存為WPS格式文檔外，還可以保存為PDF格式文檔或其他格式的文檔。將文檔保存為PDF格式的操作步驟如下。①在快速訪問工具欄左側(cè)單擊“文件”按鈕，在下拉菜單中選擇“另存為”選項，打開“另存文件”對話框。②在“文件類型”下拉列表中選擇“PDF文件格式（*.pdf）”。③若不做其他設置，直接單擊“保存”按鈕即可。若要對PDF格式文檔設置打開密碼，則選擇保存類型為PDF格式后，在“另存文件”對話框下側(cè)單擊“加密”超鏈接，打開“密碼加密”對話框，然后輸入打開文件密碼，并再次確認輸入的密碼后，單擊“應用”按鈕即可。41圖3-22“輸出為PDF”對話框42【操作訓練3-5】使用ACDSee瀏覽圖片啟動ACDSee應用程序，顯示其主窗口。在ACDSee的用戶界面中可以找到用于瀏覽、查看、編輯和管理相片與媒體文件的各種工具與功能。ACDSee提供的模式包括管理模式、查看模式和編輯模式。1．在“管理”模式下預覽圖片“管理”模式是用戶界面中主要的瀏覽和管理模式，也是使用桌面上的快捷方式啟動ACDSee時會看到的模式。在“管理”模式下，用戶可以查找、移動、預覽、排序文件，還可以訪問整理和共享工具?！肮芾怼蹦Ｊ接啥鄠€窗格組成，大多數(shù)窗格在不使用時都可以關(guān)閉?！肮芾怼蹦Ｊ酱翱诘牡撞坑幸粋€狀態(tài)欄，顯示當前所選文件、文件夾或類別的相關(guān)信息。在“管理”模式下，在左側(cè)的“文件夾”窗格中展開文件夾，然后單擊D盤中的文件夾“圖片”，在該窗口中間窗格查看該文件夾中的圖片。在ACDSee主窗口的中間窗格中，單擊“查看”菜單，在下拉菜單中選擇一個菜單項，如圖3-23所示，即可改變圖片的查看方式。432．在“查看”模式下瀏覽圖片“查看”模式以實際尺寸或多種縮放比例來顯示圖像與媒體文件，也可以按順序顯示一組圖像。在“管理”模式的中間窗格中，雙擊圖片，切換到“查看”模式，即可逐張瀏覽、放大、縮小圖片，如圖3-24所示。在“膠片”區(qū)域單擊“下一個”按鈕可以瀏覽下一張圖片，單擊“上一個”按鈕可以瀏覽上一張圖片，拖動下方的縮放滑塊可以放大或者縮小顯示圖片，此時還可以向左或向右旋轉(zhuǎn)圖片、全屏顯示圖片等。在“查看”模式下單擊右上角的“管理”按鈕則可返回“管理”模式。圖3-23“查看”下拉菜單圖3-24逐張瀏覽、放大、縮小圖片443．以幻燈片方式瀏覽圖片在文件夾窗口選擇一個文件夾，這里選擇“圖片”，選擇“工具”菜單中的“配置幻燈放映”選項，打開“幻燈放映屬性”對話框，如圖3-25所示。在該對話框中設置圖片放映的轉(zhuǎn)場效果、變化、效果、背景顏色、幻燈持續(xù)時間等參數(shù)，設置參數(shù)時可以在右側(cè)的預覽框中預覽圖片效果，對設置的效果滿意后單擊“確定”按鈕關(guān)閉該對話框。圖3-25“幻燈放映屬性”對話框45“幻燈放映屬性”設置完成后，選擇“工具”菜單中的“幻燈放映”選項，以幻燈片方式全屏瀏覽選擇的文件夾中的圖片，在下方會顯示一個工具條，如圖3-26所示。單擊“退出”按鈕即可退出幻燈放映狀態(tài)。圖3-26以幻燈片方式全屏瀏覽圖片的工具條

46單元

4程序設計與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎程序設計是設計和構(gòu)建可執(zhí)行的程序，以完成特定數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理的過程，是軟件開發(fā)過程的重要組成部分。熟悉和掌握程序設計的基礎知識，是在現(xiàn)代信息社會中生存和發(fā)展應具備的基本技能之一。計算機系統(tǒng)軟件和應用軟件都要用到各種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)學、計算機硬件和軟件有十分密切的關(guān)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)也被廣泛應用于信息科學、系統(tǒng)工程、應用數(shù)學、工程技術(shù)等領域。計算長方形面積的流程圖如圖4-1所示4747算法初步4.1程序設計基礎4.24.34.44.5目錄Python語言程序設計數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概述典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)48圖4-1計算長方形面積的流程圖49計算長方形面積一般步驟的文字描述如下。第1步：輸入長方形的長度和寬度。即設置num1和num2兩個變量，接收用戶輸入的長度和寬度，并存儲到num1和num2兩個變量中。第2步：判斷輸入長方形的長度和寬度是否大于0，如果長度和寬度大于0，執(zhí)行第3步，否則執(zhí)行第5步。即判斷num1和num2是否大于0，如果大于0，執(zhí)行第3步，否則執(zhí)行第5步。第3步：計算長度和寬度的乘積。即計算num1和num2的乘積，并將乘積結(jié)果存儲到result變量。第4步：輸出長方形的面積。即顯示result變量的值到屏幕并退出。第5步：顯示輸入錯誤。即提示用戶輸入的長度和寬度有誤。根據(jù)計算長方形面積一般步驟的文字描述和圖4-1所示的流程圖，猜測一下圖4-2所示圖例的作用是什么？圖4-2流程圖的圖例50某洗衣機不啟動的故障排除步驟的文字描述如下。第1步：檢查電源是否接通，如果電源有問題，則解決電源問題后，故障排除。如果電源沒有問題，則進入第2步。第2步：檢查洗衣機門是否關(guān)嚴，如果洗衣機門沒有關(guān)嚴，則關(guān)嚴洗衣機門，故障排除。如果洗衣機門已關(guān)嚴，則進入第3步。第3步：檢查洗衣機進水部分，查看水龍頭是否打開，如果水龍頭沒有打開，則打開水龍頭，故障排除。如果水龍頭已打開且有水壓，則進入第4步。第4步：檢查是否按下了啟動鍵并有蜂鳴聲，如果沒有按下啟動鍵，則按下啟動鍵，故障排除。如果已按下啟動鍵且有蜂鳴聲，則需要給售后服務打電話報修。使用圖4-2所示的圖例嘗試繪制洗衣機不啟動故障排除流程圖，明確排除使用不當而造成洗衣機不啟動故障的排查方法和流程。4.

1算法初步在計算機發(fā)展的初期，人們使用計算機的主要目的是處理數(shù)值計算問題。使用計算機解決具體問題一般需要經(jīng)過以下幾個步驟：首先從具體問題抽象出適當?shù)臄?shù)學模型，然后設計或選擇求解此數(shù)學模型的算法，接著編寫程序并進行調(diào)試、測試，直至得到最終的解答。計算機解決問題的一般過程是：分析問題、設計算法、編寫程序、調(diào)試運行、檢測結(jié)果。514.1.1算法的概念做任何事情都有一定的步驟和方法，廣義地講，為解決某個問題而設計的確定的方法和有限的步驟，稱為算法。算法是一個基本的概念，但也是一門深奧的學問，小到如何輸出九九乘法表，如何對一組數(shù)據(jù)進行排序，大到如何控制飛行器的姿態(tài)，如何讓無人機避障等。我們先分析如何求1×2×3×4×5的值。原始的算法如下。步驟1：先求1乘以2，得到結(jié)果2。步驟2：將2乘以3，得到結(jié)果6。步驟3：將6乘以4，得到結(jié)果24。步驟4：將24乘以5，得到結(jié)果120。這樣的算法雖然正確，但有些煩瑣。改進的算法如下。S1：使t=1。S2：使i=2。S3：求t×i，乘積仍然放在變量t中，可表示為t×i→t。S4：求i+1的值，即i+1→i。S5：如果i≤5，返回重新執(zhí)行S3以及其后的S4和S5；否則，算法結(jié)束。如果要計算100！只需將S5的“i≤5”改成“i≤100”即可。如果改成求1×3×5×7×9×11，算法也只需做很少的改動，如下所示。S1：1→t。S2：3→i。S3：t×i→t。S4：i+2→i。S5：若i≤11，返回S3以及其后的S4和S5；否則，算法結(jié)束。該算法不僅正確，而且是便于計算機處理的算法，因為計算機是高速運算的自動機器，實現(xiàn)循環(huán)輕而易舉。52算法設計具有以下特點。①解決同一個問題可以有不同的解題方法和步驟。②算法有優(yōu)劣之分，有的算法只需要很少的步驟。同一個問題，計算機根據(jù)一種好的算法編寫的程序只需運行很短的時間（幾秒或幾分鐘）就能得到正確的解，而根據(jù)一種差的算法編寫的程序可能需要運行很長的時間（幾小時或幾天）才能得到最終的解?？梢妰?yōu)秀的算法可以帶來高效率。③設計算法時，不僅要保證算法正確，還要考慮算法的質(zhì)量。最優(yōu)的算法應該實現(xiàn)計算次數(shù)最少，所需存儲空間最小，但兩者很難兼得。④不是所有的算法都能在計算機上實現(xiàn)。有些算法設計思路很巧妙，但計算機可能無法實現(xiàn)，不具有可行性。計算機算法分為數(shù)值運算算法和非數(shù)值運算算法。（1）數(shù)值運算算法數(shù)值運算的目的是求數(shù)值解，如求方程的根、求一個函數(shù)的定積分等。數(shù)值運算算法有現(xiàn)成的模型，各種數(shù)值運算都有比較成熟的算法可供選用。（2）非數(shù)值運算算法非數(shù)值運算算法主要用于處理非數(shù)值型的數(shù)據(jù)和問題，其應用范圍廣泛，種類繁多，要求各異，難以規(guī)范化。目前，計算機在非數(shù)值運算方面的應用遠遠超過了在數(shù)值運算方面的應用。534.1.2算法的特性算法（Algorithm）是對特定問題求解步驟的一種描述，是求解步驟（指令）的有限序列。其中每一條指令表示一個或多個操作。不同的問題需要用不同的算法來解決，同一問題也可能有不同的算法，一個算法應該具有下列特性。（1）有窮性（Finiteness）一個算法必須在執(zhí)行有窮步驟之后正常結(jié)束，即必須在有限時間內(nèi)完成。（2）確定性（Definiteness）算法中的每一個步驟都應該是確定的，而不是含糊或模棱兩可的，對于相同的輸入必須得出相同的執(zhí)行結(jié)果。（3）可行性（Effectiveness）算法中執(zhí)行的任何計算步驟都可以被分解為基本的可執(zhí)行的操作步驟，即算法中的每個計算步驟都應當能有效地被執(zhí)行，并得到確定的結(jié)果，也稱之為有效性。例如：若b=0，則a/b是不能被有效執(zhí)行的。（4）輸入（Input）一個算法具有零個或多個輸入。所謂的輸入，是指在執(zhí)行算法時需要從外界取得的必要信息，這些輸入取自特定的數(shù)據(jù)對象集合。一個算法也可以沒有輸入。544.1.3比較算法和程序（5）輸出（Output）一個算法具有一個或多個輸出，這些輸出同輸入之間存在某種特定的關(guān)系。算法的目的是求“解”，“解”就是輸出。輸出反映對輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果，沒有輸出的算法是毫無意義的。551．算法和程序的區(qū)別算法與程序十分相似，但又有區(qū)別。一個程序不一定滿足有窮性。如操作系統(tǒng)，只要整個系統(tǒng)不遭破壞，它將永遠不會停止，即使沒有作業(yè)需要處理，它仍處于動態(tài)等待中。因此，操作系統(tǒng)不是一個算法。另外，程序中的指令必須是計算機可執(zhí)行的，而算法中的指令無此限制。算法代表了對問題的求解，而程序是算法在計算機上的特定的實現(xiàn)。一個算法若用程序設計語言來描述，那它就是一個程序。（1）兩者的定義不同算法是對特定問題求解步驟的描述，它是有限序列指令。（2）兩者的書寫規(guī)定不同程序必須用規(guī)定的程序設計語言來寫，而算法描述方法多樣。2．算法與程序的聯(lián)系算法是程序的核心，程序是算法在計算機上的具體實現(xiàn)。4.1.4算法的描述方法算法設計者必須將自己設計的算法清楚、正確地按步驟記錄下來，這個過程就叫描述算法。算法可以使用各種不同的方法來描述，常見的有自然語言、流程圖、N-S圖、偽代碼、計算機語言等。最簡單的方法是使用自然語言進行描述，也可以用以上的其他方法描述，還可以直接使用某種程序設計語言來描述算法，不過直接使用程序設計語言并不容易，而且不太直觀。1．用自然語言描述算法例如，任意輸入3個數(shù)，求這3個數(shù)中的最大數(shù)，用自然語言描述的算法如下。S1：定義4個變量，分別為x、y、z以及max。S2：輸入大小不同的3個數(shù)，分別賦給x、y、z。S3：判斷x是否大于y，如果大于，則將x的值賦給max，否則將y的值賦給max。S4：判斷max是否大于z，如果大于，則執(zhí)行S5，否則將z的值賦給max。S5：將max的值輸出。562．用流程圖描述算法流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它用一些圖框來代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來指示算法的執(zhí)行方向，直觀地描述算法的處理步驟。由于流程圖具有直觀、形象、容易理解的特點，所以應用廣泛。但流程圖表示控制的箭頭過于靈活，且只描述執(zhí)行過程而不能描述有關(guān)數(shù)據(jù)。常用的流程圖的基本圖例如圖4-3所示。57圖4-3常用的流程圖的基本圖例其中，起止框是用來標識算法開始和結(jié)束的；輸入/輸出框表示數(shù)據(jù)的輸入和輸出操作；判斷框的作用是對一個給定的條件進行判斷，并根據(jù)給定的條件是否成立來決定如何執(zhí)行后面的操作；處理框表示完成某種操作，如初始化或運算等；流程線用箭頭表示程序執(zhí)行的流向。例如，有40個學生，要求輸出不及格的學生的學號和成績。ni代表第i個學生的學號，gi代表第i個學生的成績，用流程圖描述算法，如圖4-4所示。58圖4-4輸出不及格的學生的姓名和成績的流程圖3．用N-S圖描述算法例如，計算10！，用N-S圖描述算法，如圖4-5所示。59圖4-5計算10！的N-S圖4．用偽代碼描述算法例如，計算10！，用偽代碼描述算法。用偽代碼表示的算法如下。60begin10→n1→sum1→numberwhilenumber<=nsum×number→sumnumber+1→numberendwhileprintsumend5．用計算機語言描述算法計算機無法識別流程圖和偽代碼，只有用計算機語言編寫的程序才能被計算機執(zhí)行。在用流程圖或偽代碼描述出一個算法后，要將其轉(zhuǎn)換成計算機語言程序。用計算機語言描述算法必須嚴格遵循所用語言的語法規(guī)則。例如，計算10！，用Python語言描述算法。Python程序如下。61n=10sum=1number=1whilenumber<=n:sum=sum*numbernumber+=1print("1到{}階乘為:{}".format(n,sum))4.1.5算法優(yōu)劣的評價標準使用計算機解決問題的關(guān)鍵是算法的設計，對于同一個問題，可以設計出不同的算法，如何評價算法優(yōu)劣是算法分析、比較、選擇的基礎?？梢詮囊韵聨讉€方面對算法優(yōu)劣進行評價。1．正確性算法能正確地實現(xiàn)預定的功能，滿足具體問題的需求。正確性的具體要求如下。?不含語法錯誤。?對輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足要求的結(jié)果。?對一切合法輸入，都可以得到符合要求的解。622．可讀性一個算法應當思路清晰、層次分明，易于閱讀、理解和交流，便于調(diào)試、修改和擴充。寫出的算法，能讓人看明白，能讓人明白算法的邏輯。如果算法通俗易懂，則在系統(tǒng)調(diào)試和修改或者功能擴充的時候更為便捷。3．健壯性算法應具有容錯能力。輸入非法數(shù)據(jù)，算法能適當?shù)刈龀龇磻⑦M行處理，不會產(chǎn)生預料不到的運行結(jié)果。數(shù)據(jù)的形式多種多樣，算法可能面臨著接收各種各樣的數(shù)據(jù)，當算法接收到不適合算法處理的數(shù)據(jù)時，算法本身該如何處理呢？如果算法能夠處理異常數(shù)據(jù)，則處理能力越強，健壯性越好。4．穩(wěn)定性穩(wěn)定性主要指算法在噪聲、干擾等不利因素下仍能保持穩(wěn)定的性能輸出。635．時空性算法的時空性是指該算法的時間復雜度和空間復雜度，主要是說算法在執(zhí)行過程中的時間長短和空間占用問題。算法處理數(shù)據(jù)過程中，不同的算法耗費的時間和內(nèi)存空間是不同的。（1）時間復雜度算法的時間復雜度是指執(zhí)行算法所需要的計算工作量。一般來說，計算機算法是問題規(guī)模n的函數(shù)f(n)，算法的重復執(zhí)行次數(shù)用T(n)表示，時間復雜度記作O(f(n))。問題的規(guī)模n趨近于無窮大時，T(n)/f(n)的極限值為不等于0的常數(shù)，則稱f(n)是T(n)的同數(shù)量級函數(shù)，即T(n)=O(f(n))稱作漸進時間復雜度（AsymptoticTimeComplexity）。（2）空間復雜度算法的空間復雜度是指算法需要消耗的內(nèi)存空間。其計算和表示方法與時間復雜度的類似，一般都用復雜度的漸進性來表示。同時間復雜度相比，空間復雜度的分析要簡單得多。空間復雜度記作S(n)=O(f(n))。例如，直接插入排序的時間復雜度是O(n2)，空間復雜度是O(1)。而一般的遞歸算法就有O(n)的空間復雜度了，因為每次遞歸都要存儲返回信息。644.1.6經(jīng)典算法簡介雖然設計算法，尤其是設計好的算法是一項困難的工作，但是設計算法也不是沒有規(guī)律可循。人們經(jīng)過幾十年的探討，總結(jié)和積累了許多行之有效的方法，了解和掌握這些方法會給我們解決問題提供一些思路。經(jīng)常采用的算法設計方法有迭代法、窮舉搜索法、遞推法、遞歸法、回溯法、貪婪法等，了解和借鑒這些算法設計的方法，有助于解決類似程序的設計問題。這里簡單介紹迭代法、窮舉搜索法、遞推法、遞歸法、回溯法、貪婪法這6種算法。1．迭代法迭代法是用來解決數(shù)值計算問題中的非線性方程（組）求解或求最優(yōu)解的一種算法，以求方程（組）的近似根。迭代法的基本思想是：從某個點出發(fā)，通過某種方式求出下一個點，此點應該離要求解的點（方程的解）更進一步，當兩者之差接近到可以接受的精度范圍時，就認為找到了問題的解。簡單迭代法每次只能求出方程的一個解，需要人工先給出近似初值。652．窮舉搜索法窮舉搜索法又稱為枚舉法，按某種順序?qū)λ械目赡芙庵饌€進行驗證，從中找出符合條件要求的作為問題的解。此算法通常用多重循環(huán)實現(xiàn)，對每個變量的每個值都測試是否滿足所給定的條件，以找到問題的一個解。這種算法簡單、易行，但只能用于變量個數(shù)有限的場合。3．遞推法遞推法是利用問題本身具有的遞推性質(zhì)或遞推公式求得問題的解的一種算法，從初始條件出發(fā)，逐步推出所需的結(jié)果。但是有些問題很難歸納出一組簡單的遞推公式。4．遞歸法遞歸法的思想是：將N=n時不能得出解的問題，設法遞歸轉(zhuǎn)化為求n－1,n－2,…的問題，一直到N=0或1，由于初始情況的解比較容易給出或方便得到，因此可逐層得到N=2,3,…,n時的解，得到最終結(jié)果。用遞歸法寫出的程序簡單、易讀，但效率不如遞推法的高。任何可以用遞推法解決的問題，都可以很方便地用遞歸法解決，但是許多能用遞歸法解決的問題，卻不能用遞推法解決。665．回溯法回溯法又稱為試探法，在用某種方法找出解的過程中，若中間項結(jié)果滿足所解問題的條件，則一直沿這個方向搜索下去，直到無路可走或無結(jié)果，則開始回溯，改變其前一項的方向或繼續(xù)搜索。若其前一項的方向或值都已經(jīng)測試過，還是無路可走或無結(jié)果，則繼續(xù)回溯到其前一項，改變其方向或值繼續(xù)搜索。若找到了一個符合條件的解，則停止或輸出這個結(jié)果后繼續(xù)搜索；否則繼續(xù)回溯下去，直到回溯到問題的開始處（不能再回溯），仍沒有找到符合條件的解，則表示此問題無解或已經(jīng)找到了全部的解。用回溯法可以求得問題的一個解或全部解。6．貪婪法貪婪法又稱為登山法，指從問題的初始解出發(fā)，一步步接近給定的目標，并盡可能快地去逼近更好的解。貪婪法是一種不追求最優(yōu)解，只希望最快得到較為滿意解的方法。貪婪法不需要回溯，只能求出問題的某個解，不能求出所有的解。67平時購物找零時，為使找回的貨幣數(shù)量最少，不考慮找零錢的所有方案，而是從最大面額的貨幣開始，按遞減的順序考慮各貨幣，先盡量用大面額的貨幣，當不足大面額貨幣的金額時才去考慮下一種較小面額的貨幣，這就使用了貪婪法。例如，50元找成20元、20元、10元。684.

2程序設計基礎程序設計是指編寫程序的過程。程序設計是一門技術(shù)，需要相應的理論、技術(shù)、方法和工具支持。程序設計不僅要保證設計的程序能正確地解決問題，還要求程序具有可讀性、可維護性。694.2.1程序設計概述程序的概念非常普遍，一般來說，人們在完成一項復雜的任務時，需要進行一系列的具體工作，這些按一定的順序安排的工作就是完成該任務的程序。但在計算機領域，“程序”一詞特指計算機程序，即計算機為完成某任務所執(zhí)行的一系列有序的指令集合。程序設計是為解決特定問題而使用某種程序設計語言編寫程序的過程，程序設計過程應當包括分析、設計、編碼、測試、排錯等不同階段。專業(yè)的程序設計人員常被稱為程序員。4.2.2應用軟件程序設計離不開程序設計語言，程序設計語言是人類用來和計算機溝通的工具。最早的程序設計語言是機器語言，用0和1兩種符號組成的二進制數(shù)表示，計算機只能直接執(zhí)行機器語言編寫的程序，但直接用機器語言編寫程序非常困難，效率也非常低。為了解決這個問題，誕生了各種各樣的程序設計語言，這些程序設計語言更加接近人類的語言和思維。4.2.3程序設計語言的基本類型人和計算機交流信息使用的語言稱為計算機語言或程序設計語言，計算機語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言3類。從程序設計語言的發(fā)展歷程來看，程序設計語言可以分為以下5代。1．第一代程序設計語言：機器語言機器語言（MachineLanguage）是一種用“0”和“1”兩個二進制符號表示的，能被計算機直接識別和執(zhí)行的語言，是早期的程序設計語言。它是一種低級語言，用機器語言編寫的程序不便于記憶、閱讀和書寫，通常不用機器語言直接編寫程序。用機器語言編寫的程序，稱為計算機機器語言程序。任何程序或語言在執(zhí)行前都必須轉(zhuǎn)換為機器語言。機器語言是面向計算機的語言，其中的每一條語句就是一段二進制指令代碼。用機器語言編程不僅工作量大，而且難學、難記、難修改，因此它只適合專業(yè)人員使用。而且不同品牌和型號的計算機的指令系統(tǒng)有差異，因此機器語言所編寫的程序只能在相同的硬件環(huán)境下使用，可移植性差。但機器語言也有編寫的程序代碼不需要翻譯、占用空間少、執(zhí)行速度快等優(yōu)點。702．第二代程序設計語言：匯編語言匯編語言（AssemblyLanguage）是一種用助記符表示的面向計算機的程序設計語言。匯編語言的每條指令對應一條機器語言代碼，不同類型的計算機系統(tǒng)一般有不同的匯編語言。用匯編語言編制的程序稱為匯編語言程序，計算機不能直接識別和執(zhí)行，必須由“匯編程序”（或匯編系統(tǒng)）翻譯成機器語言程序才能運行。這種“匯編程序”就是匯編語言的翻譯程序。匯編語言適用于編寫直接控制計算機操作的底層程序，它與計算機密切相關(guān)，不容易使用。匯編語言在一定程度上克服了機器語言難學、難記、難修改的缺點，同時保持了編程質(zhì)量高、占用空間少、執(zhí)行速度快的優(yōu)點。但與機器語言一樣，匯編語言也是面向計算機的語言，使用匯編語言編寫的程序的通用性和可讀性都較差。3．第三代程序設計語言：高級語言高級語言（HighLevelLanguage）是一種比較接近自然語言和數(shù)學表達式的計算機程序設計語言，并且高級語言完全與計算機的硬件無關(guān)，程序員在編寫程序時，無須了解計算機的指令系統(tǒng)。因此，程序員在編寫程序時就不用考慮計算機硬件的差異，因而編程效率大大提高。由于高級語言與具體的計算機硬件無關(guān)，因此使用高級語言編寫的程序通用性強、可移植性高，易學、易讀、易修改，被廣泛應用于商業(yè)、科學、教育、娛樂等眾多領域。71一般用高級語言編寫的程序稱為“源程序”，計算機不能識別和執(zhí)行，要把用高級語言編寫的源程序翻譯成機器指令，通常有編譯和解釋兩種方式。編譯是指將源程序整個編譯成目標程序，然后通過鏈接程序?qū)⒛繕顺绦蜴溄映煽蓤?zhí)行程序。解釋是指將源程序逐句翻譯，翻譯一句執(zhí)行一句，邊翻譯邊執(zhí)行，不產(chǎn)生目標程序，這個過程由計算機的執(zhí)行解釋程序自動完成，如JavaScript、Python、Basic語言采用的就是這種方式。常用的高級語言有Python、Java、C#、C++、C、Fortran等。4．第四代程序設計語言：非過程語言非過程語言（NonproceduralLanguage）的特點是程序員不必關(guān)心問題的解法和處理問題的具體過程，只需說明所要完成的目標和條件，就能得到想要的結(jié)果，而其他的工作都由系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)查詢語言（StructureQueryLanguage，SQL）就是非過程語言頗具代表性的例子。例如，“Selectname,sex,ageFromstudentWhereclass=1”這一語句就可以直接從student數(shù)據(jù)表中查詢出class為1的學生的name、sex和age信息。而讀取數(shù)據(jù)、比較數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)等一系列具體操作都由系統(tǒng)自動完成。相比于高級語言，非過程語言使用起來更加方便，但是非過程語言目前只適用于部分領域，其通用性和靈活性不如高級語言。725．第五代程序設計語言：人工智能語言人工智能語言目前剛剛起步，也是未來程序設計語言的發(fā)展方向。人工智能語言是一類適用于人工智能和知識工程領域的、具有符號處理和邏輯推理能力的程序設計語言。人工智能語言可以用于解決非數(shù)值計算、知識處理、推理、規(guī)劃、決策等各種復雜問題。734.2.4常見的高級程序設計語言自20世紀60年代以來，世界上公布的程序設計語言已有上千種之多，但是只有很小一部分得到了廣泛的應用。目前主流的程序設計語言主要包括以下幾種。1．PythonPython是一種跨平臺、交互式、面向?qū)ο?、解釋型的計算機程序設計語言，它具有語法簡潔、清晰的特點，具有豐富和強大的庫，能夠把用其他語言開發(fā)的各種模塊很輕松地聯(lián)結(jié)在一起，因此常被稱為“膠水語言”。Python主要應用于Web和互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、科學計算和統(tǒng)計、人工智能、大數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡爬蟲、游戲開發(fā)、圖形處理、界面開發(fā)等領域。Python支持廣泛的應用程序開發(fā)，從簡單的文字處理到Web開發(fā)再到游戲開發(fā)，并且簡單、易學。2．JavaJava是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言，它不僅吸收了C++的各種優(yōu)點，還摒棄了C++中難以理解的多繼承、指針等概念。因此，Java具有功能強大和簡單易用兩個優(yōu)勢，并且具有封裝、繼承、多態(tài)等面向?qū)ο笳Z言的基本特征，以及穩(wěn)定、安全、可移植性強、與平臺無關(guān)、支持網(wǎng)絡編程、支持多線程等許多優(yōu)良特性，是目前使用十分廣泛的編程語言。Java可以用于編寫桌面應用程序、Web應用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)應用程序等。3．JavaScr