沪科版(2019)高中信息技术必修一 第三单元算法和程序设计 知识要点

福州民族中学
高一信息技术知识要点
必修一 第三单元
相关课程标准：
1.从生活实例出发，概述算法的概念与特征，运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法。
2.掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言设计实现简单算法。
3.通过解决实际问题，体验程序设计的基本流程，感受算法的效率，掌握程序调试与运行的方法。
学习目标：
1.理解算法的概念和特征，能运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法。
2.了解程序设计语言产生与发展的过程及不同种类程序设计语言的特点。
3.掌握一种程序设计语言的基本知识，能使用程序设计语言实现简单算法。
4.体验程序设计的基本流程，掌握程序调试与运行的方法。
知识要点：
一、算法：
㈠算法的概念：
算法是在有限步骤内解决某一问题所使用的方法。
㈡算法的特征：
1.有穷性。一个算法在执行有限步骤后在有限时间内能够实现。
2.确定性。一个算法中的每一个步骤的表述都应该是确定的、没有歧义的语句。
3.有零个或多个输入。输入就是算法在执行时从外界获得的数据，它们是算法执行的某些初始状态。零个输入代表这个算法没有外部输入，其初始设定被隐藏在算法中。
4.有一个或多个输出。输出就是算法执行的结果，没有输出的算法是没有意义的。
5.可行性。指每一个步骤都能够有效地执行，并且得到确定的结果，同时能够用来方便地解决一类问题。
㈢算法的评价：
1.正确性；
2.可读性；
3.高效性。
㈣算法的描述方法：
1.自然语言：
用自然语言描述的算法通俗易懂，但是描述用词要准确、统一，无二义性，且算法的控制结构和嵌套层次要清晰明确。
2.流程图：
由一些简单的框图组成，框图用来表示算法的步骤。用流程图描述算法，形象直观、清晰简洁，算法结构表达明确。只是当控制结构和嵌套层次较复杂时，对应流程图所占篇幅会比较大，影响可读性，也不易于修改。
3.伪代码：
伪代码是用介于自然语言和程序设计语言之间的人工语言来描述算法。伪代码书写方便、格式紧凑、表达精炼，比较容易被开发人员理解。
㈤算法的基本控制结构：
1.顺序结构：
由上至下，按先后顺序依次执行。
2.选择结构：
是根据给定的条件进行判断而作出选择的一种结构。
3.循环结构：
描述重复执行操作的控制结构，它解决了重复操作多次或按条件进行控制的通用性问题。
㈥常见的算法：
枚举法：
1.基本原理：
根据已知条件，在给定的范围内对所有可能的答案按某种顺序进行逐一枚举和检验，从中找出那些符合要求的答案。
2.一般模式：
⑴确定范围：
问题所涉及的情况有哪些，情况的种数是否可以确定。
⑵验证条件：
分析出来的这些情况，须满足什么条件才能成为问题的答案。
⑶尽可能缩小搜索范围，减少求解时间。
二、程序和程序设计语言：
㈠程序及其特征：
1.概念：
一组能被计算机理解并执行的指令序列， 是计算机执行算法的操作步骤。
2.特征：
⑴解决问题的算法的每一个步骤对应程序中的一个或多个语句，每个语句实现一个或多个操作。
⑵在程序中被旅行操作的对象称为数据，不同类型的 数据有不同的属性、取值范围和运算方法。
⑶除了遇到特殊的程序转向控制语句之外，程序都是 从第一条语句开始顺序执行。
㈡程序设计语言的发展：
1.程序设计语言的概念：
人们编制程序所使用的计算机语言。
2.程序设计语言的发展：
⑴低级语言：
①机器语言：
由二进制代码指令组表示。一般包含两个主要部分：操作码和操作数。
使用机器语言编写的程序可以直接执行，执行速度快，但是在不同型号的计算机上不能通用。
②汇编语言
采用类似英语缩略词并带有助记符号的语言，替代复杂的二进制代码指令的操作数来编写程序。
计算机不能直接执行汇编语言编写的程序，需要使用汇编程序将每条语句翻译成机器语言。
仍然与计算机相关，编写的程序不可移植。
⑵高级语言：
使用接近人类自然语言的代码编写程序。
不能直接被计算机执行，必须经过转换。
转换方式有两种：
①解释类：
由相应语言解释器“翻译”成目标代码，边“翻译”边执行。
不能生成可独立执行的文件，应用程序不能脱离其解释器。
②编译类：
通过编译器一次性“翻译”成目标代码。
目标程序可以脱离语言环境，独立执行。
三、程序设计的一般过程：
㈠分析问题：
确定解决问题的方法 描述数据
㈡设计算法：
选择描述算法的方法 设计算法
㈢编写程序：
选择程序设计语言 编写程序
㈣调试运行：
修改语法错误 运行程序 发现错误并修改
四、流程控制：
㈠语句级控制：
1.顺序结构都是从第一条语句开始顺序执行。
2.选择结构根据对条件判断的结果来执行不同的语句块。Python语言使用if语句来实现。
3.循环结构控制一段程序语句重复多次执行。Python语言中有for语句和while语句。
㈡单位级控制：
1.函数：
⑴系统函数：
①内置函数：
可以直接使用。
②非内置函数：
需要先导入后使用。
⑵自定义函数：
由用户自己编写的、能够实现独立功能的语句块。
函数定义的一般形式为：
def 函数名(<参数>):
函数体
每个函数可以返回一个值，return语句的作用为返回表达式的值。
函数调用的一般形式为：
函数名字(<参数值列表>)
返回值调用形式为：
变量名=函数名(<参数值列表>)
2.模块：
⑴内置模块（内置函数）。
⑵非内置模块（非内置函数）。
五、Python相关内容：
㈠常量和变量：
1.常量：
常量是直接给定的、在程序中不可以改变的数值，是数据的“书写形式”。
常量区分为不同的数据类型，可以从书写形式上区分。
2.变量：
变量描述的是存储空间的概念，用于引用在程序中可能会变化的数值。 在程序运行的过程中，变量对数据的引用是可以发生变化的。
变量的数据类型由引用的数据对象的类型决定。
3.命名规则：
⑴由大小写英文字母、数字或下划线组成。
⑵以英文字母或下划线为首字符。
⑶长度任意。
⑷大小写敏感。
⑸不能与Python的关键字同名。
㈡数据对象和类型：
1.基本数据类型：
⑴整形int。
⑵浮点型float。
⑶布尔类型bool。
⑷复数类型complex。
2.组合数据类型：
⑴字符串str。
⑵列表list。
⑶元组tuple。
⑷集合类型set。
⑸字典类型dict。
㈢数值数据及其运算：
1.数值数据：
⑴整数(int)。
⑵浮点数(float)。
2.运算符：
⑴+ 加法
⑵- 减法
⑶* 乘法
⑷/ 除法
⑸// 整除(求商)
⑹** 次幂
⑺% 求余数
㈣条件表达式
1.概念：
程序中表示判断条件的式子称为条件表达式，它由关系运算或逻辑运算构成，执行的结果为布尔值True或False。
2.关系运算符：
也称为比较运算符，作用是对两个数据的值进行比较，比较的结果是一个布尔值。 用关系运算符连接的表达式称为关系表达式。
3.常用的关系运算符:
⑴< 小于
⑵<= 小于等于
⑶> 大于
⑷>= 大于等于
⑸== 等于
⑹!= 不等于
4.逻辑运算符：
⑴and 与
⑵or 或
⑶not 非
⑷运算顺序是先not，再and，最后or。
㈤选择结构语句：
1.单分支语句：
if 条件表达式:
语句块1
2.双分支语句：
if 条件表达式:
语句块1
else:
语句块2
3.多分支语句：
if 条件表达式1:
语句块1
elif 条件表达式2:
语句块2
……
else:
语句块n
㈥循环结构语句:
1.循环控制三个要素:
⑴循环控制变量的初值。
⑵循环控制变量的终值。
⑶在循环体中使循环控制变量由初值向终值变化的语句。
2.确定次数循环：
for <循环控制变量> in <遍历结构>:
<语句块>
3.不确定次数循环：
while <条件>:
<语句块>
㈦批量数据
批量数据：一组数据类型相同的数据对象。
Python中使用列表来表示批量数据。
列表用“[ ]”表示。其中每一项可以是任意数据类型的数据项，各数据项之间用逗号分隔。
可通过赋值运算创建列表，如：L=[]（创建一个空列表L）。
sum 求列表中数值数据的累加和。
len 求列表中数据项的个数。
还有max、min等。
㈧格式输出
在print语句中可以使用格式控制符将变量的值按一定的格式输出，使表格数据对齐。
格式："格式控制串"%(值序列)
格式控制串中由%引导格式控制符，如：
%10.2f f表示浮点数
10表示总的输出宽度为10
.2表示小数点后保留2位，四舍五入。
值序列中的值以逗号分隔，可以是变量的值，也可以是表达式的值。
六、程序设计方法：
自顶向下、逐步求精。
把整个设计过程分出层次来，逐步加以解决。 每一步都是在前一步的基础上进行的，是对前一步设计的细化和具体化。
七、模块化设计的思想：
在模块化设计中，要按照需求分析把程序分割成许多模块，建立以模块为单位的多层次结构体系， 各个模块之间形成调用关系。模块化之后还要确定每一模块内的具体算法，并准确表达这些算法。 整个程序设计完成之后，就可以使用特定的程序设计语言来编写程序。
补充：
Python部分知识
1.赋值：
为变量进行赋值时，使用的是“=”运算符，语法如下：
变量名=变量值
在这里，等号“=”运算符并不是数学上的“等于”，而是指把右边的值赋给左边的变量使用。
Python允许用户一次给一个变量赋值，同时也允许利用半角符号“,”(分隔变量)或“;”(分隔表达式)对多个变量进行操作。如：
a1=a2=55 表示变量a1和变量a2都指向int(整型)对象55。
a1,a2=10,20 表示变量a1指向对象10，变量a2指向对象20。
totalA=10;totalB=15.668 以分号串接两行语句。
2.几个赋值运算符：
运算符 说明 举例 展开形式
= 简单的赋值运算 x=y x=y
+= 加赋值 x+=y x=x+y
-= 减赋值 x-=y x=x-y
*= 乘赋值 x*=y x=x*y
/= 除赋值 x/=y x=x/y
%= 取余数赋值 x%=y x=x%y
**= 幂赋值 x**=y x=x**y
//= 取整除赋值 x//=y x=x//y
3.小数位数的保留：
⑴%f 方法：
print语句可以使用格式控制符将变量的值按一定的格式输出，使表格数据对齐，一般用于保留小数位数。格式为：
"格式控制串"%(值序列)
例：
f=1.23456
print("%.4f"%f)
print("%.3f"%f)
print("%.2f"%f)
结果为：
1.2346
1.235
1.23
这个方法会进行四舍五入！
⑵round（）函数方法：
①函数描述：
round() 方法返回浮点数 x 的四舍五入值，准确的说保留值将保留到离上一位更近的一端（四舍六入）。
精度要求高的，不建议使用该函数。
②格式：
round( x [, n] ) 在格式中用[ ]包围起来的，表示这是可选项，可不填。
说明：
x -- 数字表达式。
n -- 表示从小数点向下的位数，其中 x 需要四舍五入，默认值为 0。
③返回值
返回浮点数x的四舍五入值。
④例：
f=1.23456
print(round(f,4))
print(round(f,3))
print(round(f,2))
print(round(f))
结果为：
1.2346
1.235
1.23
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