• 一、概要
• 二、計算機與程式設計
  • 2.1 計算機
  • 2.2 計算機的發展
  • 2.3 摩爾定律 Moore’s Law
  • 2.4 計算機發展
  • 2.5 程式設計
  • 2.6 程式設計語言
• 三、編譯和解釋
  • 3.1 程式語言的執行方式
  • 3.2 編譯
  • 3.3 解釋
  • 3.4 編譯和解釋
  • 3.5 靜態語言和動態語言
• 四、程式的基本編寫方法
  • 4.1 IPO
  • 4.2 理解IPO
  • 4.3 問題的計算部分
  • 4.4 程式設計解決問題的步驟
  • 4.5 求解計算問題的精簡步驟
• 五、計算機程式設計
  • 5.1 程式設計能夠訓練思維
  • 5.2 程式設計能夠增進認識
  • 5.3 程式設計能夠帶來樂趣
  • 5.4 程式設計能夠提高效率
  • 5.5 程式設計帶來就業機會
  • 5.6 學習程式設計的誤區
• 六、小結

一、概要

1. 計算機與程式設計
2. 編譯和解釋
3. 程式的基本編寫方法
4. 計算機程式設計

二、計算機與程式設計

2.1 計算機

計算機是根據指令操作資料的裝置

• 功能性：對資料的操作，表現為資料計算、輸出輸出處理和結果儲存等
• 可程式設計性：根據一系列指令自動地、可預測地、準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

• 計算機硬體所依賴的積體電路規模參照摩爾定律發展
• 計算機執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
• 單位面積積體電路上可容納電晶體的數量約每兩年翻一番
• CPU/GPU、記憶體、硬碟、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 程式設計

程式設計是計算機可程式設計性的體現

• 程式設計，亦稱程式設計，深度應用計算機的主要手段
• 程式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式接管，程式設計將是生存技能

2.6 程式設計語言

程式設計語言是一種用於互動(交流)的人造語言

• 程式設計語言，亦稱程式語言，程式設計的具體實現方式
• 程式語言相比自然語言更簡單、更嚴謹、更精確
• 程式語言主要用於人類和計算機之間的互動

程式語言種類很多，但生命力強勁的卻不多

• 程式語言有超過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程式語言
• Python語言誕生於1990年，它是最流行最好用的程式語言

三、編譯和解釋

3.1 程式語言的執行方式

計算機執行源程式的兩種方式：編譯和解釋

• 原始碼：採用某種程式語言編寫的計算機程式，人類可讀，例如：result = 2 + 3
• 目的碼：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

將原始碼一次性轉換成目的碼的過程：

執行編譯過程的程式叫作編譯器

3.3 解釋

將原始碼逐條轉換成目的碼同時逐條執行的過程：

執行解釋過程的程式叫作直譯器

3.4 編譯和解釋

• 編譯：一次性翻譯，之後不再需要原始碼（類似英文翻譯）
• 解釋：每次程式執行時隨翻譯隨執行（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，程式語言分為兩類

• 靜態語言
  • 使用編譯執行的程式語言，如C/C++語言、Java語言
  • 編譯器一次性生成目的碼，優化更充分，程式執行速度更快
• 指令碼語言
  • 使用解釋執行的程式語言，Python語言、JavaScript語言、PHP語言
  • 執行程式時需要原始碼，維護更靈活，原始碼在維護靈活、跨多個作業系統平臺

四、程式的基本編寫方法

4.1 IPO

程式的基本編寫方法

• I：Input 輸入，程式的輸入
• P：Process 處理，程式的主要邏輯
• O：Output 輸出，程式的輸出

4.2 理解IPO

• 輸入
  • 程式的輸入：檔案輸入、網路輸入、控制檯輸入、互動介面輸入、內部引數輸入等
  • 輸入是一個程式的開始
• 輸出
  • 程式的輸出：控制檯輸出、圖形輸出、檔案輸出、網路輸出、作業系統內部變數輸出等
  • 輸出是程式展示運算結果的方式
• 處理
  • 處理是程式對輸入資料進行計算產生輸出結果的過程
  • 處理方法統稱為演算法，它是程式最重要的部分
  • 演算法是一個程式的靈魂

4.3 問題的計算部分

一個待解決問題中，可以用程式輔助完成的部分

• 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 程式設計解決問題的步驟

6個步驟 (1-3)

• 分析問題：分析問題的計算部分，想清楚
• 劃分邊界：劃分問題的功能邊界，規劃IPO
• 設計演算法：設計問題的求解演算法，關注演算法

使用計算機解決問題

• 編寫程式：編寫問題的計算程式，程式設計序
• 除錯測試：除錯程式使正確執行，執行除錯
• 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
• 編寫程式：將計算求解的設計變成現實
• 除錯程式：確保程式按照正確邏輯能夠正確執行

五、計算機程式設計

5.1 程式設計能夠訓練思維

• 程式設計體現了一種抽象互動關係、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互動關係的理解

5.2 程式設計能夠增進認識

• 程式設計不單純是求解計算問題
• 不僅要思考解決方法，還要思考使用者體驗、執行效率等
• 能夠幫助程式設計師加深使用者行為以及社會和文化認識

5.3 程式設計能夠帶來樂趣

• 程式設計能夠提供展示自身思想和能力的舞臺
• 讓世界增加新的顏色、讓自己變得更酷、提升心理滿足感
• 在資訊空間裡思考創新、將創新變為現實

5.4 程式設計能夠提高效率

• 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藉助計算機的高效手段

5.5 程式設計帶來就業機會

• 程式設計師是資訊時代最重要的工作崗位之一
• 國內外對程式設計師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 學習程式設計的誤區

Q：程式設計很難學嗎？ A：掌握方法就很容易！

• 首先，掌握程式語言的語法，熟悉基本概念和邏輯
• 其次，結合計算問題思考程式結構，會使用程式設計套路
• 最後，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程式設計性
• 編譯和解釋、靜態語言和指令碼語言
• IPO、理解問題的計算部分
• 掌握計算機程式設計的價值