计算机程序设计与算法

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1、 第1章 计算机程序设计与算法C/C+程序设计教程主要内容有l 程序设计语言 l 程序设计过程 l 程序设计算法 l 自然语言描述计算机算法 l 程序流程图描述计算机算法 l N-S图描述计算机算法 l 用程序设计语言描述计算机算法1.1程序设计学习程序设计并不是简单地学习计算机 语法规范或程序设计语言的本身，而是要学 会怎么用计算机程序设计语言解决实际问题 、提高工作效率和工作质量。计算机技术应 用领域博大而广泛，谁也不可能完全学会计 算机技术的方方面面，这是因为计算机涉及 到的领域太广了，计算机技术的发展日新月 异，即使学上很久我们也不可能完全学到头 ，可以说学无止境。1.1.1程序设计语

2、言 （1）科学计算语言。用于科学计算，基础是数学模型，过程描述的是数值 计算，如FORTRAN语言； （2）系统开发语言。用于编写编译程序、操作系统、数据库管理系统 DBMS等，如C语言； （3）实时处理语言。及时响应环境信息，可以根据外部信号对不同的程序 段进行并发控制执行；如汇编语言 （4）商用语言。主要用于商业处理、经济管理, 基础为自然语言模型；如 COBOL语言 （5）人工智能描述语言。模拟人的思维推理过程，实现智能化控制等； （6）模拟建模语言。用于模拟实现客观事物的发展与变化过程，以提前预 测未来发展的结果； （7）网络编程语言，在网络技术基础上进入深层次的应用研究与开发的语 言

3、, 如Dephi适于网络化环境的编程，而JAVA是一种 新型跨平台分布式程 序设计语言，语义规范与C语言相同等等，不再列举。1.1.2 程序设计过设计过 程 1.程序实现过程程序设计是指我们使用一种计算机语言为实 现解决实际问题的算法去设计编写计算机程序的 过程。计算机语言是人与计算机进行交流的媒介，通 过语言编写的程序，计算机就会准确地按程序步 骤执行操作，计算机解决实际问题的一般过程如 图1.1所示：2. 程序设计的过程 程序设计大致包含以下几个步骤 (1) 分析问题程序设计首先要进行对问题的分析，明白我们要作什么，确定要使用 的数学模型。 (2) 确定算法确定算法即确定解决问题时要执行的

4、一系列步骤。 (3) 算法描述算法描述就是使用计算机语言对算法予以描述。 (4) 确定程序设计语言由于不同的计算机程序设计语言有不同的特点，根据实际情况与需要 选定好程序设计语言后，就可以用该语言编程实现以算法。 (5) 调试和运行程序1.2 程序设计算法 计算机程序可以这样表示程序=算法+数据结构其中 数据结构:对数据的描述,包括对数据类型的描述核对数据组织形式描述定义. 算法: 对操作过程的描述, 即操作步骤的描述。如果考虑现代编程的工程化与多样性，可以这样表示：程序=数据结构+算法+（程序设计方法+编程工具+语言环境）其中算法是关键，是实现程序设计的依据和基础，算法分析作的 完整，作的精

5、细，才能有完整的程序设计，才可能对程序进行优化，所以掌握算法至关重要。 1.3计算机算法的表示 1.3.1 自然语言描述 期末数学成绩高于90分，英语成 绩高于95分，有很好的团队协作精 神的同学，可以报名参加国际数学 建模比赛。（有很多种理解）1.3计算机算法的表示1.3.2 程序流程图描述 顺序结构 条件判断分支结构 循环控制结构 图1.4 表示复杂的算法看似乱麻 1.3计算机算法的表示1.3.3 N-S图描述 图1.6 N-S图表示三种基本结构 1.4 用程序设计语言描述 1.机器语言(Machine language) 例如，计算表达式 mn-z的值，并把结果值存到10010000 号

6、内存单元。假设已知某计算机的取数操作码为1000，除法操作 码为1010，减法操作码为1001，传送操作码为0100，另外也知m 、n、z中的三个数已分别存放在11110110、10101101、01010110 号内存单元。用机器语言可描述编写如下程序：1000 11110110 取出放在11110110内存单元的值1010 10101101 除法操作放在10101101内存单元的值1001 01010110 把结果值减去放在10101101内存单元的值0100 10010000 把最后结果值存到10010000号内存单元 2.汇编语言(Assembler language) 例如计算表达式

7、mn-z值的程序可以写成：LDA MDIV NSUB ZMOV Y 使用这种语言计算机CPU不能直接识别，必须 用事先存放在存储器中的“翻译程序”，把汇编 语言翻译成机器语言,计算机指令系统才能识别和 执行，这个翻译程序称为编译汇编程序, 翻译成机 器语言描述的程序叫目标程序。 3.高级语言(High-level language) 不管使用机器语言还是使用汇编语言描述算 法和编写程序，都没有摆脱计算机指令系统的束 缚。到了1954年，出现了一种与具体计算机指令 系统无关的语言，即高级语言。它与人们习惯使 用的自然语言与数学语言非常接近，例如： y=2x2-x+1这样一个数学式子用高级语言来写

8、，就写成 y=2*x*x-x+1基本上是原样表达，这样描述程序算法显然就 得心应手的多。 高级语言的解释过程如图1.10所示。 高级语言的编译过程如图1.11所示。 1.5 算法举例算法步骤分析： S1: 累加器变量sum 赋初值0 ，即sum=0 S2: 计数器变量i 赋初值1 ，即i=1 S3: 使累加器变量值sum加计数器变量值i, 结果仍放在sum中, 即sum=sum+i, 此时sum值为sum=sum+i=0+1=1 S4: 使计数器变量i加1,结果仍放在i中, 即 i=i+1, 此时i值为i=i+1=1+1=2 S5: 使累加器变量值sum加计数器变量值i,结果仍放在sum中,

9、即sum=sum+i, 此时sum值为sum=sum+i=1+2=3 S6: 使i加1,结果仍放在i中, 即i=i+1, 此时i值为i=i+1=2+1=3 S7: 使sum加i,结果仍放在sum中, 可表示为sum=sum+i, 此时sum值为 sum=sum+i=3+3=6 S8: 使i加1,结果仍放在i中, 可表示为i=i+1, 此时i值为i=i+1=3+1=4 S9: 使sum加i,结果仍放在sum中., 可表示为sum=sum+i, 此时sum值为sum=sum+i=6+4=10 程序流程图如图1.12所示，N-S图如图1.13 所示。 图1.12 累加运算程序流程图 图1.13 累加

10、运算N-S图 开 始sum=0i=0sum=sum+ii=i+1i=100打 印NYC语言程序算法如下： main()int i=1,sum=0; /*定义变量及其数据类型*/while(i=100) /*循环控制结构*/sum+=i;i=i+1; /*循环体结束*/printf(“sum=%dn“,sum); /*输出累加结果*/程序算法不是唯一的，这个问题还有其它的算法算法1：main() float sum=0;int i=1; loop: if (i=100)sum=sum+i ;i=i+1;goto loop; printf(“n%f“,sum); 算法2：main() float

11、sum=0;int i=1; while (i=100)sum=sum+i ; i+; printf(“n%f“,sum); 算法3：main() int i=1,sum=0; do sum=sum+i; i=i+1; while(i=100); printf(“the sum is %d“,sum); 以此类推可以很容易表示出计算之和的算法，当分母大于100时程序结束， 输出计算结果。程序算法如下。 算法3的N-S图如图1.14所示。图1.14累加运算N-S图本章是计算机程序设计的基础，介绍了计算 机程序设计语言的应用特点和发展演变，特别介 绍了程序设计过程以及程序设计算法，学要重点 理解和

12、掌握的是计算机算法的表示方法，列举了 用自然语言描述结局问题过程的特点与不足。作 为一个程序设计人员，应该熟悉并掌握比较常用 的程序流程图描述方法，以及N-S图描述算法的基 本技能，最终需要使用计算机语言，即程序设计 语言描述并实现。本章通过算法举例以训练引导 读者用计算机的思维表达解决问题的过程，以最 终实现算法，这就是程序设计算法的根本。 本章小结 1.6 练习思考题1.程序设计语言有哪些相同和不同之处，有哪些分类 ？ 2.试述程序实现过程包括那几方面？ 3.简述程序设计包含那些步骤。 4.什么是计算机程序设计算法? 5.用那些方法表示计算机算法，各有哪些利弊？ 6.程序流程图有哪些表示符号，你认为有哪些优缺点 7.简述N-S图有什么特点。 8.请用程序流程图和N-S图表示从键盘输入两个数，用 计算机判别其大小的算法。