《程序设计本科》课件

《程序设计本科》课程概述本课程旨在为学生打下坚实的程序设计基础，培养学生解决问题的逻辑思维能力通过学习基础语法、数据结构、算法等，学生将具备独立编写简单程序的能力，为后续专业课程学习和软件开发奠定基础课程目标与学习目标课程目标学习目标培养学生程序设计的基本能力，掌握程序设计的基本概念、方法理解程序设计的基本概念和原理，掌握常用编程语言的语法和语和技巧义使学生能够运用所学知识和技能，独立完成简单的程序设计任能够设计、编写、调试和测试简单的程序务掌握算法和数据结构的基本知识，并能将其应用于实际问题为学生后续学习更高级的程序设计课程和从事相关工作打下基础程序设计基本概念指令序列算法数据结构程序设计流程计算机通过执行一系列指令来算法是解决特定问题的步骤集数据结构用于组织和存储数程序设计遵循特定的流程，从完成任务程序员使用编程语合，程序设计中，算法是实现据，有效地管理和访问数据是需求分析到代码编写、测试和言编写这些指令，形成程序程序功能的核心程序设计的重要基础维护，保证程序质量和可维护性编程语言概述语言种类语法规则编程语言种类繁多，例如C、每种编程语言都有严格的语法规C++、Java、Python等，每种语则，程序员需要遵循这些规则编言都有其特点和适用场景写代码，才能让计算机理解编译与解释程序设计范式编译型语言需要将源代码编译成不同的编程语言支持不同的程序机器码才能执行，解释型语言则设计范式，例如面向过程编程、需要解释器逐行解释执行面向对象编程等算法基础算法定义算法特性算法设计算法应用算法是解决问题的一系列步算法具有明确性、有限性、可算法设计需要考虑时间复杂算法是程序设计的核心，广泛骤，描述了特定问题的解决方行性等特点度、空间复杂度等因素应用于各种计算机应用领域案变量与赋值变量定义变量类型

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2.12变量是程序中用来存储数据的变量类型决定了变量可以存储容器，每个变量都有一个唯一的数据类型，例如整型、浮点的名称，用于标识它型、字符型、字符串型等赋值操作变量命名规范

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4.34使用赋值运算符“=”将数据存变量名应遵循一定的命名规储到变量中，例如var1=范，例如使用字母、数字和下10划线，且不能以数字开头基本数据类型整数浮点数字符布尔值整数类型表示没有小数部分的浮点数类型表示具有小数部分字符类型表示单个字母、数字布尔类型表示真或假，用于逻数字它们用于计数和表示离的数字，用于表示精确度更高或符号，用于存储和处理文本辑判断和条件控制散值的值信息运算符与表达式算术运算符关系运算符

1.

2.12包括加、减、乘、除、取余、用于比较两个操作数的大小，幂运算等，用于执行数学运例如大于、小于、等于、不等算于等逻辑运算符赋值运算符

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4.34用于连接多个条件表达式，例用于将值赋予变量，包括简单如与、或、非等，判断条件是赋值、复合赋值等否满足程序流程控制123顺序结构选择结构循环结构代码按顺序执行，从上到下，一步一步程序根据条件判断，选择不同的执行路重复执行一段代码，直到满足某个条件执行径才停止函数定义与使用函数定义函数使用函数是一种代码块，可以重复使用函数使用通过函数名和实际参数调用函数函数定义包含函数名、参数和函数体函数调用后，程序会执行函数体内的代码数组基础定义与声明访问元素数组是一种数据结构，用于存储相同数据类型的多个元素可以通过索引访问数组中的每个元素，索引从0开始遍历数组排序与查找可以使用循环语句遍历数组，访问每个元素并执行操作数组可以排序，并使用各种算法快速查找特定元素字符串处理字符串存储字符编码字符串操作字符串在内存中以字符数组形式存储不同字符编码方式影响字符串的存储和处常用的字符串操作包括拼接、截取、查找、理替换、大小写转换等面向对象编程基础面向对象概念类与对象封装继承面向对象编程是一种强大的编类是对象的蓝图，定义了对象封装将数据和方法隐藏在对象继承允许子类继承父类的属性程范式，它通过对象和类来组的属性和行为，而对象是类的内部，保护数据完整性，提高和方法，实现代码复用，提高织代码，使代码更加模块化和实例，具有自己的状态和方代码可读性和可维护性代码效率可维护法面向对象编程应用类和对象的使用继承与多态

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2.12对象是现实世界中实体的抽象，通过定义类来创建对象，实继承机制允许创建新的类，继承现有类的属性和方法，实现现对现实问题的模拟和解决代码复用，而多态性则使得同一个方法可以根据对象类型而表现出不同的行为抽象类和接口设计模式

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4.34抽象类定义了共同的属性和方法，接口则定义了方法签名，设计模式是一种通用的解决方案，可以解决软件开发中常见它们都用来规范子类和实现类的行为，提高代码可维护性和的场景和问题，例如单例模式、工厂模式等可扩展性文件读写操作文件打开与关闭文件写入文件读取文件权限控制使用系统提供的API打开文将数据写入文件，根据文件类从文件读取数据，根据文件类设置文件访问权限，例如读、件，例如Python中的open型使用不同的写入模式，例如型使用不同的读取模式，例如写、执行等，确保数据的安全函数，并在使用完后及时关闭文本文件使用write函数，二文本文件使用read函数，二性和完整性文件以释放资源进制文件使用writebytes函进制文件使用readbytes函数数异常处理机制异常概念异常处理机制异常是程序运行过程中发生的错用于在程序中捕获并处理异常，误或意外事件，会导致程序正常防止程序崩溃，提高程序的健壮执行流程被打断性和可靠性异常类型异常处理步骤常见的异常类型包括语法错误、异常处理通常包括捕获异常、处运行时错误、逻辑错误等，每种理异常和重新抛出异常等步骤类型都有对应的处理方式标准库与常用模块标准库常用模块提供基本功能和数据结构，如输入输出、字符串处理、数学计算扩展功能，如网络通信、数据库操作、图形界面等等例如，Python requests模块用于网络请求，sqlite3模块用于例如，C++标准库包含iostream用于输入输出，string用于字符SQLite数据库操作，tkinter模块用于创建GUI应用程序串操作，cmath用于数学运算程序设计实战案例本部分将深入探讨真实世界中程序设计应用的实例，帮助学生将理论知识与实践相结合，提升解决实际问题的能力通过案例分析，学生可以学习如何将程序设计原理应用于不同的领域，例如网站开发、数据分析、游戏开发等案例选取将注重实用性和趣味性，激发学生的学习兴趣，并提供实际代码示例，帮助学生理解代码实现细节算法分析与设计方法时间复杂度分析空间复杂度分析估计算法执行时间，衡量算法效率估计算法所需内存空间，衡量算法资源占用算法设计策略算法性能优化常用的设计策略包括递归、分治、贪通过代码优化、数据结构选择等手心、动态规划等段，提升算法效率数据结构基础数组链表

1.

2.12数组是一种最基本的线性数据链表是一种动态数据结构，可结构，可以存储相同数据类型以存储不同数据类型的数据，的数据，方便随机访问灵活插入和删除元素，但无法随机访问栈队列

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4.34栈是一种后进先出LIFO的线队列是一种先进先出FIFO的性数据结构，通常用于函数调线性数据结构，通常用于任务用和表达式求值调度和数据处理递归算法定义特点递归算法是一种直接或间接调用自身的算法它将问题分解为更递归算法通常具有简洁的代码结构，但需要仔细考虑终止条件，小的子问题，并通过递归调用解决这些子问题以避免无限递归排序算法冒泡排序插入排序相邻元素两两比较，交换顺序，将待排序元素逐个插入已排序序使较小的元素逐渐“浮”到前列的适当位置，直到所有元素排面序完成选择排序归并排序在未排序序列中选择最小元素，将待排序序列递归地分成两个子将其与第一个元素交换，重复此序列，分别排序，然后将两个有过程，直到排序完成序子序列合并成一个有序序列搜索算法线性搜索二分搜索哈希表搜索线性搜索遍历整个列表，逐个比较元素，效二分搜索将有序列表分为两半，每次只搜索哈希表使用哈希函数将键映射到索引，平均率较低一半，效率更高情况下效率非常高图算法图的表示遍历算法图算法首先需要将实际问题抽象深度优先搜索DFS和广度优先成图结构，使用邻接矩阵或邻接搜索BFS是两种常用的图遍历表等方式表示算法，用于访问图中的所有节点最短路径最小生成树Dijkstra算法和A*算法是常用的Prim算法和Kruskal算法用于寻最短路径算法，用于寻找两个节找图中所有节点的最小生成树，点之间的最短距离即连接所有节点的边权总和最小的子图动态规划最优子结构重叠子问题

1.

2.12问题最优解包含子问题的最优相同子问题被重复计算多次，解动态规划方法会存储这些子问题的解状态转移方程记忆化搜索

3.

4.34定义状态表示子问题的解，利在递归搜索的过程中存储中间用状态转移方程进行递推计结果，避免重复计算算贪心算法局部最优无法回溯适用场景贪心算法选择每次最佳选择，以期最终获得贪心算法不会考虑以前的选择，无法撤销贪心算法适用于某些特定问题，例如活动选全局最优解择问题、背包问题等算法实践项目选题1选择一个感兴趣的领域，并确定一个可行且有挑战性的问题设计2设计算法，并进行复杂度分析，选择合适的算法数据结构实现3使用熟悉的编程语言，实现算法，并进行测试验证优化4分析算法性能，针对瓶颈进行优化，提高效率总结5撰写项目报告，总结项目过程，并分享经验通过实践项目，学生可以将所学知识应用到实际问题中，锻炼解决问题的能力，提升编程技巧，并培养团队合作精神软件工程基础团队合作开发流程文档管理质量控制有效沟通和协作对于软件开发软件工程遵循规范的开发流规范的文档管理有助于记录软严格的代码审查、单元测试和至关重要团队成员之间相互程，包括需求分析、设计、编件需求、设计、代码和测试结系统测试等质量控制措施可以支持，共同解决问题，并确保码、测试和部署等阶段果，确保软件的可维护性和可确保软件的可靠性和稳定性代码的质量和一致性扩展性团队协作与代码管理团队协作代码管理团队合作是软件开发中不可或缺的一部分，它能够提高效率、降代码管理工具可以帮助开发者追踪代码变更、协同开发、版本控低错误率，并促进知识共享有效沟通、明确责任、合理分工是制，并解决冲突常用的代码管理工具包括Git、GitHub、团队协作的关键常见协作模式包括敏捷开发、Scrum等Bitbucket等综合实践项目本课程将提供多个综合性实践项目，供学生深入实践所学知识项目将涵盖多个模块，包括需求分析、系统设计、代码实现、测试和部署等项目选题1根据学生的兴趣和专业方向，选择合适的项目主题团队合作2学生将组成团队，共同完成项目开发项目管理3使用敏捷开发方法，进行项目进度管理成果展示4学生需完成项目演示和最终报告课程总结与展望回顾学习旅程展望未来发展持续学习与进步回顾本学期的学习内容，从基础编程概念到程序设计领域充满机遇，同学们可继续深学习永无止境，希望同学们保持对编程的热算法设计，同学们掌握了扎实的程序设计技造，或投身软件开发，将所学知识应用于实情，不断学习新技术，提升自身竞争力能际项目。