《算法与程序框图》课件

算法与程序框图算法是解决问题的步骤，程序框图是可视化算法的工具课程简介课程目标课程内容本课程旨在帮助学生了解算法的概念，掌握程序框图的绘制方法课程内容涵盖算法的基本概念、特性、类型和设计方法，以及程，并能够运用算法解决实际问题序框图的符号、绘制和应用算法的概念步骤序列输入输出一组明确的、有限的步骤，用于接收输入数据，并生成相应的输解决特定问题出结果确定性有效性每个步骤都具有明确的定义，不每个步骤都可以在有限的时间内会产生歧义完成，并且最终能够得到结果算法的特性明确性有限性12算法的每一步都必须清晰、无算法的步骤必须是有限的，不歧义，可以被计算机准确理解可能无限循环执行和执行可行性输入和输出34算法中的每一步操作都必须是算法必须有明确的输入和输出可行的，可以由计算机在有限，输入是算法处理的数据，输时间内完成出是算法处理结果算法的作用提供解决问题的方法指导程序执行步骤提升效率，节约时间和资源算法的类型排序算法搜索算法博弈算法图算法例如冒泡排序、插入排序、快例如线性搜索、二分搜索、哈例如极大极小搜索、剪枝例如最短路径算法、最小生成α-β速排序、归并排序等用来对希搜索等用来在数据集合中等用来在博弈游戏中找到最树算法等用来解决图论问题数据进行排序，使数据按照一查找特定数据项佳策略，例如寻找两个节点之间的最定顺序排列短路径基本算法结构顺序结构程序按照代码顺序逐行执行分支结构根据条件判断执行不同的代码块循环结构重复执行一段代码直到满足条件顺序结构顺序结构是最简单的算法结构，它按照代码的顺序执行，每条指令依次执行，没有任何分支或循环就像一条直线，从起点到终点，按顺序执行每个步骤例如，在生活中，洗衣服的过程就是一个顺序结构先将衣服放入洗衣机，然后加入洗衣粉，接着启动洗衣机，最后取出衣服晾晒分支结构分支结构是程序设计中常用的结构之一，它允许程序根据条件判断执行不同的代码块常见的判断语句包括语句、语句和语句，它们根据不同的条if if-else switch件执行不同的代码块，从而实现程序的灵活性和可控性循环结构重复执行条件判断效率提升循环结构让代码能够重复执行特定操作，循环包含条件判断，决定是否继续执行循循环结构简化代码，避免重复编写相同代直到满足特定条件为止环体，防止无限循环码，提高效率和可读性程序框图的概念可视化算法标准符号程序框图以图形化的方式展示算使用统一的符号表示算法的各个法的逻辑流程，便于理解和分析步骤，如开始、输入、处理、输出和结束等清晰直观程序框图以图形化的方式展示算法，比文本描述更加直观易懂，便于理解和交流程序框图的使用清晰表达程序设计12程序框图以图形化的方式描述在编写程序之前，绘制程序框算法，使其更加清晰易懂图可以帮助程序员理清思路，降低编程的难度代码调试3程序框图可以帮助程序员更容易地找到代码中的错误，并进行调试基本框图符号起始框处理框输入输出框判断框表示程序的开始或结束表示程序中进行的运算或数表示数据输入或输出操作表示程序中的判断或选择操据处理作程序框图的绘制步骤一1明确问题步骤二2选择符号步骤三3连接符号步骤四4添加说明顺序结构的框图表示顺序结构是最简单的程序结构，按照代码的顺序执行语句在程序框图中，顺序结构用多个框图依次连接起来，以表示语句执行的顺序例如，计算圆形的面积，需要先输入圆形的半径，再计算圆形的面积，最后输出结果这种情况下，程序框图可以用三个框图来表示输入框、计算框、输出框，分别表示输入、计算和输出操作分支结构的框图表示分支结构也称为选择结构，用于根据条件判断的结果选择执行不同的代码块常见的分支结构类型包括单分支结构当条件满足时执行特定的代码块，否则不执行•双分支结构当条件满足时执行一个代码块，否则执行另一•个代码块多分支结构根据条件判断的结果选择执行多个代码块中的•一个循环结构的框图表示循环结构是指在满足特定条件的情况下，重复执行一段程序代码，直到条件不再满足为止循环结构可以有效地简化代码，提高效率循环结构的框图表示通常使用循环控制框来表示，循环控制框通常包含一个判断条件和一个执行代码块当判断条件为真时，执行代码块，然后回到判断条件处进行判断，直到判断条件为假时，循环结束复合结构的框图表示复合结构是指由多个基本结构（顺序结构、分支结构、循环结构）组合而成的结构复合结构的框图表示需要根据具体算法的逻辑进行组合，使用不同的框图符号和连接线来表示各个结构之间的关系算法设计思想算法设计是将现实世界中的问题转化好的算法设计思想可以帮助我们设计为计算机可执行的步骤序列的过程，出更高效、更易于理解的算法，从而它需要遵循一定的原则和方法提高程序的性能和可维护性常见的算法设计思想包括问题分解法、逐步求精法、贪心算法、动态规划、回溯算法等问题分解法复杂问题子问题解决降低复杂度将一个复杂问题分解成多个简单的子问题逐个解决每个子问题，最后合并结果简化问题，降低难度，提高解决效率逐步求精法将复杂问题分解成多个子问题逐个解决子问题，并不断细化将解决的子问题组合成最终的解决方案贪心算法局部最优动态决策贪心算法在每一步选择中都选贪心算法的决策是基于当前状择当前看来最优的选项，最终态和已做出的决策，不考虑未期望得到全局最优解来的影响效率较高贪心算法通常比其他算法更容易实现，并且运行速度更快动态规划最优子结构重叠子问题问题的最优解可以由子问题的最优解构成在求解过程中，会重复地遇到相同的子问题回溯算法试探性搜索递归策略剪枝优化回溯算法是一种试探性搜索算法，它通回溯算法通常使用递归策略，它通过逐剪枝技术可以减少搜索空间，提高算法过尝试所有可能的解决方案，直到找到步构建解决方案，并在必要时回溯到先效率，它通过排除不可行的解决方案来一个满足条件的解决方案前状态减少搜索次数算法复杂度分析复杂度分析1衡量算法效率时间复杂度2算法执行时间空间复杂度3算法占用的空间算法复杂度分析是衡量算法效率的关键指标时间复杂度用于分析算法执行时间，而空间复杂度则用于评估算法占用的存储空间通过复杂度分析，我们可以选择更有效率的算法，优化程序性能，提高效率时间复杂度概念表示算法执行时间随问题规模增长的用大符号表示，如、O On趋势、On^2Olog n分析方法统计算法中基本操作执行次数，忽略常数和低阶项空间复杂度存储需求影响因素算法运行过程中所需的额外存储空间输入数据规模、算法本身的特性、编大小，通常以存储单元的数量来衡量程语言的选择等常用表示、、等，表示空间O1On Ologn复杂度随输入规模的变化关系实际编程实现选择编程语言1根据算法的特点和应用场景选择合适的编程语言，例如、、等Python JavaC++编写代码2根据算法的设计步骤和程序框图，将算法逻辑转化为代码，并进行调试和测试优化代码3对代码进行优化，提高效率和可读性，例如使用更优化的数据结构和算法总结与展望回顾未来我们已经学习了算法的概念、特性、类型、基本结构和程序框图接下来我们将学习更高级的算法设计思想，并通过实际编程案例的绘制方法来巩固对算法和程序框图的理解。