算法与流程图教学课件

算法与流程图教学课件第一章算法基础概念12算法的定义算法的重要性算法是一系列明确定义的指令，用于解算法在现代信息社会中无处不在，从搜决特定问题或完成特定任务它是计算索引擎、社交媒体推荐系统到人工智能机科学的核心概念，也是所有编程和软应用，都依赖于高效的算法掌握算法件开发的基础理解算法就是理解如何思维能力对于提高解决问题的效率和质系统化地思考问题解决方案量至关重要3学习目标通过本章学习，您将了解算法的基本概念、特征以及与程序的区别这些基础知识将帮助您在后续章节中更好地理解算法设计和流程图表示方法什么是算法？算法是解决问题的明确步骤集合，它定义了从输入到输出的完整过程算法不仅存在于计算机科学中，也广泛存在于我们的日常生活中一个好的算法应当具备清晰的输入和输出定义，步骤的明确性以及执行的有限性算法的本质算法本质上是一种问题解决的方法论，它将复杂问题分解为一系列可执行的简单步骤，通过逐步执行这些步骤最终得到问题的解决方案算法的普遍性算法不仅限于计算机科学领域，它是人类思维的自然延伸，在日常生活的各个方面都有应用，从烹饪食谱到交通规划都可以视为算法的体现生活中的算法示例•泡茶的步骤准备茶叶、烧水、等待水沸、倒入茶杯、等待浸泡、享用算法的五大特征明确性有序性算法的每一步操作都必须是明确无歧义的，执行者按照描述应当能够准确理解并执行每一步操作，不存在多种解释的可算法中的步骤必须按照特定的顺序执行，这种顺序关系是算能法正确性的保证如果打乱步骤的执行顺序，可能会导致完例如导航指令向前走一段距离不够明确，而向北直行全不同的结果，甚至无法完成任务500米则是明确的指令例如烹饪菜肴时，先将肉炒熟再加调料与先加调料再炒有效性肉，最终的味道和质地会有显著差异算法中的每一步操作都必须是可行的、能够被实际执行的如果某一步骤无法执行，那么整个算法就无法完成例如计算平方根的算法中，不能要求直接猜测正确终止性结果，而应该提供具体的计算方法输入算法必须在有限步骤之后终止，并给出结果如果一个过程永远不会结束，那么它不能被称为算法算法可以接收零个或多个外部数据作为输入，这些输入是算例如一个正确的排序算法必须在处理完所有元素后停止；法处理的对象输入的性质和范围应当有明确的定义而无限循环的程序则不符合算法的定义例如计算平均分的算法需要接收一组成绩数据作为输入；而打印你好的算法则可能不需要任何输入这五大特征是判断一个过程是否为算法的基本标准在设计算法时，我们需要确保满足这些特征，才能保证算法的正确性和可执行性理解这些特征对于后续学习算法设计和分析至关重要算法与程序的区别抽象层次不同1算法是解决问题的思路和步骤，属于抽象的思维过程；而程序是算法的具体实现，表达方式不同是按照特定编程语言语法编写的代码2算法可以用自然语言、流程图或伪代码等依赖性不同多种方式表达；程序必须遵循特定编程语3言的语法规则，通常以源代码形式存在算法独立于任何编程语言和计算机环境，具有普遍适用性；程序依赖于特定的编程语言和运行环境，需要编译或解释才能执行算法的特点程序的特点•关注问题的解决思路和方法•关注具体的实现和代码•强调逻辑的正确性和效率•需要考虑语法规则和平台限制•不考虑具体的实现细节•包含详细的实现细节•可以适用于任何编程语言•依赖特定的编程语言和环境•通常由设计者或分析者创建•通常由程序员编写和维护理解算法与程序的区别有助于我们在解决问题时先集中精力设计合适的算法，再考虑如何将其转化为程序代码好的算法是高效程序的基础，而熟练的编程技巧则能够将优秀的算法转化为实用的软件在实际开发中，这两者缺一不可，相辅相成算法的日常生活实例乘坐公交与出租车回家的两种算法对比1早晨起床流程算法公交车算法

1.闹钟响起，判断是否需要继续睡眠

1.步行至最近的公交站（约5分钟）

2.如果需要继续睡眠，设置贪睡并返回第1步

2.等待15路公交车到达（0-15分钟不等）

3.如果不需要继续睡眠，起床并关闭闹钟

3.乘坐公交车行驶8站（约30分钟）

4.前往洗手间洗漱

4.在和平小区站下车

5.返回房间更换衣物

5.步行500米到家（约7分钟）

6.准备并食用早餐总时间约42-57分钟，成本2元

7.检查随身物品是否齐全出租车算法

8.离家前往目的地

1.在路边招手拦出租车（0-10分钟不等）

2.告知司机目的地和平小区

3.乘坐出租车直接到达目的地（约15分钟）

4.支付车费总时间约15-25分钟，成本约30元第二章算法设计与伪代码问题分析明确问题的输入、输出和约束条件，这是算法设计的第一步通过深入理解问题，我们才能找到合适的解决方案策略选择根据问题特点选择适当的算法设计策略，如分治法、贪心法、动态规划等不同类型的问题适合不同的策略算法表达使用伪代码或流程图等工具描述算法，使算法思路清晰可见好的表达方式能够帮助我们发现算法中的问题验证与优化通过测试用例验证算法的正确性，分析算法的时间和空间复杂度，必要时进行优化改进本章我们将深入学习算法设计的方法和技巧，重点介绍伪代码这一重要的算法表达工具伪代码结合了自然语言的可读性和编程语言的结构性，是描述算法的理想方式通过学习伪代码，您将能够更清晰地表达自己的算法思想，为后续的程序实现打下基础在学习过程中，我们将通过多个实例来展示如何设计算法并用伪代码表达这些实例将覆盖从简单到复杂的各类问题，帮助您逐步掌握算法设计的方法和技巧伪代码介绍什么是伪代码伪代码是一种介于自然语言和编程语言之间的算法描述方式它使用接近日常语言的表达，同时又保留了程序设计的结构特点，使得算法更容易被理解和转换为实际的计算机程序伪代码的特点伪代码中常用的基本结构•结构类似于程序代码，但没有严格的语法规则•使用缩进或编号表示代码块和层次结构•顺序结构按顺序执行的语句•使用自然语言描述操作，避免特定编程语言的语法细节•条件结构if-then-else形式的判断•关注算法的逻辑流程，而非实现细节•循环结构for、while、repeat-until等循环•可以灵活表达复杂的逻辑和控制结构•函数调用调用其他算法或函数伪代码的优势//计算三个数的最大值的伪代码示例算法求最大值a,b,c输入三个数a,b,c输出三个数中的最大值

1.令max=a

2.如果bmax，则

2.1令max=b

3.如果cmax，则

3.1令max=c

4.返回max•易于理解即使对编程不熟悉的人也能理解•与语言无关可以轻松转换为任何编程语言•专注于算法避免被语法细节分散注意力•便于交流便于团队成员之间交流算法思想•易于修改修改伪代码比修改实际代码更简单伪代码没有严格的标准格式，但通常我们会遵循一些常见的约定，如使用缩进表示代码块，使用如果-则-否则表示条件判断，使用对于每个或当...时循环表示循环结构等在本课程中，我们将逐步介绍这些约定，并通过大量示例帮助您熟练掌握伪代码的编写伪代码示例找最大数问题描述伪代码实现给定n个整数，找出其中的最大值这是一个简单但常见的算法问题，可以用来展示伪代码的基本结构和表达方式算法FindMaximumA,n输入整数数组A，长度为n输出数组A中的最大值

1.如果n≤0，则

1.1返回错误数组为空

2.maxValue←A

[1]//假设第一个元素是最大值

3.对于i=2到n，执行

3.1如果A[i]maxValue，则

3.

1.1maxValue←A[i]//更新最大值

4.返回问题分析maxValue₁₂输入n个整数a,a,...,aₙ输出这n个整数中的最大值思路从第一个数开始，逐个比较，保存当前找到的最大值算法设计

1.假设第一个数是最大值

2.逐个比较剩余的数

3.如果发现更大的数，更新最大值

4.遍历完所有数后，返回最大值复杂度分析时间复杂度On，需要遍历所有n个数空间复杂度O1，只需要一个变量存储最大值示例执行1输入A=[12,7,30,9,2,20]，n=6。