演算法的概念及描述 | |||
教材內容 | 浙教版資訊科技必修一2.1演算法的概念及描述 | ||
教學目標 | ●掌握演算法的概念,明確演算法對於程式設計的重要性。 ●掌握演算法的基本特徵,知道什麼樣的演算法是不合理的。 ●掌握演算法的要素。 ●掌握演算法的描述方法,學會使用自然語言和流程圖描述演算法。 | ||
教學重點及難點 | 重點:掌握演算法的基本特徵、學會描述演算法。 難點:使用流程圖描述演算法 | ||
學習環境 | 有教學控制軟體的多媒體機房,需要安裝Python程式設計環境。 | ||
建議課時 | 1課時 | ||
教學活動設計 | 教學環節 | 教學過程 | 設計意圖 |
情境匯入 | 教師引導學生思考以下兩個問題: 問題一:正確的洗手的步驟 這個問題的解決步驟分8步,第1步取洗手液,然後用流動的水按照內-外-夾-弓-大-立-腕七步洗手法,洗手10-15分鐘。 問題二:《孫子算經》中雞兔同籠問題的解題步驟 對於這個問題,我們可以: 1.雞和兔都變成兩個頭:35*2=70 2.每隻兔子多了兩隻腳:(94-70)/2=12 3.總的頭數-兔子的只數=雞的只數:35-12=23 我們也可以: 1.先讓雞和兔各抬起一半的腳:94/2=47 2.每隻兔子多了一隻腳:47-35=12 3.總的頭數-兔子的只數=雞的只數:35-12=23 這兩種方法都是解決雞兔同籠問題的演算法,可見,解決同一問題,可能有多種演算法,我們要學會擇優選擇。 | 問題1與問題2的解題步驟都屬於演算法。通過這兩個問題引出本節課的第一個重點內容—演算法的概念,同時強調解決同一問題,可能有多種演算法,我們要學會擇優選擇。 | |
新課教學 | ●知識講解--演算法的概念。 通過前兩個例子,讓學生明白,演算法就是解決問題的方法或步驟。 廣義地講,“演算法”指的是解決問題或完成任務的一系列步驟集合。 在電腦科學領域,“演算法”指的是用計算機解決問題而需要讓計算機有序執行的、無歧義的、有限的步驟集合。 ●知識講解--演算法的特徵。 演算法有5個特徵,分別是有窮性、確定性、可行性、有0個或多個輸入、有1個或多個輸出。 1.有窮性:指一個演算法的處理步驟必須是有限的。比如求1到100中所有自然數的和是可以的,但是求1到100中所有有理數的和就不行。 2.確定性:指演算法中對於每個步驟的描述必須是明確的。比如找出班級中所有身高大於等於175cm 的同學,這是可以的;但是找出班級中所有的高個同學,這個就不行,沒有明確的標準,多高算高個。 3.可行性:指每個步驟都是可以做到並能在有限時間內完成的。也就是說不能出現無窮迴圈,讓程式一直執行下去,沒有終止。 4.有0個或多個輸入:初始資料可以從外界輸入,也可以包含在演算法之中 5. 有1個或多個輸出:演算法必須包含至少一個輸出,沒有輸出的演算法是沒有意義的。 ●知識講解--演算法的要素。 演算法的要素,分別是資料、運算、控制轉移。 資料:用演算法解決問題時,必須明確參與運算的初始資料、運算時產生的中間資料以及解決問題後的結果資料。 運算:對資料計算和判斷 控制轉移(選擇、迴圈):在演算法執行過程中,有時需要根據資料或運算結果的特點進行不同的處理,這就需要對結果資料進行判斷,並根據判斷結果進行選擇執行或迴圈執行。 舉例:變頻空調的工作原理 在夏天把空調溫度設定在26oC,每當空調的溫度感測器測得室內溫度小於或等於26oC時,演算法就會“告訴”空調已經到達目標溫度,可以暫停工作,空調就會“自動”關閉壓縮機的執行。這樣,既確保了室內溫度,又實現了節能環保。 在這個過程中,設定的溫度和感測器測得的溫度都是資料,將測得的溫度與設定的溫度進行比較就是運算,而根據比較結果判斷是關閉還是開啟壓縮機就是控制轉移。 ●知識講解--演算法的描述方法 以快遞費的計算為例,來介紹演算法的描述方式: 隨著資訊科技的發展,電商事業的繁榮,快遞已經成為我們生活中的一部分。以順豐快遞為例,它的收費標準是1kg以內(包含1kg),收費12元,每超重1kg,加收2元(不足1kg的,按1kg計)。 現在需要我們為快遞公司設計一種演算法,能夠方便快捷的計算快遞費。 1.用自然語言來描述,就是這樣的5個步驟: (1)輸入包裹快遞的重量x (2)判斷包裹的重量是否大於1kg (3)如果包裹的重量不大於1kg,應付款y=12 (4)如果包裹的重量大於1kg,應付款y=12+2* (x-1)向上取整 (5)輸出應付款的金額 自然語言描述的演算法通俗易懂,不用專門的訓練,較為靈活。但是容易存在二義性,並且無法很準確的描述迴圈、選擇等結構。 2. 對應自然語言看一下流程圖的設計: 流程圖必須要有開始、結束框,輸入重量用輸入框,判斷包裹是否大於1kg,用判斷框,根據判斷結果進行相應處理用處理框,輸出用輸出框。 流程圖描述的演算法就比較直觀、形象,有利於不同環境的程式設計。但是需要注意各種符號的使用。 3. 它對應的虛擬碼: 輸入包裹的重量x if(x>1): y=12+(x-1)*2 else: y=12 輸出應付款 y 虛擬碼是一種類似於機器語言,但又不受語法約束的程式碼。這種語言是無法被機器執行的。主要使用物件是設計師和程式設計師,用來表達在編碼前對演算法執行過程中的一些想法。 4. 它對應的程式設計語言: import math x=float(input(“請輸入包裹的重量:”)) if(x>1): y=12+(x-1)*2 else: y=12 print(“您應付的快遞費為:”,y) 程式設計語言是計算機能夠執行的語言,有嚴格的語法和格式規範,需要專門的學習才能掌握。 | 講解演算法的概念,同時強調演算法對於程式設計的重要性。 通過具體的小例子,讓學生理解演算法的基本特徵的意義,在設計演算法時,明確什麼樣的演算法是合理的,什麼樣的是不合理的。 通過變頻空調的例子,讓學生理解演算法的三要素,以及三要素之間如何協調工作。 通過任務1培養學生根據解決問題的需要,自覺、主動地獲取與處理資訊的資訊意識,隨後對熱量消耗問題進行抽象與建模,得到解決該問題的計算模型。 通過同一個演算法的不同的四種描述方法,讓學生掌握四種描述方法,並理解他們的不同之處,知道在什麼情況下使用什麼描述方法更合適。 | |
課堂小結 | 知識梳理: 1. 演算法的概念 2. 演算法的特徵 3. 演算法的要素 4. 演算法的描述方法 | 通過回顧總結幫助學生鞏固演算法的概念、特徵、要素及描述方法,使學生更牢固的掌握演算法的描述及特徵。 |
專案設計——演算法的概念及描述
文思社
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