结构化程序设计精选课件.ppt

关于结构化程序设计关于结构化程序设计第一页，本课件共有40页一个程序应包括两个方面的内容一个程序应包括两个方面的内容:l对数据的描述：数据结构对数据的描述：数据结构(data structure)l对操作的描述：算法对操作的描述：算法(algorithm)著名计算机科学家沃思提出一个公式:数据结构数据结构+算法算法=程序程序 数据结构算法程序设计方法语言工具数据结构算法程序设计方法语言工具完整的程序设计应该是:第二页，本课件共有40页 2.1 算法的概念算法的概念 1.算法算法:广义地说，为解决一个问题而采取广义地说，为解决一个问题而采取的方法和步骤，就称为的方法和步骤，就称为“算法算法”。l方法方法1：1+2，+3，+4，一直加到，一直加到100 加加99次次l方法方法2：100+(1+99)+(2+98)+(49+51)+50 =100+49100+50 加加51次次对同一个问题，可有不同的解题方法和步骤对同一个问题，可有不同的解题方法和步骤例：求第三页，本课件共有40页 2.两大类计算机算法两大类计算机算法 为了有效地进行解题，不仅需要保证算法正确，还为了有效地进行解题，不仅需要保证算法正确，还要考虑算法的质量，选择合适的算法。希望方法简单，要考虑算法的质量，选择合适的算法。希望方法简单，运算步骤少。运算步骤少。计算机算法可分为两大类别：计算机算法可分为两大类别：l数值运算算法数值运算算法：求数值解，例如求方程的根、求函：求数值解，例如求方程的根、求函数的定积分等。数的定积分等。l非数值运算非数值运算：包括的面十分广泛，最常见的是用：包括的面十分广泛，最常见的是用于事务管理领域，例如图书检索、人事管理、行于事务管理领域，例如图书检索、人事管理、行车调度管理等。车调度管理等。第四页，本课件共有40页 3.算法的特性算法的特性l有穷性：有穷性：包含有限的操作步骤。包含有限的操作步骤。l确定性：确定性：算法中的每一个步骤都应当是确定的。算法中的每一个步骤都应当是确定的。l有零个或多个输入：有零个或多个输入：输入是指在执行算法时需要从输入是指在执行算法时需要从外界取得必要的信息。外界取得必要的信息。l有一个或多个输出：有一个或多个输出：算法的目的是为了求解，算法的目的是为了求解，“解解”就是输出。就是输出。l有效性：有效性：算法中的每一个步骤都应当能有效地执行，算法中的每一个步骤都应当能有效地执行，并得到确定的结果并得到确定的结果 。一个算法应该具有以下特点：一个算法应该具有以下特点：第五页，本课件共有40页4.算法的描述算法的描述算法的描述方法有多种：归纳为两类：算法的描述方法有多种：归纳为两类：l文字文字l图形（符号）图形（符号）第六页，本课件共有40页2.2 算法的描述方法算法的描述方法可以用不同的方法表示算法，常用的有：可以用不同的方法表示算法，常用的有：l自然语言自然语言l传统流程图传统流程图l结构化流程图结构化流程图l伪代码伪代码lPADPAD图图第七页，本课件共有40页 2.2.1 用自然语言表示算法用自然语言表示算法 自然语言就是人们日常使用的语言，可以是汉语或自然语言就是人们日常使用的语言，可以是汉语或英语或其它语言。英语或其它语言。用自然语言表示通俗用自然语言表示通俗易懂易懂，但文字冗长，容易出，但文字冗长，容易出现现“歧义性歧义性”。自然语言表示的。自然语言表示的含义往往不大严格含义往往不大严格，要根据上下文才能判断其正确含义，描述包含分要根据上下文才能判断其正确含义，描述包含分支和循环的算法时也不很方便。支和循环的算法时也不很方便。因此，除了那些很简单的问题外，一般不用自然因此，除了那些很简单的问题外，一般不用自然语言描述算法。语言描述算法。第八页，本课件共有40页 2.2.2 用流程图表示算法用流程图表示算法 美国国家标准化协会美国国家标准化协会ANSI(American National ANSI(American National Standard Institute)Standard Institute)规定了一些常用的流程图符规定了一些常用的流程图符号：号：起止框起止框判断框判断框处理框处理框输入输入/输出框输出框注释框注释框流向线流向线连接点连接点第九页，本课件共有40页小结：小结：l流程图是表示算法的较好的工具。流程图是表示算法的较好的工具。灵活灵活、形象形象、直观直观，可表示任何算法。，可表示任何算法。l一个流程图包括以下几部分一个流程图包括以下几部分 ：(1)(1)表示相应操作的框表示相应操作的框；(2)(2)带箭头的流程线带箭头的流程线；(3)(3)框内外必要的文字说明框内外必要的文字说明。2.2.2 用流程图表示算法（续）用流程图表示算法（续）第十页，本课件共有40页 2.2.2 用流程图表示算法（续）用流程图表示算法（续）传统流程图的弊端传统流程图的弊端 传统流程图用流程线指出各框的执行顺序，传统流程图用流程线指出各框的执行顺序，对流程线的使用没有严格限制。对流程线的使用没有严格限制。因此，使用者可以毫不受限制地使流程随意地转向，因此，使用者可以毫不受限制地使流程随意地转向，使流程图变得毫无规律，阅读者要花很大精力去追踪使流程图变得毫无规律，阅读者要花很大精力去追踪流程，使人难以理解算法的逻辑。如图：流程，使人难以理解算法的逻辑。如图：第十一页，本课件共有40页传统流程图的流程可以是：传统流程图的流程可以是：这种如同乱麻一样的算法称为这种如同乱麻一样的算法称为BSBS型算法，意为型算法，意为一碗面条一碗面条(A Bowl of Spaghetti)(A Bowl of Spaghetti)，乱无头绪。，乱无头绪。缺点：难以阅读、修改，使算法的可靠性和可维护性难以保证。解决办法：必须限制箭头的滥用，即不允许无规律地使流程随意转向，只能顺序地进行下去。第十二页，本课件共有40页 2.2.3 用用N-S图表示算法图表示算法 19731973年美国学者年美国学者I.NassiI.Nassi和和B.ShneidermanB.Shneiderman提出了提出了一种新的流程图形式。一种新的流程图形式。在这种流程图中，完全去掉了带箭头的流程线。全在这种流程图中，完全去掉了带箭头的流程线。全部算法写在一个矩形框内，在该框内还可以包含其它部算法写在一个矩形框内，在该框内还可以包含其它的从属于它的框，或者说，由一些基本的框组成一个的从属于它的框，或者说，由一些基本的框组成一个大的框。这种流程图又称大的框。这种流程图又称N-SN-S结构化流程图。结构化流程图。第十三页，本课件共有40页 N-SN-S流程图用以下的流程图符号：流程图用以下的流程图符号：(1)顺序结构顺序结构(2)选择结构选择结构(3)循环结构循环结构第十四页，本课件共有40页 2.2.4 用伪代码表示算法用伪代码表示算法l概念：概念：伪代码是用介于伪代码是用介于自然语言自然语言和和计算机语言计算机语言之之间的文字和符号来描述算法。间的文字和符号来描述算法。l特点：特点：它如同一篇文章一样它如同一篇文章一样 ，自上而下地写下来。每，自上而下地写下来。每一行一行(或几行或几行)表示一个基本操作。它不用图形符号，表示一个基本操作。它不用图形符号，因此书写因此书写方便方便 、格式紧凑，也比较、格式紧凑，也比较好懂好懂，也，也便于便于向计算机语言算法向计算机语言算法(即程序即程序)过渡过渡。l用处：用处：适用于设计过程中需要反复修改时的流程描适用于设计过程中需要反复修改时的流程描述。述。第十五页，本课件共有40页 2.2.5 简单算法举例简单算法举例 例例2.1:求求12345 步骤步骤1 1：先求：先求1212，得到结果，得到结果2 2步骤步骤2 2：将步骤：将步骤1 1得到的乘积得到的乘积2 2再乘以再乘以3 3，得到结，得到结果果6 6步骤步骤3 3：将：将6 6再乘以再乘以4 4，得，得2424步骤步骤4 4：将：将2424再乘以再乘以5 5，得，得120120如果要求如果要求121000121000，则要写，则要写999999个步骤个步骤第十六页，本课件共有40页 S1：使：使p=1。S2：使：使i=2。S3：使：使pi，乘积仍放在变量，乘积仍放在变量p中，可表示为：中，可表示为：pi p S4：使：使i的值加的值加1，即，即i+1i。S5：如果：如果i不大于不大于5，返回重新执行步骤，返回重新执行步骤S3以及其后的步以及其后的步骤骤S4和和S5；否则，算法结束。最后得到；否则，算法结束。最后得到p的值就是的值就是5!的的值。值。可以设两个变量：可以设两个变量：一个变量代表被乘数，一个变量代表一个变量代表被乘数，一个变量代表乘数。不另设变量存放乘积结果，而直接将每一步乘数。不另设变量存放乘积结果，而直接将每一步骤的乘积放在被乘数变量中。设骤的乘积放在被乘数变量中。设p p为被乘数，为被乘数，i i为乘为乘数。用循环算法来求结果数。用循环算法来求结果,算法可改写：算法可改写：第十七页，本课件共有40页S1：1pS2：3 iS3：pi pS4：i+2 pS5：若：若i11，返回，返回S3。否则，结束。否则，结束。如果题目改为：求如果题目改为：求1351113511算法只需作很少的改动：算法只需作很少的改动：第十八页，本课件共有40页 用这种方法表示的算法具有通用性、灵活性。用这种方法表示的算法具有通用性、灵活性。S3S3到到S5S5组成一个循环，在实现算法时组成一个循环，在实现算法时 要反复多次要反复多次执行执行S3S3，S4S4，S5S5等步骤，直到某一时刻，执行等步骤，直到某一时刻，执行S5S5步步骤时经过判断，乘数骤时经过判断，乘数i i已超过规定的数值而不返回已超过规定的数值而不返回S3S3步骤为止。此时算法结束，变量步骤为止。此时算法结束，变量p p的值就是所求结的值就是所求结果。果。第十九页，本课件共有40页 例例2.2：将求：将求5!的算法用流程图表示的算法用流程图表示 如果需要将最后如果需要将最后结果打印出来，可在结果打印出来，可在菱形框的下面加一个菱形框的下面加一个输出框。输出框。第二十页，本课件共有40页例例2.3 将例将例2.1的求的求5!算法用算法用N-S图表示图表示第二十一页，本课件共有40页开始开始 置置t的初值为的初值为1 置置i的初值为的初值为2 当当i=5，执行下面操作：，执行下面操作：使使t=ti 使使i=i+1 循环体到此结束循环体到此结束 输出输出t的值的值 结束结束也可以写成以下形式：也可以写成以下形式：BEGIN算法开始算法开始 1t 2 i while i5 ti t i+1 i print t END算法结束算法结束例例2.4 求求5!。用伪代码表。用伪代码表示算法：示算法：第二十二页，本课件共有40页2.3 结构化程序设计方法结构化程序设计方法一、结构化程序的三种基本结构一、结构化程序的三种基本结构 BohraBohra和和JacopiniJacopini提出了以下三种基本结构：提出了以下三种基本结构：顺序结构、选择结构、循环结构顺序结构、选择结构、循环结构 用这三种基本结构作为表示一个良好算法的基本用这三种基本结构作为表示一个良好算法的基本单元。单元。第二十三页，本课件共有40页三种基本结构的图示：三种基本结构的图示：顺序结构顺序结构选择结构选择结构第二十四页，本课件共有40页循环循环结构的图示：结构的图示：当型当型(While型型)循环结构循环结构 直到型直到型(Until型型)循环循环 第二十五页，本课件共有40页二、二、三种基本结构的共同特点：三种基本结构的共同特点：(1)(1)只有一个入口。只有一个入口。(2)(2)只有一个出口。（只有一个出口。（请注意：请注意：一个菱形判断框有两个出一个菱形判断框有两个出口，而一个选择结构只有一个出口。不要将菱形框的口，而一个选择结构只有一个出口。不要将菱形框的出口和选择结构的出口混淆。）出口和选择结构的出口混淆。）(3)(3)结构内的每一部分都有机会被执行到。结构内的每一部分都有机会被执行到。(4)(4)结构内不存在结构内不存在“死循环死循环”(无终止的循环无终止的循环)。第二十六页，本课件共有40页 图中没有一条从入口图中没有一条从入口到出口的路径通过到出口的路径通过A A框框不正确的流程表示：不正确的流程表示：流程内的死循环流程内的死循环第二十七页，本课件共有40页 三、三、结构化程序设计方法优点结构化程序设计方法优点l一个结构化程序一个结构化程序 就是用高级语言表示的结构化算法。就是用高级语言表示的结构化算法。用三种基本结构组成的程序必然是结构化的程序，这用三种基本结构组成的程序必然是结构化的程序，这种程序种程序便于编写、便于阅读、便于修改和维护。便于编写、便于阅读、便于修改和维护。l 结构化程序设计强调程序设计风格和程序结构的规范结构化程序设计强调程序设计风格和程序结构的规范化，提倡清晰的结构。化，提倡清晰的结构。l结构化程序设计方法的基本思路是：把一个复杂问题的求结构化程序设计方法的基本思路是：把一个复杂问题的求解过程解过程 分阶段进行，每个阶段处理的问题都控制在人们分阶段进行，每个阶段处理的问题都控制在人们容易理解和处理的范围内。容易理解和处理的范围内。第二十八页，本课件共有40页采取以下方法来保证得到结构化的程序：采取以下方法来保证得到结构化的程序：l自顶向下；自顶向下；l逐步细化；逐步细化；l模块化设计；模块化设计；l结构化编码。结构化编码。两种不同的方法：两种不同的方法：l自顶向下，逐步细化；自顶向下，逐步细化；l自下而上，逐步积累。自下而上，逐步积累。第二十九页，本课件共有40页 用这种方法逐步分解，直到作者认为可以直接将各小用这种方法逐步分解，直到作者认为可以直接将各小段表达为文字语句为止。这种方法就叫段表达为文字语句为止。这种方法就叫 做做“自顶向下，逐自顶向下，逐步细化步细化”。第三十页，本课件共有40页自顶向下，逐步细化方法的优点：自顶向下，逐步细化方法的优点：考虑周全，结构清晰，层次分明，作者容考虑周全，结构清晰，层次分明，作者容易写，读者容易看。如果发现某一部分中有一易写，读者容易看。如果发现某一部分中有一段内容不妥，需要修改，只需找出该部分修改段内容不妥，需要修改，只需找出该部分修改有关段落即可，与其它部分无关。我们提倡用有关段落即可，与其它部分无关。我们提倡用这种方法设计程序。这就是用工程的方法设计这种方法设计程序。这就是用工程的方法设计程序。程序。第三十一页，本课件共有40页 四、四、结构化程序设计过程结构化程序设计过程l1 1、确定算法、确定算法 分析问题（建立数学模型、选择公式），写出算法分析问题（建立数学模型、选择公式），写出算法描述描述l2 2、编写程序、编写程序 用计算机语言写出算法的程序用计算机语言写出算法的程序l3 3、上机调试、上机调试 输入（编辑程序）编译、连接、执行程序输入（编辑程序）编译、连接、执行程序 输出结果输出结果 第三十二页，本课件共有40页l举例：张丘建张丘建算经算经中提出中提出“百鸡问题百鸡问题”：假定：假定公鸡每只公鸡每只5元，母鸡每只元，母鸡每只3元，小鸡一元元，小鸡一元3只。现有只。现有100元，要求买元，要求买100只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡各多少只？（体会编程步骤）各多少只？（体会编程步骤）（1）分析：）分析：cocks+hens+chicks=100 5*cocks+3*hens+chicks/3=100 其中：其中：0cocks19 cocks19 0hens33 hens33 0chicks100100 思路：依次取思路：依次取cockscocks的值域中的值，然后求其余两数，看的值域中的值，然后求其余两数，看是否合乎题意。（累试法、枚举法）是否合乎题意。（累试法、枚举法）第三十三页，本课件共有40页l举例：张丘建张丘建算经算经中提出中提出“百鸡问题百鸡问题”：假定：假定公鸡每只公鸡每只5元，母鸡每只元，母鸡每只3元，小鸡一元元，小鸡一元3只。现有只。现有100元，要求买元，要求买100只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡各多只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡各多少只？（体会编程步骤）少只？（体会编程步骤）cocks=0当当cocks 1919时时 hens=0 当当cocks 3333时时 找满足题意的找满足题意的chicks数数 hens加加1 cocks加加1 算法描述：算法描述：cocks=0当当cocks 1919时时 找满足题意的找满足题意的hens，chicks数。数。cocks加加1 细化细化第三十四页，本课件共有40页l举例：张丘建张丘建算经算经中提出中提出“百鸡问题百鸡问题”：假定公：假定公鸡每只鸡每只5元，母鸡每只元，母鸡每只3元，小鸡一元元，小鸡一元3只。现有只。现有100元，元，要求买要求买100只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡各多少只？只鸡。问：公鸡、母鸡、小鸡各多少只？（体会编程步骤）（体会编程步骤）cocks=0 当当cocks 1919时时 hens=0 当当cocks 3333时时 chicks=100-cocks-hens 如果如果5*cocks+3*hens+chicks/3=100 则输出则输出 hens加加1 cocks加加1算法描述：算法描述：cocks=0当当cocks 1919 hens=0 当当cocks 3333 找满足题意的找满足题意的chicks数数 hens加加1 cocks加加1细化细化第三十五页，本课件共有40页（2）用计算机语言写程序）用计算机语言写程序#include void main()int cocks=0,hens,chicks;while(cocks=19)hens=0;while(hens=33)chicks=100-cocks-hens;if(5.0*cocks+3.0*hens+chicks/3.0=100.0)printf(“%d,%d,%dn”,cocks,hens,chicks);hens+;cocks+;第三十六页，本课件共有40页（3）调试程序）调试程序lCtrl+F9l结果结果Alt+F5第三十七页，本课件共有40页小结小结l程序程序：使用语言给计算机的一组指令序列：使用语言给计算机的一组指令序列l程序设计程序设计：为求解特定问题而编写的正确有效：为求解特定问题而编写的正确有效的程序的程序l程序设计语言程序设计语言：编写程序所用的语言：编写程序所用的语言第三十八页，本课件共有40页本章主要内容本章主要内容l2.1 2.1 算法的概念算法的概念l2.2 2.2 算法的描述方法算法的描述方法l2.3 2.3 结构化程序设计方法结构化程序设计方法第三十九页，本课件共有40页感感谢谢大大家家观观看看第四十页，本课件共有40页