高中信息技术华东师大版必修1第二章算法与程序实现第一节算法与算法描述优质课件ppt

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这是一份高中信息技术华东师大版必修1第二章算法与程序实现第一节算法与算法描述优质课件ppt，共28页。PPT课件主要包含了项目主题，编程应用助健康，体验思考，认识算法，算法的描述，流程图，伪代码，算法的效率，作业练习等内容，欢迎下载使用。

要保持健康的身体,就离不开科学、规律的运动。进入智能时代后,以物联网、云计算、大数据为特征的智能运动环境正改变着人们的运动方式。小申是一名运动爱好者,这学期学校健身中心更新了一批跑步机,他和同学就经常在体育活动课上去锻炼。他们发现在跑步机上可以选择不同的跑步预设模式,在不同的模式下,跑步机会动态调节运行速度和坡度;跑步机上还有很多传感设备,可以在运动过程中实时监测运动者的各种身体数据。他们都很疑惑:跑步机是如何实现这些功能的呢?
学习智能跑步机中预设跑步模式的算法,理解算法的特征, 设计并完成跑步机其他预设模式的算法描述。
学习使用 Pythn 程序实现身体质量指数的计算、显示和简单统计,查阅资料并完成卡路里的计算、显示和统计等各项任务。
使用常用算法,设计跑步训练课程报表, 并描述完成这些信息统计所选择的算法和理由。
第一节　　算法与算法描述
在实际生活中,人们一直都在寻求有效的问题解决方法。例如, 做饭时,如何在做完一桌饭菜后,还能保证饭、菜、汤都有一个合适的温度;旅游时,如何规划旅行路线,以确保在有限的时间和预算内使行程的性价比最高;如何设置有效的电梯调度方案,以确保乘客等待的总时间最短……对问题解决的思考在生活中比比皆是,当这些解决问题的步骤被人们描述并记录下来之后,就成为了可以重复执行的、用来解决一类问题的算法。
图 2.1 某智能跑步机
由于城市中的人口密集度高,在有限的空间内进行锻炼成为了大部分人的不二选择,所以智能跑步机逐渐成为了人们家庭中常备的运动器材。为了满足不同人群的锻炼需求,提高锻炼效果,常见的家用智能跑步机可以提供多种预设模式选择的功能,例如“心率跑”“坡度跑”等,如图 2.1所示。思考： 1. 智能跑步机是如何根据用户选择的跑步模式,控制用户的具体跑步过程的? 2. 当设定为某种跑步模式时,跑步机又是如何根据不同的人和实时运动的情况进行调节,从而使人获得最佳运动效果的?
智能跑步机能够为用户提供多种预设的跑步模式,会根据用户的选择和用户输入的跑步参数(包括年龄、体重、跑步时长等),控制跑步机的机电设备运转。以某款智能跑步机为例,当用户开机并选择“心率跑” (即用心率来指导跑步训练,在特定的心率下进行训练来提高心肺能力)模式后,跑步机运转过程如下: ① 直接选择预设值或是等待用户输入个人体重、跑步时长、年龄、跑步时速等。② 计算并显示目标心率 ③ 倒计时3秒然后提示用户开始跑步④ 给电机发送信号启动跑带运转至设定的跑步时速 ⑤ 在跑步过程中监测当前心率如果当前心率不在目标心率的浮动范围内则调节跑带坡度直至当前心率稳定在目标心率的浮动范围内 ⑥ 判定是否达到设定的跑步时长如未达到则继续监测当前心率否则给电机发送信号逐渐降低跑带运转速度至停止 ⑦ 结束本次跑步。
请仔细阅读以上关于“心率跑”模式的说明,思考以下问题: 1. 上述描述是否存在不够明确的地方? 请罗列出来。 2. 描述中有一项为“选择预设值”,请解释一下此处“预设值”的含义和作用。
算法在生活中是普遍存在的,算法是在有限步骤内求解某一问题所使用的步骤和方法。例如,在炒菜时,先放什么,后放什么,这也有一定的顺序和方法,这种顺序和方法我们称之为炒菜的算法;在做数学题时,每一道题都有对应的具体计算方法和步骤,可以称之为这道题的解题算法;使用跑步机跑步时,跑步机会根据用户的选择执行不同的跑步模式,每种跑步模式对应一种算法。
算法必须是由有限个步骤组成,即算法一定要能够结束。
算法中的每一个步骤都应该是确定的、没有歧义的。模糊不清、模棱两可或带有二义性的描述都会影响算法的确定性。
算法的可行性就是指每一个步骤都可以被计算机执行,可以方便地用来解决某一类问题。
输入可以是多个也可以是零个,零个输入并不代表这个算法没有输入数据,所需数据一般已包含在算法中,只是输入的数据没有直观地显现出来。
输出就是算法实现所得到的结果,是算法对输入的数据加工处理后得到的。输出可以有一个或多个,没有输出的算法是没有意义的。
算法的描述就是把解决问题的方法和步骤用规范的方式描述出来。这种描述既可以作为程序设计人员编写代码的依据,又可以供算法研究、学习和交流之用,并不依赖于任何一种语言。
自然语言自然语言就是人们日常生活中使用的语言。用自然语言描述的算法通俗易懂,但也有明显的不足: 用自然语言描述比较复杂的算法时,会显得很冗长,表述不够直观、清晰。自然语言在描述上容易出现歧义,容易引起算法步骤的不确定性,尤其是在算法中存在较复杂的逻辑时,不易清晰地表示出来。
图 2.2 “心率跑”模式算法的流程图
伪代码是一种介于自然语言和计算机程序设计语言之间的算法描述语言。伪代码能够较容易地被转换成程序设计语言。虽然流程图描述算法要比自然语言描述算法清晰直观,但如果需要能够快速转换成计算机可以执行的语言,一般会采用伪代码的方式进行描述。
三、算法的基本控制结构
图 2.3 顺序结构示意图
图 2.4 刷牙过程的顺序结构示意图
图 2.5 分支结构示意图
图 2.6 挤牙膏过程的两种分支结构示意图
图 2.7 循环结构示意图
图 2.8 刷牙过程的循环结构示意图
四、编程解决问题的过程
图 2.9 编程解决问题的一般过程
解决问题的算法往往不止一个,通常可以从时间和空间两个角度来对算法的效率进行评价。使用的指标分别为时间复杂度和空间复杂度。 1.时间复杂度:用于描述算法运行所需要的时间开销,一般采用算法中基本语句的执行次数进行度量。例如,要将一张纸等分成 16个大小相等的格子,可以有多种算法。一种算法是以每次画一个格子的方式,画 16个格子将纸等分。如果画一个格子记为一次操作的话,那就需要 16次。另一种算法是将纸折起来、再折、再折、再折,经过 4次操作后,打开就可以得到 16个格子了。显然,第二种算法所需要的执行时间比第一种算法要少,也称为第二种算法的时间复杂度较小。 2.空间复杂度:用于描述算法运行所需要的存储空间,一般主要考虑临时占用的空间大小。
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