【公開課】 體驗計算機解決問題的過程粵教版（2019）高中信息技術必修一 課件

3.1體驗計算機解決問題的過程在現(xiàn)實生活中，我們經常需要對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析。當數(shù)據(jù)量不多時，我們可以采用人工方法來處理:然而，當數(shù)據(jù)量變多時，我們運用計算機來解決問題將是一種更高效、更便捷的方法。3.1.1人工解決問題的過程采樣人工方法解決問題，首先需要明確所要解決的問題給出的條件，然后再根據(jù)已有的經驗和知識確定解決問題的方法，從而解決問題。探究活動思考如何設計從A市到B市耗時最少的旅行路線方案呢？假如我們從鐵路公司、各航空公司和汽車客運公司網站得知，直達B市的交通工具只有火車和汽車兩種，出發(fā)地有B1，B2，…，Bk市（沒有A市），從A市出發(fā)到B1，B2，…，Bk市的交通工具有飛機、火車和汽車三種，這樣從A市經B1，B2，…，Bk市到B市的交通情況如右圖所示。由于從A市到B1，B2，…，Bk市有不同的交通工具，每一種交通工具又有不同的班次，因此從A市出發(fā)到中轉城市B1，B2，…，Bk市就有M1、M2，…，Mk種班次。同樣，從中轉城市B1，B2，…，Bk市到B市也有不同的交通工具，每一種交通工具有不同的班次，因此從中轉城市B1，B2，…，Bk市到B市就有N1，N2，…，Nk種班次。于是從A市經B1，B2，…，Bk市到B市的交通班車（班機）數(shù)共有：S=M1×N1+M2×N2+…+Mk×Nk尋找從A市到B市耗時最少的旅行路線問題就轉化為在S種聯(lián)運班次中找到一種耗時最少的聯(lián)運班次。這樣就需要遍歷每一個班次進行比較。若用人工方式找出能夠中轉且等待時間和行駛時間最少的班次，工作量將極其浩大!假設從A市到B市的中轉城市只有B1、B2市，從A市經B1、B2市到B市的交通情況如表3-2和表3-3所示。從以上兩表可知，從A市經B,市到B市的聯(lián)運班次有7×9=63(班），從A市經B,市到B市的聯(lián)運班次有12×9=108（班)，合計為S=63+108=171(班）。然后在171班次中找到能夠中轉且等待時間加上行駛時間最少的聯(lián)運班次，如圖3-5所示。分析根據(jù)表3-2和表3-3給出的已知條件，可以采用以下的思路求解耗時最少的聯(lián)運班次問題:(1）)找出能夠中轉的從A市經B,市到達B市的聯(lián)運班次，并計算所用的時間。(2）找到能夠中轉的從A市經B,市到達B市的聯(lián)運班次中耗時最少的聯(lián)運班次。(3）找出能夠中轉的從A市經B,市到達B市的聯(lián)運班次，并計算所用的時間。(4）找到能夠中轉的從A市經B,市到達B市的聯(lián)運班次中耗時最少的聯(lián)運班次。(5)取兩條線路中耗時最少的聯(lián)運班次為最佳旅行路線。上述問題中，假如中轉城市很多，交通班次也很多，找出耗時最少路線的工作量會非常大,若用人工窮舉遍歷,其效率就會很低。3.1.2計算機解決問題的一般過程當數(shù)據(jù)量很大，人工處理效率很低時，我們可以借助計算機，通過編寫計算機程序解決問題。編寫計算機程序解決問題要經過分析問題。設計算法，編寫程序、調試運行程序等若干個步驟。1.分析問題在利用計算機解決問題之前，我們首先要分析問題的需求情況、已知條件和需要解決的問題。例如，在從A市到B市耗時最少的旅行路線問題中，在不知道有多少個中轉城市和每個城市有多少班車(或飛機)的情況下，我們可以利用大數(shù)據(jù)挖掘技術中的爬蟲程序(參見配套學習資源包“第三章課本素林程序3-1”)到鐵路網站、各航空公司和汽車客運公司網站獲取從A市經中轉城市B1，B2，……，B3市到達B市的交通班次信息，再經過數(shù)據(jù)請洗后，形成結構化的數(shù)據(jù)存儲為Excel文件(部分截圖如圖3.6所示，詳細文件可參見配套學習資源包“第三章課本素彬Exel"文件夾)。2.設計算法問題分析清楚后，需要給出解決問題的詳細方法和步驟，這一過程稱為設計算法。例如，對于從A市到B市耗時最少的旅行路線問題，根據(jù)獲取的從A市到B市的中轉城市B1，B2，……，Bk的班次，以及各城市各交通班次的發(fā)車時間和行駛時間等信息，采用以下的思路找出耗時最少的聯(lián)運班次問題:(1)分別找出能夠中轉的從A市經B1，B2，……，Bk市到達B市的聯(lián)運班次，并計算所用的時間。(2)分別找到能夠中轉的從A市經B1，B2，……，Bk到達B市的聯(lián)運班次中耗時最少的聯(lián)運班次，共k條線路。(3)取k條線路中耗時最少的聯(lián)運班次為最佳旅行路線。3.編寫程序有了清晰可操作的算法描述，就可以選擇t種計算機語言工具來編寫程序，實現(xiàn)算法。一般來說，只要算法確定，對計算機程序設計語言的選擇沒有特別的限定，通常根據(jù)問題的特性和編程人員對語言的熟悉程度來選定編寫程序。例如，用Pyhon語言編寫從A市到B市耗時最少的旅行路線問題的算法的程序可參見配套學習資源包“第三章課本素林程序3-1”。其中，找出能夠從入市經B(i=1,2,……，k)市到達B市的中轉聯(lián)運班次，并計算所用的時間以及找到耗時最少的聯(lián)運路線的關鍵程序段如下。4.調試運行程序程序編寫完成以后，再通過鍵盤把程序輸人計算機中運行，檢查程序能否按預想的效果執(zhí)行，這一過程稱為程序的調試運行。計算機只能識別程序設計語言中所規(guī)定的語法規(guī)則，如果編寫程序時與規(guī)則不一致，哪怕是一個標點符號出錯，也會因程序出錯而中斷運行。此時，我們可以根據(jù)計算機提示的出錯信息修改程序，重新調試運行。由于Python是解釋程序，因此它的調試是在運行過程中逐行進行的。當程序能夠順利運行以后，我們還需要對程序運行的結果進行檢查。因為如果程序語句符合語法規(guī)則，而程序中卻有邏輯或計算方法等錯誤，計算機是檢查不出來的。因此，如果結果不合理，還要對程序甚至算法進行修改，直到程序的功能符合設計要求為止。實踐打開配套學習資源包“第三章課本素材\程序3-1”，調試并運行程序3-1，找出從A市到B市耗時最少的旅行路線問題的結果，