粵教版普通高中信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》《算法基礎(chǔ)》

粵教版普通高中信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》《算法基礎(chǔ)》匯報(bào)人：AA2024-01-20BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS課程介紹與目標(biāo)數(shù)據(jù)與計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)算法基礎(chǔ)概念與思想編程實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)介紹經(jīng)典算法案例剖析與實(shí)戰(zhàn)演練總結(jié)回顧與拓展延伸BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01課程介紹與目標(biāo)該教材注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)豐富的案例和實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與技能。教材內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)與計(jì)算、算法基礎(chǔ)等領(lǐng)域，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和信息素養(yǎng)。粵教版普通高中信息技術(shù)必修1教材是廣東省教育廳根據(jù)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》編寫的。教材背景及特點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)與要求知識(shí)與技能目標(biāo)學(xué)生應(yīng)掌握數(shù)據(jù)與計(jì)算的基本概念、算法的基本思想和方法，具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。過(guò)程與方法目標(biāo)通過(guò)案例分析、實(shí)踐操作等學(xué)習(xí)方式，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)解決方案和實(shí)施解決方案的過(guò)程和方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的興趣和熱情，樹立正確的信息倫理道德觀念，提高信息安全意識(shí)。本課程共分為若干單元，每個(gè)單元包含若干節(jié)內(nèi)容。每節(jié)內(nèi)容均圍繞一個(gè)主題展開，通過(guò)講解、示范、實(shí)踐等環(huán)節(jié)幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)和技能。本課程建議安排在高中一年級(jí)第一學(xué)期進(jìn)行，每周2課時(shí)，共36課時(shí)。具體課時(shí)安排可根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。課程安排與時(shí)間課程時(shí)間課程安排BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02數(shù)據(jù)與計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)類型及表示方法浮點(diǎn)數(shù)類型布爾類型用于表示實(shí)數(shù)，即帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。用于表示邏輯值，即真或假。整數(shù)類型字符類型復(fù)合類型用于表示整數(shù)，包括正整數(shù)、零和負(fù)整數(shù)。用于表示單個(gè)字符，例如字母、數(shù)字或標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。由基本類型組合而成，例如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等。計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)據(jù)，即0和1。二進(jìn)制表示法字節(jié)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量的基本單位，通常由8位組成；位是二進(jìn)制數(shù)的基本單位。字節(jié)與位數(shù)據(jù)寬度指數(shù)據(jù)類型所占用的位數(shù)；數(shù)據(jù)對(duì)齊是指將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的特定位置，以便快速訪問(wèn)。數(shù)據(jù)寬度與對(duì)齊指令是計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令；尋址方式是指確定操作數(shù)所在地址的方法。指令與尋址方式計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示與處理常見數(shù)值計(jì)算方法及應(yīng)用四則運(yùn)算加、減、乘、除是數(shù)學(xué)中最基本的運(yùn)算，也是計(jì)算機(jī)編程中經(jīng)常使用的運(yùn)算。冪運(yùn)算與開方運(yùn)算冪運(yùn)算是指數(shù)的乘方運(yùn)算；開方運(yùn)算是求一個(gè)數(shù)的平方根或立方根等。三角函數(shù)與反三角函數(shù)三角函數(shù)包括正弦、余弦和正切等；反三角函數(shù)是三角函數(shù)的反函數(shù)，用于求解角度值。數(shù)值逼近與插值方法數(shù)值逼近是用一個(gè)簡(jiǎn)單函數(shù)近似代替復(fù)雜函數(shù)的方法；插值方法是通過(guò)已知點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)函數(shù)來(lái)估計(jì)未知點(diǎn)的方法。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03算法基礎(chǔ)概念與思想算法定義算法是一系列解決問(wèn)題的清晰指令，代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問(wèn)題的策略機(jī)制。輸入項(xiàng)一個(gè)算法有0個(gè)或多個(gè)輸入，以刻畫運(yùn)算對(duì)象的初始情況，所謂0個(gè)輸入是指算法本身定出了初始條件。有限性算法必須能在執(zhí)行有限個(gè)步驟之后終止。輸出項(xiàng)一個(gè)算法有一個(gè)或多個(gè)輸出，以反映對(duì)輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。沒(méi)有輸出的算法是毫無(wú)意義的。確定性算法的每一步驟必須有確切的定義。可行性算法中執(zhí)行的任何計(jì)算步驟都是可以被分解為基本的可執(zhí)行的操作步驟，即每個(gè)計(jì)算步驟都可以在有限時(shí)間內(nèi)完成（也稱之為有效性）。算法定義及特性分析分治策略把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題分成兩個(gè)或更多的相同或相似的子問(wèn)題，再把子問(wèn)題分成更小的子問(wèn)題……直到最后子問(wèn)題可以簡(jiǎn)單的直接求解，原問(wèn)題的解即子問(wèn)題的解的合并。貪心算法在對(duì)問(wèn)題求解時(shí)，總是做出在當(dāng)前看來(lái)是最好的選擇。也就是說(shuō)，不從整體最優(yōu)上加以考慮，他所做出的是在某種意義上的局部最優(yōu)解?；厮菟惴ㄒ环N選優(yōu)搜索法，按選優(yōu)條件向前搜索，以達(dá)到目標(biāo)。但當(dāng)探索到某一步時(shí)，發(fā)現(xiàn)原先選擇并不優(yōu)或達(dá)不到目標(biāo)，就退回一步重新選擇。動(dòng)態(tài)規(guī)劃每次只解決一個(gè)問(wèn)題，將復(fù)雜問(wèn)題拆解成簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，通過(guò)解決子問(wèn)題進(jìn)而得到原問(wèn)題的解。常見算法設(shè)計(jì)策略探討動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題通過(guò)把原問(wèn)題分解為相對(duì)簡(jiǎn)單的子問(wèn)題的方式來(lái)求解復(fù)雜問(wèn)題。常見的動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題有背包問(wèn)題、最長(zhǎng)公共子序列、最大子段和等。排序問(wèn)題通過(guò)比較元素大小，將一組數(shù)據(jù)按照升序或降序排列。常見的排序算法有冒泡排序、選擇排序、插入排序、歸并排序、快速排序等。查找問(wèn)題在一組數(shù)據(jù)中查找指定元素的位置或是否存在。常見的查找算法有順序查找、二分查找、哈希查找等。圖論問(wèn)題通過(guò)圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示問(wèn)題，利用圖的性質(zhì)和算法求解問(wèn)題。常見的圖論算法有深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索、最短路徑算法、最小生成樹算法等。經(jīng)典問(wèn)題解決方法展示BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04編程實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)安裝Python解釋器學(xué)生需要在自己的計(jì)算機(jī)上安裝Python解釋器，推薦使用Anaconda或Miniconda等發(fā)行版，以便管理Python環(huán)境和庫(kù)。選擇合適的開發(fā)環(huán)境推薦使用PyCharm、VisualStudioCode等集成開發(fā)環(huán)境（IDE），提高編程效率。推薦使用Python語(yǔ)言Python語(yǔ)言簡(jiǎn)潔易懂，適合初學(xué)者入門，同時(shí)功能強(qiáng)大，可以滿足高中信息技術(shù)課程的要求。編程語(yǔ)言選擇及環(huán)境搭建指導(dǎo)學(xué)習(xí)如何定義變量、使用數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符進(jìn)行基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯判斷。變量、數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符控制結(jié)構(gòu)函數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)掌握條件語(yǔ)句（if-else）和循環(huán)語(yǔ)句（for、while）的使用，實(shí)現(xiàn)程序的流程控制。學(xué)習(xí)如何定義和調(diào)用函數(shù)，實(shí)現(xiàn)代碼的模塊化和復(fù)用。了解列表、元組、字典等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用，提高數(shù)據(jù)處理能力?；揪幊碳寄苡?xùn)練算法基礎(chǔ)問(wèn)題建模遞歸與分治策略動(dòng)態(tài)規(guī)劃復(fù)雜問(wèn)題求解能力提升01020304學(xué)習(xí)算法的概念、分類和設(shè)計(jì)方法，了解常見算法的實(shí)現(xiàn)原理和應(yīng)用場(chǎng)景。培養(yǎng)學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題抽象為計(jì)算機(jī)可處理的問(wèn)題模型的能力，提高解決問(wèn)題的能力。掌握遞歸和分治策略的基本思想和實(shí)現(xiàn)方法，能夠處理一些復(fù)雜的問(wèn)題。了解動(dòng)態(tài)規(guī)劃的基本思想和實(shí)現(xiàn)方法，能夠解決一些優(yōu)化問(wèn)題。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)介紹線性表由零個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)元素組成的有限序列。線性表中的數(shù)據(jù)元素可以是各種各樣的數(shù)據(jù)類型，同一線性表中的元素必定具有相同的數(shù)據(jù)類型。線性表是一種相當(dāng)靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的長(zhǎng)度可根據(jù)需要增長(zhǎng)或縮短，即對(duì)數(shù)據(jù)元素的插入和刪除操作。棧一種特殊的線性表，其只允許在固定的一端進(jìn)行插入和刪除元素操作。進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和刪除操作的一端稱為棧頂，另一端稱為棧底。棧中沒(méi)有元素時(shí)，稱為空棧。棧又稱為后進(jìn)先出（LastInFirstOut）的線性表，簡(jiǎn)稱LIFO結(jié)構(gòu)。隊(duì)列也是一種特殊的線性表，特殊之處在于它只允許在表的前端（front）進(jìn)行刪除操作，而在表的后端（rear）進(jìn)行插入操作。和棧一樣，隊(duì)列中沒(méi)有元素時(shí)，稱為空隊(duì)列。隊(duì)列又稱為先進(jìn)先出（FirstInFirstOut）的線性表，簡(jiǎn)稱FIFO結(jié)構(gòu)。線性表、棧和隊(duì)列等基本概念講解樹一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由n（n>=0）個(gè)有限節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)具有層次關(guān)系的集合。把它叫做“樹”是因?yàn)樗雌饋?lái)像一棵倒掛的樹，也就是說(shuō)它是根朝上，而葉朝下的。樹中的元素具有一對(duì)多的關(guān)系，即一個(gè)元素可以關(guān)聯(lián)到多個(gè)子元素，但一個(gè)元素只能有一個(gè)父元素。圖由頂點(diǎn)（Vertex）的集合和邊（Edge）的集合組成。頂點(diǎn)表示對(duì)象，邊表示對(duì)象間的關(guān)系。圖是一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以表示現(xiàn)實(shí)世界中許多事物之間的關(guān)系。與樹不同，圖中的元素可以具有多對(duì)多的關(guān)系。樹、圖等非線性結(jié)構(gòu)初步認(rèn)識(shí)排序問(wèn)題使用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如數(shù)組、鏈表、堆等）和排序算法（如冒泡排序、插入排序、選擇排序、快速排序等）來(lái)解決排序問(wèn)題。在圖論中，最短路徑問(wèn)題是一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題?？梢允褂貌煌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如鄰接矩陣、鄰接表等）和算法（如Dijkstra算法、Floyd算法等）來(lái)解決最短路徑問(wèn)題。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，查找問(wèn)題也是一個(gè)常見的問(wèn)題?？梢允褂貌煌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如二叉搜索樹、哈希表等）和算法（如二分查找、哈希查找等）來(lái)解決查找問(wèn)題。在實(shí)際生活中，資源分配問(wèn)題是一個(gè)常見的問(wèn)題?？梢允褂貌煌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如優(yōu)先隊(duì)列、堆等）和算法（如貪心算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等）來(lái)解決資源分配問(wèn)題。最短路徑問(wèn)題查找問(wèn)題資源分配問(wèn)題數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)用舉例BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06經(jīng)典算法案例剖析與實(shí)戰(zhàn)演練通過(guò)相鄰元素比較和交換，使較大元素逐漸“冒泡”至數(shù)組末端。時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，適用于小規(guī)模數(shù)據(jù)排序。冒泡排序每次從未排序部分選擇最小（或最大）元素，放到已排序部分的末尾。時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，適用于小規(guī)模數(shù)據(jù)排序。選擇排序?qū)⑽磁判蛟夭迦氲揭雅判虿糠值暮线m位置，類似撲克牌排序。時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，適用于部分有序數(shù)據(jù)排序。插入排序采用分治策略，選取一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分為兩部分，一部分小于基準(zhǔn)，一部分大于基準(zhǔn)，然后遞歸處理兩部分。時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)排序?？焖倥判蚺判蛩惴ㄔ砥饰黾靶阅鼙容^從數(shù)組的一端開始，逐個(gè)比較元素，直到找到目標(biāo)元素或遍歷完整個(gè)數(shù)組。時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，適用于小規(guī)模數(shù)據(jù)查找。順序查找針對(duì)有序數(shù)組，每次取中間元素與目標(biāo)元素比較，縮小查找范圍。時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)，適用于大規(guī)模有序數(shù)據(jù)查找。二分查找通過(guò)哈希函數(shù)將目標(biāo)元素映射到哈希表中，實(shí)現(xiàn)快速查找。時(shí)間復(fù)雜度接近O(1)，但需要處理哈希沖突問(wèn)題。哈希查找查找算法原理剖析及性能比較最短路徑問(wèn)題Dijkstra算法和Floyd算法是求解最短路徑問(wèn)題的常用方法，前者適用于無(wú)負(fù)權(quán)圖，后者適用于任意圖。通過(guò)不斷迭代更新節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，最終得到最短路徑樹。最小生成樹問(wèn)題Prim算法和Kruskal算法是求解最小生成樹問(wèn)題的常用方法。前者通過(guò)逐步構(gòu)建生成樹，后者通過(guò)并查集實(shí)現(xiàn)邊的合并。兩種方法都能得到一棵包含所有節(jié)點(diǎn)的最小權(quán)重樹。拓?fù)渑判騿?wèn)題針對(duì)有向無(wú)環(huán)圖（DAG），通過(guò)不斷刪除入度為0的節(jié)點(diǎn)并更新相關(guān)節(jié)點(diǎn)的入度，最終得到一個(gè)線性序列，滿足對(duì)于任意一條有向邊(u,v)，u在序列中都出現(xiàn)在v之前。圖論相關(guān)經(jīng)典問(wèn)題解決方法探討B(tài)IGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA07總結(jié)回顧與拓展延伸關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧算法的概念與特性算法是解決問(wèn)題的步驟和方法，具有明確性、有限性、輸入項(xiàng)、輸出項(xiàng)和有效性等特性。計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示包括二進(jìn)制、十六進(jìn)制等數(shù)制轉(zhuǎn)換，以及字符編碼等。數(shù)據(jù)與信息的概念及關(guān)系數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋和含義。程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)包括程序的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、變量