3.2算法及其描述教學設計20232024學年粵教版高中信息技術必修1

3.2算法及其描述【本節(jié)對應課標的內(nèi)容要求】從生活實例出發(fā)，概述算法的概念與特征，運用恰當?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法?！局R技能要點】1、理解算法的概念2、掌握算法的特征3、從生活實例出發(fā)，概述算法的概念與特征4、運用恰當?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法。【課前準備】智能過河游戲、微課視頻、算法優(yōu)化python程序、課件、課堂小測、學習任務單【教學過程】〖知識回顧〗上一節(jié)課我們學習體驗了計算機解決問題的方法和步驟：“分析問題”、“設計算法”、“編寫程序”、“調(diào)試運行程序”，而算法是整個問題解決的核心。什么是算法呢？〖游戲?qū)搿接螒蛞?guī)則：三個人來到河邊準備過河，這時他們遇到三個鬼也準備過河。但是河上面的船比較小，只能同時乘兩個人(或鬼)。條件：鬼在比人多的情況下是會吃人的。你能想辦法讓這三個人和這三個鬼順利地過河嗎？比一比，看看哪個小組同學最快完成。請一位同學根據(jù)本小組體驗結(jié)果，將拖動左側(cè)項目到對應的步驟上去，完成過河?！贾v授新課〗一、算法的概念師：智力過河問題通過六步得到完美解決，解決問題的過程步驟我們就可以理解為是一個廣義的算法。那什么是算法呢？我們通過一個微課來了解一下。播放微課視頻《什么是算法》二、算法的特征簡單點說，算法就是解決問題的方法，我們再來回顧一下智力過河的算法，從這個算法中同學們能發(fā)現(xiàn)算法具有什么特征嗎？①只有六步②每一步都比較明確③每一個步驟都是可實施的師：這些就是算法的特征。從剛才我們學習的算法概念里，我們也可以找出算法的幾個特征：有窮性、確定性、可行性。算法：是指在有限步驟內(nèi)求解某一問題所使用的一組定義明確的規(guī)則。通俗地說，算法就是用計算機求解某一問題的方法，是能被機械地執(zhí)行的動作或指令的有窮集合。除此外，算法還有兩個特征：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)輸入指一個算法必須有零個或多個數(shù)據(jù)輸入（如：只有一條print()語句的程序，沒有數(shù)據(jù)輸入）；數(shù)據(jù)輸出指一個算法有一個或多個數(shù)據(jù)輸出。如果沒有數(shù)據(jù)輸出，我們的程序就沒有任何意義了。算法的特征都記住了嗎？一句口訣幫助你記憶：“有出入可確定”，是不是好記多了。三、算法的描述韓信是漢高祖劉邦手下的一名大將，相傳他有一個《韓信點兵》小故事，我們先來欣賞一下。播放《韓信點兵》視頻你能幫劉邦算出有多少士兵嗎？（假設士兵數(shù)量小于2000人）“3列縱隊操練，余有1人；5列縱隊操練，余有2人；7列縱隊操練，余有2人?！睂τ谶@樣的問題，應該怎樣解決呢？同學們小組討論分析，試用語言描述士兵數(shù)量計算的過程。同學討論回答，老師整理出解決步驟：①S取0②S加1③如果S除以3余1、S除認5余2、S除以7余2，則輸出數(shù)S④如果S<2000則跳轉(zhuǎn)至步驟○2，否則執(zhí)行步驟○5⑤程序結(jié)束我們設計的算法要想被別人理解和執(zhí)行，就必須將它描述出來。描述算法常用的的方法有三種：自然語言描述、流程圖描述、偽代碼。剛才同學們對韓信點兵問題的回答就是算法的一種描述方法——自然語言描述。(一)自然語言描述算法，就是用人們?nèi)粘Ｋ玫恼Z言，如漢語、英語等來描述算法。從韓信點兵的算法中我們可以看出自然語言描述有什么特點？優(yōu)點：通俗易懂，符合我們平時的表達習慣。但是平時我們的自然語言也有不足。如這句話：我要炒白菜。你怎么理解這句話呢？很顯然，是有歧義的。缺點：自然語言描述的不足是對復雜問題表述不當，容易產(chǎn)生歧義性，導致算法執(zhí)行的不確定。除了自然語言，還有一種算法描述方法——流程圖。(二)流程圖描述算法。流程圖描述算法：是用程序框圖來描述算法的一種表示方法。請快速記憶下面流程圖的基本圖形及功能。根據(jù)自然語言描述，將韓信點兵問題算法轉(zhuǎn)化成流程圖。流程圖中用不同的圖形代表不同的功能。請同學在白板上，拖動相應環(huán)節(jié)和圖形到流程圖虛線框里，完成流程圖。從韓信點兵的流程圖中，可以看出。流程圖描述算法的優(yōu)點：形象、直觀、清晰、簡潔。但它的不足是：需要特定的規(guī)則，運用大量圖形符號，書寫不方便。(三)偽代碼描述算法第三種算法描述方法——偽代碼。偽代碼描述算法：是用介于自然語言和計算機語言之間的文字和符號來描述算法。上面的代碼并不是我們計算機可以直接執(zhí)行的程序代碼，所以我們稱它為偽代碼。但它接近于我們學習的程序代碼了。所以它的優(yōu)點：書寫方便，格式緊湊，易于理解，容易向計算機程序設計語言過渡。但它普適性不強。學習了三種算法描述方法，我們來做一個小游戲：為小蝌蚪找媽媽，將小蝌蚪的詞條拖動到對應的青蛙上面。教師對描述算法的三種方式的特點作個簡單總結(jié)。以后碰到這樣的問題時，我們可以根據(jù)實際情況挑選一種合適的方式先對問題進行算法描述,再來編寫程序代碼就可以做到事半功倍了。練習：任意輸入三個數(shù)，輸出三個數(shù)中最大的值。小組討論，將以上解決問題的算法用流程圖表示出來。（傳屏，對同學練習情況進行展示評價）同一問題可以用不同的算法來實現(xiàn)，所謂條條大路通羅馬。但是，不同的算法往往會對解決問題的效率造成很大的影響。四、算法的優(yōu)化算法是計算機程序解決問題的核心。設計一個好的算法，非常重要。在同學們電腦的桌面上有一個“程序效率”的python語言編寫的程序。已知a+b+c=1000,且a2+b2=c2，求a,b,c的所有自然數(shù)解。運行程序，體驗一下，看一看運行結(jié)果。師：程序除了光標在閃動外，沒其他的反應是吧？不是沒反應，而是程序在一直高速運轉(zhuǎn)。為什么呢？（分析對比程序優(yōu)化前后時間效率差異。優(yōu)化前程序用時1357。15秒；優(yōu)化后程序用時1.38秒差了近一千倍）通過流程圖對比，感受算法設計差異。算法的差異得到的不僅僅是事半功倍，也可能是事半功千倍，甚至是萬倍億倍。這也是我們學習算法的意義和目的。五、三種基本控制結(jié)構(gòu)還是以剛才的流程圖為例：綠色框內(nèi)部分，每個步驟都是按照先后順序執(zhí)行的，執(zhí)行完一遍后，算法結(jié)束，這種結(jié)構(gòu)就是算法控制的順序結(jié)構(gòu)。藍色框內(nèi)部分，表示算法中出現(xiàn)了分支，根據(jù)分支條件的真或假進行選擇，選擇其中的某一條分支執(zhí)行，這種結(jié)構(gòu)我們稱為選擇結(jié)構(gòu)。桔色框內(nèi)部分，表示在算法中的某一步或某幾步需要反復執(zhí)行，直到判斷條件為真或假時才可終止，這種結(jié)構(gòu)就是循環(huán)結(jié)構(gòu)。以上就是算法描述中常用到的三種基本控制結(jié)構(gòu)，而任何復雜的算法都可以用這3種基本控制組合來表示。使用三種基本控制結(jié)構(gòu)的組合來描述算法，可以改善算法的清晰度，提高算法的可讀性，原因如下：以控制結(jié)構(gòu)為單位，只有一個入口和一個出口，各單位之間接口簡單，比較容易獨立地理解每一單位。縮小了算法的靜態(tài)描述與動態(tài)執(zhí)行過程之間的差異，使得兩者容易對應，易于理解?！菊n堂檢測】智力大比拼，完成課堂評測。課堂檢測：1.關于算法的特征，以下說法正確的一項是()A、算法的步驟可以永遠執(zhí)行B、算法的每一個步驟都需要有明確的定義，不能有歧義出現(xiàn)C、算法必須要有數(shù)據(jù)輸入D、算法可以沒有數(shù)據(jù)的輸出2.下列關于算法的描述，正確的是()A、算法只能用自然語言描述B、算法必須在有限步驟內(nèi)實現(xiàn)C、算法就是一種高級程序設計語言D、算法可以有0個或多個輸入，但只能有一個輸出3.用流程圖表示條件”A>B”是否成立，要用到以下哪個圖形?()A、平行四邊形B、圓角形C、菱形D、直角矩形4.下列問題不能用算法描