關于結構化程序設計第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五一個程序應包括兩個方面的內容:對數據的描述：數據結構(datastructure)對操作的描述：算法(algorithm)著名計算機科學家沃思提出一個公式:數據結構+算法=程序數據結構＋算法＋程序設計方法＋語言工具完整的程序設計應該是:第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五2.1算法的概念

1.算法:廣義地說，為解決一個問題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”。方法1：1+2，+3，+4，一直加到100加99次方法2：100+(1+99)+(2+98)+…+(49+51)+50=100+49×100+50加51次對同一個問題，可有不同的解題方法和步驟例：求第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五2.兩大類計算機算法

為了有效地進行解題，不僅需要保證算法正確，還要考慮算法的質量，選擇合適的算法。希望方法簡單，運算步驟少。計算機算法可分為兩大類別：數值運算算法：求數值解，例如求方程的根、求函數的定積分等。非數值運算：包括的面十分廣泛，最常見的是用于事務管理領域，例如圖書檢索、人事管理、行車調度管理等。第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

3.算法的特性有窮性：包含有限的操作步驟。確定性：算法中的每一個步驟都應當是確定的。

有零個或多個輸入：輸入是指在執行算法時需要從外界取得必要的信息。有一個或多個輸出：算法的目的是為了求解，“解”就是輸出。有效性：算法中的每一個步驟都應當能有效地執行，并得到確定的結果。一個算法應該具有以下特點：第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五4.算法的描述算法的描述方法有多種：歸納為兩類：文字圖形（符號）第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五2.2算法的描述方法可以用不同的方法表示算法，常用的有：自然語言傳統流程圖結構化流程圖偽代碼PAD圖第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.1用自然語言表示算法

自然語言就是人們日常使用的語言，可以是漢語或英語或其它語言。用自然語言表示通俗易懂，但文字冗長，容易出現“歧義性”。自然語言表示的含義往往不大嚴格，要根據上下文才能判斷其正確含義，描述包含分支和循環的算法時也不很方便。因此，除了那些很簡單的問題外，一般不用自然語言描述算法。

第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.2用流程圖表示算法

美國國家標準化協會ANSI(AmericanNationalStandardInstitute)規定了一些常用的流程圖符號：起止框判斷框處理框輸入/輸出框注釋框流向線連接點第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五小結：流程圖是表示算法的較好的工具。靈活、形象、直觀，可表示任何算法。一個流程圖包括以下幾部分：(1)表示相應操作的框；(2)帶箭頭的流程線；(3)框內外必要的文字說明。

2.2.2用流程圖表示算法（續）第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.2用流程圖表示算法（續）傳統流程圖的弊端

傳統流程圖用流程線指出各框的執行順序，對流程線的使用沒有嚴格限制。因此，使用者可以毫不受限制地使流程隨意地轉向，使流程圖變得毫無規律，閱讀者要花很大精力去追蹤流程，使人難以理解算法的邏輯。如圖：第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五傳統流程圖的流程可以是：

這種如同亂麻一樣的算法稱為BS型算法，意為一碗面條(ABowlofSpaghetti)，亂無頭緒。缺點：難以閱讀、修改，使算法的可靠性和可維護性難以保證。解決辦法：必須限制箭頭的濫用，即不允許無規律地使流程隨意轉向，只能順序地進行下去。

第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五2.2.3用N-S圖表示算法

1973年美國學者I.Nassi和B.Shneiderman提出了一種新的流程圖形式。在這種流程圖中，完全去掉了帶箭頭的流程線。全部算法寫在一個矩形框內，在該框內還可以包含其它的從屬于它的框，或者說，由一些基本的框組成一個大的框。這種流程圖又稱N-S結構化流程圖。第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

N-S流程圖用以下的流程圖符號：

(1)順序結構(2)選擇結構(3)循環結構第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.4用偽代碼表示算法概念：偽代碼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。特點：它如同一篇文章一樣，自上而下地寫下來。每一行(或幾行)表示一個基本操作。它不用圖形符號，因此書寫方便、格式緊湊，也比較好懂，也便于向計算機語言算法(即程序)過渡。用處：適用于設計過程中需要反復修改時的流程描述。第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.5簡單算法舉例

例2.1:求1×2×3×4×5

步驟1：先求1×2，得到結果2步驟2：將步驟1得到的乘積2再乘以3，得到結果6步驟3：將6再乘以4，得24步驟4：將24再乘以5，得120太繁瑣如果要求1×2×…×1000，則要寫999個步驟第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

S1：使p=1。

S2：使i=2。

S3：使p×i，乘積仍放在變量p中，可表示為：p×i→pS4：使i的值加1，即i+1→i

。

S5：如果i不大于5，返回重新執行步驟S3以及其后的步驟S4和S5；否則，算法結束。最后得到p的值就是5!的值?？梢栽O兩個變量：一個變量代表被乘數，一個變量代表乘數。不另設變量存放乘積結果，而直接將每一步驟的乘積放在被乘數變量中。設p為被乘數，i為乘數。用循環算法來求結果,算法可改寫：第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五S1：1→pS2：3→iS3：p×i→pS4：i+2→pS5：若i≤11，返回S3。否則，結束。

如果題目改為：求1×3×5×……×11算法只需作很少的改動：算法簡練第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

用這種方法表示的算法具有通用性、靈活性。S3到S5組成一個循環，在實現算法時要反復多次執行S3，S4，S5等步驟，直到某一時刻，執行S5步驟時經過判斷，乘數i已超過規定的數值而不返回S3步驟為止。此時算法結束，變量p的值就是所求結果。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

例2.2：將求5!的算法用流程圖表示

如果需要將最后結果打印出來，可在菱形框的下面加一個輸出框。

第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五例2.3將例2.1的求5!算法用N-S圖表示第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五開始

置t的初值為1

置i的初值為2

當i<=5，執行下面操作：使t=t×i

使i=i+1

｛循環體到此結束｝輸出t的值結束也可以寫成以下形式：

BEGIN｛算法開始｝

1t2iwhilei≤5{t×iti+1i}printtEND｛算法結束｝例2.4求5!。用偽代碼表示算法：第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五2.3結構化程序設計方法一、結構化程序的三種基本結構

Bohra和Jacopini提出了以下三種基本結構：

順序結構、選擇結構、循環結構

用這三種基本結構作為表示一個良好算法的基本單元。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五三種基本結構的圖示：

順序結構選擇結構第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五循環結構的圖示：

當型(While型)循環結構

直到型(Until型)循環

第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五二、三種基本結構的共同特點：(1)只有一個入口。(2)只有一個出口。（請注意：一個菱形判斷框有兩個出口，而一個選擇結構只有一個出口。不要將菱形框的出口和選擇結構的出口混淆。）(3)結構內的每一部分都有機會被執行到。(4)結構內不存在“死循環”(無終止的循環)。

第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

圖中沒有一條從入口到出口的路徑通過A框不正確的流程表示：流程內的死循環第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

三、結構化程序設計方法優點一個結構化程序就是用高級語言表示的結構化算法。用三種基本結構組成的程序必然是結構化的程序，這種程序便于編寫、便于閱讀、便于修改和維護。

結構化程序設計強調程序設計風格和程序結構的規范化，提倡清晰的結構。結構化程序設計方法的基本思路是：把一個復雜問題的求解過程分階段進行，每個階段處理的問題都控制在人們容易理解和處理的范圍內。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五采取以下方法來保證得到結構化的程序：自頂向下；逐步細化；模塊化設計；結構化編碼。兩種不同的方法：自頂向下，逐步細化；自下而上，逐步積累。第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

用這種方法逐步分解，直到作者認為可以直接將各小段表達為文字語句為止。這種方法就叫做“自頂向下，逐步細化”。第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五自頂向下，逐步細化方法的優點：

考慮周全，結構清晰，層次分明，作者容易寫，讀者容易看。如果發現某一部分中有一段內容不妥，需要修改，只需找出該部分修改有關段落即可，與其它部分無關。我們提倡用這種方法設計程序。這就是用工程的方法設計程序。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

四、結構化程序設計過程1、確定算法分析問題（建立數學模型、選擇公式），寫出算法描述2、編寫程序用計算機語言寫出算法的程序3、上機調試輸入（編輯程序）編譯、連接、執行程序輸出結果第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五舉例：張丘建《算經》中提出“百雞問題”：假定公雞每只5元，母雞每只3元，小雞一元3只?，F有100元，要求買100只雞。問：公雞、母雞、小雞各多少只？（體會編程步驟）

（1）分析：cocks+hens+chicks=1005*cocks+3*hens+chicks/3=100

其中：0≤cocks≤190≤hens≤330≤chicks≤100

思路：依次取cocks的值域中的值，然后求其余兩數，看是否合乎題意。（累試法、枚舉法）

第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五舉例：張丘建《算經》中提出“百雞問題”：假定公雞每只5元，母雞每只3元，小雞一元3只?，F有100元，要求買100只雞。問：公雞、母雞、小雞各多少只？（體會編程步驟）

cocks=0當cocks≤19時

{hens=0

當cocks≤33時

{找滿足題意的chicks數

hens加1}

cocks加1}算法描述：

cocks=0當cocks≤19時

{

找滿足題意的hens，

chicks數。

cocks加1

}細化第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五舉例：張丘建《算經》中提出“百雞問題”：假定公雞每只5元，母雞每只3元，小雞一元3只?，F有100元，要求買100只雞。問：公雞、母雞、小雞各多少只？（體會編程步驟）

cocks=0

當cocks≤19時

{hens=0

當cocks≤33時

{chicks=100-cocks-hens

如果5*cocks+3*hens+chicks/3=100

則輸出

hens加1}cocks加1}算法描述：

cocks=0當cocks≤19{hens=0

當cocks≤33

{找滿足題意的chicks數

hens加1}

cocks加1}細化第35頁，共40頁，2023年