關(guān)于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三一個(gè)程序應(yīng)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:對數(shù)據(jù)的描述：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(datastructure)對操作的描述：算法(algorithm)著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思提出一個(gè)公式:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＋算法＋程序設(shè)計(jì)方法＋語言工具完整的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該是:第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三2.1算法的概念

1.算法:廣義地說，為解決一個(gè)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(gè)問題，可有不同的解題方法和步驟例：求第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三2.兩大類計(jì)算機(jī)算法

為了有效地進(jìn)行解題，不僅需要保證算法正確，還要考慮算法的質(zhì)量，選擇合適的算法。希望方法簡單，運(yùn)算步驟少。計(jì)算機(jī)算法可分為兩大類別：數(shù)值運(yùn)算算法：求數(shù)值解，例如求方程的根、求函數(shù)的定積分等。非數(shù)值運(yùn)算：包括的面十分廣泛，最常見的是用于事務(wù)管理領(lǐng)域，例如圖書檢索、人事管理、行車調(diào)度管理等。第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)是確定的。

有零個(gè)或多個(gè)輸入：輸入是指在執(zhí)行算法時(shí)需要從外界取得必要的信息。有一個(gè)或多個(gè)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(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)能有效地執(zhí)行，并得到確定的結(jié)果。一個(gè)算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三4.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）第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三2.2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(tǒng)流程圖結(jié)構(gòu)化流程圖偽代碼PAD圖第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

2.2.1用自然語言表示算法

自然語言就是人們?nèi)粘Ｊ褂玫恼Z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(xiàn)“歧義性”。自然語言表示的含義往往不大嚴(yán)格，要根據(jù)上下文才能判斷其正確含義，描述包含分支和循環(huán)的算法時(shí)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。

第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

2.2.2用流程圖表示算法

美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會ANSI(AmericanNationalStandardInstitute)規(guī)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(diǎn)第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三小結(jié)：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(gè)流程圖包括以下幾部分：(1)表示相應(yīng)操作的框；(2)帶箭頭的流程線；(3)框內(nèi)外必要的文字說明。

2.2.2用流程圖表示算法（續(xù)）第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

2.2.2用流程圖表示算法（續(xù)）傳統(tǒng)流程圖的弊端

傳統(tǒng)流程圖用流程線指出各框的執(zhí)行順序，對流程線的使用沒有嚴(yán)格限制。因此，使用者可以毫不受限制地使流程隨意地轉(zhuǎn)向，使流程圖變得毫無規(guī)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：第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三傳統(tǒng)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(diǎn)：難以閱讀、修改，使算法的可靠性和可維護(hù)性難以保證。解決辦法：必須限制箭頭的濫用，即不允許無規(guī)律地使流程隨意轉(zhuǎn)向，只能順序地進(jìn)行下去。

第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三2.2.3用N-S圖表示算法

1973年美國學(xué)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(gè)矩形框內(nèi)，在該框內(nèi)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(gè)大的框。這種流程圖又稱N-S結(jié)構(gòu)化流程圖。第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

N-S流程圖用以下的流程圖符號：

(1)順序結(jié)構(gòu)(2)選擇結(jié)構(gòu)(3)循環(huán)結(jié)構(gòu)第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(jì)算機(jī)語言之間的文字和符號來描述算法。特點(diǎn)：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(gè)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(jì)算機(jī)語言算法(即程序)過渡。用處：適用于設(shè)計(jì)過程中需要反復(fù)修改時(shí)的流程描述。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(jié)果2步驟2：將步驟1得到的乘積2再乘以3，得到結(jié)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(gè)步驟第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(zhí)行步驟S3以及其后的步驟S4和S5；否則，算法結(jié)束。最后得到p的值就是5!的值。可以設(shè)兩個(gè)變量：一個(gè)變量代表被乘數(shù)，一個(gè)變量代表乘數(shù)。不另設(shè)變量存放乘積結(jié)果，而直接將每一步驟的乘積放在被乘數(shù)變量中。設(shè)p為被乘數(shù)，i為乘數(shù)。用循環(huán)算法來求結(jié)果,算法可改寫：第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三S1：1→pS2：3→iS3：p×i→pS4：i+2→pS5：若i≤11，返回S3。否則，結(jié)束。

如果題目改為：求1×3×5×……×11算法只需作很少的改動：算法簡練第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(gè)循環(huán)，在實(shí)現(xiàn)算法時(shí)要反復(fù)多次執(zhí)行S3，S4，S5等步驟，直到某一時(shí)刻，執(zhí)行S5步驟時(shí)經(jīng)過判斷，乘數(shù)i已超過規(guī)定的數(shù)值而不返回S3步驟為止。此時(shí)算法結(jié)束，變量p的值就是所求結(jié)果。第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

例2.2：將求5!的算法用流程圖表示

如果需要將最后結(jié)果打印出來，可在菱形框的下面加一個(gè)輸出框。

第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三例2.3將例2.1的求5!算法用N-S圖表示第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三開始

置t的初值為1

置i的初值為2

當(dāng)i<=5，執(zhí)行下面操作：使t=t×i

使i=i+1

｛循環(huán)體到此結(jié)束｝輸出t的值結(jié)束也可以寫成以下形式：

BEGIN｛算法開始｝

1t2iwhilei≤5{t×iti+1i}printtEND｛算法結(jié)束｝例2.4求5!。用偽代碼表示算法：第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三2.3結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法一、結(jié)構(gòu)化程序的三種基本結(jié)構(gòu)

Bohra和Jacopini提出了以下三種基本結(jié)構(gòu)：

順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

用這三種基本結(jié)構(gòu)作為表示一個(gè)良好算法的基本單元。第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三三種基本結(jié)構(gòu)的圖示：

順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三循環(huán)結(jié)構(gòu)的圖示：

當(dāng)型(While型)循環(huán)結(jié)構(gòu)

直到型(Until型)循環(huán)

第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三二、三種基本結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)：(1)只有一個(gè)入口。(2)只有一個(gè)出口。（請注意：一個(gè)菱形判斷框有兩個(gè)出口，而一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)只有一個(gè)出口。不要將菱形框的出口和選擇結(jié)構(gòu)的出口混淆。）(3)結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一部分都有機(jī)會被執(zhí)行到。(4)結(jié)構(gòu)內(nèi)不存在“死循環(huán)”(無終止的循環(huán))。

第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

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(nèi)的死循環(huán)第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法優(yōu)點(diǎn)一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序就是用高級語言表示的結(jié)構(gòu)化算法。用三種基本結(jié)構(gòu)組成的程序必然是結(jié)構(gòu)化的程序，這種程序便于編寫、便于閱讀、便于修改和維護(hù)。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范化，提倡清晰的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的基本思路是：把一個(gè)復(fù)雜問題的求解過程分階段進(jìn)行，每個(gè)階段處理的問題都控制在人們?nèi)菀桌斫夂吞幚淼姆秶鷥?nèi)。第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三采取以下方法來保證得到結(jié)構(gòu)化的程序：自頂向下；逐步細(xì)化；模塊化設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)化編碼。兩種不同的方法：自頂向下，逐步細(xì)化；自下而上，逐步積累。第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

用這種方法逐步分解，直到作者認(rèn)為可以直接將各小段表達(dá)為文字語句為止。這種方法就叫做“自頂向下，逐步細(xì)化”。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三自頂向下，逐步細(xì)化方法的優(yōu)點(diǎn)：

考慮周全，結(jié)構(gòu)清晰，層次分明，作者容易寫，讀者容易看。如果發(fā)現(xiàn)某一部分中有一段內(nèi)容不妥，需要修改，只需找出該部分修改有關(guān)段落即可，與其它部分無關(guān)。我們提倡用這種方法設(shè)計(jì)程序。這就是用工程的方法設(shè)計(jì)程序。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三

四、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)過程1、確定算法分析問題（建立數(shù)學(xué)模型、選擇公式），寫出算法描述2、編寫程序用計(jì)算機(jī)語言寫出算法的程序3、上機(jī)調(diào)試輸入（編輯程序）編譯、連接、執(zhí)行程序輸出結(jié)果第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三舉例：張丘建《算經(jīng)》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。現(xiàn)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(shù)，看是否合乎題意。（累試法、枚舉法）

第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三舉例：張丘建《算經(jīng)》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。現(xiàn)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(dāng)cocks≤19時(shí)

{hens=0

當(dāng)cocks≤33時(shí)

{找滿足題意的chicks數(shù)

hens加1}

cocks加1}算法描述：

cocks=0當(dāng)cocks≤19時(shí)

{

找滿足題意的hens，

chicks數(shù)。

cocks加1

}細(xì)化第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期三舉例：張丘建《算經(jīng)》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。現(xiàn)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(dāng)cocks≤19時(shí)

{hens=0

當(dāng)cocks≤33時(shí)

{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(dāng)cocks≤19{hens=0

當(dāng)cocks≤33

{找滿足題意的chicks數(shù)

hens加1}

cocks加1}細(xì)化第三十五頁，共四十頁，編