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關(guān)于課程：

課程作者為北京理工大學(xué)教授嵩天
課程視頻連接地址為中國大學(xué)Mooc平臺
課程輔助平臺為Python123
學(xué)習(xí)賬號是微信賬號登陸：昵稱為coke

1-1節(jié)：程序設(shè)計(jì)的基本方法

$\color{blue}{Content：}$

計(jì)算機(jī)與程序設(shè)計(jì)
編譯和解釋
程序的基本編寫方法
計(jì)算機(jī)編程
1-1單元小結(jié)

計(jì)算機(jī)與程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)的概念：計(jì)算機(jī)是根據(jù)指令操作數(shù)據(jù)的設(shè)備，具有功能性和可編程性。功能性：是指對計(jì)算機(jī)的操作，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的計(jì)算，輸入輸出的處理和結(jié)果存儲等。可編程性：根據(jù)一系列指令自動地、可預(yù)測性、準(zhǔn)確的完成操作者的意圖。
計(jì)算機(jī)的發(fā)展：參照摩爾定律發(fā)展，按照指數(shù)形式發(fā)展。計(jì)算機(jī)硬件所依賴的集成電路規(guī)模參照摩爾定律發(fā)展。計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度因此也接近幾何級數(shù)快速增長。計(jì)算機(jī)所能高效支撐的各類運(yùn)算功能不斷豐富發(fā)展。由此可見計(jì)算機(jī)的功能和性能是交替和交織發(fā)展的。
摩爾定律：Moore's Law是計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上最重要的預(yù)測法則，由Intel公司的創(chuàng)始人之一戈登摩爾1965年提出：單位面積集成電路上可容納晶體管的數(shù)量約每兩年翻一番。CPU/GPU、內(nèi)存、硬盤、電子產(chǎn)品價(jià)格等都遵循摩爾定律。
程序設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)可編程的體現(xiàn)，亦成為編程，深度應(yīng)用計(jì)算機(jī)的主要手段。程序設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前社會需求量最大的職業(yè)技能之一。很多崗位即將被計(jì)算機(jī)程序接管，程序設(shè)計(jì)將是生存技能。
程序設(shè)計(jì)語言：是一種用于交互（交流）的人造語言，又稱為編程語言，程序設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方式，程序語言比自然語言更簡單、嚴(yán)謹(jǐn)、精確。主要用于人類與計(jì)算機(jī)之間的交互。同樣的代碼計(jì)算機(jī)必須只有一種理解，這是程序設(shè)計(jì)語言必須要達(dá)到的效果。此外編程語言要告訴計(jì)算機(jī)其中數(shù)據(jù)的特性及特點(diǎn)，使得計(jì)算機(jī)的操作更加精確。

編譯和解釋

在了解編譯和解釋之前，我們需要率先查看程序是如何執(zhí)行在計(jì)算機(jī)之上的。
編程語言的執(zhí)行方式：
1、源代碼，采用某編程語言編寫，人類可讀，如：result = 2 + 3，將運(yùn)算結(jié)果賦值給變量result
2、目標(biāo)代碼，計(jì)算機(jī)可直接執(zhí)行，人類不可讀（專家除外），例如：11101010 01010010

下面這段執(zhí)行的過程叫做編譯，執(zhí)行編譯過程的程序稱為編譯器：編譯可以理解為一次性翻譯，之后不需要源代碼（類似英文翻譯）

編譯.JPG

下面這段執(zhí)行的過程叫做解釋，執(zhí)行解釋過程的程序稱為解釋器：解釋可以理解為每次程序運(yùn)行時隨翻譯隨執(zhí)行（類似實(shí)時的同聲傳譯）

解釋.JPG

靜態(tài)語言和腳本語言：靜態(tài)語言是指使用編譯執(zhí)行的編程語言，C/C++語言、Java語言（一次性生成目標(biāo)代碼，優(yōu)化更充分，程序運(yùn)行速度更快）。腳本語言是指使用解釋執(zhí)行的編程語言，Python語言、PHP語言、JavaScript語言（執(zhí)行程序時需要源代碼，維護(hù)更加靈活，跨多個操作系統(tǒng)平臺）。

程序的基本編寫方法

IPO編程規(guī)范

I：input輸入，程序的輸入；P：press處理，程序的主要邏輯；O：output輸出，程序的輸出；
首先，需要理解IPO，輸入是什么？輸出是什么？如何從輸入達(dá)到輸出。
程序的輸入：文件輸入、網(wǎng)絡(luò)輸入、控制臺輸入、交互界面輸入、內(nèi)部參數(shù)輸入等。輸入是一個程序的開始
程序的輸出：經(jīng)過處理后，程序?qū)⒔Y(jié)果通過控制臺輸出、圖形輸出、文件輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出、操作系統(tǒng)內(nèi)部變量輸出等。輸出是程序展示預(yù)算結(jié)果的方式
程序的處理：處理是程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生輸出結(jié)果的過程；處理方法統(tǒng)稱為算法，它是程序最重要的部分，算法是一個程序的靈魂。

編程問題的解決步驟（計(jì)算為主，IPO編寫方法為輔）：

IPO與解決示例問題的關(guān)聯(lián).JPG

關(guān)于算法的需求分析（計(jì)算為主，IPO編寫方法為輔）：

關(guān)于算法的需求分析.JPG

完成上述步驟之后，才真正的設(shè)計(jì)到編寫程序：

編寫程序的后半部分步驟.JPG

最終呢，嵩天老師將編程的步驟凝練縮減為簡單的三步驟：

程序編寫的3個精簡步驟.JPG

計(jì)算機(jī)編程

編程能夠訓(xùn)練思維，編程體現(xiàn)了一種抽象交互關(guān)系，自動化執(zhí)行的思維模式，編程能夠 $\color{red}{增進(jìn)認(rèn)識}$ ，編程不是單純的求解問題，還要思考用戶體驗(yàn)，執(zhí)行效率，編程能夠幫助程序員加深用戶行為及社會和文化認(rèn)識，編程能夠 $\color{red}{帶來樂趣}$ ，編程能夠提供展示自身思想和能力的舞臺，讓世界增加新的顏色、讓自己變得更酷、提升心里滿足。在信息空間里思考創(chuàng)新、將創(chuàng)新變位現(xiàn)實(shí)。編程能夠 $\color{red}{提高效率}$ ，能夠更好的利用計(jì)算機(jī)解決問題，顯著的提高工作、生活和學(xué)習(xí)效率，也是為理想的實(shí)現(xiàn)提供一種借助計(jì)算機(jī)的高效手段。編程帶來 $\color{red}{工作機(jī)會}$ 程序員是信息時代最重要的崗位之一，國內(nèi)外對程序員崗位的缺口在百萬以上規(guī)模，計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透于各個行業(yè)，就業(yè)前景非常廣闊。

計(jì)算機(jī)思維：區(qū)別邏輯思維（數(shù)學(xué)為代表）和實(shí)證思維（物理為代表）之外的第三種思維模式。

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程的誤區(qū)：

編程的誤區(qū).JPG

1-1單元小結(jié)

單元小結(jié)，通過這部分內(nèi)容讓大家建立計(jì)算機(jī)、程序設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)價(jià)值這樣一些基礎(chǔ)的認(rèn)識，為我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)做好鋪墊：

總結(jié).JPG

1-2節(jié)：Python開發(fā)環(huán)境配置（略）

1-3節(jié)：示例1：溫度轉(zhuǎn)換

$\color{blue}{Content：}$

溫度的兩種體系
溫度轉(zhuǎn)換的需求分析
問題分析
設(shè)計(jì)算法
輸入輸出
舉一反三

溫度的兩種體系

1、攝氏度，中國等大多數(shù)國家使用，以1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的結(jié)冰點(diǎn)為0度，沸點(diǎn)為100度，將溫度進(jìn)行等分刻畫。
2、華氏度，美、英國等國家使用，以1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的結(jié)冰點(diǎn)為32度，沸點(diǎn)為212度，將溫度進(jìn)行等分刻畫。

溫度轉(zhuǎn)換的需求分析

1、將攝氏度轉(zhuǎn)換為華氏度
2、將華氏度轉(zhuǎn)換為攝氏度

問題分析

針對問題的計(jì)算部分進(jìn)行分析并理解，最終確定：
1、理解一：直接將溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換
2、理解二：將溫度信息發(fā)布的聲音或圖像形式進(jìn)行理解和轉(zhuǎn)換（例如將電視或者其他音頻媒介獲取到溫度的值，利用程序處理該場景的溫度轉(zhuǎn)換）
3、理解三：監(jiān)控溫度信息發(fā)布渠道，實(shí)時獲取并轉(zhuǎn)換溫度值（該理解需要與網(wǎng)絡(luò)的通信、爬蟲及很多的信息處理相結(jié)合）
這里我們采用理解1：直接將溫度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

溫度數(shù)值需要標(biāo)明溫度體系，及攝氏度或華氏度
轉(zhuǎn)換后也需要給出另外的溫度體系標(biāo)明

在分析問題的基礎(chǔ)上，這里我們進(jìn)行IPO的 $\color{red}{邊界劃分}$ ，按照編程規(guī)范重構(gòu)該問題。

輸入：攜帶攝氏或華氏的溫度值
處理：根據(jù)溫度標(biāo)志選擇適當(dāng)?shù)臏囟绒D(zhuǎn)換算法
輸出：攜帶攝氏或華氏的溫度值
這樣我們就完成了IPO的邊界劃分，針對輸入輸出的格式這里需要設(shè)計(jì)并聲明一下，標(biāo)示放在溫度最后，F(xiàn)標(biāo)示華氏度，C標(biāo)示攝氏度，例如：82F表示華氏82度，28C表示攝氏28度

設(shè)計(jì)算法

根據(jù)華氏和攝氏的定義，利用轉(zhuǎn)換公式如下：

C=(F-32)/1.8
F=C*1.8+32+32

$\color{red}{ 從問題的輸入輸出——到中間的處理過程，我們已經(jīng)分析清楚了，下面讓我們開始編程吧！}$

#TempConvert.py
TempStr = input("請輸入帶有符號的溫度值")
if TempStr[-1] in ['f','F']:
    C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8
    print("轉(zhuǎn)換后的溫度是{:.2f}C".format(C))
elif TempStr[-1] in ['c','C']:  
    F = 1.8*eval(TempStr[0:-1]) + 32
    print("轉(zhuǎn)換后的溫度是{:.2f}F".format(F))
else:
    print("輸入格式錯誤")

舉一反三：

輸入輸出的改變
溫度數(shù)值與溫度標(biāo)示之間的關(guān)系設(shè)計(jì)可以改變：
1、標(biāo)示改變放在數(shù)值之前：C82，F(xiàn)28
2、標(biāo)示字符改變?yōu)槎鄠€字符：82Ce、28F
計(jì)算問題的擴(kuò)展
溫度轉(zhuǎn)換問題是各類轉(zhuǎn)換問題的代表性問題：
1、貨幣轉(zhuǎn)換、長度轉(zhuǎn)換、重量轉(zhuǎn)換、面積轉(zhuǎn)換...
2、問題不同，但是程序代碼是相似的

1-4Python元素語法分析

輸入輸出
數(shù)據(jù)類型
語句與函數(shù)
代碼分析
1-4單元小結(jié)

輸入輸出

input()從控制臺獲得用戶的輸入
1、input()函數(shù)的基本使用格式
<變量> = input(<提示信息字符串>)
2、輸入信息的格式
用戶輸入的信息以字符串類型保存在<變量>中，如：TempStr = input("請輸入")#TempStr保存用戶輸入的信息
print()以字符形式向控制臺輸出結(jié)果的函數(shù)
1、print()函數(shù)的基本使用格式
print(<擬輸出字符串或字符串變量>)
2、字符串類型的一對引號僅在程序內(nèi)部使用，輸出無引號
如：print("輸入格式錯誤")#向控制臺輸出輸入格式錯誤
3、print()格式化的操作方法
如：print("轉(zhuǎn)換后的溫度是{:.2f}C".format(C))#{:.2f}大括號標(biāo)示槽，后續(xù)變量填充到槽中

輸出函數(shù)格式化.JPG
除輸入輸出函數(shù)外，這里還有一個eval()評估函數(shù)

1、這個函數(shù)很有趣，功能為：去掉函數(shù)最外側(cè)引號并執(zhí)行余下語句的函數(shù)
2、

評估函數(shù).JPG

根據(jù)該10行代碼對Python語法元素進(jìn)行理解，清楚理解這10行代碼將能夠快速入門Python語言，接下來讓我們參考框架、逐行分析、逐詞理解：

1、下列代碼中的顏色，是編程的色彩輔助體系，不是語法要求；
2、縮進(jìn)是一行代碼開始前的空白區(qū)域，表達(dá)程序的格式框架；
3、 “#注釋”用于提高代碼可讀性的輔助文字，不被執(zhí)行；
4、命名與保留字，TempStr、C、F，這些字符成為變量，程序中用于保存和表示數(shù)據(jù)的占位符號，可以使用等號（=）向變量賦值或修改值，=被成為賦值符號。比如TempStr=“82F”#向變量TempStr賦值“82F”。

關(guān)于命名需要注意以下問題：

為變量關(guān)聯(lián)標(biāo)識符的過程叫做命名，命名規(guī)則：大小寫字母、數(shù)字、下劃線和漢字等字符及組合，如：TempStr，Python_Great，這是門Python好課
注意事項(xiàng)：大小寫敏感、首字符不能是數(shù)字、不與保留字相同，Python與python是不同變量，123python是不合法的變量命名。
保留字，被編程語言內(nèi)部定義并保留使用的標(biāo)識符，Python一共33個保留字，比如：if，else，elif，in如果是大寫的IF可以作為變量使用，但是if不可以當(dāng)做變量使用，我們學(xué)習(xí)一門語言，至少需要了解涉及哪些單詞，下列的保留字就是python語言中的33個單詞：

Python的33個保留字.JPG

數(shù)據(jù)類型

關(guān)于數(shù)據(jù)類型，比如10,111,101：

首先如果不去定義該數(shù)字，可以標(biāo)示為二進(jìn)制也可以表示為十進(jìn)制，甚至是一段字符，計(jì)算機(jī)語言是一門精確的表達(dá)語言，因此我們需要用不同的方式指定想要表達(dá)的數(shù)據(jù)類型
如果想要表達(dá)為字符串類型：“10111101”或者‘10111101’
如果想要表達(dá)為整數(shù)類型：10111101
如果想要表達(dá)為列表類型：[10,111，101]

$\color{red}{字符串類型}$
字符串的序號有兩種表示方式，正向遞增序號和反向遞減序號（用于字符串的索引和切片操作）

索引：返回字符串中單個字符 <字符串或者字符串變量的后面>[M]，其中M書寫為數(shù)值，不同數(shù)值代表不同含義
例如： $\color{green}{''請輸入帶有符號的溫度值：[0]'’}$ 或者 TempStr[-1]，其中[0]代表獲取數(shù)值，[-1]代表獲取溫度的標(biāo)示符號
切片：返回字符串中一段字符子串 <字符串或者字符串變量的后面>[M:N]
例如： $\color{green}{''請輸入帶有符號的溫度值：[1:3]'’}$ 或者TempStr[0:-1]，[1:3]表示取出字符串中的第1、2個字符，但是不到第3個字符。[0:-1]表示從0開始但是不到字符串的最后一位，也就是剔除了字符串的最后一位，代碼中利用TempStr[0:-1]來截取用戶輸入的82F中的數(shù)值：82

字符串的表示方法.JPG

\color{red}{整數(shù)類型}

代碼中的數(shù)字例如32、1.8，32為整數(shù)類型（整數(shù)包含正整數(shù)和負(fù)整數(shù)，如32、-32），1.8則是浮點(diǎn)數(shù)類型（浮點(diǎn)數(shù)是數(shù)學(xué)中的實(shí)數(shù)，帶有小數(shù)部分，如1.8、-1.8、 -1.0）：

Python的數(shù)據(jù)類型.JPG

$\color{red}{列表類型}$

列表類型.JPG

語句與函數(shù)

賦值語句
分支語句
函數(shù)

賦值語句

首先我們先觀察這段代碼，其中有三行代碼都有賦值符號的產(chǎn)生，由賦值符號構(gòu)成的代碼，我們稱為賦值語句，用來給變量賦予新的數(shù)據(jù)值：
比如這行代碼:C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8#將右側(cè)的運(yùn)算結(jié)果賦值給變量C

語句與函數(shù)

分支語句

由判斷條件決定程序運(yùn)行方向的語句稱之為分支語句

分支語句.JPG

代碼中if TempStr[-1] in ['f','F']:#這行代碼結(jié)尾處以冒號結(jié)尾，代表如果條件判斷為True則執(zhí)行冒號后的語句
每個保留字所在行最后存在一個冒號(:)，冒號屬于語法的一部分，不能省略
冒號及后續(xù)縮進(jìn)用來表示后續(xù)語句與條件的所屬關(guān)系

何為函數(shù)

根據(jù)輸入?yún)?shù)產(chǎn)生不同輸出的功能過程

Python使用的函數(shù)類似數(shù)學(xué)的函數(shù)，y=f(x)
print("輸入格式錯誤")#打印函數(shù)輸出”輸入格式錯誤“
Python函數(shù)采用<函數(shù)名>(<參數(shù)>)方式使用
(eval(TempStr[0:-1])#這里TempStr[0:-1]是函數(shù)的參數(shù)

代碼分析

#這是單行注釋
···
這是多行注釋
這是多行注釋
···
#TempConvert.py，這是一行注釋
#使用input函數(shù)從控制臺獲取一個信息，以字符串形式賦值給變量TempStr
TempStr = input("請輸入帶有符號的溫度值")
#保留字表達(dá)分支語句，用保留字in判斷最后一個字符是否在列表中
if TempStr[-1] in ['f','F']:
#將TempStr字符串去除最后一位符號并使用eval評估運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型，從而參與公式運(yùn)算并將結(jié)果賦值給變量C
    C = (eval(TempStr[0:-1]) - 32)/1.8
#將變量C的結(jié)果格式化為保留小數(shù)點(diǎn)后兩位后輸出
    print("轉(zhuǎn)換后的溫度是{:.2f}C".format(C))
#關(guān)鍵字elif是分支語句，用保留字in判斷用戶輸入的信息是否在列表內(nèi)
elif TempStr[-1] in ['c','C']:  
#將TempStr字符串去除最后一位符號并使用eval評估運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型，從而參與公式運(yùn)算并將結(jié)果賦值給變量F
    F = 1.8*eval(TempStr[0:-1]) + 32
    print("轉(zhuǎn)換后的溫度是{:.2f}F".format(F))
#根據(jù)以上兩個分支語句判斷，如不符合以上分支的初始華條件，說明無法正常獲取溫度范圍，則給予錯誤提示
else:
    print("輸入格式錯誤")

1-4單元小結(jié)

1-4單元小結(jié).JPG

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第一章：Python語言程序設(shè)計(jì)

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計(jì)算機(jī)與程序設(shè)計(jì)

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1-3節(jié)：示例1：溫度轉(zhuǎn)換

溫度的兩種體系

溫度轉(zhuǎn)換的需求分析

問題分析

設(shè)計(jì)算法

舉一反三：

1-4Python元素語法分析

輸入輸出

數(shù)據(jù)類型

語句與函數(shù)

代碼分析

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溫度轉(zhuǎn)換的需求分析

問題分析

設(shè)計(jì)算法

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