高中信息技术沪教版（2019）必修1 数据与计算1.从洗衣流程认识算法教课内容课件ppt

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第三单元 算法和程序设计 项目五 描述洗衣机的洗衣流程 ———了解算法及其基本控制结构第一课时   从洗衣流程认识算法 ■教材分析“从洗衣流程认识算法”这一小节是先通过对手工洗衣过程的描述，结合洗衣机模拟手洗过程的洗衣算法的对比分析，让学生从生活实例入手，理解算法的概念。再引出微控制器（单片机）的概念，分析机器能够实现的算法所必须具备的特征，并结合算法的五大特征（有穷性、确定性、有零个或多个输入、有一个或多个输出、可行性）对洗衣算法进行分析。■教学目标1、知识和技能认识算法的概念和特征。 2、过程与方法（１）让学生从生活实例入手，理解算法的概念。（２）通过洗衣机快洗流程图，对洗衣机洗衣过程进行分析，引导学生归纳算法的特 征及评价。3、情感态度与价值观通过对本节的学习，让学生认识到算法的重要性。■教学重点：算法的特征。■教学难点：算法的特征。■教学准备多媒体教室。■教学素材洗衣机的图片或视频；■教学过程：一．情境导入 教师播放一段手洗衣服的视频，让学生讨论洗衣服的主要过程。引出“手工洗衣算法”。 二、从洗衣流程认识算法常见的手工洗衣流程可以用下图所示的“故事板”描述。以上“故事板”中，这个有序的、能够完成洗衣任务的流程，可以称为“手工洗衣算法”算法中的每一个步骤能被人或机器等计算装置执行。对计算装置而言，算法通常是以一步接一步的方式来详细描述如何将输入或者预定初始值转化为所要求的输出的过程，或者说，算法是对计算装置中执行的计算过程的具体描述。全自动洗衣机是一种能够自动执行固定洗衣流程的电器，其中嵌入了单片机一一块集成了微型计算机功能的芯片。嵌有单片机的设备在生活中非常多见，例如微波炉、电梯、红绿灯等。洗衣机的洗衣流程实际上是对手工洗衣流程的模拟，是对“洗衣算法”的实现。以上“故事板”中描述的“手工洗衣算法”是无法直接让机器完成的。机器能够实现的算法，必须具有一定的特征。例如，算法中的每一个步骤必须有明确的定义。以某型号的洗衣机为例，它的“快洗”模式包括一次“洗涤”和一次“漂洗”操作，洗衣流程下图所示。算法是解决“做什么”和“怎么做”的具体步骤的描述算法的特征主要包括有穷性、确定性等。所以上图中的流程还不能称为洗衣机的“洗衣算法”，因为其每一步没有定义洗衣机可以明确执行的细节。以第②步“洗涤”为例，洗衣机的电动机带动波轮(或桶)旋转，产生水流搅动衣物。通过电动机正转、停、反转、停的反复循环，完成洗涤任务。为这一步骤单独设计的“洗涤算法”可以用自然语言描述如下：2.1电动机正转30秒；2.2停2秒；2.3电动机反转30秒；2.4停2秒。这样，“洗涤算法”中的每一步，洗衣机都能够理解和正确执行，并且在有限的时间内结束。此外，一个算法有零个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况，所谓零个输入是指算法本身设定了初始条件。如对整个“快洗”模式的算法来说，进水的时间、洗涤的次数都有初始设定，不需要输入。一个算法有一个或多个输出，以反映算法执行的结果。“快洗”模式的算法结束时，鸣叫就是种输出，宣告算法运行正确结束。算法确定之后，需要将其“转告”算法的执行者，也就是编写洗衣机可以理解执行的机器指令。这些机器指令在洗衣机出厂前就提前写入了单片机的存储器中。 三、什么是算法通俗地说，算法是在有限步骤内解决某一问题所使用的方法。算法在生活中普遍存在。算法中的每一个步骤能被人或机器等计算装置执行。随着计算机的产生和发展，很多复杂的算法思想有机会变成了现实。例如，银行自提款机可以模拟银行柜台人员的工作，用户只需要按照各种提示进行操作，即可实现自动提款。又如，工业机器人可以自动执行生产流水线上的各种操作步骤，而且动作更精确，既提高了生产质量，又降低了成本。此外，把下棋的规则与方法借助计算机来实现，就可以让计算机与人对弈。四、算法的特征及评价1.算法的特征算法是解决“做什么”和“怎么做”的具体步骤的描述，这些步骤应能够在有限时间内完成，并且不可以含有会导致步骤无法继续进行下的歧义性语句。一个算法必须具有有穷性、确定性、有零个或多个输入、有一个或多个输出、可行性这五个特征。(1)有穷性一个算法在执行有限步骤后在有限时间内能够实现，这就是算法的有穷性。有穷性有两方面的含义：首先，算法不能是无限循环的，例如洗衣机不会无休止地洗涤下去，它最终总会完成洗涤任务；其次，算法必须在合理的时间范围内结束，所谓合理，取决于实际情况，例如洗衣任务应在可接受的洗涤时间内结束，而不会让单个洗衣任务执行一整天。(2)确定性一个算法中的每一个步骤的表述都应该是确定的、没有歧义的语句。例如，“快洗”模式的算法中对“洗涤”步骤有明确的“电动机正转30秒”等时间设定，让洗衣机可以按照确定的时间来执行。(3)有零个或多个输入输入就是算法在执行时从外界获得的数据，它们是算法执行的某些初始状态。输入可以是零个，也可以是多个。零个输入代表这个算法没有外部输入，其初始设定被隐藏在算法中。例如，“洗涤算法”中并不需要输入电动机正转、转的次数，而是直接进行了初始设定。(4)有一个或多个输出输出就是算法执行的结果，也就是按照算法对数据进行处理所得到的结果。没有输出的算法是没有意义的。算法的输出，可以是数值，可以是图形，还可以是控制信号。例如启动蜂鸣器呜叫告知用户洗衣任务已完成，就是全自动洗衣机洗衣算法的一种输出形式。(5)可行性算法的可行性就是指每一个步骤都能够有效地执行，并得到确定的结果，同时能够用来方便地解决一类问题。可行性意味着算法可以被机器按部就班地执行，并最终得到正确的结果。2.算法的评价评价一个算法的好坏，主要考虑以下几个指标。(1)正确性算法首先必须是正确的，即对于任意一组输入，包括合理的输入与不合理的输入，总能得到预期的输出。(2)可读性完善一个算法可能需要经过多次修改，一个较简单的算法还可能被其他较复杂的算法调用。因此，算法应当是可读的和可以理解的，人们能方便地对它进行分析、修改和使用让它实现。(3)高效性好的算法还应该具备时间效率高和存储量低的特点。时间效率是针对算法的执行时间而言的。对于同一个问题，如果有多个算法能够解决，那么执行时间短的算法时间效率高执行时间长的算法时间效率低。存储量指的是算法在执行过程中需要的最大存储空间，主要是指所占用的内存或外部硬盘存储空间。一台可执行算法的机器，其存储空间受到物理上的限制，并不是无穷尽的，所以算法的存储量要低。五、课后作业医院挂号是病人就诊的第一道手续。为了缓解挂号窗口排长队的现象，越来越多的医院引进了自助挂号机。病人在自助挂号机上挂号非常方便，选用本人有效证件，投入钱币或刷卡付款，就可以直接选择专科、专家、专号。请尝试使用“故事板”画出医院“自助挂号算法”，画出流程图并再用自然语言进行描述。注意在算法描述的过程中，考虑如何体现算法的特征。