《C语言程序设计与实践(第2版)》——2.8 算法

简介: 人们使用计算机,就是要利用计算机来处理各种不同的问题,而要做到这一点,人们就必须事先对各类问题进行分析,确定解决问题的具体方法和步骤,再根据这些步骤,编制一组让计算机执行的指令(即程序),让计算机按人们指定的规则有效地工作。

本节书摘来自华章出版社《C语言程序设计与实践(第2版)》一书中的第2章,第2.8节,作者:凌云等著,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

2.8 算法

2.8.1 算法概念
人们使用计算机,就是要利用计算机来处理各种不同的问题,而要做到这一点,人们就必须事先对各类问题进行分析,确定解决问题的具体方法和步骤,再根据这些步骤,编制一组让计算机执行的指令(即程序),让计算机按人们指定的规则有效地工作。这些具体的方法和步骤,其实就是解决一个问题的算法。根据算法,依据某种规则编写计算机执行的命令序列,就是编制程序,而书写时所应遵守的规则即为某种语言的语法。由此可见,程序设计的关键之一是解题的方法与步骤,即算法。学习高级语言的重点和难点之一就是掌握分析问题、解决问题的方法,锻炼分析、分解问题并最终归纳整理出算法的能力。与此相对应的,具体语言(如C语言)的语法是工具,是算法的一个具体实现。所以在高级语言的学习中,一方面应熟练掌握该语言的语法——因为它是算法实现的基础;另一方面必须认识到算法的重要性,加强思维训练,寻找问题的最优解决方法,以编写出高质量的程序。
下面通过例2-8来介绍如何设计一个算法。
例2-8 设有一物体从高空坠下,每次落地后都反弹至距离原高度2/3差1m的地方,现在测得第9次反弹后的高度为2m,请编写程序,求出该物体从多高的地方开始下坠。
问题分析:
此题粗看起来有些无从着手,但仔细分析物体的运动规律后,能找到一些蛛丝马迹。假设物体坠落时的高度为,设第1~9次反弹的高度依次为h1, … ,h9,现在只有h9=2是已知的,但我们从物体的反弹规律能找出各反弹高度之间的关系:
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算法设计:
上面从h9到h0的计算过程,其实是一个递推过程,这种递推方法在计算机解题中经常用到。另外,这些递推运算的形式完全一样,只是hi的下标不同而已,因此可以通过循环来处理。为了方便算法描述,我们统一用h0表示上一次的反弹高度,h1表示本次的反弹高度,算法可以详细描述如下:
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其中第2~5步为循环,递推计算各次反弹的高度。
上面的示例演示了一个算法的设计过程,即从具体到抽象的过程,具体方法是:
1)弄清解决问题的基本步骤。
2)对这些步骤进行归纳整理,抽象出数学模型。
3)对其中的重复步骤,通过使用相同变量等方式求得形式的统一,然后简练地用循环解决。
算法的描述方法有自然语言描述、伪代码、传统流程图、N-S图及PAD图等,自然语言描述简单、明了,但是由于程序员之间母语的差别,妨碍了他们的正常交流,因此出现了后面四种算法描述形式,下面主要介绍流程图描述方法。如果读者对其他描述方法感兴趣,可以参考其他资料。
2.8.2 流程图与算法描述
可以用不同的方法来描述一个算法。常用的方法有自然语言、传统流程图、结构化流程图(N-S图)和伪代码等。
其中使用最广泛的是传统流程图。传统流程图又称为程序框图,是一种传统的算法表示法,它利用几何图形的框来代表各种不同性质的操作,用流程线来指示算法的执行方向。由于它直观形象,部分消除了不同国籍程序员之间的交流障碍,所以应用广泛。
下面首先介绍常见的流程图符号及流程图的示例。图2-2给出了一些常见的流程图标准符号。
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图2-2 常见流程图符号
起止框。表示算法的开始和结束。一般内部只写“开始”或“结束”。
输入输出框。表示算法请求输入输出需要的数据或算法将某些结果输出。一般内部常常填写“输入……”,“打印 /显示……”。
判断框(菱形框)。主要是对一个给定的条件进行判断,根据给定的条件是否成立来决定如何执行其后的操作。它有一个入口,两个出口。给定条件成立时在出口处标明“是”或“Y”,不成立时标明“否”或“N”。
处理框。表示算法的某个处理步骤,一般内部常常填写赋值操作。
流程线。用于指示程序的执行方向。
连接点。用于将画在不同地方的流程线连接起来。同一个编号的点是相互连接在一起的,实际上同一编号的点是同一个点,只是画不下才分开画。使用连接点可以避免流程线交叉或过长,使流程图更加清晰。
注释框。注释框不是流程图中必要的部分,不反映流程和操作,只是为了对流程图中某些框的操作做必要的补充说明,以帮助阅读流程图的人更好地理解流程图的作用。
在上述基本流程图符号的基础上,我们可以用一个完整的流程图来描述例2-8的算法。其流程图如图2-3所示。
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图2-3 例2-8的算法流程图
习题
2.1 请对感兴趣的例子程序进行修改,观察修改后的程序运行结果。
2.2 请以一两个生活中的现象为例子,用算法描述图的方法,描述解决问题的步骤。
2.3 搜集网络上知名的C语言编程网站,关注入门级的C语言问题,并尝试解决。
2.4 用传统流程图表示求解以下问题的算法。
①依次输入10个数,要求输出其中最小的数。
②有3个数a、b、c,要求按照从小到大顺序输出。
③求1++++…++。
④判断一个数n能否同时被3和5整除。
⑤输出100~200之间的所有素数。
⑥求两个数m和n的最大公约数。
2.5 输入一个年份year,判定它是否是闰年,并输出它是否是闰年的信息。请用传统流程图表示其算法。符合下面两个条件之一的年份是闰年:
①能被4整除但不能被100整除。
②能被100整除且能被400整除。

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