【正文】 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) —— 基本概念及應(yīng)用思維解析 東南大學(xué) 東南大學(xué) 第 3章 程序式使用計(jì)算機(jī) 本章主要知識點(diǎn) ? 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 ? 程序的本質(zhì) ? 程序構(gòu)造的基本方法 ? 基本數(shù)據(jù)組織方法 ? 基本數(shù)據(jù)處理方法 ? 程序設(shè)計(jì)的三要素 ? 程序與軟件的關(guān)系 ? 軟件和軟件開發(fā)的關(guān)系 ? 軟件開發(fā)的工程化管理 ? 軟件開發(fā)方法相關(guān)概念和知識 東南大學(xué) 程序 是人類思想的結(jié)晶，最能反映人類的智慧和創(chuàng)造性。它反映了人類解決問題的思維和方法。 程序的構(gòu)造 是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，一般涉及語言、軟件模型、環(huán)境、應(yīng)用體系、工程化管理等多個(gè)方面。 因此，程序工作方式相對于交互式工作方式，對人的要求更高。程序是最能反映人類的智慧和創(chuàng)造性。 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 東南大學(xué) 在交互方式中，人與計(jì)算機(jī)是 聯(lián)機(jī) 的。 在程序方式中，人與計(jì)算機(jī)是 脫機(jī) 的。 程序方式中，人們通過某種計(jì)算機(jī)語言，針對需要解決的特定問題，事先將自己處理問題的思路和方法編寫成程序，然后通過發(fā)行和運(yùn)行程序達(dá)到解決問題的目的。 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 東南大學(xué) 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 S H E L L 處理層( 交互式交流方式)系統(tǒng)調(diào)用接口操作系統(tǒng)功能集硬件系統(tǒng)人( 用戶) 人( 用戶)程 序( 程序式交流方式)東南大學(xué) 聯(lián)機(jī)工作方式中，人的主動(dòng)性比較高。面對遇到的問題，可以隨機(jī)應(yīng)變。 脫機(jī)工作方式中，構(gòu)造程序時(shí)必須考慮許多問題，要考慮到未來程序運(yùn)行時(shí)的各種各樣可能出現(xiàn)的問題及其對策。 另外，程序的構(gòu)造還涉及計(jì)算機(jī)語言、軟件開發(fā)方法、軟件開發(fā)環(huán)境、應(yīng)用體系等方面的知識。特別是，涉及處理問題的各種基本應(yīng)用模式。因此，對人的思維要求更高。 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 東南大學(xué) 兩種工作方式的區(qū)別類似于人類社會中的講話 和 寫作 交互式使用：說話 ， 容易 。 程序式使用：寫作， 較難 。 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 東南大學(xué) 兩種方式既有區(qū)別又有聯(lián)系，區(qū)別主要在于兩者的 表現(xiàn)形式 和 層次 不同，而從 思維本質(zhì)的角度看，兩者是一致的。 事實(shí)上，程序設(shè)計(jì)與構(gòu)造建立在交互式使用方式基礎(chǔ)上。 一方面，程序的開發(fā)環(huán)境、運(yùn)行配置環(huán)境等，需要交互式使用方式；另一方面，程序構(gòu)造的語言，是交互式交流方式中命令語言的拓展；再者，針對具體問題的處理，兩者的思維本質(zhì)是一致的。 程序工作方式與交互工作方式的區(qū)別和聯(lián)系 東南大學(xué) 程序與程序設(shè)計(jì) 程序 是指一組預(yù)定的工作指令流，可以直接通過計(jì)算機(jī)執(zhí)行，使具體的現(xiàn)實(shí)世界中的客觀問題得以在計(jì)算機(jī)世界中智能化再現(xiàn)，從而使具體問題得到解決。 程序設(shè)計(jì) 是指程序的形成過程，就是人類運(yùn)用其邏輯思維能力以及符號處理能力來構(gòu)造一個(gè)特定的符號處理器，使得借助于計(jì)算機(jī)這樣一種設(shè)備，能夠完成預(yù)定的計(jì)算。 東南大學(xué) 程序 是人類思維的產(chǎn)物，是人類思維火花的時(shí)間定格，呈現(xiàn) 靜態(tài) 特征。程序盡管固化了人類的智慧，但卻沒有展示人類形成該程序的動(dòng)態(tài)思維過程 程序設(shè)計(jì) —— 產(chǎn)生程序的過程，是 動(dòng)態(tài) 的。程序設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性勞動(dòng)，或是說腦力勞動(dòng)，反映了人類思維的規(guī)律和模式。伴隨整個(gè)程序構(gòu)造過程而形成的各種人類的思維活動(dòng)，對于程序的最終形成起到核心作用。 程序的形成過程比程序本身重要得多，程序設(shè)計(jì)與構(gòu)造的涵義比程序的涵義要豐富得多。 程序與程序設(shè)計(jì) 東南大學(xué) 程序設(shè)計(jì)與文化有著很深的淵源。 不同的文化對程序設(shè)計(jì)有影響。 程序與程序設(shè)計(jì) 東南大學(xué) 遞歸（ recursion） 是計(jì)算機(jī)思維的核心思想之一，其本質(zhì)反映的是一種跳躍性思維方法。 遞歸反映了事物間的規(guī)律，即整體是由局部構(gòu)成的，整體又可以充當(dāng)粒度較大的局部，整體和局部的關(guān)系是辨證統(tǒng)一的。理解事物間規(guī)律的視角，即對于一個(gè)問題中的整體和局部的理解，取決于看待問題的角度和視角，而這種角度和視角是隨時(shí)會改變和調(diào)整的。這也就是所謂的 當(dāng)前 的概念。 遞歸思維解析 東南大學(xué) 遞歸 和 當(dāng)前 兩者相互結(jié)合，形成完整的辨證思維邏輯。 遞歸思維解析 東南大學(xué) 基本邏輯控制規(guī)則來源于自然社會生活中人們處理各種問題時(shí)所采取的策略和方法，對這些策略和方法的歸納和抽象，就產(chǎn)生了基本的邏輯控制策略和方法。 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中，有順序、分支、循環(huán)、遞歸四種基本邏輯控制規(guī)則。 對于高性能高質(zhì)量的應(yīng)用，其關(guān)鍵顯然不在于四種基本邏輯控制規(guī)則本身，而是在于如何應(yīng)用這四種基本邏輯控制規(guī)則。 基本邏輯控制規(guī)則 東南大學(xué) 一、定義 xxxx.處理 順序 單分支雙分支循環(huán)1 循環(huán)2 遞歸…多分支基本邏輯控制規(guī)則 東南大學(xué) BBBA基本處理步分支組合步循環(huán)組合步程序體雙分支體循環(huán)體A 程序B 子程序……………………從邏輯形態(tài)和概念上看， A等同于 B，因?yàn)闊o論 A還是 B，它們都是由三種基本的處理步（處理步、分支組合步和循環(huán)處理步）組成。如果將 A看成是一個(gè)大程序，則 B可以看成是一個(gè)小程序，由此又可以引申出大程序中包含小程序，小程序的外面是大程序，即 程序之中有程序 ， 程序之外是程序 的思想。 基本邏輯控制規(guī)則 東南大學(xué) 基本邏輯控制規(guī)則的組合也是遞歸思想的一種應(yīng)用。 對于分解后的各個(gè)具體模塊，可以按人們的思維邏輯進(jìn)行任意組合，以實(shí)現(xiàn)人類思想的再現(xiàn)。同樣一個(gè)問題，不同的人有不同的組合方法，產(chǎn)生出不同的程序?？梢?，最終用于問題解決的程序，本質(zhì)上反映了各個(gè)人的具體的思維。 基本邏輯控制規(guī)則 東南大學(xué) 程序構(gòu)造的基本方法 程序構(gòu)造的基本方法： 數(shù)據(jù)組織 + 數(shù)據(jù)處理 。 數(shù)據(jù)組織 相當(dāng)于組織和提供各種素材； 數(shù)據(jù)處理 則是如何利用這些素材，進(jìn)行加工處理，得到最后的成品。 東南大學(xué) 程序構(gòu)造的基本方法（ 數(shù)據(jù)組織 ） 針對同樣的數(shù)據(jù)，不同的人可以有不同的處理方法，這些方法都能得到需要的結(jié)果。這反映了每個(gè)人的思維特征和對問題的處理方法。 數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)處理存在一定的思維聯(lián)系。也就是說，一種數(shù)據(jù)組織方法，隱含地決定了對這些數(shù)據(jù)的存取方法。同樣，一種數(shù)據(jù)處理方法也隱含地決定了數(shù)據(jù)應(yīng)有的組織方法。 東南大學(xué) 一、分類 根據(jù)處理所涉及的數(shù)據(jù)量和種類，數(shù)據(jù)組織一般分為 內(nèi)存數(shù)據(jù)組織 和 外存數(shù)據(jù)組織 兩大類。 內(nèi)存數(shù)據(jù)組織 是指用于數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量一般比較 少 ，所有數(shù)據(jù)都可以存放到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲器中，數(shù)據(jù)處理程序可以 直接使用 這些數(shù)據(jù)。內(nèi)存數(shù)據(jù)組織的基本方法有 ：簡單數(shù)據(jù)組織、線性數(shù)據(jù)組織、層次數(shù)據(jù)組織 和 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)組織 程序構(gòu)造的基本方法 （數(shù)據(jù)組織） 東南大學(xué) 一、分類 外存數(shù)據(jù)組織 是指用于數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量比較 大 ，不可能將所有數(shù)據(jù)都存放到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲器中。只有當(dāng)前處理所涉及的一部分?jǐn)?shù)據(jù)放在內(nèi)存，而大部分暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)則存放在外部存儲器中。因此，數(shù)據(jù)處理程序必須經(jīng)過專用的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，根據(jù)處理的需要不斷從外部存儲器中將當(dāng)前需要用到的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)部存儲器中。外存數(shù)據(jù)組織中的專用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)一般有 文件系統(tǒng) 和 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 。 程序構(gòu)造的基本方法 （數(shù)據(jù)組織） 東南大學(xué) 程序構(gòu)造的基本方法 （數(shù)據(jù)組織） 數(shù)據(jù)邏輯組織的類型 內(nèi)存數(shù)據(jù)組織 簡單數(shù)據(jù)組織 線性數(shù)據(jù)組織 層次數(shù)據(jù)組織 — 樹 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)組織 — 圖 文件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 外存數(shù)據(jù)組織 東南大學(xué) 數(shù)據(jù)組織的概念分為兩個(gè)層次： 邏輯組織 和 物理組織 。 邏輯組織 是指一種抽象描述，只關(guān)心數(shù)據(jù)之間的組織關(guān)系，不涉及數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的具體組織。 物理組織 是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的具體組織，它涉及計(jì)算機(jī)基本組成結(jié)