4.1 算法及其特征 课件-2025-2026学年高中信息技术必修一

4.1算法及其特征（第一课时） 《软件社团纳新-探讨面试解决方案》 学习目标 ★熟悉将解决问题的方法归结为一系列清晰、准确的步骤的过程。 ★了解算法的基本要素和重要特征。 ★运用恰当的方式描述算法。 ★运用Python语言实现简单算法，解决问题。 姓名：小新 职业：高一学生 爱好：计算机编程 性格：活泼开朗大男孩 大家好啊！我是小新。我们学校“软件开发社团”要招募新成员了，报名的同学要经过面试才能加入。我已经开始了面试闯关任务，现在遇到了难题，请大家帮我一起完成闯关吧！ 通关任务 第一关：寻找“开关对应关系” 第二关：定量分析，寻找“被污染的药丸” 第三关：巧用运算，寻找“误删的ID号” 第四关：尝试枚举，求解“谁是冠军” 思考：我们可以用什么样的方法和步骤来帮他解决问题？ 教材版本 出版社 / 机构 算法定义 人教版（高中必修 1） 人民教育出版社 算法是解决问题的一系列确定的、有限的步骤，具有有穷性、确定性、可行性、输入输出明确性。 苏教版（高中必修 3） 江苏凤凰教育出版社 算法是解决问题的有条理的步骤集合，要求步骤明确、有限、有效，且能在有限时间内完成。 粤教版（高中必修 1） 广东教育出版社 算法是有限步骤内求解问题的规则集合，可被机械执行，强调输入输出的明确性与步骤的无歧义性。 教科版（高中必修 1） 教育科学出版社 算法就是解决问题的方法和步骤。 浙教版（高中选修 1） 浙江教育出版社 算法是解决问题的步骤序列，具有有穷性、确定性、可行性、输入输出明确性，是程序设计的核心。 AP 计算机科学（美国） College Board An algorithm is a step-by-step procedure for solving a problem or accomplishing a task, often involving logical operations and data manipulation. 《算法导论》（学术经典） MIT Press 算法是定义良好的计算过程，取输入并产生输出，通过有限步骤实现特定目标，强调数学严谨性与效率分析。 算法其实就在我们身边，日常生活中的一些做法如果我们将他抽象成数学描述，可能就是一些非常有效的算法。 图片由豆包AI生成 算法可能是一个计算公式，可能是一个赢得游戏的策略，也可能是一个解决综合问题的复杂方案。但无论是什么算法，它的核心逻辑都是“输入--处理--输出”。其中，输出是连接算法与外部世界的桥梁。 去超市购物 做周末计划 抖音短视频 ...... 导航系统 第一关： 一个房间有3盏灯，房间外有3个开关分别控制这3盏灯。在只允许进房间一次的情况下，如何判断哪个开关控制哪盏灯? 寻找“开关对应关系” 图4.1.1 开关对应关系 “软件开发社团”面试项目 寻找“开关对应关系” 视觉上：亮/灭 触觉上：热/冷 “软件开发社团”面试项目 一盏可以正常使用的灯，视觉上来看，灯的状态是（ 亮/灭 ）的；触觉上来看，灯的状态是（ 热/冷 ）的。所以，一盏灯有（ 4 ）种状态。而在房间里共有3盏灯，完全可以保障每盏灯的状态都是唯一的。 寻找“开关对应关系” 关闭1号开关 灯亮 2号开关控制 发热 1号开关控制 3号开关控制 图4.1.2 “开关对应关系”流程图 如何使3盏灯处于不同的状态？ 请用自然语言描述你的算法： 第一步： 第二步： 第三步： 第四步： ...... 为开关和灯分别编号 开1号、2号两个开关，2分钟后关闭1号开关 进入房间，亮着的灯由2号开关控制 触摸不亮的灯，发热的由1号开关控制，不发热的灯由3号开关控制 该算法用到哪种结构？ “软件开发社团”面试项目 寻找“开关对应关系” “软件开发社团”面试项目 为什么不用程序语言来表示该算法呢？ 有难度！ 自然语言：表述贴近自然，表述方便，但容易有二义性； 流程图：表示比较清晰，但绘制麻烦； 程序语言：功能强大，编写有难度。 在解决实际问题时，我们应该根据问题所需选择恰当的表达方式。 观察现象，自主思考 分析 寻找“开关对应关系” 算法的特征 哪些信息属于输入？ 输入项： □0个输入 □1个输入 □多个输入 0个或多个输入 哪些信息属于输出？ 输出项： □0个输出 □1个输出 □多个输出 一定要有输出 执行的结果是什么？ 执行的结果：□确定的 □不确定的 □都可以 确切性 需要几步得到结果？ 执行的步骤：□有限 □无限 □都可以 有穷性 是否在有限时间内完成？ 执行的时间：□有限 □无限 □都可以 可行性 √ √ √ √ √ “软件开发社团”面试项目 寻找“被污染的药丸” 第二关： 有4个装了药丸的瓶子，每颗药丸都有单颗标准质量，其中一个药瓶中所有药丸被污染了。每颗被污染药丸比污染前增重1克。只允许称量一次，判断出哪个瓶子的药丸被污染了。 1.1颗药丸被污染增重为1克,增重量为n克说明（ ）颗药丸被污染； 2.从1-4号药瓶依次取1-4颗药丸，共取出（ ）颗药丸； 3.设每颗正常药丸重d克，取出的药丸污染前总重（ ）克；实际称量取出的所有药丸重w；则比污染前增重x=（ ）克。 结论：被污染的药瓶序号为（ ）。 n 10 10d w-10d w-10d “软件开发社团”面试项目 合作探究，寻找“被污染的药丸” “软件开发社团”面试项目 现在各小组按照这个思路，讨论设计算法，并用程序语言描述算法，五分钟后我们进行展示。 d=int(input(“请输入每颗药丸的标准重量：”)) w=int(input(“请输入药丸称得的重量：”)) x= print(“被污染的药瓶序号是：”,x) input(“运行完毕，请按回车键退出.......”) w-10*d 类比总结 分析 寻找“开关对应关系” 寻找“被污染的药丸” 算法的特征 哪些信息属于输入？ 输入项： □0个输入 □1个输入 □多个输入 输入项： □0个输入 □1个输入 □多个输入 0个或多个输入 哪些信息属于输出？ 输出项： □0个输出 □1个输出 □多个输出 输出项： □0个输出 □1个输出 □多个输出 一定要有输出 执行的结果是什么？ 执行的结果：□确定的 □不确定的 □都可以 执行的结果：□确定的 □不确定的 □都可以 确切性 需要几步得到结果？ 执行的步骤：□有限 □无限 □都可以 执行的步骤：□有限 □无限 □都可以 有穷性 是否在有限时间内完成？ 执行的时间：□有限 □无限 □都可以 执行的时间：□有限 □无限 □都可以 可行性 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ “软件开发社团”面试项目 帮小新完成了两项闯关任务，你对算法的基本要素和重要特征有了什么样的认识？ 归纳总结 对要解决的问题进行详细的分析，弄清楚问题的要求，包括需要输入什么数据，要得到什么结果，最后应输出什么。 分析问题 解决一个问题，可能有多种算法。例如,数学题常常有“一题多解”，应该通过分析、比较、挑选-种最优的算法。 设计算法 计算机只能接受并执行计算机程序设计语言编写的程序。当为解决一个问题确定了算法后，还必须将该算法用计算机程序设计语言编写程序。这个过程成为“编码”或“编程”。 编写程序 编写完成的程序，不一定完全符合实际问题的要求，还必须在计算机上运行这个程序，排除程序中可能出现的错误，才能得到结果。 调试与维护 计算机解决问题的过程 归纳总结 “软件开发社团”面试项目 活学活用，快问快答 1、用计算机编程解决问题时，首先应该确定程序“做什么”，这个环节对应的过程是（ ） A. 分析问题 B. 设计算法 C.编写程序 D.调试运行 2、下列关于算法的表述中，错误的是（ ） A. 算法是解决问题的方法步骤 B. 算法至少应该有一个输出 C. 算法依赖于程序设计语言 D.算法是程序设计的基本依据 3、一个算法应该具有“确定性“等5个特性，对另外4个特性的描述中错误的是（ ） A. 有零个或多个输入 B. 有零个或多个输出 C.有穷性 D.可行性 4、某同学设计了一个算法，步骤如下所述，该算法违背了（ ） A. 确定性特征 B. 有穷性特征 C. 可行性特征 D. 无二义性特征 A C B B 课堂小结 自然语言、流程图、程序语言 算法的描述方法 分析问题、设计算法、编写程序、调试与维护 程序设计基本流程 解决问题的方法与步骤 算法的概念 有穷性、确切性、输入项、输出项、可行性 算法的特征 课后作业 同学们，距离小新通关还有两个任务，课后请同学们思考解决办法，并尝试根据自己的解决方案，编写程序代码，我们下节课再见！ 第一关：寻找“开关对应关系” 第二关：定量分析，寻找“被污染的药丸” 第三关：巧用运算，寻找“误删的ID号” 第四关：尝试枚举，求解“谁是冠军” 通关任务 下节课再见！ 16080.0 15072.0 21600.0 Lavf60.16.100 $$