内容正文:
第四课
01
猜数“魔法”之
线性查找
一个一个找,藏着什么学问?
40分钟建议:说一说5分钟、100张牌探索8分钟、10张牌新知12分钟、生活例子5分钟、练习与总结10分钟。
教材依据:用户上传的《猜数“魔法”之线性查找》第38—43页。配套离线文件:第四课线性查找互动.html。
课堂活动
02
100张牌,怎样找到56?
牌上的数是1~100,
每个数只出现一次。
纸牌背面朝上,位置打乱了。
你想先翻哪张?接下来呢?
先说自己的办法,再用游戏试一试。
集思广益说一说。1到100各出现一次,背面向上,位置打乱。先收集学生的方法,不立即宣布哪种最快。
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课堂活动
03
说一说:这些办法怎么样?
小明:从第一张开始,
从左到右,一行一行查。
小红:先挑一张翻开,
翻过的牌不再翻。
讨论:怎样避免漏查?怎样避免重复查?
纸牌已经打乱,56不一定在第56个位置。
给出具体可比较例子。依次查看保证不遗漏;随意查看配合标记也能避免重复,但一次运气不能说明效率。无大小顺序信息,不可凭数值排除半边。
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课堂活动
04
试一试:100张牌找目标
1 先确定目标数,默认找56。
2 点击翻牌,观察比较次数。
3 找到后停止,记录本轮结果。
网页① 体验探索
两人轮流操作,
一人找,一人观察。
打开网页第1区。先自主探索,再选按位置依次找。随机排列不同,比较次数不能作为两种方法优劣的严格实验结论。完成后自动记录,支持下载CSV。
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课堂活动
05
次数不同,你发现了什么?
小组同学 找到目标用了几次 使用的方法
同学1 填自己的结果 说一说
同学2 填自己的结果 说一说
同学3 填自己的结果 说一说
目标的位置、查看的顺序,都可能影响比较次数。
请学生报实际记录,不提供虚构实验结果。提醒目标位置随洗牌改变,不要简单把查找快慢等同于能力。
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课堂活动
06
先把问题变小一点
100 张
先研究 10 张
目标换成7。
看看每一步究竟在做什么。
教材从100张减少到10张,突出通过缩小规模理解原理。不能说问题规模缩小保证任何目标还存在,本处另设教材找7例。
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课堂活动
07
从左边开始,逐张比较
目标数 7
15
1
?
2
?
3
?
4
?
5
?
6
?
7
?
8
?
9
?
10
第1张是15,不是7。
继续查下一张。
已比较 1 次
教材前五张依次15、57、38、98、7。第5张找到,后面不必继续。逐页推进,学生口头说出比较结果。
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课堂活动
08
从左边开始,逐张比较
目标数 7
15
1
57
2
?
3
?
4
?
5
?
6
?
7
?
8
?
9
?
10
第2张是57,不是7。
继续查下一张。
已比较 2 次
教材前五张依次15、57、38、98、7。第5张找到,后面不必继续。逐页推进,学生口头说出比较结果。
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课堂活动
09
从左边开始,逐张比较
目标数 7
15
1
57
2
38
3
98
4
7
5
?
6
?
7
?
8
?
9
?
10
第5张是7,和目标相同。
找到啦!现在停止查找。
已比较 5 次
教材前五张依次15、57、38、98、7。第5张找到,后面不必继续。逐页推进,学生口头说出比较结果。
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课堂活动
10
线性查找法
按位置的先后顺序,
一个一个地与目标数比较。
相同:找到,停止。
不同:继续查看下一张。
如果全部查完仍没找到,也要停止,并说明“没有找到”。
教材定义:按照数列顺序,一个一个向后查找目标数。补充查完仍没有时也结束。不要把线性查找解释为先按大小排序。
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课堂活动
11
数列:排成队的数
15
1
37
2
38
3
98
4
7
5
25
6
24
7
57
8
3
9
68
10
第5个位置上的数是7。
“位置”和“数的大小”不是一回事。
数按一定的次序排列,就组成数列。
教材数列概念。一组数按一定次序排列,不等于必须从小到大。位置与值是本课核心区分。
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课堂活动
12
学一学:亲手走一遍查找过程
找7:点击“比较下一张”,
每次说出“相同”还是“不同”。
排办法:拖动语句,
把查找过程排清楚。
选做:查找101。
全部查完以后,应该怎么办?
网页第2区。教材找7用5次。补充找101用10次后未找到。网页后五张是补充模拟,不作为教材未翻开值的推断。拖拽语句固定字母用于身份而不是目标位置。
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课堂活动
13
说一说:在书架上找一本书
目标:《十万个为什么》
从左边第一本开始,
一本一本查看书名。
找到了就停。
这一层都看完仍没有,再检查下一层。
生活例子1。图书不按书名排,逐本看书脊标题,找到《十万个为什么》停。强调按固定位置避免遗漏。
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课堂活动
14
说一说:作业本和名单里也有它
找自己的作业本
从最上面一本开始看姓名。
不是自己的,放到一旁。
是自己的,停止查找。
在报名名单里找小雨
从第一行开始看名字。
一行接一行比较。
找到“小雨”,记下所在行。
你还能说出生活中的其他例子吗?
生活例子2和3,分别逐本看姓名、逐行看名单。名单查找不调用系统搜索工具,限定眼睛逐行查看的情境。
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课堂活动
15
练一练:找15和找68
15
1
37
2
38
3
98
4
7
5
25
6
24
7
57
8
3
9
68
10
找15,要比较几次?
找68,要比较几次?
每查看一个数并与目标比较,就记1次。
网页第3区,先让学生预测,再检查。练习数列第2个数37,第8个数57,与学一学教材例子不同。
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课堂活动
16
目标的位置,决定比较次数
找 15
1 次
找 68
10 次
第1个就找到。
查到第10个才找到。
找第几个位置上的目标,就比较几次。
回答上一页:首位1次末位10次,限定从左开始依次比较。
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课堂活动
17
有N个数,最少和最多查几次?
N 表示一共有多少个数。
目标在第一个位置
最少 1 次
目标在最后一个位置
最多 N 次
网页里拖动位置滑块,看看次数怎样变化。
N是数的个数。假设至少1个数,目标在其中。最少1最多N。未找到也需要查看N个数。
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课堂活动
18
每次很快,次数多了呢?
题目假设:每次4微秒
查10次
10 × 4=40微秒
查100次
100 × 4=400微秒
次数增加,
总时间也增加。
沿教材假设每次比较4微秒。不是计算机普遍实测速度。10次40微秒,100次400微秒。
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课堂活动
19
10万亿个数,最坏要多久?
目标在最后,每次比较4微秒
约 463 天
一个一个比较,次数可能非常多。
请在网页中切换数据数量,观察总用时。
教材10万亿=10^13,不是10^14。每次4微秒,目标在最后,需4×10^13微秒=4×10^7秒≈462.963天。保持假设。
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课堂活动
20
463天是怎样算出来的?
10万亿 × 4=40万亿微秒
40万亿 ÷ 100万=4000万秒
4000万 ÷ 60 ÷ 60 ÷ 24 ≈ 463天
1秒=100万微秒;60秒=1分钟;24小时=1天。
供高水平学生或教师解释,不要求背大数。10^13×4÷10^6÷60÷60÷24。网页立即算出结果,体现问题规模影响执行时间。
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课堂活动
21
还有更快的办法吗?
如果数字已经按从小到大排好,
能不能利用这个线索?
如果纸牌还是乱的,
能随意排除一大片吗?
把猜想说出来,下一次继续探索。
为后续查找方法留问题,不提前将二分查找套用无序纸牌。允许学生提出先整理排序,但整理也花时间。
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课堂活动
22
今天的查找“魔法”
按位置依次查看,每次比较一个数。
找到了就停止,查完没有也停止。
目标越靠后,通常需要比较的次数越多。
说出一个生活例子,再说清你会怎样查找。
总结:数列按位置排列;线性查找从头逐个比较;找到或查完结束;N个目标存在最少1最多N。学生用生活例子解释而不是只背概念。
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