计算机导论学习记录（二）

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学习内容的系列记录（二）

一、知识要点（程序设计基础知识）

1、早期的编程方式

• 在早期，计算机没有内存的概念，人们通过打工纸卡等手段将程序输入计算机。
• 早期计算机的编程
  • 打孔纸卡/纸带：在纸上打孔，用读卡器读取数据进行编程。
  • 插线板：通过插拔线路的方式，改变器件之间的连接方式，进行编程。
  • 面板开关：通过拨动面板上的开关，进行编程。输入二进制操作码，按存储按钮，推进至下一个内存位，直至操作完内存，按运行键执行程序。
• 程序和数据都存在一个地方，叫冯诺依曼结构。冯诺依曼计算机的标志是，一个处理器(有算术逻辑单元)+数据寄存器+指令寄存器+指令地址寄存器+内存。

2、编程语言发展史

• 二进制是计算机的母语，计算机只能理解二进制。这叫机器语言或机器码。用自然语言对程序的高层次描述，称为伪代码。然后用操作码表把伪代码转成二进制机器码。

• 汇编器读取用汇编语言写的程序，然后转成机器码。一条汇编指令对应一条机器指令。

• A-0

  • 1950年，为释放超算潜力，葛丽丝·霍普博士，设计了一个高级编程语言，叫 Arithmetic Language Version 0，一行高级编程语言 可以转成几十条二进制指令。但由于当时人们认为，计算机只能做计算，而不能做程序，A-0 未被广泛使用。
  • 为了做到编程语言的复杂转换，霍普博士在1952年创造了第一个编译器，专门把高级语言转化为低级语言(比如汇编和机器码）。

• 1957年，IBM1957发布了高级编程语言FORTRAN，平均来说，FORTRAN 写的程序，比等同的手写汇编代码短 20 倍，FORTRAN 编译器会把代码转成机器码。但它只能运行于一种电脑中。

• 1959年，数据系统语言委员会开发了一门高级语言，简称COBOL。每个计算架构需要一个 COBOL 编译器，不管是什么电脑都可以运行相同的代码，得到相同结果。

• 现代编程语言

  • 1990年，有LGOL, LISP 和 BASIC 等语言。
  • 70年代，有Pascal，C 和 Smalltalk。
  • 80年代，有C++，Objective-C 和 Perl。
  • 90年代，有Python，Ruby 和 Java。

3、编程原理-语句和函数

• 首先要初始化变量：设置最开始的值。
• 程序的不只要从上到下运行，还要用控制流语句。
  • If语句（条件语句）：如果X为真，那么执行Y。If语句走那条路，取决于表达式的真假。
  • while循环：当while条件为真，那么代码会重复执行。当满足条件时进入循环，进入循环后，当条件不满足时，跳出循环。
  • for循环：for循环不判断条件，判断次数，会循环特定次数。foe的特点是每次结束，for会加一。
  • 函数：为了隐藏复杂度，可以把代码打包成函数。其他程序想用函数，直接写函数名就可以了。
• 最后，我们还需要把结果交给使用这个函数的代码，所以用return语句，旨在返回什么。

4、算法：解决问题的具体步骤

• 算法的输入大小和运行步骤之间的的关系叫做复杂度，表示运行速度的量级。专业名称大O表示法。
• 选择排序：在一列数组中，从第一个数字开始，每个数组位置都跑一边循环，找最小数，然后互换位置。复杂度为O(n²)。
• 归并排序：首先检查数组是否大于一，如果是，就把数组分成两半，最后每个数组大小为一。然后就可以归并了。从前两个数组开始，读值排序合并，重复这个过程，按序排列。然后比较两个数组第一个数，取最小数，重复这个过程，就排好了。复杂度为O（n×logN）。
• Dijkstra算法：
• 一开始复杂度为O(n²)，后来复杂度为O（nlog n +I），在下图中，n表示节点数，I表示有几条线。

5、数据结构

• 下标：为了拿出数组中某个值，我们要指定一个下标，大多数编程语言里，数组下标都从 0 开始，用方括号 [ ] 代表访问数组。注意**：很容易混淆 "数组中第 5 个数" 和 "数组下标为 5 的数"，数组下标为5的数是数组里面的第6个数。
• 字符串：由字母、数字、标点符号等组成的数组。字符串在内存里以0结尾（二进制0）。
• 矩阵:是数组的数组。如一个3×4矩阵就是一个长度为3的数组。
• 结构体：把几个有关系的变量打包在一起的叫做结构体。
• 节点：以指针为变量的结构体叫节点。
• 指针:指针是一种特殊变量，指向一个内存地址，因此得名。
• 链表：是一种灵活数据结构，能存很多个节点。灵活性是通过每个节点指向下一个节点实现的。
• 队列： 就像邮局排队，谁先来就排前面，这叫先进先出。
• 栈：栈是后进后出。
• 树：在节点中改成多个指针就能做成树。在树中，最高的节点叫做根节点（root），根节点下的所有节点都叫子节点（children），任何子节点的指数上层节点叫母节点（parent node），树结束的地方叫叶节点。

6、阿兰 图灵

• 可判定性问题：是否存在一种算法，输入正式逻辑语句 输出准确的是或否答案？
• 美国数学家阿隆佐·丘奇，开发了一个叫Lambda算子的数学表达系统，证明可判定性问题不存在。
• 图灵机：只要有足够的规则，状态和纸带，图灵机可以解决一切计算问题。和图灵机一样完备，叫做图灵完备。
• 停机问题证明图灵机不能解决所有问题。
• 图灵测试：向人和机器同时发信息，收到的回答无法判断哪个是人，哪个是计算机，则计算机达到了智能程度。

7、软件工程

• 对象：当任务庞大，函数太多，我们需要把函数打包成层级，把相关代码都放一起，打包成对象。对象可以包括其他对象，函数和变量。把函数打包成对象的思想叫做面向对象编程，面向对象的核心是隐藏复杂度，选择性的公布功能。

• API：API帮助不同程序员合作，不用知道具体细节，只要知道怎么使用就行了·。当团队接收到子团队编写的对象时，需要文档和程序编程接口来帮助合作。API控制哪些函数和数据让外部访问，哪些仅供内部。

• 集成开发环境（IDE）：软件开发工具里集成了很多有用的功能，帮助写代码，整理，编译和测代码，因为集成了所有东西，所以叫IDE。DE帮你检查错误，并提供信息，帮你解决问题，这个过程叫调试（debug）。

• 文档与注释：文档一般放在一个叫做README的文件里，文档也可以直接写成注释，放在源代码里，注释是标记过的一段文字，编译代码时，注释会被忽略。注释的唯一作用是帮助开发者理解代码。

• 源代码管理（版本控制）：大型软件公司会把会把代码放到一个中心服务器上，叫代码仓库，程序员可以把想修改的代码借出，修改后再提交回代码仓库。版本控制可以跟踪所有变化，如果发现bug，全部或部分代码，可以回滚到之前的稳定版。

• 质量保证测试（QA）：找bug

• beta版：接近完成的软件，相当于游戏里的测试服。

2、学习心得

• 从这期内容来看，对用计算机来如何做软件有了大致的认识，函数，语句，算法，数据结构等等。
• 一个软件需要很多程序员互相配合才能完成。