Python程序设计思维

目录

1. 计算思维与程序设计

计算思维被认为做人类第三种思维特征。

  • 逻辑思维：推理和演绎，数学为代表，A->B B->C A->C

  • 实证思维：实验和验证，物理为代表，引力波<-实验

  • 计算思维：设计和构造，计算机为代表，汉诺塔递归

计算思维的特征：抽象和自动化

  • 计算思维：Computational Thinking

  • 抽象问题的计算过程，利用计算机自动化求解

  • 计算思维是基于计算机的思维方式

计数求和：计算1-100的计数和

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圆周率的计算：

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逻辑思维更多的是靠数学推理形成公式来获得结果

计算思维更多的是利用计算机来模拟过程并完成大量的运算

天气预报问题：

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抽象问题的计算过程，利用计算机自动化求解

  • 计算思维基于计算机强大的算力及海量数据

  • 抽象计算过程，关注设计和构造，而非因果

  • 以计算机程序设计为实现的主要手段

编程是将计算思维变成现实的手段

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2. 计算生态与Python语言

开源思想深入演化和发展，形成了计算生态

计算生态以开源项目为组织形式，充分利用“共识原则”和“社会利他”组织人员，在竞争发展、相互依存和迅速更迭中完成信息技术的更新换代，形成了技术的自我演化路径。

计算生态没有顶层设计、以功能为单位、具备三个特点：

  • 竞争发展

  • 相互依存

  • 迅速更迭

  • 以开源项目为代表的大量第三方库

    • Python语言提供 >15万个第三方库

  • 库的建设经过野蛮生长和自然选择

  • 同一个功能，Python语言2个以上第三方库

  • 库之间相互关联使用，依存发展

    • Python库间广泛联系，逐级封装

  • 社区庞大，新技术更迭迅速

    • AlphaGo深度学习算法采用Python语言开源

API != 生态

创新：跟随创新、集成创新、原始创新

  • 加速科技类应用创新的重要支撑

  • 发展科技产品商业价值的重要模式

  • 国家科技体系安全和稳固的基础

计算生态的运用

刀耕火种 -> 站在巨人的肩膀上

  • 编程的起点不是算法而是系统

  • 编程如同搭积木，利用计算生态为主要模式

  • 编程的目标是快速解决问题

推荐网站：https://python123.io/

3. 用户体验与软件产品

  • 用户体验指用户对产品建立的主观感受和认识

  • 关心功能实现，更要关心用户体验，才能做出好产品

  • 编程只是手段，不是目的，程序最终为人类服务

提高用户体验的方法

方法1：进度展示

  • 如果程序需要计算时间，可能产生等待，请增加进度展示

  • 如果程序有若干步骤，需要提示用户，请增加进度展示

  • 如果程序可能存在大量次数的循环，请增加进度展示

其他类方法

  • 打印输出：特定位置，输出程序运行的过程信息

  • 日志文件：对程序异常及用户使用进行定期记录

  • 帮助信息：给用户多种方式提供帮助信息

从软件程序到软件产品，用户体验是程序到产品的关键环节

4. 基本的程序设计模式

从IPO开始…

  • I：Input 输入，程序的输入

  • P：Process 处理，程序的主要逻辑

  • O：Output 输出，程序的输出

  • 确定IPO：明确计算部分及功能边界

  • 编写程序：将计算求解的设计变成现实

  • 调试程序：确保程序按照正确逻辑能够正确运行

当程序变得复杂时，需要采取高级的程序设计方法，如自顶向下设计。

一个复杂的问题可以分解为若干个简单的问题，一个简单的问题又可分解为更简单的问题，直到所有的小模块都可以由程序确定的完成，这就是自顶向下的思路。

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模块化设计

  • 通过函数或对象封装将程序划分为模块及模块间的表达
  • 具体包括：主程序、子程序和子程序间关系
  • 分而治之：一种分而治之、分层抽象、体系化的设计思想

在分模块的过程中我们需要知道什么叫做松耦合、什么叫做紧耦合。

如果功能之间有很多的交流，不能独立存在，我们就将它放到一个模块中，紧耦合的部分尽量不要单独成为模块。

  • 紧耦合：两个部分之间交流很多，无法独立存在
  • 松耦合：两个部分之间交流较少，可以独立存在
  • 模块内部紧耦合、模块之间松耦合

配置化设计

例如自动轨迹绘制实例，实例将程序中的数据和程序分离开。对一个程序来讲，我们将它的功能部分以程序引擎的方式来体现，而具体的轨迹的路线，我们以数据或以配置文件的形式来体现。这样我们就可以将一个程序变为引擎+配置文件的模式，这就是配置化设计。

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  • 引擎+配置：程序执行和配置分离，将可选参数配置化
  • 将程序开发变成配置文件编写，扩展功能而不修改程序
  • 关键在于接口设计，清晰明了、灵活可扩展

应用开发的四个步骤

从应用需求到软件产品

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  • 1 产品定义：对应用需求充分理解和明确定义

  • 产品定义，而不仅是功能定义，要考虑商业模式

  • 2 系统架构：以系统方式思考产品的技术实现

  • 系统架构，关注数据流、模块化、体系架构

  • 3 设计与实现：结合架构完成关键设计及系统实现

  • 结合可扩展性、灵活性等进行设计优化

  • 4 用户体验：从用户角度思考应用效果

  • 用户至上，体验优先，以用户为中心

posted @ 2021-02-28 17:02  狸帅  阅读(516)  评论(0)  编辑  收藏  举报