CS61A阅读指南

合集 - cs61a(5)

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5.CS61A阅读指南2024-03-01

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CS61A阅读指南

写一下关于cs61a课本的阅读指南，方便同志们更高效地阅读cs61a。

为什么要写这个？

初学这些知识的时候，总会觉得自己很努力但是学的不明不白，而且经常会被一些不了解的概念卡住，阅读体验极差☹。

后来在《为什么学生不喜欢上学》和 你有什么值得分享的高效学习方法？ - howhowfire的回答 - 知乎里面作者如何规划理科学习的部分，窥探了为什么学的这么痛苦：

学习中的困难，要么源于主动思维过难，超出了学习者能力所及的范围，要么源于主动思维时间过长，超出了学习者意志力的承受范围。熟悉了，才能理解概念，然后运用概念。

根据这本书和知乎大佬的回答，我慢慢摸索到了新手学习cs61a的关键：

1. 了解材料涉及的背景知识
2. 熟悉材料的结构，理解每一节为什么这么设计的，以及大体设计了什么
3. 熟悉材料的代码

在通篇阅读cs61a材料之前，python新手至少需要对上面三个知识点达到了解甚至熟悉的程度，否则零基础阅读文档时会异常痛苦。

而本文就是将1和2涉及的内容写下来，方便新手同志们获得更好地阅读体验。这里从1.6节开始的理由很简单：因为前面的知识很简单，你只需要认真阅读就可以，不需要另外的背景知识作为补充，也不需要提纲挈领统揽全局。

[!IMPORTANT]

本文并不是cs61a的阅读笔记，而是作为新人阅读cs61a材料之前的导学案，是为了让同志们更好地阅读cs61a的。

这个文章存在的根本原因，就是cs61a的阅读材料默认新人有较强背景知识储备，但是实际上对于我们大一新生来说，很多背景知识（类似于树、链表等数据结构和面向对象的思想）都是不具备的。

我相信在阅读cs61a材料前，先将这篇帖子阅读完并且认真理解了里面涉及到的概念术语，等到开始阅读cs61a的时候，你会感到无比愉悦。

欢迎同志们的讨论和指点！

CS61A 导学案

1.6 函数

1. “用户定义函数（user-defined functions）”作为一种数值运算的抽象模式，从而使它们与涉及的特定数字无关
2. 高阶函数：用一些函数来表达计算的通用方法（general methods），而且和它们调用的特定函数无关
3. 通用方法def improve(update, close, guess=1)
4. 嵌套定义解决帧混乱和参数限制的问题
5. 背景：利用平均值近似计算一个数的平方根
6. 作为返回值的函数
7. 背景：牛顿法的概念和具体实现
8. 用函数具体实现牛顿法的思想：迭代改进算法
9. Lambda 表达式

1.7 递归

1. 背景：递归函数
2. 递归举例sum_digits(n):"""返回正整数 n 的所有数字位之和"""
3. 背景：递归函数的理解
4. 理解举例：递归调用时栈帧变化+打印字符cascade(n)
5. 树递归：单个函数进行多个递归调用

2.2 数据抽象

1. 概念：为什么要数据抽象？数据抽象的基本思想是？（首先粗略了解，下面案例会帮助理解）
2. 举例：有理数的抽象表示-rational(n, d)，numer(x),denom(x)。
3. 列表的索引
4. 抽象屏障的意义：分析上面有理数的抽象表示
5. 如何构建一个数据抽象：使用选择器和构造器的集合以及一些行为条件 - 函数 pair 和 select

2.3 序列

本节根据序列（数据）的基本属性，自己动手实现一个链表，延伸数据抽象的概念。

1. 概念：序列是什么？

2. python内置的序列结构- 列表（list）以及常用方法

3. count(s, value)：如何遍历序列

4. 概念：序列处理。包括列表推导式（提供了从序列创建列表的简单途径）、 聚合（将序列中的所有值聚合为一个值）和高阶函数

5. 概念：完美数

6. 序列处理实例1：利用list类型，获取从1到n的完美数divisors(n)。

7. 序列处理实例2：定面积下计算只有整数边长的矩形的最小周长

8. 序列处理实例3：高阶函数来寻找完美数

   至此，介绍完毕序列相关属性和对应的常用操作，下面介绍如何对序列这样的数据进行抽象

9. 概念：什么是有用的序列抽象？（序列有用的行为包括哪些？）

10. 概念：数据的闭包属性

11. 概念：树的概念、树递归和分割树

12. 树的实例1：代码实现构造函数 tree、选择器 label 和 branches （想要理解函数具体功能，必须提前理解树的概念）

13. 树的实例2：树递归fib_tree(n)，用于构造树；count_leaves 函数计算树的叶子数

14. 树的实例3：分割树partition_tree(n, m)，返回将 n 分割成不超过 m 的若干正整数之和的分割树

15. 概念：链表

16. 链表实例1：实现基本抽象，包括is_link(s)、link(first, rest)、first(s)、rest(s)。

17. 链表实例2：实现满足序列抽象的条件，包括长度len_link(s)和数据选择getitem_link(s, i)，同时介绍了利用递归实现的思路

18. 链表实例3：利用递归构造，递增地构造序列。partitions(n, m)

2.4 可变数据

对象统领函数和数据。这一节开始，就要介绍关于“面向对象”的问题了，所以需要了解下什么是面向对象

1. 面向对象编程的核心

2. 序列对象“扑克牌”

3. 字典概念

4. 函数状态：举例取钱函数withdraw及其调用过程

   上面重要的概念就是关于函数的状态，下面紧接着就举例子来实践这个概念

5. 可变列表和字典实现：to_mutable_link(source)和def dictionary()

6. 概念：消息传递。一个函数A中集成了多个函数1、2、3...，调用其中的函数时，用不同的消息区分。这个函数A就利用调度函数（dispatch functions）来操作这些消息，以实现调用内置函数1、2、3...的操作。

7. 调度字典的概念和实现 account (initial_balance)

8. 约束传递

   1. 概念
   2. 例子：华氏温度和摄氏温度之间的关系9 * c = 5 * (f - 32)
   3. 实例：实现一个约束系统来换算温度（代码很庞大，需要认真理解，没有捷径）

2.5 面向对象编程

1. 用抽象屏障和调度字典介绍。
2. 代码class Account
3. 内置函数 getattr 按名称返回对象的属性：getattr(spock_account, 'balance')
4. 类名命名规则：CapWords 约定。方法名称遵循使用下划线分隔的小写单词命名函数的标准约定
5. 类属性：为 Account 创建名称为 interest 的类属性。
6. 继承：支票账户CheckingAccount 是 Account 的特化。
7. Account 类的完整实现
8. CheckingAccount 的完整实现
9. deposit_all(winners, amount=5)：将 5 美元存入每个帐户列表
10. 多继承：SavingsAccount(Account)
11. ``AsSeenOnTVAccount(CheckingAccount, SavingsAccount)：取款和存款都将产生费用，分别使用 CheckingAccount和SavingsAccount` 中的函数定义

2.6 实现类和对象

1. 使用调度字典
2. make_instance(cls)：将一个类传递给形参cls。
3. bind_method(value, instance)：将 instance 作为第一个参数插入到函数值中，从而创建绑定方法值
4. make_class(attributes, base_class=None)：可以响应 get 和 set 消息，以及 new 消息以及init_instance(cls, *args)函数。
5. 使用上面的方法重新创建一个 Account 类，一个 CheckingAccount 子类，以及为他们各自创建一个实例

2.7 对象抽象

1. 字符串构造函数： str；
2. repr 函数返回一个 Python 可解释的表达式，该表达式的求值结果与原对象相同
3. 专用方法：特殊名称会在特殊情况下被 Python 解释器调用
4. 复数的直角坐标系（实部和虚部）和极坐标系（幅度和角度）表示
5. 实现复数最高等级的抽象：class Number:要求数值型对象拥有 add 和 mul 方法
6. 复数的乘法和加法运算规则
7. 对复数的数学运算：Complex 类
8. 两个表示复数的类:ComplexRI 使用实部和虚部构建一个复数；ComplexMA 使用幅度和角度构建一个复数
9. 实现算术运算所需要的接口包括四个属性：real、imam、magnitude 和 angle。
10. @property 修饰符
11. 泛型函数Rational 类来精确地表示分数
12. 下面的内容有点看不懂，上面的背景知识掌握了后再看吧

2.8 效率

1. 树递归函数：计算斐波那契数列中的数字的 fib 函数
2. count 函数：检查 fib 函数被调用的次数
3. 函数的空间需求：活动和非活动的状态
4. 函数 count_frames ：跟踪尚未返回的函数调用次数 open_count
5. 记忆化（Memoization）：memo(f)函数提升效率
6. 增长阶- 时间复杂度啊！数学论证（头大）以及技能指数运算
7. 增长类别：（上面6的内容得搞懂才能学这个）

2.9 递归对象

1. 递归对象概念。
2. Link类： __len__ 和 __getitem__ 的定义都是递归的
3. link_expression(s)：将一个 Link 实例转换为一个字符串表达式
4. __repr__ 方法
5. 闭包性质：一个 Link 实例的第一个元素也可以是一个 Link 实例
6. 函数 count_partitions（第一章分割数）
7. fib_tree(n)：Tree 类可以表示 **用于计算斐波那契数的函数 fib ** 的 递归表达式树 中计算的值
8. 有序序列集合节省时间：使集合元素按递增顺序排列
9. 二叉搜索树的 集合
10. 平衡二叉树