3.1 体验计算机解决问题的过程 学案.doc

体验计算机解决问题的过程学习目标体验计算机解决问题的过程学习内容在现实生活中我们经常需要对数据进行统计分析当数据量不多时我们可以采用人工方法来处理然而当数据量变多时我们运用计算机来解决问题将是一种更高效更便捷的方法人工解决问题的过程采用人I方法来解决问题首先需要明确所要解决的问题和给出的条件然后再根据E3有的经验和知识确定解决问题的方法从而解决问题探究活动如何设计从A市到B市耗时最少的旅行路线方案呢我们从铁路公司各航空公司和汽车客运公司网站得知直达B市的交通工具只有火车和汽车两种出发地有B1B2Bk市没有A市从A市出发到B1B2Bk市的交通具有飞机车和汽车三种这样从A市经B1B2由于从A市到B1B2Bk市有不同的交通工具每种交通工仅有不同的班次因此从A市出发到中转城市B1B2Bk市就有M1M2Mk种班次同样从中转城市B1B2Bk市到B市也有不同的交通工具种交通工具有不同的班次因此从中转城市B1B2Bk市到B市就有N1N2Nk种班次于是从A市经B1B2Bk市到B市的交通班车班机数共有SM1xN1M2xN2MkxNk寻找从A市到B市耗时最少的旅行路线问题就转化为在S种联运班次中找到一种耗时最少的联运班次这样就需要遍历每一个班次进行比较人工方式找到能够中转且等待时间和行驶时间最少的班次工作量极其浩大假设从A市到B市的中转城市只有B1B2市从A市经B1B2市到市的交通情况如表32和表33所示于是从A市经B1市到B市的联运班次有7x963班从A市经B2市到B市的联运班次有12x9108班合计为S63108171班然后在171班次中找到能够中转且等待时间加上行驶时间最少的联运班次采用以下的思路求解耗时最少的联运班次问题1找出能够中转的从A市经B1市到达B市的联运班次计算所用的时间2找到能够中转的从A市经B1市到达B市的联运班次中耗时最少的联运班次3找出能够中转的从A市经B2市到达B市的联运班次并计算所用的时间4找到能够中转的从A市经B2市到达B市的联运班次中耗时最少的联运班次5取两条线路中耗时最少的联运班次为最佳旅行路线上述问题中假如中转城市很多交通班次也很多找出耗时最少路线的工作量会非常大若用人工穷举遍历效率就会很低计算机解决问题的过程当数据量很大人工处理效率很低时我们可以借助计算机通过编写计算机程序解决问题编写计算机程序解决问题要经过分析问题设计算法编写程序调试运行程序等若千个步骤1分析问题在利用计算机解决问题之前我们首先要分析问题的需求情况已知条件和需要解决的问题在从A市到B市耗时最少的旅行路线问题中在不知道有多少个中转城市和每个城市有多少班车或飞机的情况下我们可以利用大数据挖掘技术中的爬虫程序参见配套学习资源包第三章课本素材程序31到铁路网站各航空公司和汽车客运公司网站获取从A市经中转城市B1B2Bk市到达B市的交通班次信息经过数据清洗形成结构化的数据存储为Excel文件2设计算法问题分析清楚后需要给出解决问题的详细方法和步骤这一过程称为设计算法例如对于从A市到B市耗时最少的旅行路线问题根据获取的从A市到B市的中转城市B1B2Bk的班次以及各城市各交通班次的发车时间和行驶时间等信息采用以下的思想找出耗时最少的联运班次问题即算法如下1分别找出能够中转且中转等待时间不小于1小时的从A市经B1B2Bk市到达B市的联运班次并计算所用的时间2分别找到能够中转的从A市经B1B2Bk市到达B市的联运班次中耗时最少的联运班次共k条线路3取k条线路中耗时最少的联运班次为最佳旅行路线3编写程序有了清晰可操作的算法描述就可以选择一种计算机语言工具来编写程序实现算法一般来说只要算法确定对计算机程序设计语言的选择没有特别的限定通常根据问题的特性和编程人员对语言的熟悉程度来选定编写程序Python语言编写从A市到B市耗时最少的旅行路线问题的算法的程序可参见配套学习资源包第三章课本素材程序31其中找出能够从A市经Bii12k市到达B市的中转联运班次并计算所用的时间以及找到耗时最少的联运路线的关键程序段如下4调试运行程程序编写完成以后再通过键盘把程序输入计算机中运行检查程序能否按预想的效果行这一过程称为程序的调试运行计算机只能识别程序设计语言中所规定的语法规如果编写程序时与规则不一致哪怕是一个标点符号出错也会因程序出错而中断运行此时我们可以根据计算机提示的出错信息修改程序重新调试运行由于Python是解标程序因此它的调试是在运行过程中逐行进行的当程序能够顺利运行以后我们还需要对程序运行的结果进行检查因为如果程序语句符合语法规则而程序中却有逻辑或计算方法等错误计算机是检查不出来的因此如果结果不合理还要对程序甚至算法进行修改直到程序的功能符合设计要求为止打开配套学习资源包第三章课本素林程序31调试并运行程序31找出从A市到B市耗时最少的旅行路线问题的结果耗时最少的旅行路线问题的python代码课内任务将99乘法表代码输入运行观察是否达到预期效果