一、單元開篇

• 計算思維與程序設(shè)計
• 計算生態(tài)與Python語言
• 用戶體驗與軟件產(chǎn)品
• 基本的程序設(shè)計模式

二、計算思維與程序設(shè)計

2.1 計算思維

2.1.1 第3種人類思維特征

• 邏輯思維：推理和演繹，數(shù)學(xué)為代表，A->B B->C A->C
• 實(shí)證思維：實(shí)驗和驗證，物理為代表，引力波<-實(shí)驗
• 計算思維：設(shè)計和構(gòu)造，計算機(jī)為代表，漢諾塔遞歸

2.1.2 抽象和自動化

• 計算思維：Computational Thinking
• 抽象問題的計算過程，利用計算機(jī)自動化求解
• 計算思維是基于計算機(jī)的思維方式

2.1.3 計數(shù)求和：計算1-100的計數(shù)和

邏輯思維（數(shù)學(xué)家高斯的玩兒法）：

\[ S=\frac{(a_1+a_n)n}{2} \]

計算思維（現(xiàn)代人的新玩兒法）：

          
            s = 0
for i in range(1, 101):
    s += i
          
        

2.1.4 圓周率的計算

邏輯思維：

\[ \pi = \sum_{k=0}^\infty[\frac{1}{16^k}(\frac{4}{8k+1}-\frac{2}{8k+4}-\frac{1}{8k+5}-\frac{1}{8k+6})] \]

計算思維：

2.1.5 漢諾塔問題

邏輯思維（ \(2^n-1\) ）：

計算思維：

          
            count = 0
def hanoi(n, src, dst, mid):
    … (略)
hanoi(3, "A", "C", "B")
print(count)
          
        

2.1.6 天氣預(yù)報

2.1.7 量化分析

2.1.8 抽象問題的計算過程，利用計算機(jī)自動化求解

• 計算思維基于計算機(jī)強(qiáng)大的算力及海量數(shù)據(jù)
• 抽象計算過程，關(guān)注設(shè)計和構(gòu)造，而非因果
• 以計算機(jī)程序設(shè)計為實(shí)現(xiàn)的主要手段

2.2 計算思維與程序設(shè)計

編程是將計算思維變成現(xiàn)實(shí)的手段

三、計算生態(tài)與Python語言

3.1 計算生態(tài)

從開源運(yùn)動說起…

開源生態(tài)逐步建立

• 1991, Linus Torvalds發(fā)布了Linux內(nèi)核
• 1998, 網(wǎng)景瀏覽器開源，產(chǎn)生了Mozilla

開源思想深入演化和發(fā)展，形成了計算生態(tài)

計算生態(tài)以開源項目為組織形式，充分利用“共識原則”和“社會利他”組織人員，在競爭發(fā)展、相互依存和迅速更迭中完成信息技術(shù)的更新?lián)Q代，形成了技術(shù)的自我演化路徑。

沒有頂層設(shè)計、以功能為單位、具備三個特點(diǎn)

3.2 計算生態(tài)與Python語言

• 以開源項目為代表的大量第三方庫：Python語言提供 >13萬個第三方庫
• 庫的建設(shè)經(jīng)過野蠻生長和自然選擇：同一個功能，Python語言2個以上第三方庫
• 庫之間相互關(guān)聯(lián)使用，依存發(fā)展：Python庫間廣泛聯(lián)系，逐級封裝、
• 社區(qū)龐大，新技術(shù)更迭迅速：AlphaGo深度學(xué)習(xí)算法采用Python語言開源

API != 生態(tài)

3.3 計算生態(tài)的價值

創(chuàng)新：跟隨創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、原始創(chuàng)新

• 加速科技類應(yīng)用創(chuàng)新的重要支撐
• 發(fā)展科技產(chǎn)品商業(yè)價值的重要模式
• 國家科技體系安全和穩(wěn)固的基礎(chǔ)

3.4 計算生態(tài)的運(yùn)用

刀耕火種 -> 站在巨人的肩膀上

• 編程的起點(diǎn)不是算法而是系統(tǒng)
• 編程如同搭積木，利用計算生態(tài)為主要模式
• 編程的目標(biāo)是快速解決問題

四、用戶體驗與軟件產(chǎn)品

4.1 用戶體驗

實(shí)現(xiàn)功能 -> 關(guān)注體驗

• 用戶體驗指用戶對產(chǎn)品建立的主觀感受和認(rèn)識
• 關(guān)心功能實(shí)現(xiàn)，更要關(guān)心用戶體驗，才能做出好產(chǎn)品
• 編程只是手段，不是目的，程序最終為人類服務(wù)

4.2 提高用戶體驗的方法

4.2.1 方法1：進(jìn)度展示

• 如果程序需要計算時間，可能產(chǎn)生等待，請增加進(jìn)度展示
• 如果程序有若干步驟，需要提示用戶，請增加進(jìn)度展示
• 如果程序可能存在大量次數(shù)的循環(huán)，請增加進(jìn)度展示

4.2.2 方法2：異常處理

• 當(dāng)獲得用戶輸入，對合規(guī)性需要檢查，需要異常處理
• 當(dāng)讀寫文件時，對結(jié)果進(jìn)行判斷，需要異常處理
• 當(dāng)進(jìn)行輸入輸出時，對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行判斷，需要異常處理

4.2.3 其他類方法

• 打印輸出：特定位置，輸出程序運(yùn)行的過程信息
• 日志文件：對程序異常及用戶使用進(jìn)行定期記錄
• 幫助信息：給用戶多種方式提供幫助信息

軟件程序 -> 軟件產(chǎn)品

用戶體驗 是程序到產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

五、基本的程序設(shè)計模式

5.1 從IPO開始…

• I：Input 輸入，程序的輸入
• P：Process 處理，程序的主要邏輯

• O：Output 輸出，程序的輸出

• 確定IPO：明確計算部分及功能邊界
• 編寫程序：將計算求解的設(shè)計變成現(xiàn)實(shí)

• 調(diào)試程序：確保程序按照正確邏輯能夠正確運(yùn)行

5.2 自頂向下設(shè)計

• I：Input 輸入，程序的輸入
• P：Process 處理，程序的主要邏輯
• O：Output 輸出，程序的輸出

5.3 模塊化設(shè)計

• 通過函數(shù)或?qū)ο蠓庋b將程序劃分為模塊及模塊間的表達(dá)
• 具體包括：主程序、子程序和子程序間關(guān)系

• 分而治之：一種分而治之、分層抽象、體系化的設(shè)計思想

• 緊耦合：兩個部分之間交流很多，無法獨(dú)立存在
• 松耦合：兩個部分之間交流較少，可以獨(dú)立存在

• 模塊內(nèi)部緊耦合、模塊之間松耦合

5.4 配置化設(shè)計

• 引擎+配置：程序執(zhí)行和配置分離，將可選參數(shù)配置化
• 將程序開發(fā)變成配置文件編寫，擴(kuò)展功能而不修改程序
• 關(guān)鍵在于接口設(shè)計，清晰明了、靈活可擴(kuò)展

5.5 應(yīng)用開發(fā)的四個步驟

從應(yīng)用需求到軟件產(chǎn)品

• 1 產(chǎn)品定義：對應(yīng)用需求充分理解和明確定義：產(chǎn)品定義，而不僅是功能定義，要考慮商業(yè)模式
• 2 系統(tǒng)架構(gòu)：以系統(tǒng)方式思考產(chǎn)品的技術(shù)實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)架構(gòu)，關(guān)注數(shù)據(jù)流、模塊化、體系架構(gòu)
• 3 設(shè)計與實(shí)現(xiàn)：結(jié)合架構(gòu)完成關(guān)鍵設(shè)計及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：結(jié)合可擴(kuò)展性、靈活性等進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化
• 4 用戶體驗：從用戶角度思考應(yīng)用效果：用戶至上，體驗優(yōu)先，以用戶為中心

六、單元小結(jié)

• 計算思維：抽象計算過程和自動化執(zhí)行
• 計算生態(tài)：競爭發(fā)展、相互依存、快速更迭
• 用戶體驗：進(jìn)度展示、異常處理等
• IPO、自頂向下、模塊化、配置化、應(yīng)用開發(fā)的四個步驟