第3章控制语句.docx
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第3章控制语句
第3章 算法设计的基本方法
教学目的：
通过本章的学习，使学生掌握算法的基本知识，了解关系运算与逻辑运算
，学会使用选择结构和循环型结构进行程序设计。
知识点：
1.算法的概念、特点及描述
2.判断（关系运算与逻辑运算）
3.选择型程序设计
4.循环型程序设计
重点：
1.算法的描述
2．关系运算符和关系表达式
3．逻辑运算符和逻辑表达式
4．条件运算符及条件表达式
5．IF语句的格式使用
难点：
复杂条件的表示；IF语句的正确使用。
3.1算法
●程序是计算机的灵魂
●算法是程序的灵魂
一个程序应包括两个方面的内容:
著名计算机科学家沃思提出一个公式:
数据结构+算法=程序
●对数据的描述：
数据结构（datastructure）
●对操作的描述：
算法（algorithm）
完整的程序设计应该是:
数据结构＋算法＋程序设计方法＋语言工具
3.1.1算法的组成要素和基本性质
（1）算法的概念
解决问题的一种方法或过程的描述，（是对特定问题求解步骤的一种描述。
）一个问题可能有多种算法对应。
或算法是由一系列操作组成的。
（2）算法的组成要素
✓操作：
与问题和所用的工具有关。
✓控制结构：
每一个算法都要由一系列的操作组成。
同一操作序列，按不同的顺序执行，就会得出不同的结果。
控制结构即如何控制组成算法的各操作的执行顺序。
控制结构：
◆顺序控制结构：
语句是按照书写顺序执行的，也就是语句的执
行顺序与书写顺序一致。
只有这种结构不可能处理复杂问题。
◆选择控制结构：
当程序执行到某一条语句时，要进行某种判断，从两支或多分支选择其中一条执行。
◆循环控制结构：
将一条或多条语句重复执行若干次。
有了选择和循环控制结构，就可以设计复杂大型的程序了。
（3）算法的性质
✓①效性：
算法所规定的操作都应能有效执行的。
✓②定性：
描述的操作应当具有明确的含义；序列中只有一个初始动作，每一动作仅有一个后继动作；序列终止表示问题得到解答或问题没有解答，不能没有任何结论。
✓③穷性：
所规定的操作序列必须在允许的时间内结束。
✓④输入
✓⑤输出
3.1.2算法的描述工具
✓1）流程图
方法：
用一些图框表示各种类型的操作，用线表示这些操作的执行顺序。
举例：
用流程图描述从3个数据中取最大数的算法。
✓2）N－S图
●方法：
每一种基本结构都是一个矩形框，整个算法可以像堆积木一样堆成。
举例：
用N－S图描述从3个数据中取最大数的算法。
✓ 3）伪代码
●举例：
用伪代码描述从3个数据中取最大数的算法。
算法1（使用选择结构）
输入a,b,c；
if（a>=b）
max=a;
else
max=b
if（max>=c）
输出max;
else
输出c；
算法2（使用循环结构）
初始化：
max=-32768,i=1;
当（i<=3）
（
输入n;
i++;
if（n>=max）
max=n;
）
输出max;
3.1.3结构化程序设计方法
由三种基本结构顺序组成的算法结构，可以解决任何复杂的问题。
由基本结构所构成的算法属于“结构化”的算法，它不存在无规律的转向，只在本基本结构内才允许存在分支和向前或向后的跳转。
一个结构化程序就是用高级语言表示的结构化算法。
用三种基本结构组成的程序必然是结构化的程序，这种程序便于编写、便于阅读、便于修改和维护。
结构化程序设计强调程序设计风格和程序结构的规范化，提倡清晰的结构。
构化程序设计方法的基本思路是：
把一个复杂问题的求解过程分阶段进行，每个阶段处理的问题都控制在人们容易理解和处理的范围内。
模块设计的方法：
☆模块化设计的思想实际上是一种“分而治之”的思想，把一个大任务分为若干个子任务，每一个子任务就相对简单了。
☆拿到一个程序模块以后，根据程序模块的功能将它划分为若干个子模块，如果这些子模块的规模还嫌大，还再可以划分为更小的模块。
这个过程采用自顶向下方法来实现。
☆模块一般不超过50行。
☆分子模块时应注意模块的独立性，即：
使一个模块完成一项功能，耦合性愈少愈好。
3.2判断
3.2.1命题的“真”、“假”与C语言中的逻辑值
✓逻辑（布尔）值：
“真”或“假”
✓早期的C语言不提供专门的逻辑（布尔）类型，规定用非0值表示“真”，用0值表示“假”。
这样，不管任何表达式，只要其值为非0（包括负数），就说明其为“真”；只要其值为0，就说明其为“假”。
✓在C99中，增加了_Bool类型，并增加了头文件，在其中定义了宏bool、true和false，用true存储1，用false存储0。
关系表达式和逻辑表达式是C语言中描述命题的两种基本形式。
3.2.2关系运算与关系表达式
✓关系运算符（左结合）
>>=<<===!
=
较高 较低
✓关系表达式
◆用关系运算符将运算对象连接成的式子
例如：
12<'C'+1（字符型数据比较ASCII值）
a==b>=c等价于a==（b>=c）
与（a==b）>=c不等价
✓关系运算符优先于赋值，低于算术
√说明：
◆ 关系运算的结果应该是逻辑值。
C语言用数值用1表示逻辑真，0表示逻辑假
例如：
7>5的值是1，5>7的值是0
'a'>'b'的值是0，'a'<'b'的值是1
即关系表达式的值：
0或1
◆实型数可进行大于或小于比较，但通常不进行==或!
=的关系运算。
voidMsort（intSR[],ints,intt）
3.2.3逻辑运算与逻辑表达式
✓逻辑运算符
&&||！
✓逻辑运算符的运算规则
运算对象
逻辑运算结果
a
b
a&&b
a||b
!
a
非0
非0
1
1
0
非0
0
0
1
0
0
非0
0
1
1
0
0
0
0
1
◆逻辑表达式
●用逻辑运算符将运算对象连接成的式子。
例如：
0&&'b'
a&&b||c&&d
a||b-5||c/4
!
x+y>=z
◆逻辑运算符的优先级和结合性：
●!
是单目运算符，右结合，高于算术
●&&和||是双目运算符，左结合，高于赋值运算符，低于关系运算符。
◆逻辑运算规则
从左到逻辑进行逻辑计算
●运算对象为非0表示逻辑真
●运算对象为0表示逻辑假
逻辑运算的结果为0或1
例如设：
a=15，b=0，c=-2
a&&b&&c结果为0
a||b||c结果为1
（a+c）||b&&c结果为1
◆运算按照从左至右的顺序进行，一旦能够确定逻辑表达式的值，就立即结束运算
√关系与逻辑运算符的应用
◆ 表示数学公式a>b>c：
a>b&&b>c
◆判断a,b,c三条线段能否组成一个三角形：
a+b>c&&a+c>b&&b+c>a
◆a,b不同时为负
3.3选择型程序设计
选择型程序描述了这样的求解规则：
在不同的条件下所应进行的相应操作。
3.3.1if…else结构
1）双分支结构
●语句一般格式
if（表达式）语句1else语句2
●功能：
计算表达式的值，如果它的值是一个非0值（逻辑真），就执行内嵌语句1，之后跳过内嵌语句2，执行后续语句；否则跳过内嵌语句1，执行内嵌语句2，之后执行后续语句。
●算法描述
例 求一个数的绝对值。
2）单分支结构
●语句一般格式
if（表达式）语句
●功能：
计算表达式的值，如果是一个非0值（即逻辑真），就执行内嵌语句，否则（即逻辑假）跳过内嵌语句，顺序执行后续语句。
●算法描述
●例如：
◆⑴if（x>0）m++;
◆⑵if（a>b）
｛c=a;a=b;b=c;｝
◆求3个数中最大数
3）if语句的嵌套
如果if的内嵌语句中又使用了一个if语句，则构成if语句的嵌套。
比较两个整数的关系。
#include
main（）
{intx,y;
printf（"EnterintegerXandY:
"）;
scanf（"%d%d",&x,&y）;
if（x!
=y）
if（x>y）printf（"X>Y\n"）;
elseprintf（"Xelseprintf（"X=Y\n"）;
}
应该正确判断：
•if的内嵌语句
•if和else的配对
提倡缩格书写
有利于阅读程序
if语句嵌套的形式
•简单if语句的嵌套形式
if（表达式）
if语句
•双重（或多重）分支if语句的嵌套形式
if（表达式）
if语句
else
if语句
规则：
在嵌套的if～else语句中，else总是与上面的离它最近的尚未配对的if配对。
3.3.2if…elseif结构
●语句一般格式
if（表达式1）语句1
elseif（表达式2）语句2
……
elseif（表达式m）语句m
else语句n
●功能
◇依次计算并判断表达式i，为非0时执行后面的语句，都为0时，执行语句n
◇无论执行完那个语句分支，都转到后续语句
●流程图
● 例3.6根据百分制分数决定成绩的等级：
·80分以上为A级；
·70分及以上，80分以下，B级；
·60分及以上，70分以下，C级；
·60分以下，D级。
＃include
intmain（void）
｛
floatscore;
printf（“Inputascre:
”）;
scanf（“%f”,&score）;
if（score>=80）
printf（″%fisA\n″,score）;
elseif（score>=70）
printf（″%fisB\n″,score）;
elseif（score>=60）
printf（″%fisC\n″,score）;
else
printf（″%fisD\n″,score）;
return0;
｝
3.3.3switch结构
●语句一般格式
switch（表达式）
{case常量表达式1:
语句序列1
case常量表达式2:
语句序列2
……
case常量表达式n:
语句序列n
default:
语句序列n+1
}
●功能
◆计算表达式的值，与常量表达式的值比较，等于第i个值时，顺序执行语句序列i、i+1、…、n+1。
◆若与所有常量表达式值都不相等，执行语句序列n+1。
●流程图
注意：
◆一个switch结构的执行部分是一个由一些case子结构与一个可缺省的default子结构组成的复合语句，它们位于一对花括号之中。
◆switch的判断表达式只能对整数求值，可以使用字符或整数，但不能使用浮点表达式。
case表达式应当是整型常数表达式，不能含有变量与函数的常数表达式
◆switch语句的书写格式：
语句体本身必须用花括号括起；case和default后面如果有多条语句，则可以不必使用花括号；case和常量表达式之间必须有空格；default可以写在语句体的任何位置，也可以省略不写;
◆break语句可以改变case的语句标号作用，终止后续case语句序列的执行。
switch语句和break语句结合，可以实现程序的选择控制（break语句还可以在循环语句中使用）;
◆允许switch嵌套使用，但同一个switch语句中，任意两个case的常量表达式值不能相同。
◆一个switch结构中不可以出现两个具有相同值的常量表达式。
◆switch的匹配测试，只能测试是否相等，不能测试关系或逻辑。
switch结构允许嵌套。
3.3.4条件表达式
● 语句一般格式
表达式1？
表达式2：
表达式3
● 功能
若表达式的值为真（非0），则以表达式2的值作为该条件表达式的值；否则取表达式3的值作为该条件表达式的值。
3.4循环型程序设计
3.4.1迭代与穷举算法
（1）迭代是一个不断用新值取代变量的旧值，或由旧值递推出变量的新值的过程。
例：
①人口增长问题。
按年0.2%的增长速度，现有13亿人，10年后将有多少人?
分析：
设现人口数为m，则第1年后人口变为：
m=m*（1+0.2%）
即将m的值用m*（1+2%）替代。
②兔子繁殖问题。
Fibonacci曾提出一个有趣的问题：
设有一对新生兔子，从第三个月开始它们每个月都生一对兔子。
按此规律，并假设没有兔子死亡，一年后共有多少对兔子。
人们发现每月的兔子数组成如下数列：
1，1，2，3，5，8，13，21，34，…并把它称为Fibonacci数列。
分析：
每个月的兔子数由两部分组成：
上一月的老兔子数，这一月刚生下的新兔子数。
上一月的老兔子数即其前一个数。
这一月刚生下的新兔子数恰好为上上月的兔子数。
算法可以描述为
fib1=fib2=1
（1）
fibn=fibn-1+fibn-2（n＞=3）
（2）
式
（1）为赋初值，式
（2）为迭代公式。
用C语言来描述式
（2）为：
fib=fib1+fib2；
fib1=fib2;/*为下一次迭代作准备*/
fib2=fib;
③一元方程的迭代解法。
一元方程f（x）=0，5次以上的方程找不出通用的根的解析表达式。
在这种情况下，人们不得不求助于一些近似解法。
方法：
二分迭代法
牛顿迭代法
（2）穷举
✓迭代是一个不断用新值取代变量的旧值，或由旧值递推出变量的新值的过程。
✓ 循环控制有两种办法：
计数法与标志法。
①输入10个数，将最大的一个数打印出来。
S1：
输入1个数，暂时作为擂主——最大数。
S2：
输入9个数——穷举这9个数，每输入一个，打一次擂台——把最大数与刚输入的数据进行比较，把大者作为新擂主——最大数。
S3：
输出最大数。
②例3.16百钱买百鸡问题。
cocks+hens+chicks=100
（1）
5*cocks+3*hens+chicks/3=100
（2）
cocks:
0～19中的整数（因为每只鸡翁5钱，因此它不可能超过19只）
hens:
0～33中的整数
chicks:
0～100中的整数
3.4.2while循环结构
（1）格式
while（表达式）
循环体语句
（2）执行流程
循环体在执行while语句时，先对判断表达式进行计算，若其值为真（非0），则执行循环体语句；否则跳过循环体，而执行该结构后面的语句。
在进入循环体后，每执行完一次循环体语句后，再对判断表达式进行一次计算和判断。
当发现判断表达式的值为0时，便立即退出循环。
（3）例
计算人口增长的C程序。
例3.18Fibonacci算法C语言的程序实现。
例3.20输入多个数，输出其中最大者的C程序。
3.4.3do…while结构
（1）格式
do
循环体
while（表达式）；
当流程到达do后，立即执行循环体一次，然后才对判断表达式进行计算、测试。
若表达式的值为真（非0），则重复执行一次循环体；否则退出。
与while结构相比，do…while结构至少要执行一次循环体。
这样的结构应用在需要事先执行一次循环体的程序非常容易理解。
（3）例
3.4.4for结构
（1）格式
for（表达式1；表达式2；表达式3）
循环体
for（初始化表达式；判断表达式；修正表达式）
循环体
（2）执行流程
1）先执行表达式1（初始化表达式）。
注意在整个循环中它只执行一次。
2）重复下面的过程：
计算表达式2（判断表达式），若为真（非0），就执行一次循环体语句，然后再执行表达式3（修正表达式）；再计算表达式2（判断表达式），判断是否为“真”，……直至表达式2（判断表达式）的值为假（0），就不再执行循环体了。
3.4.5循环嵌套
一个循环体内又包含另一个完整的循环结构称为循环的嵌套。
内嵌的循环中还可以嵌套循环，这就是多层循环。
三种循环（while循环、do-while循环和for循环）可以互相嵌套。
嵌套形式：
3.4.6 循环结构的中途退出与重复周期的中途结束
（1）break语句
break语句可以用来从循环体内跳出循环体，即提前结束循环，接着执行循环下面的语句
一般形式：
break;
注意:
break语句不能用于循环语句和switch语句之外的任何其他语句中。
（2）continue语句
提前结束一个循环周期——continue语句
3.4.7几种循环的比较
（1）四种循环都可以用来处理同一问题。
（2）在while和do-while循环中,应在循环体中包含使循环趋于结束的语句。
for可以在表达式3中包含使循环趋于结束的操作。
（3）循环变量初始化的操作应在while和do-while语句之前完成。
而for可以在表达式1中实现循环变量的初始化
（4）while、do-while和for循环，可以用break语句跳出循环，用continue语句结束本次循环。
而对用goto构成的循环，不能用break语句和continue语句进行控制。
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