一、单元开篇

计算思维与程序设计
计算生态与Python语言
用户体验与软件产品
基本的程序设计模式

二、计算思维与程序设计

2.1 计算思维

2.1.1 第3种人类思维特征

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

2.1.2 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

2.1.3 计数求和：计算1-100的计数和

逻辑思维（数学家高斯的玩儿法）：

?=(?1+??)?2S=(a1+an)n2

计算思维（现代人的新玩儿法）：

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

2.1.4 圆周率的计算

逻辑思维：

?=∑?=0∞[116?(48?+1−28?+4−18?+5−18?+6)]π=∑k=0∞[116k(48k+1−28k+4−18k+5−18k+6)]

计算思维：

2.1.5 汉诺塔问题

逻辑思维（2?−12n−1）：

计算思维：

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

2.1.6 天气预报

2.1.7 量化分析

2.1.8 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

2.2 计算思维与程序设计

编程是将计算思维变成现实的手段

三、计算生态与Python语言

3.1 计算生态

从开源运动说起…z

开源生态逐步建立

1991, Linus Torvalds发布了Linux内核
1998, 网景浏览器开源，产生了Mozilla

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。

没有顶层设计、以功能为单位、具备三个特点

3.2 计算生态与Python语言

以开源项目为代表的大量第三方库：Python语言提供 >13万个第三方库
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

3.3 计算生态的价值

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

3.4 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

四、用户体验与软件产品

4.1 用户体验

实现功能 -> 关注体验

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

4.2 提高用户体验的方法

4.2.1 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

4.2.2 方法2：异常处理

当获得用户输入，对合规性需要检查，需要异常处理
当读写文件时，对结果进行判断，需要异常处理
当进行输入输出时，对运算结果进行判断，需要异常处理

4.2.3 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

软件程序 -> 软件产品

用户体验是程序到产品的关键环节

五、基本的程序设计模式

5.1 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

5.2 自顶向下设计

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

5.3 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
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

5.4 配置化设计

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

5.5 应用开发的四个步骤

从应用需求到软件产品

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

六、单元小结

计算思维：抽象计算过程和自动化执行
计算生态：竞争发展、相互依存、快速更迭
用户体验：进度展示、异常处理等
IPO、自顶向下、模块化、配置化、应用开发的四个步骤