如何像计算机科学家一样思考.pdf

《如何像计算机科学家一样思考》一书，由Allen B. Downey编写，中文版由朱珠（Aaron）翻译，旨在引导读者理解计算机科学家的思维方式，掌握编程的基本原理和技术。本书覆盖了从编程语言、程序设计到面向对象编程、数据结构等计算机科学的核心概念，适合初学者和希望深化对计算机科学理解的读者。 ### 第1章：编程方法论 #### 1.1 什么是编程语言？ 编程语言是人与计算机交流的媒介，它定义了一组规则，使得人类可以将解决问题的步骤转换成计算机能够理解和执行的指令集。编程语言有多种形式，如过程式、函数式、面向对象等，每种风格都有其适用场景和优势。 #### 1.2 什么是程序？ 程序是由一系列指令组成的，这些指令被组织起来以解决特定问题或完成特定任务。程序通常包含数据处理、逻辑判断和控制流等元素，通过编程语言编写并由计算机执行。 #### 1.3 什么是程序调试？ 程序调试是指识别和修复程序中的错误或缺陷的过程。这包括定位bug（错误）、理解错误发生的原因，并修改代码以确保程序按预期运行。调试是编程过程中不可或缺的一部分，有助于提高软件的质量和可靠性。 #### 1.4 形式语言和自然语言 形式语言，如编程语言，具有严格的语法和语义规则，用于计算机处理。自然语言则是人类日常交流使用的语言，如汉语、英语等，其语法和语义较为灵活，容易产生歧义。了解两者的区别有助于程序员更准确地表达意图，避免逻辑错误。 #### 1.5 第一个程序 大多数编程教程都会从“Hello, World!”程序开始，这是一个简单的示例，用于演示如何在特定编程环境中输出文本。这个练习不仅帮助新手熟悉编程环境，还提供了对编程基本概念的初步理解。 #### 1.6 术语表 术语表是书中解释专业术语的地方，对于初学者来说非常重要。通过学习术语表，可以快速理解书中提到的专业词汇，加深对计算机科学领域的认识。 ### 第2章：变量和型别 #### 2.1 关于打印的更多内容 打印功能是编程中最常见的操作之一，用于显示数据或调试信息。了解不同编程语言中打印命令的使用，可以帮助开发者更好地监控程序运行状态。 #### 2.2 变量 变量是编程中存储数据的容器，具有名称和值。它们可以用来保存不同类型的数据，如数字、字符串或复杂的数据结构。变量的声明和使用是编程的基础。 #### 2.3 赋值 赋值是指将一个值分配给变量的过程。赋值操作通常使用赋值运算符，如等于号“=”，将右侧的值赋给左侧的变量。 #### 2.4 打印变量 在程序中，可以通过打印函数输出变量的当前值，这对于调试和展示程序运行结果非常有用。 #### 2.5 Java关键字 Java关键字是编程语言中具有特殊意义的词，不能用作变量名或常量名。理解Java关键字的含义和用途对于编写有效的Java程序至关重要。 #### 2.6 运算符 运算符是用于执行特定操作的符号，如加号“+”用于加法，星号“*”用于乘法。了解运算符的优先级和结合性有助于编写正确的算术表达式。 #### 2.7 字符串运算符 字符串运算符用于处理字符串数据，常见的如连接运算符“+”，可以将两个字符串连接在一起形成一个新的字符串。 #### 2.8 复合 复合是指在一个语句中组合多个操作，如同时进行变量声明和赋值。复合语句可以使代码更简洁，但也可能增加代码的复杂度。 ### 第3章：方法 #### 3.1 浮点数 浮点数是一种数值类型，用于表示实数，包括小数和指数形式的数。在计算机中，浮点数的表示方式遵循IEEE 754标准。 #### 3.2 浮点数转换为整数 将浮点数转换为整数时，通常会丢弃小数部分，这种操作称为截断。也可以使用四舍五入等其他策略进行转换。 #### 3.3 数学方法 数学方法是指执行数学运算的函数，如求平方根、正弦或余弦等。Java中的Math类提供了一系列数学方法供开发者使用。 #### 3.4 复合 复合在此章节中指的是方法调用和局部变量的组合使用，使得代码结构更加清晰和模块化。 #### 3.5 新增方法 新增方法意味着在现有类中添加新的函数，以扩展类的功能。这是面向对象编程中封装和抽象的重要体现。 #### 3.6 类和方法 类是面向对象编程的基本单元，用于定义对象的属性和行为。方法是类中的函数，用于实现特定功能。 #### 3.7 多方法程序 多方法程序是指包含多个函数的程序，每个函数负责处理特定任务。这种方法可以提高代码的可读性和可维护性。 #### 3.8 形参和实参 形参是在方法定义中声明的参数，而实参是在调用方法时传递的实际值。正确理解和使用形参和实参是编程中的基本技能。 #### 3.9 堆栈图 堆栈图是用于表示程序执行状态的图形工具，展示了函数调用时的局部变量和参数值。它有助于理解程序的执行流程和内存使用情况。 #### 3.10 多参数方法 多参数方法是指接受多个参数的函数。参数之间可以使用逗号分隔，以便函数可以接收不同类型和数量的输入。 #### 3.11 带返回结果的方法 带返回结果的方法是指那些执行完后会返回一个值的函数。返回值可以是任何类型，包括基本类型和复杂的数据结构。 #### 3.12 术语表 术语表列出了章节中出现的专业词汇及其定义，帮助读者理解并掌握相关概念。 ### 第4章：条件语句和递归 #### 4.1 取模运算符 取模运算符（%）用于计算除法的余数，常用于循环和判断是否能被某个数整除的场景。 #### 4.2 条件执行 条件执行是指根据条件的真假来决定程序的执行路径。条件语句如if语句允许程序在不同的条件下执行不同的代码块。 #### 4.3 选择执行 选择执行是指根据多个条件选择一个代码块执行。这通常通过if-else-if结构或switch语句实现。 #### 4.4 链式条件 链式条件是指一系列条件语句依次检查，直到找到匹配的条件为止。这在处理复杂逻辑判断时非常有用。 #### 4.5 嵌套条件 嵌套条件是指在一个条件语句中包含另一个条件语句。这种结构可以用于实现更复杂的逻辑判断。 #### 4.6 返回语句 返回语句用于从方法中退出并返回到调用位置，同时可以返回一个值。它是控制方法执行流程的关键。 #### 4.7 型别转换 型别转换是指将一种数据类型转换为另一种数据类型的过程。这在处理不同类型数据之间的运算时经常需要用到。 #### 4.8 递归 递归是一种编程技术，指函数调用自身来解决问题。递归通常用于解决可以分解为相同子问题的问题，如阶乘计算或树遍历。 #### 4.9 递归方法的堆栈图 递归方法的堆栈图展示了递归调用过程中函数调用和局部变量的状态。它有助于理解和调试递归算法。 #### 4.10 约俗和法则 约俗和法则是编程中的一系列指导原则，用于规范代码风格和提高代码质量。遵循这些原则可以增强代码的可读性和可维护性。 #### 4.11 术语表 术语表列出了章节中涉及的专业词汇，包括条件语句、型别转换、递归等概念的定义，有助于读者深入理解这些关键概念。 以上章节概述了计算机科学中的基础概念和技术，包括编程语言、程序设计、变量、方法、条件语句和递归等内容。通过学习这些知识点，读者可以逐步建立起计算机科学家的思维方式，掌握编程的基本技巧，为进一步深入学习计算机科学领域打下坚实的基础。