算法的概念教案
1,1,1算法的概念
一、教学目标:
1、知识与技能:(1)了解算法的含义,体会算法的思想。(2)能够用自然语言叙述算法。
)会写出解线性方程(组)的算法。(5)会写出一(3)掌握正确的算法应满足的要求。(4
个求有限整数序列中的最大值的算法。(6)会应用Scilab求解方程组。 2、过程与
方法
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:通过求解二元一次方程组,体会解方程的一般性步骤,从而得到一个解二元一次方程组的步骤,这些步骤就是算法,不同的问题有不同的算法。由于思考问题的角度不同,同一个问题也可能有多个算法,能模仿求解二元一次方程组的步骤,写出一个求有限整数序列中的最大值的算法。
3、情感态度与价值观:通过本节的学习,使我们对计算机的算法语言有一个基本的了解,明确算法的要求,认识到计算机是人类征服自然的一各有力工具,进一步提高探索、认识世界的能力。
二、重点与难点:
重点:算法的含义、解二元一次方程组和判断一个数为质数的算法设计。
难点:把自然语言转化为算法语言。
三、学法与教学用具:
学法:1、写出的算法,必须能解决一类问题(如:判断一个整数n(n>1)是否为质数;求任意一个方程的近似解;„„),并且能够重复使用。
2、要使算法尽量简单、步骤尽量少。
3、要保证算法正确,且计算机能够执行,如:让计算机计算1×2×3×4×5是可以做到的,但让计算机去执行“倒一杯水”“替我理发”等则是做不到的。
教学用具:电脑,计算器,图形计算器
四、教学设想:
1、 创设情境:
算法作为一个名词,在中学教科书中并没有出现过,我们在基础教育阶段还没有接触算法概念。但是我们却从
小学
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就开始接触算法,熟悉许多问题的算法。如,做四则运算要先乘除后加减,从里往外脱括弧,竖式笔算等都是算法,至于乘法口诀、珠算口诀更是算法的具体体现。我们知道解一元二次方程的算法,求解一元一次不等式、一元二次不等式的算法,解线性方程组的算法,求两个数的最大公因数的算法等。因此,算法其实是重要的数学对象。 2、 探索研究
算法(algorithm)一词源于算术(algorism),即算术方法,是指一个由已知推求未知的运算过程。后来,人们把它推广到一般,把进行某一工作的方法和步骤称为算法。
广义地说,算法就是做某一件事的步骤或程序。菜谱是做菜肴的算法,洗衣机的使用说明书是操作洗衣机的算法,歌谱是一首歌曲的算法。在数学中,主要研究计算机能实现的算法,即按照某种机械程序步骤一定可以得到结果的解决问题的程序。比如解方程的算法、函数求值的算法、作图的算法,等等。
3、 例题
分析
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:
1例1 任意给定一个大于1的整数n,试设计一个程序或步骤对n是否为质数做出判定。
算法分析:根据质数的定义,很容易设计出下面的步骤:
第一步:判断n是否等于2,若n=2,则n是质数;若n>2,则执行第二步。
第二步:依次从2至(n-1)检验是不是n的因数,即整除n的数,若有这样的数,则n不是质数;若没有这样的数,则n是质数。
这是判断一个大于1的整数n是否为质数的最基本算法。
2例2 用二分法设计一个求议程x–2=0的近似根的算法。
算法分析:回顾二分法解方程的过程,并假设所求近似根与准确解的差的绝对值不超过0.005,则不难设计出以下步骤:
2第一步:令f(x)=x–2。因为f(1)<0,f(2)>0,所以设x=1,x=2。 12
第二步:令m=(x+x)/2,判断f(m)是否为0,若则,则m为所长;若否,则继续判断12
f(x)?f(m)大于0还是小于0。 1
第三步:若f(x)?f(m)>0,则令x=m;否则,令x=m。 112
第四步:判断|x–x|<0.005是否成立,若是,则x、x之间的任意取值均为满足条件的近1212
似根;若否,则返回第二步。
小结:算法具有以下特性:(1)有穷性;(2)确定性;(3)顺序性;(4)不惟一性;(5)普遍性
典例剖析:
1、基本概念题
x-2y=-1,?
例3 写出解二元一次方程组 的算法
2x+y=1?
解:第一步,?-?×2得5y=3;?
第二步,解?得y=3/5;
第三步,将y=3/5代入?,得x=1/5
学生做一做:对于一般的二元一次方程组来说,上述步骤应该怎样进一步完善,
老师评一评:本题的算法是由加减消元法求解的,这个算法也适合一般的二元一次方
Ax,By,C,0,111(AB,BA,0)程组的解法。下面写出求方程组的解的算法: ,1212Ax,By,C,0222,第一步:?×A-?×A,得(AB-AB)y+AC-AC=0;? 1212211221
AC,AC2122y,第二步:解?,得; AB,ABAC,AC,BC,BC122121222112y,x,第三步:将代入?,得。 AB,ABAB,AB12211221此时我们得到了二元一次方程组的求解公式,利用此公司可得到倒2的另一个算法:
第一步:取A=1,B=-2,C=1,A=2,B=1,C=-1; 111222
AC,AC,BC,BC21122122y,x,第二步:计算与 AB,ABAB,AB12211221第三步:输出运算结果。
可见利用上述算法,更加有利于上机执行与操作。
基础知识应用题
例4 写出一个求有限整数列中的最大值的算法。 解:算法如下。
S1 先假定序列中的第一个整数为“最大值”。
S2 将序列中的下一个整数值与“最大值”比较,如果它大于此“最大值”,这时你
就假定“最大值”是这个整数。
S3 如果序列中还有其他整数,重复S2。
S4 在序列中一直到没有可比的数为止,这时假定的“最大值”就是这个序列中的
最大值。
学生做一做 写出对任意3个整数a,b,c求出最大值的算法。
老师评一评 在例2中我们是用自然语言来描述算法的,下面我们用数学语言来描述
本题的算法。
S1 max=a
S2 如果b>max, 则max=b.
S3 如果C>max, 则max=c.
S4 max就是a,b,c中的最大值。
综合应用题
例5 写出求1+2+3+4+5+6的一个算法。
n(n,1)分析:可以按逐一相加的程序进行,也可以利用公式1+2+„+n=进行,也可以2
根据加法运算律简化运算过程。
解:算法1:
S1:计算1+2得到3;
S2:将第一步中的运算结果3与3相加得到6; S3:将第二步中的运算结果6与4相加得到10; S4:将第三步中的运算结果10与5相加得到15; S5:将第四步中的运算结果15与6相加得到21。 算法2:
S1:取n=6;
n(n,1)S2:计算; 2
S3:输出运算结果。
算法3:
S1:将原式变形为(1+6)+(2+5)+(3+4)=3×7; S2:计算3×7;
S3:输出运算结果。
小结:算法1是最原始的方法,最为繁琐,步骤较多,当加数较大时,比如1+2+3+„+10000,再用这种方法是行不通的;算法2与算法3都是比较简单的算法,但比较而言,算法2最为简单,且易于在计算机上执行操作。
学生做一做 求1×3×5×7×9×11的值,写出其算法。
老师评一评 算法1;第一步,先求1×3,得到结果3;
第二步,将第一步所得结果3再乘以5,得到结果15;
第三步,再将15乘以7,得到结果105;
第四步,再将105乘以9,得到945;
第五步,再将945乘以11,得到10395,即是最后结果。
算法2:用P
表
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示被乘数,i表示乘数。
S1 使P=1。
S2 使i=3
S3 使P=P×i
S4 使i=i+2
S5 若i?11,则返回到S3继续执行;否则算法结束。
小结 由于计算机动是高速计算的自动机器,实现循环的语句。因此,上述算法2不仅是正确的,而且是在计算机上能够实现的较好的算法。在上面的算法中,S3,S4,S5构成一个完整的循环,这里需要说明的是,每经过一次循环之后,变量P、i的值都发生了变化,并且生循环一次之后都要在步骤S5对i的值进行检验,一旦发现i的值大于11时,立即停止循环,同时输出最后一个P的值,对于循环结构的详细情况,我们将在以后的学习中介绍。 4、课堂小结
本节课主要讲了算法的概念,算法就是解决问题的步骤,平时列论我们做什么事都离不开算法,算法的描述可以用自然语言,也可以用数学语言。
例如,某同学要在下午到体育馆参加比赛,比赛下午2时开始,请写出该同学从家里发到比赛地的算法。
若用自然语言来描述可写为
(1)1:00从家出发到公共汽车站
(2)1:10上公共汽车
(3)1:40到达体育馆
(4)1:45做准备活动。
(5)2:00比赛开始。
若用数学语言来描述可写为:
S1 1:00从家出发到公共汽车站
S2 1:10上公共汽车
S3 1:40到达体育馆
S4 1:45做准备活动
S5 2:00比赛开始
大家从中要以看出,实际上两种写法无本质区别,但我们在书写时应尽量用教学语言来
描述,它的优越性在以后的学习中我们会体会到。 5、自我评价
21、写出解一元二次方程ax+bx+c=0(a?0)的一个算法。
2、写出求1至1000的正数中的3倍数的一个算法(打印结果) 6、评价
标准
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1、解:算法如下
2S1 计算?=b-4ac
S2 如果?〈0,则方程无解;否则x1=
S3 输出计算结果x1,x2或无解信息。
2、解:算法如下:
S1 使i=1
S2 i被3除,得余数r
S3 如果r=0,则打印i,否则不打印
S4 使i=i+1
S5 若i?1000,则返回到S2继续执行,否则算法结束。
27、作业:1、写出解不等式x-2x-3<0的一个算法。
2解:第一步:x-2x-3=0的两根是x=3,x=-1。 12
2第二步:由x-2x-3<0可知不等式的解集为{x | -1
0的不等式的解的步骤(为方
便,我们设a>0)如下:
2b,4ac第一步:计算?= ; 2bb4ac,,,x第二步:若?>0,示出方程两根,(设x>x),则不等式解集为121,22a{x | x>x或x
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