知识点整理

计算机的概念

计算机的定义：计算机是根据指令操作数据的设备。

计算机的两个基本特性：

功能性：计算机硬件所依赖的集成电路规模按照摩尔定律以指数方式增长，计算机运行速度也接近几何级数快速增加，计算机所能高效支撑的功能不断丰富发展。
可编程性：表达计算机可编程性的程序设计语言也在经历从机器语言、汇编语言到高级语言的发展过程，并逐步朝着更接近自然语言的方向发展。

计算机技术发展的时代性总结为如下四个阶段：

第一阶段：1946年到1981年，“计算机系统结构阶段”，围绕计算机系统结构设计开展，1946年，以全球首台数字计算机ENIAC诞生为标志，该阶段计算需求催生出执行高效的C语言（1972）。
第二阶段：1982年到2007年，“计算机网络和视窗阶段”。1982年，以全球子网间组网的TCP/IP网络协议的标准化为标志，互联网时代到来。网络将不同类型系统互联互通，催生了在多种操作系统上执行同一程序需求，Java语言诞生（1975），Windows操作系统催生了Visual Basic（1991）等视窗编程语言。
第三阶段：2008年至2017年，“复杂信息系统阶段”。以安卓开源移动操作系统的发布为起点，一批新的计算机概念和技术同时提出并推动了计算技术的升级：移动互联网、多核众核、云计算、可信计算、大数据、物联网、互联网+等。Python语言成为这个阶段计算机系统的主流编程语言。
第四阶段：约20年后未来的某个时期开始，“人工智能阶段”。随着深度学习、开源硬件、智能机器人、在线搜索引擎、量子计算等技术的发展，未来某个时期将会出现人工功能主导计算的技术阶段。

程序设计语言

程序设计语言的执行方式包括：编译执行和解释执行。

程序设计语言是计算机能够理解和识别用户操作意图的一种交互体系，它按照特定规则组织计算机指令，使计算机能够自动进行各种运算处理。按照程序设计语言规则组织起来的一组计算机指令称为计算机程序。程序设计语言也叫编程语言，包含如下三类：机器语言、汇编语言和高级语言。

编译和解释的区别：编译是一次性的翻译，一旦程序被编译，不再需要编译程序或源代码。解释则在每次程序运行时都需要解释器和源代码。
编译方式的优点：对于相同功能的源代码，编译所产生的目标代码执行速度更快。目标代码不需要编译器就可以运行，使用更加灵活。
解释方式的优点：解释执行需要保留源代码，程序纠错和维护方便。只要存在解释器，源代码可以在任何操作系统上运行，可移植性好。

Python 语言概述

Python语言是一个语法简洁、跨平台、可扩展的开源通用脚本语言。

Python是一门被广泛使用的高级通用脚本编程语言，一些重要特点如下：

语法简洁。实现相同功能，Python语言的代码行数仅相当于其他语言的1/10~1/5。
与平台无关。作为脚本语言，用该语言编写的程序可以不经修改地实现跨平台运行。
粘性扩展。Python可以集成C、C++、Java等语言编写的代码，通过接口和函数库的方式将它们“粘起来”。
开源理念。Python语言开源的解释器和函数库对程序员具有强大的吸引力，故有较高的群众基础。
通用灵活。作为一个通用编程语言，可用于编写各领域的应用程序，这为该语法提供了广阔的应用空间，可用于科学计算、数据处理、人工智能、机器人等领域。
强制可读。Python语言通过强制缩进（类似段落的首行缩进）来体现语句间的逻辑关系，显著提高了程序的可读性，进而增加了Python程序的可维护性。
支持中文。Python3.x解释器采用UTF-8编码表达所有字符信息，处理中文时更加灵活。
模式多样。尽管Python3.x解释器内部采用面向对象方式实现，但Python语法层面却同时支持面向对象和面向过程两种编程方式。
类库丰富。Python解释器提供了几百个内置类和函数库，此外，世界各地程序员通过开源社区贡献了十几万个第三方函数库，几乎覆盖了计算机技术的各个领域，编写Python程序可以大量利用已有的内置或第三方代码，具备良好的编程生态。

Python 语言开发环境配置

运行Python程序有两种方式：文件式和交互式。

程序的基本编写方法

每个程序都有统一的运算模式，即输入数据、处理数据和输出数据，这种朴素运算模式形成了程序的基本编写方法，即IPO方法（Input、Process、Output）。

输入是一个程序的开始。程序要处理的数据有多种来源，因此形成了多种输入方式。包括文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、随机数据输入、内部参数输入等。

文件输入：将文件作为程序输入来源。获得文件控制权后，根据文件格式解析内部具体数据。
网络输入：将互联网上的数据作为输入来源。使用网络数据需要明确网络协议和网络接口。
控制台输入：将程序使用者输入的信息作为输入来源。
交互界面输入：通过提供一个图形交互界面从用户处获得输入来源，鼠标事件、文本框等…
随机数据输入：将随机数作为程序输入，需要使用特定的随机数生成器程序。
内部参数输入：以程序内部定义的初始化变量为输入，尽管程序看似没有从外部获得输入，但程序执行之前的初始化过程为程序赋予了执行所需的数据。

处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程。计算问题的处理方法统称为“算法”，它是程序最重要的组成部分。

输出是展示运算成果的方式。程序的输出方式包括控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等。

控制台输出：以计算机屏幕为输出目标，通过程序运行环境中的命令行打印输出结果。
图形输出：在计算机中启动独立的图形输出窗口。
文件输出：以生成新的文件或修改已有文件方式输出运行结果，这是程序常用的输出方式。
网络输出：以访问网络接口方式输出数据。
操作系统内部变量输出：指程序将运行结果输出到系统内部变量中，这些变量包括管道、线程、信号量等。

练习题

简答题

人类为何需要计算？

人类在认识自然的过程中，为了认识自然现象、分析自然规律，需要进行量化计算。人类社会对有限资源的分配、对人类活动的有效管理，需要进行优化计算。人类探索思维空间的数学、逻辑和哲学问题，需要推理演算。

计算机一定是电子的？

判断一个计算设备是否属于计算机并不靠其制造材质，计算机不一定是电子的。例如，计算机前沿领域的光计算机、量子计算机、超导计算机、生物计算机等新形态计算机都不是建立在电子学基础上，但都表达了计算机的概念。

你认为学习计算机编程的原因是什么？

编程能够训练思维。编程体现了一种抽象交互关系、形式化方法执行的思维模式，称为“计算思维”，是区别于逻辑思维和实证思维的第三种思维模式。
编程是一个求解问题的过程，首先需要分析问题，抽象内容之间的交互关系，设计利用计算机求解问题的确定性方法，进而通过编写和调试代码解决问题，这是从抽象到解决问题的完整过程。
编程能够增进认识。编写程序不单是求解计算题，它要求作者不仅要思考解决问题的方法，更要思考如何让程序有更好的用户体验、更高的执行效率和更有趣的展示效果，能够帮助程序作者加深对用户行为以及社会和文化的认识。
编程能够带来乐趣。编程能够提供展示自己思想和能力的舞台，将所思所想变为现实。
编程能够提高效率。掌握一些编程技术能够提高工作、生活和学习效率。
编程带来就业机会。程序员是信息时代最重要的工作岗位之一，国内外对程序员的缺口都在百万级及以上规模，就业前景广阔。