代码、课程、教学的一些思考-2024

zhangrelay

发布于 2024-05-25 18:35:51

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发布于 2024-05-25 18:35:51

文章被收录于专栏：机器人课程与技术

1 代码、算法、艺术品

1.1 代码

最典型的C++代码示例。

以下是一个简单的C++代码示例，它打印出“Hello, World!”：

#include <iostream>  
  
int main() {  
  std::cout << "Hello, World!";  
  return 0;  
}

这段代码定义了一个程序，该程序包含一个名为main的函数。这个函数执行一个简单的输出操作，向标准输出流（通常是控制台）打印一条消息“Hello, World!”。最后，main函数返回0，表示程序成功结束。

不需要其他学科知识融合

1.2 算法

最典型的C++算法示例。

以下是一个典型的C++算法示例，它使用冒泡排序算法对一个整数数组进行排序：

#include <iostream>  
  
void bubbleSort(int arr[], int n) {  
  for (int i = 0; i < n - 1; i++) {  
    for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {  
      if (arr[j] > arr[j + 1]) {  
        // 交换 arr[j] 和 arr[j + 1]  
        int temp = arr[j];  
        arr[j] = arr[j + 1];  
        arr[j + 1] = temp;  
      }  
    }  
  }  
}  
  
int main() {  
  int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};  
  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  
  bubbleSort(arr, n);  
  std::cout << "Sorted array: \n";  
  for (int i = 0; i < n; i++) {  
    std::cout << arr[i] << " ";  
  }  
  return 0;  
}

这段代码定义了一个名为bubbleSort的函数，该函数使用冒泡排序算法对一个整数数组进行排序。在主函数中，我们定义了一个整数数组，并调用bubbleSort函数对其进行排序。最后，我们输出排序后的数组。

此节的代码，不仅要掌握C++编程基本要点，还需要数学知识。

继续分析如上代码，冒泡排序的时间复杂度是O(n^2)，其中n是数组的长度。这意味着对于较大的数组，冒泡排序可能需要相当长的时间才能完成。在这个示例中，如果数组中有n个元素，则bubbleSort函数需要进行n*(n-1)/2次比较和交换操作，因此时间复杂度为O(n^2)。

1.3 艺术品

如果希望优化冒泡排序算法以降低时间复杂度，可以考虑使用更高效的排序算法，例如快速排序、归并排序或堆排序。这些算法的时间复杂度通常比O(n^2)更低。

然而，需要注意的是，这些算法的平均时间复杂度比O(n^2)低，但在最坏情况下，它们的复杂度可能会达到O(n^2)。因此，选择哪种排序算法取决于你的具体需求和数据的特性。

此外，对于小型数组，冒泡排序可能是最快的方法之一，因为它具有较低的常数因子。如果你只处理小型数组，那么冒泡排序可能是最有效的选择。

以下是一个使用快速排序算法的示例代码：

#include <iostream>  
  
void quickSort(int arr[], int left, int right) {  
  if (left < right) {  
    int pivot = arr[left];  
    int i = left;  
    int j = right;  
    while (i < j) {  
      while (i < j && arr[j] >= pivot) {  
        j--;  
      }  
      arr[i] = arr[j];  
      while (i < j && arr[i] <= pivot) {  
        i++;  
      }  
      arr[j] = arr[i];  
    }  
    arr[i] = pivot;  
    quickSort(arr, left, i - 1);  
    quickSort(arr, i + 1, right);  
  }  
}  
  
int main() {  
  int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};  
  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  
  quickSort(arr, 0, n - 1);  
  std::cout << "Sorted array: \n";  
  for (int i = 0; i < n; i++) {  
    std::cout << arr[i] << " ";  
  }  
  return 0;  
}

这个示例代码使用快速排序算法对数组进行排序。快速排序是一种分而治之的算法，它将数组分成两个子数组，然后递归地对子数组进行排序。快速排序的平均时间复杂度为O(n log n)，比冒泡排序更高效。

这就不仅需要理工科知识点，好需要运筹学、哲学等思考。

快速排序的哲学思想是分而治之，即将一个大问题划分为若干个相同类型的小问题，然后逐步求解。具体来说，快速排序采用一趟扫描，将待排序列分成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另一部分的所有数据要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

快速排序的思想可以追溯到C. A. R. Hoare在1962年提出的quicksort算法，它是冒泡排序的一种改进。快速排序的平均时间复杂度为O(n log n)，比冒泡排序更高效。快速排序的最好情况、最坏情况和平均情况时间复杂度均为O(n log n)。

在具体实现上，快速排序可以通过选取基准元素来划分数组，常用的选择包括第一个元素、最后一个元素和中间元素等。交换过程中可以采用特殊的值作为交换的依据，如选取一个片段的第一个或者最后一个元素等。

总之，快速排序是一种非常高效的排序算法，它的思想可以应用于解决各种问题，包括数据的排序、搜索、机器学习、数据挖掘等领域。

思考：

算法优化：通过优化算法，可以提高程序的执行效率，减少计算资源的使用，从而更好地满足实际需求。这可以引导学生认识到优化算法的重要性，培养他们的计算思维和解决问题的能力。
时间复杂度：在算法中，时间复杂度是一个重要的概念，它可以帮助我们评估算法的效率。通过比较不同算法的时间复杂度，可以让学生了解算法的优劣，培养他们的比较思维和批判性思维。
递归思想：快速排序算法采用了递归的思想，通过将问题分解为小问题来解决问题。这可以引导学生认识到递归思想的重要性，培养他们的逻辑思维和抽象思维。
创新精神：快速排序算法是一种创新的算法，它的提出是算法发展的重要里程碑。通过介绍快速排序算法的发展历程，可以激发学生的创新精神，培养他们的探索精神和求知欲。
团队合作：在课程思政中，团队合作是一个重要的价值观。通过引导学生一起解决问题，可以培养他们的团队合作意识和协作精神，让他们更好地适应未来的社会需求。

2 课程

什么样的课程具有旺盛的生命力？

个人的体会是课程深度融入文化，有如下四点：

关注学生“整体性”和“全面性”的发展
回归学生的日常生活世界
实现个性化特色鲜明的知识重构
融入潮流文化扩展课程理念落地

课程重中之重也必然包括所承担的社会责任。

结合以上编程案例，我们可以从以下几个方面来关注学生“整体性”和“全面性”的发展、回归学生的日常生活世界、实现个性化特色鲜明的知识重构，以及融入潮流文化扩展课程理念落地。

一、关注学生“整体性”和“全面性”的发展

在编程案例中，我们不仅关注学生的编程技能，还注重培养学生的计算思维、逻辑思维和批判性思维等思维能力。同时，我们还关注学生的情感、态度和价值观等方面的培养，力求实现学生的全面发展。通过引导学生解决实际问题，培养学生的问题解决能力和创新精神，以及激发学生的学习热情和求知欲。

二、回归学生的日常生活世界

在编程案例中，我们注重将知识与学生的日常生活世界相结合，引导学生将所学知识应用到实际生活中。例如，通过引导学生解决生活中的排序问题，让学生感受到排序算法的实际应用价值。这种教学方式可以增强学生的学习动力和自信心，提高学生的学习兴趣和参与度。

三、实现个性化特色鲜明的知识重构

在编程案例中，我们鼓励学生根据自己的兴趣和特长进行个性化的知识重构。例如，学生可以根据自己的喜好选择不同的排序算法进行比较和研究，或者将排序算法应用到自己的项目中。这种教学方式可以培养学生的自主学习能力和创造力，帮助学生形成自己的知识体系和特色。

云课五分钟-02第一个代码复现-终端甜甜圈C++

四、融入潮流文化扩展课程理念落地

在编程案例中，我们可以融入一些潮流文化元素，例如流行的游戏、社交媒体等，让学生感受到技术与文化的融合。同时，我们可以通过引导学生参与开源项目、组织编程竞赛等方式，扩展课程理念落地，让学生在实际项目中锻炼自己的技能和团队协作能力。这种教学方式可以增强学生的社会责任感和职业素养，为学生未来的职业发展打下坚实的基础。

云课五分钟-03第一个开源游戏复现-贪吃蛇