程序設(shè)計(jì)課程中學(xué)生良好編程習(xí)慣的培養(yǎng)研究

于莉莉 蘇曉光 李晶

摘要：針對普通高校程序設(shè)計(jì)課程中學(xué)生的良好編程習(xí)慣和興趣培養(yǎng)，提出了從規(guī)范性和優(yōu)化算法提高效率角度轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，讓學(xué)生認(rèn)識到程序復(fù)雜度和語法規(guī)范的重要性，從而提高學(xué)生計(jì)算思維能力，為后續(xù)課程提供更好的支撐。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；規(guī)范性；程序復(fù)雜度；算法優(yōu)化

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）17-0188-02

1 引言

隨著人工智能的興起，培養(yǎng)既有特定工程背景，又有程序設(shè)計(jì)、計(jì)算思維能力的人才，已逐漸成為各應(yīng)用領(lǐng)域的普遍需要。因此，程序設(shè)計(jì)類課程作為普通高校大一各個專業(yè)開設(shè)的通識課程顯得尤為重要，通過該課程的不同程度地提高學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，運(yùn)用計(jì)算思維理念及程序設(shè)計(jì)方法來解決生活和專業(yè)中實(shí)際問題，課程受眾廣泛。

程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中，很多教師往往注重程序的正確性，往往忽視了程序的規(guī)范性和質(zhì)量。我們的教學(xué)目標(biāo)不但要培養(yǎng)學(xué)生的編程思想和能力，更要注重規(guī)范學(xué)生良好的編程習(xí)慣，編寫出高質(zhì)量的代碼。

2 程序的規(guī)范性

規(guī)范的程序編寫可以增加可讀性，同時也便于錯誤的查找和改進(jìn)。教師在教學(xué)的初期就要嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的編程習(xí)慣，讓程序設(shè)計(jì)優(yōu)化思想貫穿整個學(xué)習(xí)過程，對今后的工作和學(xué)習(xí)是

2.1 命名的規(guī)范

讓學(xué)生建立良好的命名規(guī)范，不是符合命名規(guī)則的名字語法編譯通過即可，而是要見名思議，我么編寫的程序最終是要給別人看的，所以慎用單字符的變量名，最好用英文單詞和連字符結(jié)合的方式，增加程序的可讀性。

2.2 運(yùn)算符的規(guī)范

C語言以簡潔、靈活而著稱，但是不能一味地追求代碼的簡潔而忽視程序的可讀性及安全性，特別是自加和自減運(yùn)算符的合理使用。很多C語言考試試題追求難度，在自加、自減上大做文章，讓學(xué)生認(rèn)為C語言的學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于語法的細(xì)節(jié)，同時大量的語法細(xì)節(jié)束縛了學(xué)生的手腳，困在其中慢慢對C語言失去興趣。我們的教學(xué)目的是利用C語言解決生活和專業(yè)中的實(shí)際問題，提高學(xué)生解決問題的能力，所以在教學(xué)中不能舍本逐末。

其中sum=i+++i+++i++語句涉及++和+的結(jié)合性及優(yōu)先級別的問題，我們就應(yīng)該規(guī)范學(xué)生的編程習(xí)慣，盡量避免此類可讀性差的語句，可以添加括號的方法提高可讀性，即sum=（i++）+（i++）+（i++）。但是上面語句在確定優(yōu)先級別的情況下，不同的編譯系統(tǒng)得出的結(jié)果也不同。所以不要拿這些題目來測試學(xué)生對C語言自增運(yùn)算符的理解程度，讓學(xué)生慎用自增運(yùn)算符來達(dá)到簡化程序的目的。特別是對于剛接觸C語言的學(xué)生，對編譯器不是很了解的情況下，一旦運(yùn)行時出錯很難定位錯誤的原因而浪費(fèi)大量的時間，也不利于建立學(xué)生的編程自信。

2.3 規(guī)范程序模塊化設(shè)計(jì)思想

一般的教材結(jié)構(gòu)通常函數(shù)是在順序、選擇、循環(huán)三大結(jié)構(gòu)和數(shù)組之后的章節(jié)，但是很多軟件測試平臺都采用的是模塊化代碼進(jìn)行測試評分的，如果按照傳統(tǒng)的教材順序講授，學(xué)生很難在初期培養(yǎng)模塊化設(shè)計(jì)思想和良好的編程習(xí)慣，而且對于編程平臺的運(yùn)用也有理解障礙。所以，建議課程開始就滲透模塊化設(shè)計(jì)思想和函數(shù)概念，模塊化編程理念貫徹整個教學(xué)和實(shí)踐始終。先從無參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用再到有參數(shù)的函數(shù)設(shè)計(jì)，由淺入深循序漸進(jìn)。隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入，可以設(shè)計(jì)相對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分配小組協(xié)作完成，不同的小組負(fù)責(zé)不同的模塊，最后統(tǒng)一整合。學(xué)生工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神都得到了很大的提升。

3 注重算法和程序的優(yōu)化思想教學(xué)

求解同一個問題的算法可能有多種，進(jìn)行算法設(shè)計(jì)的優(yōu)劣往往在一定程度上體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，所以，我們要學(xué)會如何對一個算法進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化[1，2]。一個算法不一定能說它是最優(yōu)的，我們所說的最優(yōu)算法是指在某一種衡量標(biāo)準(zhǔn)下，優(yōu)于解決該問題的所有可能的算法。一般地，解決某個問題的最優(yōu)算法是指在時間復(fù)雜度的基礎(chǔ)上的最優(yōu)性，時間復(fù)雜度是指算法執(zhí)行的時間長短，通過把算法的核心操作執(zhí)行的次數(shù)作為算法的時間度量[3]。

3.1 冒泡排序法的改進(jìn)

冒泡排序算法是經(jīng)典的排序算法，C語言中利用循環(huán)嵌套來實(shí)現(xiàn)N個數(shù)的升（降）序排序。N個數(shù)要進(jìn)行N-1趟比較，第i趟中要進(jìn)行N-i次兩兩比較，如果不符合排序規(guī)律還要進(jìn)行交換。可是我們發(fā)現(xiàn)，如果給定的排序數(shù)列本身就符合排序標(biāo)準(zhǔn)了，如果進(jìn)行N-i趟比較無疑是做無用功。通過設(shè)計(jì)標(biāo)記變量（flag）的方法，若有交換flag=1，沒有交換則flag=0。通過flag的值來確定上一輪是否排序成功，提前退出循環(huán)結(jié)束排序。改進(jìn)的冒泡排序算法的程序段如下：

基本的算法的描述是教學(xué)的重點(diǎn)，但是如果僅僅讓學(xué)生掌握了算法的基本思想和熟悉代碼是不健全的，更需要樹立算法優(yōu)化思想，發(fā)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)的不足并尋找改進(jìn)措施，從而提高學(xué)生算法設(shè)計(jì)能力。

3.2 百錢買百雞的優(yōu)化算法

“百錢買百雞問題”是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中的經(jīng)典算法例題，中國古代數(shù)學(xué)家張丘建在他的《算經(jīng)》中提出了著名的：雞翁一，值錢五，雞母一，值錢三，雞雛三，值錢一，百錢買百雞，問翁、母、雛各幾何？我們通常采用窮舉法來實(shí)現(xiàn)。我們設(shè)公雞數(shù)為cock，母雞數(shù)為hen，小雞數(shù)為chicken。那么學(xué)生最容易理解的算法就是利用三重循環(huán)，公雞從1至100，母雞從1至100，小雞從1至100，來逐一測試每一種方案的可能。這種算法重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體的次數(shù)為100*100*100（106），時間復(fù)雜度非常之高。

讓學(xué)生思考如何優(yōu)化算法，即排除不合理不可能的方案。學(xué)生會發(fā)現(xiàn)100文錢，最多能買20只公雞，最多能買33只母雞，如果都買小雞由于受只數(shù)的限制也只能買100只且錢有剩余，三重循環(huán)只需對公雞和母雞可能的枚舉范圍進(jìn)行修改。即公雞的取值范圍1～19，因?yàn)楫?dāng)公雞為20時，100文錢正好買20只雞與題意不符。同理，母雞的取值范圍為1～33，小雞的價(jià)格是1/3文，那么小雞的只數(shù)就一定是3的倍數(shù)才合理。這樣三重循環(huán)的范圍縮小為1～19，1～33，1～33。循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為19*33*33=20691次，通過分析大大降低了算法的復(fù)雜度。

我們分析發(fā)現(xiàn)，算法的復(fù)雜度的決定因素是循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)，那么是否可以從簡化循環(huán)的重度來降低算法的復(fù)雜度呢？答案是肯定的?？梢酝ㄟ^題目中隱含的條件，當(dāng)公雞和母雞只數(shù)確定的情況下（循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為19*33），小雞的只數(shù)即為100-cock-hen ，同理也可以變化為母雞和小雞確定（循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為33*33）或公雞和小雞只數(shù)確定（循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為19*33）。這樣三重循環(huán)可以簡化為二重循環(huán)，其中最優(yōu)的算法是第一種公雞和母雞只數(shù)確定的方案，循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為19*33=627，算法復(fù)雜度大大降低。

循環(huán)次數(shù)為4次，正好是最終的4種方案。

從上面最初的算法語句的執(zhí)行頻率為106到最后的4，可以看出算法的優(yōu)化對時間復(fù)雜度的影響可見一斑。所以要引導(dǎo)學(xué)生不斷優(yōu)化算法，不能只局限于算法的正確性，更要注重算法的效率。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是普通高校的通識課程，該課程旨在提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，我們在教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣，在講授知識的同時更要注重計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生開闊思維、不斷的優(yōu)化算法，培養(yǎng)編程自信和興趣，為課程的開展打下良好的基礎(chǔ)。