学期2024-2025-1 学号20241306 《计算机基础与程序设计》第5周学习总结

作业信息

教材学习内容总结

一.Pep/9虚拟机：
1.内存单元‌：由65536字节的存储空间构成，地址范围为-7FFF到7FFF（十六进制表示），相当于十进制数的-32768到327671。
‌2.字长‌：Pep/9的字长可以是2字节（16位）。
‌3.指令格式‌：一条指令由两部分组成，一是指令说明符（8位），二是（可选的）操作数说明符（16位）。
‌4.寄存器‌：拥有多个寄存器，重点研究的有程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）和累加器（A），这些寄存器分别用于存储下一条指令的地址、当前正在执行的指令副本以及数据和运算结果。
二.机器语言与汇编语言
1.机器语言‌：
‌定义‌：机器语言是由0和1按一定规则排列组成的指令集，能被计算机硬件直接识别和执行。
‌特点‌：执行效率高，速度快，但可读性差，编程繁杂，且只适用于特定类型的计算机。
2‌.汇编语言‌：
‌定义‌：汇编语言用助记符、地址符号或标号代替机器语言的二进制码，是一种面向机器的低级语言。
‌特点‌：可读性较机器语言强，执行速度快，能直接对硬件实施控制。但编程效率不高，且为特定计算机设计，不同平台之间不可直接移植。
‌翻译‌：汇编语言编写的程序需要由汇编程序翻译成机器语言后才能被执行。
三.算法与伪代码
1.算法定义‌：
算法是一系列解决问题的清晰指令，能够对规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出‌。
算法是解决问题的方法或过程，必须描述为一个有限步骤序列，并在有限时间内结束‌。
2‌.伪代码‌：
伪代码是一种介于真正的程序代码和非形式化描述之间的形式，使用结构化格式和特定词汇，易于人类理解‌3。
伪代码不是真正的计算机代码，不用于被计算机执行，而是用于描述算法的逻辑和步骤‌。
3‌.算法与伪代码的关系‌：
算法可以用伪代码来表示，伪代码帮助人们理解算法的逻辑和步骤，而不涉及具体的编程语言实现细节‌。
四.测试：黑盒，白盒
软件测试中，黑盒测试与白盒测试是两种重要的测试方法。
‌1.黑盒测试‌：又称为功能测试，主要检测软件的每一个功能是否能够正常使用。测试时，将程序视为一个不可打开的黑盒子，不考虑其内部结构和特性，仅通过程序接口进行测试。黑盒测试注重于测试软件的功能性需求，检查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用。其优点是与软件具体实现无关，测试用例可在软件实现过程中设计，有助于压缩项目总开发时间‌。
‌2.白盒测试‌：基于软件内部结构的一种测试方法，主要针对代码和程序逻辑进行测试。目的是发现代码中的隐藏错误，如逻辑错误、边界条件错误等，并保证每个逻辑分支正确执行。白盒测试需要测试工程师具备深厚的软件开发功底，精通相应的开发语言‌

教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：Pep/9虚拟机有哪些应用场景？
• 问题1解决方案：
  教学目的‌：作为一种虚拟机，Pep/9在计算机科学教育中被广泛用于教学目的，帮助学生理解计算机系统的运作原理，包括硬件和操作系统的模拟。
  ‌算法与程序设计学习‌：通过Pep/9虚拟机，学生可以学习汇编语言编程，理解机器语言指令的执行过程，以及算法在底层硬件上的实现方式。
  ‌模拟与测试‌：Pep/9虚拟机可用于模拟特定计算机系统的行为，便于开发者在无需实际硬件的情况下进行测试和调试。
• 问题2：高级语言是如何转化为机器语言的？
• 问题2解决方案：
  编译‌：编译是将整个高级语言编写的源程序先翻译成机器语言程序，再生成可在操作系统下直接运行的执行程序（目标程序）。编译过程包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等阶段。编译后的程序执行效率高，因为整个程序在执行前已经被完全翻译和优化。
  ‌解释‌：解释是逐句解释执行源程序，即解释一句执行一句，不产生目标文件。解释器读取高级语言源代码，逐句将其转换成机器语言并执行。解释方式灵活，便于调试和修改程序，但执行效率相对较低。
  编译和解释方式各有优缺点，通常根据具体需求和应用场景选择合适的方式。‌
• 问题3：什么是编译器？
• 问题3解决方案：
  定义‌：编译器是一种将高级语言程序转换为目标机器指令的程序，是软件开发过程中不可缺少的工具之一。
  ‌功能‌：编译器的主要功能是将高级语言（如C、C++、Java等）编写的源代码翻译成等价的低级语言（如汇编语言、机器语言）程序，以便计算机能够直接执行。
  ‌工作原理‌：编译过程通常包括词法分析、语法分析、语义分析、代码优化、存储分配和代码生成等逻辑步骤。编译器会逐一遍历源程序，完成相应的分析和转换工作，最终生成可执行的目标代码。
  编译器作为连接高级语言和机器语言的桥梁，在软件开发中发挥着至关重要的作用。它不仅提高了编程效率，还使得程序更易于维护和理解
• 问题4:如何编写高效的算法？
• 问题4解决方案：
  编写高效的算法是计算机科学和软件工程中的核心技能。以下是一些关键步骤和策略，用于编写高效的算法：
  ‌明确问题‌：
  确保完全理解问题，包括输入、输出和约束条件。
  分析问题的本质，确定是否需要优化时间复杂度、空间复杂度或其他性能指标。
  ‌设计算法‌：
  选择合适的数据结构：根据问题的需求，选择能够高效支持所需操作的数据结构。
  利用数学和逻辑：运用数学定理、公式和逻辑推理来简化问题。
  分治法：将问题分解为更小的子问题，然后递归地解决这些子问题。
  动态规划：当问题具有重叠子问题时，使用动态规划可以避免重复计算。
  贪心算法：在某些情况下，贪心策略可以产生最优解或近似最优解。
  ‌实现算法‌：
  使用高效的编程语言：选择执行速度快的编程语言，并熟悉其优化特性。
  编写清晰的代码：保持代码简洁、易读，并遵循良好的编程实践。
  利用库函数：当可能时，使用标准库或第三方库中的高效函数。
  ‌测试与验证‌：
  创建测试用例：设计一组涵盖各种情况的测试用例，以确保算法的正确性。
  性能分析：使用性能分析工具来测量算法的运行时间和资源消耗。
  调试与优化：根据测试结果进行调试，并优化算法以提高效率。
  ‌持续改进‌：
  学习新算法和技术：保持对最新算法和技术的了解，以便在适当的时候应用它们。
  反馈与迭代：根据用户反馈和实际应用中的表现，不断改进算法。
  ‌考虑并行与分布式计算‌：
  当问题规模庞大时，考虑使用并行算法或分布式计算来提高效率。
  ‌文档与注释‌：
  为算法提供详细的文档和注释，以便其他人能够理解其工作原理和如何使用。
  编写高效的算法需要不断的实践、学习和优化。通过遵循上述步骤和策略，可以逐渐提高算法设计和实现的能力。
• 问题5：什么是贪心算法与动态规划？
• 问题5解决方案：
  贪心算法与动态规划‌
  ‌贪心算法‌：
  ‌定义‌：贪心算法在求解问题时，总是做出在当前看来最好的选择，即局部最优解，试图通过局部最优推出全局最优。
  ‌特点‌：无后效性，即某个状态以后的过程不会影响以前的状态，只与当前状态有关。
  ‌适用场景‌：适用于一维问题，如教师排课系统、任务调度等。
  ‌动态规划‌：
  ‌定义‌：动态规划是一种递推算法，用局部最优解来推导全局最优解，主要用于解决具有最优子结构的问题。
  ‌特点‌：有回退功能，会根据以前的选择结果对当前进行选择，主要运用于二维或三维问题。
  ‌与贪心算法的关系‌：动态规划更为一般，贪心算法可以看作是动态规划的一个特例。
• 问题6：黑盒测试和白盒测试的实际应用场景
• 问题6解决方案：
  黑盒测试‌：
  ‌用户交互界面测试‌：模拟用户操作，验证界面响应和交互逻辑。
  ‌功能性测试‌：根据需求文档，测试软件功能是否按预期工作。
  ‌性能测试‌：评估软件在不同负载下的性能表现，如响应时间、吞吐量等。
  ‌后期阶段测试‌：主要用于软件开发的后期阶段，验证软件是否满足用户需求。
  ‌白盒测试‌：
  ‌复杂逻辑和算法测试‌：针对软件中的复杂逻辑和关键算法，确保逻辑正确性和代码覆盖率。
  ‌早期阶段测试‌：通常在软件开发的早期阶段进行，以便及时发现和修复代码中的错误。
  ‌安全性测试‌：验证软件的安全性要求，确保没有安全漏洞。
• 问题7：除了黑盒测试和白盒测试，还有哪些其他的软件测试方法？
• 问题7解决方案:
  除了黑盒测试和白盒测试，软件测试还包含多种其他方法，这些方法可以从不同角度对软件进行全面的测试。
  ‌灰盒测试‌：结合黑盒和白盒测试的特点，既关注外部表现也考虑内部逻辑。
  ‌静态测试‌：不运行程序，仅通过分析代码、结构等来检查程序的正确性。
  ‌动态测试‌：运行程序，检查运行结果与预期结果的差异，并分析性能指标。
  此外，从开发过程级别来看，还有以下测试方法：
  ‌单元测试‌：针对软件设计的最小单位进行正确性检验。
  ‌集成测试‌：在单元测试基础上，检查软件单元之间的接口关系。
  ‌系统测试‌：判断整个系统是否符合要求，包括功能、性能等测试。
  ‌回归测试‌：修改代码后重新测试，确认未引入新错误。
  ‌冒烟测试‌：对硬件或组件更改后进行的初步测试，确认基本功能正常‌。

基于AI的学习