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(共48张PPT)
必修一 数据与计算
目 录
1
初识数据与计算
2
编程计算
3
认识数据
4
计算与问题解决
5
数据分析与人工智能
PART ONE
初识数据与计算
01 初识数据与计算
1. 数据的表型形式：数字、文字、图形、图像、声音和视频等。数据是现实世界事物的符号记录。
2. 数据来源：直接数据、间接数据。
3. 数据收集方法：调查法、访谈法、观察法、实验法等。
4. 信息特征：载体依附性、价值型、时效性、共享性、真伪性等。
5. 知识：是信息经过加工提炼后形成的抽象产物。
6. 数据、信息和知识三者关系：
数据被处理——>信息，对信息加工提炼——>知识。
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01 初识数据与计算
1. 在日常生活和学习中，我们会接触到大量的数据。下列说法正确的是（ ）
A． 数据可用于描述事物的状态 B．数据是信息的载体
C． 数据是可处理、可加工的 D．以上说法都正确
2. 下面对信息特征的理解,错误的是( )。
A.天气预报、情报等信息有时效性
B .信息不会随时间的推移而变化
C .刻在甲骨文上的文字说明信息的依附性
D.盲人摸象引出信息具有不完全性
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01 初识数据与计算
选择合适的计算方式：人工计算、电子表格软件计算、编程计算。
常见电子表格软件：EXCEL、WPS表格等
编程语言发展：机器语言（0、1）、汇编语言、高级语言。
WPS常见函数表：sum求和、average求平均值、count计数、max求最大值、min求最小值。
例如：=函数（数据区域）=average（C4:F4）
5. 数据的处理：排序（升降、关键字、次关键字）、数据的筛选、数据分类汇总等。
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01 初识数据与计算
利用wps表格软件，计算王莉同学总分公式是（）
A . SUM(B2:E2) B . SUM(B2,D2) C . =SUM(B2:D2) D . =SUM(B2,D2)
2. 下列选项中，python程序文件的是（）。
A.内容.doc B.内容.xlsx C.内容.xls D.内容.py
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01 初识数据与计算
3. 关于人工计算、自动工具计算和编程计算三种计算方式、下列说法不正确的是（）。
A． 对于简单的计算问题，人工计算的使用成本是三种计算方式最低的。
B． 对于复杂的计算问题，通常不能采用人工计算来解决。
C． 依据实情，灵活运用三种计算方式将有助于我们提高数据计算的效率。
D． 由于计算机的日益普及、编程解决问题是最方便的。
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PART TWO
编程计算
02 编程计算
1.算法：解决问题的方法与步骤。
2.描述算法的方法:自然语言、流程图、伪代码等。
3.
名称 符号 意义
起止框 表示一个算法的开始和结束。
输入或输出框 表示从外部输入数据到计算机内部，或从计算机内部输出数据到计算机外部。
处理框 表示操作的内容。
判断框 表示判断的条件。满足条件，执行标识为“是”的路径；不满足条件，执行表示为“否”的路径。
流程线 指向算法运行的放向。
连接符 表示流程图的接续。
02 编程计算
算法的三种基本结构：顺序结构、分支结构、循环结构
02 编程计算
4.常量：在程序运行过程中值始终保持不变的量称为常量。
例如：π,一周的天数7,一年的月份12,性别的种类2等。
5.变量：在程序运行过程中值允许改变的量称为变量。
在Python中，变量的命名需遵循以下几条规则
①必须以字母或下划线开头，后面可以是字母、数字或下划线。
②区分大小写。
③不能使用保留关键字(‘False’, ‘True’, ‘and’, ‘break’, ‘def’, ‘del’, ‘elif’, ‘else’, ‘ for’, ‘from’, ‘if’, ‘import’, ‘in’, ‘is’， ‘not’, ‘or’, return等)。
02 编程计算
6.
7.赋值语句
基本格式：变量＝表达式，功能是将右边表达式的值赋给左边的变量
a=b=c=1 ＃数值1赋值给变量a,b,c
a,b,c=1, 2, 3 ＃数值1, 2, 3分别赋值给变量a,b,c
a,b=b,a ＃交换a,b两个变量的值
c+=a ＃等效于c=c+a
A=15 #等效于把数值15赋值给变量A
运算符 + — * ** / // %
功能 加 减 乘 幂运算 除 整除 取模（求余）
02 编程计算
8.
9.
根据一个数创建一个新的字符串
str（）字符串
根据一个字符串或者浮点数创建一个新的整数
int() 整形
根据一个字符串或者整数创建一个新的小数
float() 浮点型
input() 输入函数
print() 输出函数
02 编程计算
10.分支语句
单分支 If 条件：
语句或语句组
双分支 If 条件：
语句或语句组A
else：
语句或语句组B
多分支 If 条件：
语句或语句组A
elif：
语句或语句组B
elif：
语句或语句组C
……
else：
语句或语句组n
02 编程计算
a=input("请输入数字a：")
b=input("请输入数字b：")
if a>b:
print("最大的数是：",a)
else:
print("最大的数是：",b)
02 编程计算
11.关系表达式的值有两个：真（True）/假（False），成立时为真，否则为假。
运算符 == > >= < <= !=
含义 等于 大于 大于等于 小于 小于等于 不等于
02 编程计算
1.在Python中想要输出“Hello World”，用到的函数是（ ）
A.print() B.input () C. Hello World() D.math ()
2.在Python中定义变量i=15,将i以浮点数形式输出用到的语句是（）
A int (i) B.bin (i) C.float (i) D.str(i)
3.在Python中运行如下程序，运行结果是（ ）
a=11
b=3**3
a A. true B. false C.True D.False
02 编程计算
4.表达式int(3. 88)在Python中的运行结果是（ ）
A.3 B. 3. 8 C. 3. 88 D. 4
5.如下语句在Python中运行后的结果是（ ）
n=5
m=n
n='abc'
print(m)
A.5 B.n C.m D.abc
02 编程计算
12.循环语句：计数循环、条件循环
计数循环：循环要重复的次数一定时，我们通常称为计数循环。
1）在Python 中使用for语句来创建这类循环。格式如下表：
for 循环变量 in 列表：
语句或语句组
例如，for i in [1,2,“hello”,”world”] :
print (i)
运行结果：
1 2 hello world
列表
格式：列表名=[元素1，元素2，元素3……]
0 1 2
索引号
-3 -2 -1
如：a=[2,4,6,8,10]
b=[“I”,”am”,”a”,”girl”,”.”]
c=[2,1.3,25,”python”,”easy”]
print(a,b,c)
含义：列表（list）是一个有序且可更改的集合，列表允许重复的成员，可以包含多个数据元素
列表
方法 描述 结果
list.append(“time”) 在列表的末尾添加一个元素 list=[“python”,23,”香蕉”，23，“苹果”，“time”]
del list[0] 删除列表中的指定元素 list=[23, '香蕉', 23, '苹果', 'time']
list.count(23) 返回具有指定值的元素数量 2
len(list) 返回列表的长度 5
list.index(“time”) 返回具有指定值的第一个元素的索引 4
list.insert(2,10) 在指定位置添加元素 list=[23, '香蕉', 10, 23, '苹果', 'time']
list.pop(0) 删除指定位置的元素 23
list.remove(“香蕉”) 删除具有指定值的项目 list=[10, 23, '苹果', 'time']
list.reverse() 颠倒列表的顺序 list=['time', '苹果', 23, 10]
list.sort() 对列表进行排序(list=[1,3,2,8,5]) list=[1,2,3,5,8]
列表基本操作：list=[“python”,23,”香蕉”，23，“苹果”]
列表
练习巩固：
1.下列选项中,（）是列表
A.( 1 ,2,3,4) B. range(1,5) C. range(10) D.["苹果",3,"猕猴桃"]
2.创建一个List列表，正确的是（）
List[1,2,3] B. List=[1,2,3] C. List( 1,2,3) D. List=(1,2,3)
3.列表LS共包含10个元素，LS索引的取值范围是（）
A.( 0,10) B.[0,10] C.( 1 ,10] D.[0,9]
列表
4.下面代码的执行结果是（）
object=['石榴',1,'香蕉','橙子','梨子']
object. append('猕猴桃')
print (object)
A.['石榴',1,'香蕉','橙子','梨子’] B.['石榴',1,'香蕉','橙子','梨子','猕猴桃’]
C.['猕猴桃','石榴',1,'香蕉','橙子','梨子’] D.[1,'香蕉','橙子','梨子’]
5.下面代码的执行结果是（）
object=['石榴',1,'香蕉','橙子','梨子']
object[0]='苹果'
print (object)
A.['石榴',1,'香蕉','橙子','梨子’] B.['苹果',1,'香蕉','橙子','梨子']
C.['梨子',1,'香蕉','橙子','苹果’] D.[1,'香蕉','橙子','梨子']
02 编程计算
2）range（）函数
它可以生成某个范围内的数字列表。
基本格式：range(start, stop, step)
如：range(1,10,3)=[1,4,7]
range(1,10)=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]
range(-2,-6,-2)=[-2,-4]
range(5)=[0,1,2,3,4]
02 计数循环:range()
实战演练：下列程序的输出结果是？
1.for I in range(0,10,2):
print(I,end=“ ”)
2.sum=1
for I in range(10,0,-1):
sum+=I
print(sum)
3.s=0
for I in range(1,10):
if i%2=1:
s+=I
else:
s-=i
print(s)
02 编程计算
条件循环：条件循环一般用于循环次数未知的情况。只有当循环条件成立时，才执行循环体。在Python 中使用while 语句来创建这类循环。
while语句的基本格式如下：
While 关系表达式：
语句或语句组
s=0
while s <=30:
s=s+10 #循环体
print（s）
运行结果：
10
20
30
40
02 编程计算
13. 函数:系统函数和用户自定义函数
前面使用过的print()和input()函数都是系统函数。
函数一般包括函数名、参数、返回值和函数体等四部分。其中函数名和函数体是必不可少的。
其基本定义格式如下：
def 函数名（参数）：
＃函数说明
语句或语句组
return 返回值
02 编程计算
请看下面的例子，用函数来求n!
def factorial (n) :
＃求n!
s=1
for i in range (2,n+1) :
s=s*i
return s
＃调用 factorial 函数
total=factorial (4)
print (total)
运行结果：24
PART THREE
认识数据
03 认识数据
1.模拟信号与数字信号
按照取值特征，可以将信号分为模拟信号和数字信号。
(1)模拟信号.其值称为模拟数据，用传感器直接获得的信号，如声音、温度和压强等。
特征：模拟信号的值是随时间而连续变化的，波形光滑。
(2)数字信号：其值称为数字数据，直接用计算机所能理解的二进制表示，方便计算机进行处理。
特征：数字信号随时间的变化是非连续的，可以由模拟信号转换得来。
03 认识数据
2.声音的数字化：将模拟声音数据转换为数字数据的过程：采样→量化→编码。
3.二进制与数制转换
计算机外部的各种形式的数据经过编码后，都以二进制的形式存储在计算机中。
二进制数只有0和1两个数字符号，其计数特点是“逢二进一”。
计算机中存储数据的最小单位是二进制位，用比特(bit)表示；计算机存储数据的基本单位是字节(Byte，简写为B)，1B=8b
1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB
声音文件大小：采样率*量化位数*声道数*时长/8(B)
图像文件声音大小：分辨率*位深/8(B)
03 认识数据
二进制—十进制：权位相乘求和10010 =1×2 +0×2 +0×2 +1×2 +0×2 =18 。
十进制—二进制：除2反向取余
03 认识数据
4.文本数据的编码：ASCⅡ码和Unicode码。
(1)ASCII 码(美国信息交换标准码)：计算机内部用一个字节来存放一个ASCII码字符,最高位用0表示,如“A”的ASCII编码为01000001,即65。
ASCII码(十进制) 字符
0—31 控制字符或通信专用字符（不可见）
32 空格
48—57 数字0~9
65—90 大写英文字母A~Z
97—122 小写英文字母a~z
其他 英文标点符号、运算符号、括号等
03 认识数据
(2) Unicode 码
Unicode字符集，是全球可以共享的编码字符集，涵盖了世界上主要文字的字符，其中包括简繁体汉字，共计74686个汉字。
(3)汉字编码方案
计算机要处理汉字，必须对汉字进行编码，显然每个汉字至少需要两个字节。我国先后制定
了多个汉字编码方案:①GB 2312—1980字符集;②GBK字符集;③GB 18030—2000字符集;
④GB 18030—2005字符集。
03 认识数据
5.数据类型:简单数据类型和复合数据类型。
简单数据类型：不能分解为更小的数据类型。如整数、浮点数、字符串、布尔类型。
复合数据类型：由简单数据类型或复合数据类型组成。如列表。
6.数据结构：线性数据结构和非线性数据结构
线性数据结构（线性表，一对一）：
队列：先进先出
栈：先进后出
非线性数据结构：树结构（一对多）图结构（网结构 多对多）
03 认识数据
03 认识数据
7.图形用户界面(GUI)：又称为图形用户接口，是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。
(1)导入tkinter模块(from tkinter import *);
(2)运用相应代码创建交互对象(如矩形容器Frame、文本框Entry、命令按钮Button、文本标签Label等)。
8.数据表
在数据库中，数据是以二维表的形式组织存储的，称为“表”。
一个表中的一列称为一个字段；表中的一行称为一条记录；表中可以唯一确定一条记录的字段称为主键。在Python 语言中，对数据表的操作有：插入、删除和更新等。
03 认识数据
9.数据库管理系统(DBMS)
常见的数据库管理系统有Sybase、ORACLE、MySQL、Access等。
PART FOUR
计算与问题解决
04 计算与问题解决
1.算法的重要特征
(1)有穷性。算法必须能在执行有限个步骤之后终止。
(2)确切性。算法中的每一次运算都有明确的定义，具有无二义性，并且可以通过计算得到唯一的结果。
(3)输入项。一个算法有0个或多个输入。
(4)输出项。算法一定要有输出（1个或多个输出）
(5)可行性。算法中执行的任何计算都可以在有限时间内完成(也称为有效性)。算法中的运算都必须是可以实现的。
对算法的评价主要从时间复杂度和空间复杂度来考虑。
04 计算与问题解决
2.枚举
“枚举”或称作“穷举”，是一种最为直接、简单的算法思想。它将所有可能的答案一一列举，合适就保留，不合适就丢弃。
枚举法解决问题的一般结构：循环+判断。
3. numpy 模块
numpy 是一个科学计算包，其中包含很多数学函数，如三角函数、矩阵计算方法等，还支持处理大型矩阵、矢量运算、线性代数等功能。
4. matplotlib模块
matplotlib 是Python中最出色的绘图库，功能很完善。调用时，坐标系可以根据数值范围自动生成。
04 计算与问题解决
5..迭代法
迭代法也称为辗转法，是用计算机解决问题的一种基本方法。
迭代通常是为了接近并到达所需的目标或结果。每一次对过程的重复被称为一次“迭代”，而每一次迭代得到的结果会被用来作为下一次迭代的初始值。
利用迭代算法解决问题，有以下三个关键步骤：
(1)确定迭代变量；
(2)建立迭代关系式；
(3)对迭代过程进行控制。
04 计算与问题解决
1.分治策略
是将一个难以直接解决的大问题，分割成一些较小的同类问题，各个击破，最终达到解决问题的目的。二分查找实际上就是分治策略的一种典型运用。
2.二分查找
折半查找，该方法主要将数列有序排列，采用跳跃式的方式查找数据。在一个有n个元素的有序序列中，利用二分查找大约需要log n次。二分法查找的前提条件是被查找的数据必须是有序的。
3.递归
直接或间接地调用自身的方法称为递归。可以将递归简单类比为具有自相似性重复的事物。在数学与计算机领域中，递归函数是指用函数自身来定义该函数的方法。
04 计算与问题解决
1.分治策略
是将一个难以直接解决的大问题，分割成一些较小的同类问题，各个击破，最终达到解决问题的目的。二分查找实际上就是分治策略的一种典型运用。
2.二分查找
折半查找，该方法主要将数列有序排列，采用跳跃式的方式查找数据。在一个有n个元素的有序序列中，利用二分查找大约需要log n次。二分法查找的前提条件是被查找的数据必须是有序的。
3.递归
直接或间接地调用自身的方法称为递归。可以将递归简单类比为具有自相似性重复的事物。在数学与计算机领域中，递归函数是指用函数自身来定义该函数的方法。
PART FIVE
数据分析与人工智能
04 数据分析与人工智能
1.大数据
大数据是以容量大、类型多、存取速度快、应用价值高为主要特征的数据集合。
大数据分析是指对规模巨大的数据进行分析。
2.人工智能
是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环
境，获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。1950年，“图灵测试”揭开了人工智能的序幕。
人工智能分类：弱人工智能、强人工智能。
弱人工智能一般指实现特定功能的专用智能设备，不能真正实现推理和解决问题。
强人工智能是指真正能思考，有知觉、有自我意识的人类级别的智能机器。
04 数据分析与人工智能
3. 揭秘智能算法
(1)机器学习
机器学习是当前人工智能的核心技术之一，目的是使计算机能模拟或实现人类的学习行为，获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构，从而不断完善自身的性能。
(2)神经网络
神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征，进行行信息处理的算法模型。BP神经网络是目前应用最广泛的算法
人工智能领域的关键技术主要包括机器学习、知识图谱、自然语言处理、计算机视觉、人机交互、生物特征识别、虚拟现实与增强现实等。
人工智能的核心是算法，基础是数据，本质是计算。

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