第2课算法优化

年级学科课次课题主备人修改六信息技术第2课算法优化教学目标知识目标：了解生活中常见的算法，理解算法优化的思想。技能目标：学会用优化的思想处理生活中的问题。情感、态度和价值观目标：培养认真观察和合理统筹的习惯。重点知识目标、技能目标、情感、态度和价值观目标难点教法演示、探究法信息资源课件、电子图片、相关资料其它教学过程学习与探究一、烧水泡茶的几种选择时间是生命的元素，一切过程都在时间中运行。运用统筹方法，通过优化组合，可以用最少的时间完成预定的目标。让我们从具体的例子来说明。以烧水泡茶为例，它需要做４项工作，即洗好开水壶，洗好茶杯，准备茶叶，冲开水泡茶。要完成这几项工作，可以有以下几种程序：·１.洗好开水壶，灌上凉水，放在火上，等待水开；水开后，再洗茶杯，准备茶叶，冲水泡茶。２.先洗好水壶，洗好茶杯，放好茶叶，一切就绪，再放水烧水，水开后再冲水饮茶；３.洗净开水壶，灌水烧水；烧水过程中，洗茶杯，放茶叶，水开后泡茶喝。如果在烧水等待水开的过程中，做好洗杯子放茶叶等等准备工作，就可以节约时间。统筹方法的过程是这样的１分解任务２作图，３编号，寻找最优化的途径。利用一件工作的空闲时间，同时做另一件或几件工作，这是一种时间统筹法；合理地使用器官，同时做两件或多件工作，这也是一种时间统筹。二、蚂蚁走捷径自然界的蚂蚁种群相当广泛,但大部分种群都有以下的能力:蚂蚁们总能找到食物源和蚂蚁窝之间的最短路径.一旦这条最短路径被发现,蚂蚁们就能在这条路上排成一行,在食物源和蚂蚁窝之间搬运食物.蚂蚁们是怎么做到的呢?我们知道,2点间直线距离最短.但蚂蚁们显然不具备这样的视力和智慧.它们无法从远处看到食物源,也无法计划一个合适的路径来搬运食物.蚂蚁们采用的方法是全体在老窝的周围区域进行地毯式搜索.而他们之间的联系方式是通过分泌化学物质在爬过的路径上,这种化学物质叫信息素(Pheromone).蚂蚁们习惯选择信息素浓度高的路径.下面的图解释了蚂蚁们的工作原理.刚开始离开窝的时候,蚂蚁们有两条路径选择:R1和R2.这两者机会相当.蚂蚁们在爬过R1和R2的时候都留下了信息素.是,由于R2的距离短,所需要的时间就少,而信息素会挥发,所以蚂蚁们留在R2上的信息素浓度就高.于是,越来越多的蚂蚁选择R2作为最佳路径,即使它们是从R1来到食物源,也将选择R2返回蚂蚁窝.而从老巢里出发的蚂蚁们也越来越倾向于R2.在这样的趋势下,R1渐渐变的无人问津了根据蚂蚁们选择路径的方法而得到的启发,Dr.Dorigo在1991年发表了蚂蚁算法(Antalgorithm).十多年来,蚂蚁算法,以及各种改进过的蚂蚁算法,被广泛的应用在实际生活的各个方面.在计算机技术应用中,它可以作为网络路由控制的工具.在交通控制中,它也成功解决了车辆调度问题.在图表制作中,它被用来解决颜色填充问题.此外,它还可以被用来设计大规模的时刻表.而推销员问题,既在多个不同地点间往返的最佳路径选择问题,应该算是蚂蚁算法最重要的用途了.三、数字的排序生活中存在很多排列顺序的现象，如图书馆中的图书索引卡、图书编者的姓名笔画、字典里字词的排列顺序等，这些按一定规则的排序使事物排列更有规律，方便我们查找与使用信息。排序的中心思想是比较，我们生活中常见的比较有大小、多少、轻重等，这些比较都是基于数字的比较。因此，数字的排序是我们利用计算机科学种算法研究的一个重点。例如：给出一组数据：“20、50、30、25、10”，请按由小到大的顺序排列出来，并填在下列表格中。当我们人工排序时，我们先从上面这组数据中找出最小的数放在第一格，接着找出次小的数放在第二格里面，依此类推，直到把所有数据按规定的要求排列完毕。这样经过排序，我们就行成了下面这样一个数据表格。1020253050计算机是如何对上述数据进行排序的呢？计算机对数据排序的方法有很多，其中冒泡排序法是数字排序常用的方法。以上面给出的5个数据为例，比较时首先将第一个数与第二个数比较，如果第一个数大于第二个数，交换两个数的位置，接着比较第二个数与第三个数。依此类推，直到最后两个数比较完毕。这样数据从左到右比较一遍称为一趟排序，每趟排序都把需要排序的数据列中最大的数据交换到最后位置。这种排序一直进行到全部数据都有序，没有交换为止。第一趟排序演示：20503025102050302510203050251020302550102030251050第一趟排序后的结果为：（20302510）50接着进行第二趟排序，对前面的4个数据进行比较，使次大的数放在第4个位置上。第二趟排序的结果为：（202510）3050第三趟排序的结果为：（2010）253050第四趟排序的结果为：1020253050这样5个数据，经过4趟排序之后就形成从小到大的序列。通过上面的排序过程，可以看到小的数如气泡一般逐层上冒，而大的数逐个下沉。这种排序的方法被形象的比喻成“冒泡排序法”。当面对成千上万个需要排列的数据时，人工操作就显得力不从心了。而对计算机来说，当确定了“冒泡排序法”后，对数据的排序就是轻而易举的事。四、算法的选择与优化算法是计算机程序设计的灵魂与核心，是解决问题的关键。因此，在利用计算机解决问题的过程中，面对不同的算法，我们尽可能的选用那些更有效、更快捷、更准确的算法。在烧水泡茶的例子中，我们针对三种方法进行选择，通过比较，我们知道“再烧开水的同时，洗茶具，放茶叶”会节约时间，更能提高效率。我们把这种针对不同算法，从中选优的做法叫做算法的最优化选择。高斯面对“1+2+3………+99+100”这道数学题，并没有用常规的算法去求和，而是找出规律：100+1=99+2=98+3…….=52+49=51+50，共计有50组和相等的数据，于是便得出（100+1）×50=5050.我们把这种对原有算法进行改进、改良、提升算法效率的做法叫做算法的优化。实践与创新：1王宏在早上起床到上学前的25分钟时间里，要做以下几件事：叠被（2分钟）、洗脸（3分钟）、刷牙（2分钟）、刷锅（1分钟）、煮鸡蛋（10分钟）、吃早点（10分钟）。你能帮助他找出最节省时间的算法吗?2老师在纸上写一个0至100之间的整数，然后把纸张反扣过来，请同学们猜猜老师写的是哪个数。同学们猜数的时候，老师只可提示：“对了”或“大了”或“小了”。看谁能以最少的次数猜中。如何用最少的次数猜中相应的数，请给出你的算法。我的收获：板书设计教后记：