計算機二級Python公共基礎(chǔ)部分

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公共基礎(chǔ)知識不單獨考試,與其他二級科目組合在一起,作為二級科目考核內(nèi)容的一部分。

考試方式為上機考試,10 道選擇題,占 10 分。

1. 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

1.1 算法的基本概念

算法是一種設(shè)計好的計算序列，用來解決一類問題。
算法復(fù)雜的包括：時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。時間復(fù)雜度指計算工作量，空間復(fù)雜度指內(nèi)存空間的要求。

綜合起來：如果一個算法的執(zhí)行次數(shù)是 T(n)，那么只保留最高次項，同時忽略最高項的系數(shù)后得到函數(shù) f(n)，此時算法的時間復(fù)雜度就是 O(f(n))。為了方便描述，下文稱此為 大O推導(dǎo)法。

• 對于一個循環(huán)，假設(shè)循環(huán)體的時間復(fù)雜度為 O(n)，循環(huán)次數(shù)為 m，則這個
  循環(huán)的時間復(fù)雜度為 O(n×m)。

void aFunc(int n) {for(int i = 0; i < n; i++) { // 循環(huán)次數(shù)為 nprintf("Hello, World!\n"); // 循環(huán)體時間復(fù)雜度為 O(1)} }

此時時間復(fù)雜度為 O(n × 1)，即 O(n)。

• 對于多個循環(huán)，假設(shè)循環(huán)體的時間復(fù)雜度為 O(n)，各個循環(huán)的循環(huán)次數(shù)分別是a, b, c…，則這個循環(huán)的時間復(fù)雜度為 O(n×a×b×c…)。分析的時候應(yīng)該由里向外分析這些循環(huán)。

void aFunc(int n) {for(int i = 0; i < n; i++) { // 循環(huán)次數(shù)為 nfor(int j = 0; j < n; j++) { // 循環(huán)次數(shù)為 nprintf("Hello, World!\n"); // 循環(huán)體時間復(fù)雜度為 O(1)}} }

此時時間復(fù)雜度為 O(n × n × 1)，即 O(n^2)。

• 對于順序執(zhí)行的語句或者算法，總的時間復(fù)雜度等于其中最大的時間復(fù)雜度。

void aFunc(int n) {// 第一部分時間復(fù)雜度為 O(n^2)for(int i = 0; i < n; i++) {for(int j = 0; j < n; j++) {printf("Hello, World!\n");}}// 第二部分時間復(fù)雜度為 O(n)for(int j = 0; j < n; j++) {printf("Hello, World!\n");} }

此時時間復(fù)雜度為 max(O(n^2), O(n))，即 O(n^2)。

• 對于條件判斷語句，總的時間復(fù)雜度等于其中 時間復(fù)雜度最大的路徑 的時間復(fù)雜度。

void aFunc(int n) {if (n >= 0) {// 第一條路徑時間復(fù)雜度為 O(n^2)for(int i = 0; i < n; i++) {for(int j = 0; j < n; j++) {printf("輸入數(shù)據(jù)大于等于零\n");}}} else {// 第二條路徑時間復(fù)雜度為 O(n)for(int j = 0; j < n; j++) {printf("輸入數(shù)據(jù)小于零\n");}} }

此時時間復(fù)雜度為 max(O(n^2), O(n))，即 O(n^2)。

空間復(fù)雜度(Space Complexity)

S(n)定義為該算法所耗費的存儲空間，它也是問題規(guī)模n的函數(shù)。漸近空間復(fù)雜度也常常簡稱為空間復(fù)雜度。
空間復(fù)雜度(Space Complexity)是對一個算法在運行過程中臨時占用存儲空間大小的量度。一個算法在計算機存儲器上所占用的存儲空間，包括:

• 存儲算法本身所占用的存儲空間
• 算法的輸入輸出數(shù)據(jù)所占用的存儲空間
• 算法在運行過程中臨時占用的存儲空間

算法的輸入輸出數(shù)據(jù)所占用的存儲空間是由要解決的問題決定的，是通過參數(shù)表由調(diào)用函數(shù)傳遞而來的，它不隨本算法的不同而改變。存儲算法本身所占用的存儲空間與算法書寫的長短成正比，要壓縮這方面的存儲空間，就必須編寫出較短的算法。算法在運行過程中臨時占用的存儲空間隨算法的不同而異，有的算法只需要占用少量的臨時工作單元，而且不隨問題規(guī)模的大小而改變，我們稱這種算法是“就地"進行的，是節(jié)省存儲的算法，如這一節(jié)介紹過的幾個算法都是如此；有的算法需要占用的臨時工作單元數(shù)與解決問題的規(guī)模n有關(guān)，它隨著n的增大而增大，當n較大時，將占用較多的存儲單元，例如將在第九章介紹的快速排序和歸并排序算法就屬于這種情況。

1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法

在計算機科學中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（datastructure）是計算機中存儲、組織數(shù)據(jù)的方式。指相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。通常情況下，精心選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以帶來更高的運行或者存儲效率。

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：
反映數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)元素集合的表示。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)包括集合、線形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和圖形結(jié)構(gòu)四種。

數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)：
數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機存儲空間種的存放形式稱為數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。常用的存儲結(jié)構(gòu)有順序、鏈接、索引等存儲結(jié)構(gòu)。

常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

數(shù)組（Array）
堆棧（Stack）
隊列（Queue）
鏈表（Linked List）
樹（Tree）
圖（Graph）
堆（Heap）
散列表（Hash）
線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各數(shù)據(jù)元素之間前后件關(guān)系的復(fù)雜程度，一般將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩大類型：線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)。

1.3 線性表

線性表的定義
線性表（Linear List）是由n（n≥0）個數(shù)據(jù)元素（結(jié)點）a[0]，a[1]，a[2]…，a[n-1]組成的有限序列。

• 數(shù)據(jù)元素的個數(shù)n定義為表的長度 = “l(fā)ist”.length() （“l(fā)ist”.length() = 0（表里沒有一個元素）時稱為空表）
• 將非空的線性表（n>=0）記作：（a[0]，a[1]，a[2]，…，a[n-1]）
• 數(shù)據(jù)元素a[i]（0≤i≤n-1）只是個抽象符號，其具體含義在不同情況下可以不同

常見的線性表有順序表和鏈表
順序表是線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)，指的是用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表的數(shù)據(jù)元素。
順序表常見操作*(括號中為算法平均時間復(fù)雜度，沒有寫明的具體復(fù)雜度依賴不同算法和運算規(guī)則)*：

插入(O(n))、刪除(O(n))、查找、排序、分解、合并、復(fù)制(O(n))、逆轉(zhuǎn)(O(n))

1.4 棧和隊列

棧

棧實際上也是一個線性表，只不過是一種特殊的線性表。棧是只能在表的一端進行插入和刪除運算的線性表，通常稱插入、刪除這一端為棧頂(TOP)，另一端為棧底(BOTTOM)。當表中沒有元素時稱為棧空。 棧頂元素總是后被插入(入棧)的元素，從而也是最先被移除(出棧)的元素；棧底元素總是最先被插入的元素，從而也是最后才能被移除的元素。所以棧是個**后進先出(LIFO)**的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

棧的基本運算有三種：入棧、出棧與讀棧頂，時間復(fù)雜度都是O(1)

隊列

隊列是只允許在一端刪除，在另一端插入的順序表，允許刪除的一端叫做隊頭，用對頭指針 front 指向?qū)︻^元素的下一個元素，允許插入的一端叫做隊尾，用隊尾指針 rear 指向隊列中的隊尾元素，因此，從排頭指針 front 指向的下一個位置直到隊尾指針 rear 指向的位置之間所有的元素均為隊列中的元素。隊列的修改是 先進先出(FIFO) 。往隊尾插入一個元素稱為入隊運算。從對頭刪除一個元素稱為退隊運算。

隊列主要有兩種基本運算：入隊運算和退隊運算，復(fù)雜度都是O(1)

1.5 鏈表

鏈表指線性表的鏈式存儲結(jié)構(gòu)。

• 單鏈表
  一組任意的存儲單元存儲線性表的數(shù)據(jù)元素，因此，為了表示每個數(shù)據(jù)元素 ai 與其直接后繼數(shù)據(jù)元素 ai+1 之間的邏輯關(guān)系，對數(shù)據(jù)元素 ai 來說，除了存儲其本身的信息(數(shù)據(jù)域)之外，還需存儲一個變量指示其直接后繼的信息(指針域)。這兩部分信息組成數(shù)據(jù)元素 ai 的存儲映象，稱為結(jié)點。N 個結(jié)點鏈結(jié)成一個鏈表。該鏈表就是傳統(tǒng)的單向鏈表。

有時，我們在單鏈表的第一個結(jié)點之前附設(shè)一個結(jié)點，稱之為頭結(jié)點，它指向表中第一個結(jié)點。頭結(jié)點的數(shù)據(jù)域可 以不存儲任何信息，也可存儲如線性表的長度等類的附加信息，頭結(jié)點的指針域存儲指向第一個結(jié)點的指針。在單鏈表中，取得第 I 個數(shù)據(jù)元素必須從頭指針出發(fā)尋找，因此，鏈表是非隨機存取的存儲結(jié)構(gòu)。

• 循環(huán)鏈表
  以上提到的鏈表指針域只包括一個指針，指向下一個數(shù)據(jù)的地址，如果我們將鏈表最后一個結(jié)點指針域的指針指向鏈表的頭結(jié)點地址，就構(gòu)成了一個環(huán)狀的存儲結(jié)構(gòu)，我們稱作循環(huán)鏈表。

• 雙向鏈表
  當然我們可以給每個結(jié)點的指針域再添加一個指針，使其指向前一個數(shù)據(jù)結(jié)點的地址，這樣就構(gòu)成了雙向鏈表，而將頭結(jié)點的前一個結(jié)點指向尾結(jié)點，同時將尾結(jié)點的下一個結(jié)點指向頭結(jié)點就構(gòu)成了雙向循環(huán)鏈表。

如果鏈表的尾結(jié)點的指針域指向了該鏈表之前的任意一個結(jié)點，我們稱該鏈表為有環(huán)鏈表。環(huán)形鏈表就是其中一個特例
常見操作：

插入(O(n))、刪除(O(n))、查找、排序、分解、合并、復(fù)制(O(n))、逆轉(zhuǎn)

1.6 樹和二叉樹

• 樹
  樹是一種簡單的非線性結(jié)構(gòu)。在樹這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，所有數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系具有明顯的層次特性。 在樹結(jié)構(gòu)中，每一個結(jié)點只有一個前件，稱為父結(jié)點。沒有前件的結(jié)點只有一個，稱為樹的根結(jié)點，簡稱樹的根。每一個結(jié)點可以有多個后件，稱為該結(jié)點的子結(jié)點。沒有后件的結(jié)點稱為葉子結(jié)點。 在樹結(jié)構(gòu)中，一個結(jié)點所擁有的后件的個數(shù)稱為該結(jié)點的度，所有結(jié)點中最大的度稱為樹的度。樹的最大層次稱為樹的深度。

• 二叉樹
  每一個結(jié)點最多有兩棵子樹，且分別稱為該結(jié)點的左子樹與右子樹。
  二叉樹性質(zhì)

···

···

完全二叉樹和滿二叉樹

• 二叉樹的儲存結(jié)構(gòu)
  與線性鏈表類似，用于存儲二叉樹中各元素的存儲結(jié)點也由兩部分組成：數(shù)據(jù)域和指針域。但在二叉樹中，由于每一個元素可以有兩個后件（即兩個子結(jié)點），因此，用于存儲二叉樹的存儲結(jié)點的指針域有兩個：一個用于指向該結(jié)點的左子結(jié)點的存儲地址，稱為左指針域；另一個用于指向該結(jié)點的右子結(jié)點的存儲地址，稱為右指針域。

• 二叉樹的遍歷
  二叉樹的遍歷是指不重復(fù)地訪問二叉樹中的所有結(jié)點。二叉樹的遍歷可以分為以下三種：

前序遍歷（DLR）：
若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先訪問根結(jié)點，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左右子樹時，仍然先訪問根結(jié)點，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。

中序遍歷（LDR）：
若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左、右子樹時，仍然先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點，最后遍歷右子樹。

后序遍歷（LRD）：
若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點，并且，在遍歷左、右子樹時，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點。

1.7 查找

順序查找與二分查找

• 順序查找
  從表中的第一個元素開始，將給定的值與表中逐個元素的關(guān)鍵字進行比較，直到兩者相符，查到所要找的元素為止。否則就是表中沒有要找的元素，查找不成功。
• 二分查找
  先確定待查找記錄所在的范圍，然后逐步縮小范圍，直到找到或確認找不到該記錄為止。注意二分法應(yīng)用的前提是有順序儲存結(jié)構(gòu)的有序表

基本排序算法

• 交換類排序
• 選擇類排序
• 插入類排序

二 程序設(shè)計基礎(chǔ)

2.1 程序設(shè)計方法與風格

程序的設(shè)計風格強調(diào)清晰第一，效率第二

w=input('please input your weight/Kg: ')#輸入用戶體重和身高 h=input('please input your height/m: ') weight=float(w)#input函數(shù)默認為輸入字符串，因此需要轉(zhuǎn)化為浮點數(shù) height=float(h) bmi=round((weight/height**2),2)#計算公式，同時用round函數(shù)控制小數(shù)位 #bmi_str=str(bmi) #print('your BMI value is :'+bmi_str)#兩種不同的輸出字符串和數(shù)字組合的方法 print ("your BMI value is : ",bmi) if bmi<18.5:#循環(huán)過程中依然強調(diào)冒號和縮進print('you are too light!')#注意python語言不能層層縮進 elif bmi<25:print ('you are very healthy!') elif bmi<28:print('you are over weight.') elif bmi<32:print('you are obesity.') else :print('Severe obesity!!!')

需要考慮到的因素：

源程序的文檔化

• 符號化的命名
• 程序的注釋：包括序言性注釋和功能性注釋
• 視覺組織：利用空格、空行、縮進使得代碼層次更為清晰

數(shù)據(jù)說明

• 數(shù)據(jù)說明的次序規(guī)范化；
• 說明語句中變量安排有序化；
• 使用注釋來說明復(fù)雜數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

語句的結(jié)構(gòu)

• 在一行內(nèi)只寫一條語句；
• 程序編寫應(yīng)優(yōu)先考慮清晰性
• 避免過多的臨時變量，提高可讀性；
• 盡量使用庫函數(shù)；
• 盡量實現(xiàn)模塊化，且保持模塊功能單一；

輸入和輸出

2.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

自頂向下：程序設(shè)計時，應(yīng)先考慮總體，后考慮細節(jié)；先考慮全局目標，
后考慮局部目標。不要一開始就過多追求眾多的細節(jié)，先從最上層總目標開始設(shè)
計，逐步使問題具體化。

逐步求精：對復(fù)雜問題，應(yīng)設(shè)計一些子目標作過渡，逐步細化。

模塊化：一個復(fù)雜問題，肯定是由若干稍簡單的問題構(gòu)成。模塊化是把程
序要解決的總目標分解為分目標，再進一步分解為具體的小目標，把每個小目標
稱為一個模塊。

限制使用 goto 語句：以免造成程序流程的混亂，使理解和調(diào)試程序都產(chǎn)生困難

基本結(jié)構(gòu)

• 順序結(jié)構(gòu)：一種簡單的程序設(shè)計，即按照程序語句行的自然順序，一條語句
  一條語句地執(zhí)行程序，它是最基本、最常用的結(jié)構(gòu)。
• 選擇結(jié)構(gòu)：又稱分支結(jié)構(gòu)，包括簡單選擇和多分支選擇結(jié)構(gòu)，可根據(jù)條件，
  判斷應(yīng)該選擇哪一條分支來執(zhí)行相應(yīng)的語句序列。
• 重復(fù)結(jié)構(gòu)：又稱循環(huán)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)給定的條件，判斷是否需要重復(fù)執(zhí)行某一
  相同的或類似的程序段。

2.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法,對象,方法,屬性及繼承與多態(tài)性

客觀世界中任何一個事物都可以被看成是一個對象，面向?qū)ο蠓椒ǖ谋举|(zhì)就是主
張從客觀世界固有的事物出發(fā)來構(gòu)造系統(tǒng)，提倡人們在現(xiàn)實生活中常用的思維來
認識、理解和描述客觀事物，強調(diào)最終建立的系統(tǒng)能夠映射問題域。也就是說，
系統(tǒng)中的對象及對象之間的關(guān)系能夠如實地反映問題域中固有的事物及其關(guān)系。
面向?qū)ο蠓椒ǖ闹饕獌?yōu)點：

• 與人類習慣的思維方法一致；
• 穩(wěn)定性好；
• 可重用性好；
• 易于開發(fā)大型軟件產(chǎn)品;
• 可維護性好

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計主要考慮的是提高軟件的可重用性。

對象

一個對象由對象名、屬性和操作三部分組一個對象由對象名、屬性和操作三部分組成
1） 對象是面向?qū)ο蠓椒ㄖ凶罨镜母拍?#xff0c;可以用來表示客觀世界中的任何實體，對象是實體的抽象。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法中的對象是系統(tǒng)是構(gòu)成系統(tǒng)的一個基本單位，由一組表示其靜態(tài)特征的屬性和它可執(zhí)行的一組操作組成。對象是屬性和方法的封裝體。
2） 屬性即對象所包含的信息，它在設(shè)計對象時確定，一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。
3） 操作描述了對象執(zhí)行的功能，操作也稱為方法或服務(wù)。操作是對象的動態(tài)屬性。

對象的特點

1）標識惟一性。指對象是可區(qū)分的，并且由對象的內(nèi)在本質(zhì)來區(qū)分，而不是
通過描述來區(qū)分；
2）分類性。指可以將具有相同屬性的操作的對象抽象成類；
3）多態(tài)性。指同一個操作可以是不同對象的行為；
4）封裝性。從外面看只能看到對象的外部特性，即只需知道數(shù)據(jù)的取值范圍
和可以對該數(shù)據(jù)施加的操作，根本無需知道數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)操作的算
法。對象的內(nèi)部，即處理能力的實行和內(nèi)部狀態(tài)，對外是不可見的。從外面不能
直接使用對象的處理能力，也不能直接修改其內(nèi)部狀態(tài)，對象的內(nèi)部狀態(tài)只能由
其自身改變。通過對象的封裝性可以實現(xiàn)信息隱蔽。
5）模塊獨立性好。對象是面向?qū)ο蟮能浖幕灸K，它是由數(shù)據(jù)及可以對
這些數(shù)據(jù)施加的操作所組成的統(tǒng)一體，而且對象是以數(shù)據(jù)為中心的，操作圍繞對
其數(shù)據(jù)所需做的處理來設(shè)置，沒有無關(guān)的操作。從模塊的獨立性考慮，對象內(nèi)部
各種元素彼此結(jié)合得很緊密，內(nèi)聚性強。

其他

1）類是指具有共同屬性、共同方法的對象的集合。所以類是對象的抽象，對象是對應(yīng)類的一個實例。
2）消息是一個實例與另一個實例之間傳遞的信息。消息的組成包括：
接收消息的對象的名稱；
消息標識符，也稱消息名；
零個或多個參數(shù)*
P.S. 在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?#xff0c;一個對象請求另一個對象為其服務(wù)的方式是通過發(fā)送消息。
3）繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復(fù)定義他們。繼承分單繼承和多重繼承。單繼承指一個類只允許有一個父類，多重繼承指一個類允許有多個父類。

三 軟件工程基礎(chǔ)

3.1 軟件工程基本概念,軟件生命周期概念,軟件工具與軟件開發(fā)環(huán)境

軟件

計算機軟件是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合
1）軟件是一種邏輯實體，而不是物理實體，具有抽象性；
2）軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒有明顯的制作過程；
3）軟件在運行、使用期間不存在磨損、老化問題；
4）軟件的開發(fā)、運行對計算機系統(tǒng)具有依賴性，受計算機系統(tǒng)的限制，這導(dǎo)致了軟件移植的問題；
5）軟件復(fù)雜性高，成本昂貴；

軟件工程

軟件工程是應(yīng)用于計算機軟件的定義、開發(fā)和維護的一整套方法、工具、文檔、實踐標準和工序。
軟件工程的主要思想是將工程化原則運用到軟件開發(fā)過程，它包括 3 個要素：方法、工具和過程。方法是完成軟件工程 項目的技術(shù)手段；工具是支持軟件的開發(fā)、管理、文檔生成；過程支持軟件開發(fā)的各個環(huán)節(jié)的控制、管理。

軟件生命周期

*軟件產(chǎn)品從提出、實現(xiàn)、使用維護到停止使用退役的過程。*軟件生命周期分為軟件定義、軟件開發(fā)及軟件運行維護三個階段：
1）軟件定義階段：包括制定計劃和需求分析。
制定計劃：確定總目標；可行性研究；探討解決方案；制定開發(fā)計劃。
需求分析：對待開發(fā)軟件提出的需求進行分析并給出詳細的定義。
2）軟開發(fā)階段：
軟件設(shè)計：分為概要設(shè)計和詳細設(shè)計兩個部分。
軟件實現(xiàn)：把軟件設(shè)計轉(zhuǎn)換成計算機可以接受的程序代碼。
軟件測試：在設(shè)計測試用例的基礎(chǔ)上檢驗軟件的各個組成部分。
3）軟件運行維護階段：軟件投入運行，并在使用中不斷地維護，進行必要的擴
充和刪改。

軟件開發(fā)工具

軟件開發(fā)工具的完善和發(fā)展將促使軟件開發(fā)方法的進步和完善，促進軟件開發(fā)的高速度和高質(zhì)量。軟件開發(fā)工具的發(fā)展是從單項工具的開發(fā)逐步向集成工具發(fā)展的，軟件開發(fā)工具為軟件工程方法提供了自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境。同時，軟件開發(fā)方法的有效應(yīng)用也必須得到相應(yīng)工具的支持，否則方法將難以有效的實施。

軟件開發(fā)環(huán)境

軟件開發(fā)環(huán)境（或稱軟件工程環(huán)境）是全面支持軟件開發(fā)全過程的軟件工具集合。計算機輔助軟件工程（CASE，Computer Aided Software Engineering）將各種軟件工具、開發(fā)機器和一個存放開發(fā)過程信息的中心數(shù)據(jù)庫組合起來，形成軟件工程環(huán)境它將極大降低軟件開發(fā)的技術(shù)難度并保證軟件開發(fā)的質(zhì)量。

3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法,數(shù)據(jù)流圖,數(shù)據(jù)字典,軟件需求規(guī)格說明書

結(jié)構(gòu)化方法的核心和基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計理論包括1）結(jié)構(gòu)化需求分析方法；2）面向?qū)ο蟮姆治龇椒ā?br /> 結(jié)構(gòu)化分析方法的實質(zhì)：著眼于數(shù)據(jù)流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典和判定樹為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。

數(shù)據(jù)流圖

以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動和處理的過程，它反映了系統(tǒng)必須完成的邏輯功能，是結(jié)構(gòu)化分析方法中用于表示系統(tǒng)邏輯模型的一種工具。

加工（轉(zhuǎn)換）：輸入數(shù)據(jù)經(jīng)加工變換產(chǎn)生輸出。（圓形）
數(shù)據(jù)流：沿箭頭方向傳送數(shù)據(jù)的通道，一般在旁邊標注數(shù)據(jù)流名。（箭頭）
存儲文件（數(shù)據(jù)源）：表示處理過程中存放各種數(shù)據(jù)的文件。（雙下劃線）
源，潭：表示系統(tǒng)和環(huán)境的接口，屬系統(tǒng)之外的實體。（方框）

數(shù)據(jù)字典

對所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個有組織的列表，以及精確的、嚴格的定義，使得用戶和系統(tǒng)分析員對于輸入、輸出、存儲成分和中間計算結(jié)果有共同的理解。

• 數(shù)據(jù)字典的作用是對數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的被命名的圖形元素的確切解釋。
• 數(shù)據(jù)字典是結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。

3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法,總體設(shè)計與詳細設(shè)計

軟件設(shè)計基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計：定義軟件系統(tǒng)各主要部件之間的關(guān)系。
數(shù)據(jù)設(shè)計：將分析時創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。
接口設(shè)計：描述軟件內(nèi)部、軟件和協(xié)作系統(tǒng)之間以及軟件與人之間如何通信。
過程設(shè)計：把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換成軟件的過程性描述。從工程角度來看，軟件設(shè)計分兩步完成，即概要設(shè)計和詳細設(shè)計。
概要設(shè)計：又稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)級接口、全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫模式。
詳細設(shè)計：確定每個模塊的實現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當方法表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細節(jié)

基本原理

軟件設(shè)計的基本原理包括：抽象、模塊化、信息隱蔽和模塊獨立性。
1）抽象：一種思維工具，就是把事物本質(zhì)的共同特性提取出來而不考慮其他細節(jié)。
2）模塊化：解決一個復(fù)雜問題時自頂向下逐步把軟件系統(tǒng)劃分成一個個較小的、相對獨立但又不相互關(guān)聯(lián)的模塊的過程。
3）信息隱蔽：每個模塊的實施細節(jié)對于其他模塊來說是隱蔽的。
4）模塊獨立性：軟件系統(tǒng)中每個模塊只涉及軟件要求的具體的子功能，而和軟件系統(tǒng)中其他的模塊的接口是簡單的。
模塊的耦合性和內(nèi)聚性是衡量軟件的模塊獨立性的兩個定性指標。

總體設(shè)計

軟件概要設(shè)計的基本任務(wù)是：1）設(shè)計軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計；
3）編寫概要設(shè)計文檔；4）概要設(shè)計文檔評審。

詳細設(shè)計

詳細設(shè)計是為軟件結(jié)構(gòu)圖中的每一個模塊確定實現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用某種選定的表達工具表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細節(jié)。

3.4 軟件測試的方法,白盒測試與黑盒測試,測試用例設(shè)計,軟件測試的實施,單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試

使用人工或自動手段來運行或測定某個系統(tǒng)的過程，其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預(yù)期結(jié)果與實際結(jié)果之間的差別。

軟件測試方法

• 靜態(tài)測試：包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量。不實際運行軟件，主要通過人工進行。
• 動態(tài)測試：是基于計算機的測試，主要包括白盒測試方法和黑盒測試方法。

白盒測試

白盒測試方法也稱為結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試。它是根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過程，檢查內(nèi)部成分，以確認每種內(nèi)部操作符合設(shè)計規(guī)格要求。
白盒測試的基本原則：保證所測模塊中每一獨立路徑至少執(zhí)行一次；保證所測模塊所有判斷的每一分支至少執(zhí)行一次；保證所測模塊每一循環(huán)都在邊界條件和一般條件下至少各執(zhí)行一次；驗證所有內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有效性。

黑盒測試

黑盒測試方法也稱為功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試。黑盒測試是對軟件已經(jīng)實現(xiàn)的功能是否滿足需求進行測試和驗證。黑盒測試主要診斷功能不對或遺漏、接口錯誤、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部數(shù)據(jù)庫訪問錯誤、性能錯誤、初始化和終止條件錯誤。黑盒測試不關(guān)心程序內(nèi)部的邏輯，只是根據(jù)程序的功能說明來設(shè)計測試用例。

測試用例

測試用例是指對一項特定的軟件產(chǎn)品進行測試任務(wù)的描述，體現(xiàn)測試方案、方法、技術(shù)和策略。一個好的測試用例能找到迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯誤。

• 單元測試
• 集成測試
• 確認測試
• 系統(tǒng)測試
  四種測試方法詳細解釋

3.5 程序的調(diào)試,靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試

程序調(diào)試的任務(wù)是診斷和改正程序中的錯誤，主要在開發(fā)階段進行，調(diào)試程序應(yīng)該由編制源程序的程序員來完成。程序調(diào)試的基本步驟：
（1）錯誤定位；（2）糾正錯誤；（3）回歸測試（防止引入新的錯誤）
靜態(tài)調(diào)試：程序在運行到某一個狀態(tài)的時候，讓它暫停，用工具查看程序此時的運行信息，比如某個變量的數(shù)值；查看完成后，讓程序繼續(xù)運行，恢復(fù)到正常的工作。
動態(tài)調(diào)試：在程序中，添加日志信息（log），在程序運行的時候，將log指定的信息輸出到調(diào)試的電腦上。整個過程不會打斷程序的運行。

四、 數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)

4.1 數(shù)據(jù)庫的基本概念:數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫（database）

數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個應(yīng)用程序所共享。數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放的，具有集成與共享的特點，亦即是數(shù)據(jù)庫集中了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲，而使它們可被不同應(yīng)用程序所使用。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

一種系統(tǒng)軟件，負責數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護、控制及保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫的核心。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）

由數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、硬件平臺（硬件）、軟件平臺（軟件）五個部分構(gòu)成的運行實體。

4.2 數(shù)據(jù)模型,實體聯(lián)系模型及 E-R 圖,從 E-R 圖導(dǎo)出關(guān)系數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型的概念：是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息表示與操作提供一個抽象的框架。主要內(nèi)容包括：
1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，包括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，以及與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。
2）數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義、符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語句等。它用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。
3）數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。

實體聯(lián)系模型及 E-R 圖

1）實體：現(xiàn)實世界中的事物。（矩形）
2）屬性：事物的特性。（橢圓形）
3）聯(lián)系：現(xiàn)實世界中事-間的關(guān)系。（菱形）

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三種。

4.3 關(guān)系代數(shù)運算,包括集合運算及選擇、投影、連接運算,數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

關(guān)系代數(shù)

1、關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
關(guān)系是由若干個不同的元組所組成，因此關(guān)系可視為元組的集合。n 元關(guān)系是一個 n 元有序組的集合。
關(guān)系模型的基本運算：1）插入；2）刪除；3)修改；4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運算）。
2、關(guān)系操縱
關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱即是建立在關(guān)系上的數(shù)據(jù)操縱，一般有查詢、增加、刪除和
修改四種操作。

集合運算及選擇、投影、連接運算

（1）并（∪）：關(guān)系 R 和 S 具有相同的關(guān)系模式，R 和 S 的并是由屬于 R 或?qū)儆?S 的元組構(gòu)成的集合。
（2）差（－）：關(guān)系 R 和 S 具有相同的關(guān)系模式，R 和 S 的差是由屬于 R 但不屬于 S 的元組構(gòu)成的集合。
（3）交（∩）：關(guān)系 R 和 S 具有相同的關(guān)系模式，R 和 S 的交是由屬于 R 且屬于 S 的元組構(gòu)成的集合。
（4）廣義笛卡爾積（×）：設(shè)關(guān)系 R 和 S 的屬性個數(shù)分別為 n、m，則 R 和 S 的廣義笛卡爾積是一個有（n+m）列的元組的集合。每個元組的前 n 列來自 R 的一個元組，后m 列來自 S的一個元組，記為 R×S。

4. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法和步驟:需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的相關(guān)策略

數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段包括：需求分析、概念分析、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計的每個階段都有各自的任務(wù)：
1）需求分析階段：這是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一個階段，任務(wù)主要是收集和分析數(shù)據(jù)，這一階段收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流圖是下一步設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。
2）概念設(shè)計階段：分析數(shù)據(jù)間內(nèi)在語義關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上建立一個數(shù)據(jù)的抽象模型，即形成 E-R 圖。（數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的過程包括選擇局部應(yīng)用、視圖設(shè)計和視圖集成）
3）邏輯設(shè)計階段：將 E-R 圖轉(zhuǎn)換成指定 RDBMS 中的關(guān)系模式。
4）物理設(shè)計階段：對數(shù)據(jù)庫內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高數(shù)據(jù)庫訪問速度及有效利用存儲空間。

總結(jié)

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