自上而下的编程方法简介

森之张卫东

随着选择和循环介绍，我们的程序也将变得复杂，对于解决问题来说，将会变得简单。为了帮助大家避免在编程过程中出现大量的错误，我们将向大家介绍正式的编程步骤，即自上而下的编程方法。我们也会向大家介绍一些普通的算法开发工具即伪代码。

3.1 自上而下的编程方法简介

假设你是在工厂工作的工程师，为了解决某些问题，你要编写一个程序。你如何开始呢？当遇到一个新问题时，我们的心里会自然而然的产生这样的想法：马上坐在计算机前，开始编程，而不用浪费大量的时间思考我们所要解决的问题是什么？用这种不切实际的想法来编一些非常小的程序可能会成功。但在现实中，问题可能会非常的大，程序员再用这种方法编程将会陷入困境。
    对于一个大的程序来说，在编写代码之前你要通盘的思考你所要面临的问题和解决的方法。在本节中，我们将向大家介绍正式的编程设计步骤，然后应用这个步骤来编写本书所有的大的应用程序。对于我们所遇到一些简单的例子来说，这个步骤好像有些画蛇添足。但是当我们解决的问题变得越来越大的时侯，这个步骤将会变得异常重要。

当我还没有毕业的时侯，一个教授喜欢说：“编程很简单，因为我知道在编程的过程的困难”。当我们离开学校，在工厂从事于大规模软件工程编写时，我深深地理解了它所说的话。我发现在工作中我遇到的大多数困难都是对所要解决问题的理解。   
    一旦你真正理解了问题，你就会把这个问题分解成许多小的问题，更加易于管理的小块，然后逐一解决某一个小块。自上而下的编程方法是我们正规编程设计的基础。
    我们现在向大家介绍这些在图3.1说明的步骤细节。步骤如下:

1.清晰地陈述你所要解决的问题

编写的程序大多数情况下要满足一些感觉上的需要，但这种需要不一定能够被人清晰地表达出来。例如，用户需要一个解线性方程组的表达式。像这样的要求就不够清楚，程序员就很难编出一个使他满意的程序。他必须弄清楚要有多少问题需要解决?在这些方程式中有没有对称的形式使我们的开发变得简单?程序设计者必须和使用者讨论所需的程序，他们必须要对完成的任务有一个精确细致的描述。对问题清晰的描述可以防止误解，并且能够帮助程序员合理的组织他的思想。上面的例子对问题合适的陈述应为:

设计一个用于解决联立线性方程组的程序，这些方程中未知数的系数为实数，最多有20个未知数。

2.定义程序所需的输入量和程序所产生的输出量

指定输入量和输出量，只有这样新的程序才能适应全过程计划。在这个例子中方程式的系数可能有其预先存在的顺序，我们的新程序必须能按照顺序读取它们。相似地，也需要产生出这个程序所要求的结果，即输出量，我们还要以一定的格式打印出来。

3.设计你的程序得以实现的算法

算法是指为某个问题找到答案一步接一步的程序。在这个阶段自上而下的编程方法发挥了作用。
   编程设计者开始对这个问题进行逻辑划分，把它逐步分解为一个又一个子工作。这个过程叫做分解(decomposition)。
   如果一些子工作还是比较大，设计者还可以把他它分解成更小的块。这个过程将会继续到问题被分解成许多简单且易理解的小块为止。

在问题被分解成小块之后，每一个小块要被进一步的求精，这个过程叫做逐步求精(stepwiserefinement)。
   在这个过程中，设计者开始于对本小块代码总括性的描述，然后开始一步一步地定义所需的函数，越来越具体，直到他能够转化为MATLAB语句。
   逐步求精的过程中，我们要用到的伪代码将会在下节为大家介绍。

在算法开发过程中，这个方法是非常有用的。  
   如果设计者真正理解了解决问题这个些步骤，他将会对问题进行分解和逐步求精。

4.把算法转化为代码

如果分解和逐步求精的过程已经顺利完成，那么这一步将会异常地简单。所有程序员都会将伪代码一句一句地转化为合适地MATLAB语句。

5检测产生的MATLAB程序

这一步是真正的拦路虎。首先，程序的每一部分将会被单独地检测，如果有可能的话，整个程序还要被检测一遍。
   在我们检测程序时，我们必须证明所有合法输入数据值都能够正常运行。用标准的输入值检测程序，看它是否产生了值。
   如果在一个程序中执行的算法包含了不同的分支，你必须检测每一个分支，以保证产生正确的答案。
   大程序在交付大众使用之前，必须经过一系列地检测(图3.2)。检测的第一步有时被称为单元检测(unit testing)。在单元检测过程中，程序的子程序将会被独立地检测以证明它的正确性。
   当单元检测结束之后，这个程序将进行一系列的组合，把独立的子程序联合产生出最后的程序。程序第一步的联合通常只包括很少的子程序。通过组合这些子程序，经常用检查子程序或函数之间的联系。在一系列地组合过程中，越来越多的子程序被加了进来，直到整个程序的完成。在每一次组合的过程中，每一个错误都会被发现并在进行下一次组合之前纠正过来。

在整个程序被组合之后，调试继续进行。
   程序第一个版本我们通常称之为“alpha版本”。
   程序员和其他有机会接近它的人可以想尽一切办法应用它，以发现其中的漏洞，然后改正之。当许许多多大的错误从程序中去除，一个新的版本出现了，我们称之“beta版本”。beta版本就要公开地发行给天天需要这个程序工作的人。这些用户使这个程序在不同的环境下，在不同的输入条件下工作，会发现许多的错误，并报告给程序员。当这些错误被更正后，这个程序就能够发行给公众使用了。因为本书中的程序都比较小，没有必要进行上述的大规模的检测。但是我们会遵循基本的调试原则。

程序设计的基本步骤如下:

1.清晰地陈述出你要解决的问题。

2.确定程序所需地输入量和程序所产生的输出量。

3.为你的程序设计算法

4.将算法转化为MATLAB语句

5.调试MATLAB程序

好的编程习惯

遵循上面的步骤编写可靠，易理解的MATLAB程序。

在大的编程项目中，花在编程序的时间是出奇的少。Frederick P Brooks在他的the Mythical Man­Month书中写道，对于大的软件工程来说，三分之一的时间花在计划如何来做上(第一步到第三步)，六分之一的时间花在编写程序上，近一半的时间用来调试程序。
   而我们能做的只有压缩调试用的时间。在计划阶段做好充分的准备和在编程过程使用良好的编程习惯，这样会大大降低我们调试所用的时间。好的编程习惯能减少出错的数量，也能使别人迅速地找出其中的错误。

3.2伪代码的应用

作为我们设计步骤的一部分，描述出你要执行的算法是非常必要的。算法的描述有一种标准形式，能让你和大家都能理解，这种描述将帮助你的内容转化为MATLAB代码。我们用于描述算法的标准形式叫做构造(constructs有时也称structure)。用这些结构描述出的算法，我们称之为结构化算法。当我们在MATLAB程序中执行这个算法时，产生的程序叫做结构化程序。

我们可以用伪代码的形式建立算法的结构。伪代码是MATLAB和英语的混合体。和MATLAB一样，它是结构化的，一行表达一个明确的意思或代码的片段，但每一行的描述用的是英语或其他人类语言。
伪代码的每一行都应用普通简单且易于理解的英语或中文描述。  
   因为修改简单灵活，所以伪代码在开发算法的过程中非常的有用。
   因为伪代码给编辑器或字处理器(通常用于编写MATLAB程序)的，而不需要其他的可视化功能。例如下面是例2.3的算法伪代码

Prompt user to enter temperature in degrees Fahrenheit

Read temperature in degrees Fahrenheit(temp_f)

temp_k in kelvins ← (5/9) * (temp_f - 32) + 273.15

Write temperature in kelvins

注意用向左指的箭头←替代等号(=)指出一个值将存储到对应的变量中，这样就避免了赋值号与等号的混淆。在把它们转化为MATLAB代码之前，伪代码将有助于你思想的组织。

一束阳光

谢谢楼主的好资料

一束阳光

谢谢楼主的好资料

一束阳光

谢谢楼主的好资料

残__泪

还不错  哦

一束阳光

顶一下，辛辛苦苦，别沉了呀

一束阳光

顶一下，辛辛苦苦，别沉了呀

一束阳光

顶一下，辛辛苦苦，别沉了呀

瞥神

赞一个，支持楼主！！！！！！

瞥神

赞一个，支持楼主！！！！！！