动态算法系统的设计与研究

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摘要：计算机算法是计算机学科中重要的一门学科，尤其是计算机程序编写，算法显得尤为重要，可是课程理论性较强，同学们理解起来很吃力。为了能够把这种枯燥的理论性课程借助动态演示系统转变的更形象、生动，更易于学生的理解掌握。文中以快速排序算法为例描述了整个动态演示的效果按照预期设计的目标取得良好的教学效果。

关键词：计算机算法教学 动态演示系统 快速排序算法

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0120-01

1 计算机算法教学过程中存在的问题

随着多媒体和Internet网络的诞生，计算机教育已经步入一个全新的阶段。计算机算法的教学也不例外，计算机算法教学从单一的理论教学逐步转换为动态演示系统。其综合了文字、图片、视频以及声音等媒体，通过多媒体技术动态演示算法过程，使理论知识化抽象为形象。这不仅使学生算法学习的兴趣得到提高，而且也使学生对算法具有更为深刻地理解。

计算机算法涉及的知识范围较广，难度较高，较多学生在计算机算法的学习过程中比较吃力。分析原因，主要问题是首先，算法理论性较强，对学生的数学能力和逻辑思维能力有较高的要求；其次，教师对于算法的讲解基本上是选取一些经典的算法，没有借助多媒体教学的方式，只是进行抽象的、理论的阐述讲解。而计算机算法这种理论性较强的课程教学，为了提高学生的学习效率，我们可以在课堂教学中引入多媒体教学的方式，将理论的、抽象的算法与多媒体技术相结合，使教学内容更加生动、形象，促进学生对各种算法的理解。

2 系统开发

开发动态算法演示系统时，需要用到程序设计、动态制作等一系列软件，通过鼠标点击图例的操作进行多媒体对算法的灵活制作，将按某种算法的理论知识和教学思路将算法中重要知识点，理论教学过程中不容易讲清楚的内容借助多媒体动态演示，引入学生的思维，使其理解算法的原理，加强学生对算法的了解和应用。只需要使用者通过点击鼠标来对声音、文字、图片等信息进行编排，系统设置了如单步跟踪、连续执行等多种演示手段来演示算法的具体执行过程，从而真正达到辅助教学的效果，使其组成程序实现实时操控。

在计算机算法学科中以及大学程序设计中占有重要地位的计算机算法有合并算法、冒泡算法、插入算法及快速查找被分为二分法和顺序法等，动态算法演示系统就是用来动态演示以上算法的执行过程，从而促进学生了解与掌握这些算法。

3 系统设计

系统主界面设计各项操作简洁明了，实用方便，可以通过键盘、鼠标录入不同的数据观察算法的不同的执行情况，从而加深对算法的理解；各种算法均具有相应的理论知识，所以实际案例演示的同时会通过适当的注释在操作界面上加以说明，帮助用户更好地理解其演示过程，另外设置了附件、菜单项等各种按钮，能够通过对这些按钮的点击切换来实现不同功能的展示，自顶向下的程序设计理念在整个系统的结构化设计中得到了充分的体现。

整个系统主要由三个构件组成，分别是操作界面、主窗口、文件菜单及回收。其中，主窗口作用是对各种算法进行调用；回收的作用是将一些无效的文件删除或返回主界面。各种计算机算法都具有各自对应的文件菜单，算法的工作原理、演示的操作及应用都在对应菜单下的选项组中，算法的设计通过选项组的调试来进行。

系统主界面的设置中，界面上文本显示包括两方面：字模的存储和显示方法出现问题，可以通过对文本格式进行设置与调整，就能使这些问题得到解决。算法演示的设置可以在主菜单功能中进行自定义格式的设置，再设置成全部应用即可，可以有效避免算法演示逐一设置的繁琐。

模板使用时，不同算法中可能某些结构相似，为提高效率，数据结构中重用现象可以通过模板技术来展示。比如，可以将正在演示的算法结构，选择界面中算法选项的菜单按钮，将该算法模板进行另存，为另存的模板取不同的名字，接着对一些自带的属性进行调整，再刷新，另存的模板将在模板选择窗口出现，可以将其在其他算法结构上得到应用，将其置于对应的流程线上就能够使用。

多媒体技术演示系统能够将各种生动形象的动画展示出来，其不仅可实现通过鼠标来移动图标，而且还可以点击对所有图标进行设置。点击选中属性选项，进入设置界面更改图片的部分属性，对图标的动作进行控制。下面用快速排序算法简单介绍一下系统的设计过程。

冒泡排序改进后的快速排序，它的基本原理是：通过第一趟排序把所有参与排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按照顺序对数值进行依次比较，数值排列按照从小到大的顺序进行。

快速排序算法的设计中，假设数值为垂直状态，首先，任意选取一个数据（通常选用第一个数据）作为关键数据相当于较大的关键气泡，其他各数值相当于不同的气泡。在同一垂直线上进行所有气泡的分布，再逐次对气泡进行比较。

快速排序算法如果动态演示步骤如下：首先，点击算法流程图中的各个圆形中按钮，进行圆形下一步位置动态演示算法的效果的设置，其中关键圆形按钮的设置不同于其他圆形按钮。再者，可以将算法流程图的线条、字体以及背景色等设置成各种各样的风格。最后，针对相同算法的结构，在比较的过程中，需要将其向其他算法切换，点击算法的结构对象，将切换的算法拖至流程图中，将弹出显示数据分析算法窗口的切换。

4 结语

总的来说，动态算法教学演示系统不仅是科学技术的产物，也是教研工作者长期研究的成果，在教学过程中发挥着十分重要的作用。计算机算法动态教学系统中，其实现了算法理论知识从抽象化往形象化的转变，有利于提高学生算法学习的兴趣，加强学生对算法理论知识的记忆与理解，从而促进学生对知识的掌握与应用。在这个过程中，也实现了教师专业水平的提升，对教师的专业发展也具有积极的意义。动态系统演示生动直观，操作灵活方便，作为计算机算法教学的科学模式，对计算机算法教学效果的提升具有十分重要的影响。

参考文献

[1]李毅波.数据结构与算法学习系统的设计与实现[D].中南大学，2012年.

[2]程欣宇，孟传良.动态规划算法提高汉字输入法音节划分的速度和准确性[J]；贵州工业大学学报（自然科学版），2004年02期.