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《信息技术》必修一知识点总结

《信息技术》必修一知识点总结

2019人教版普通高中教科书信息技术必修一:数据与计算

整理人:fly6022(2022-1-16)

信息的定义及特征

  1. 定义:信息是客观存在的一切事物通过物质载体所发出的消息、情报、指令、数据和信号中包含的一切可传递和可交换的内容。信息量的大小可以用消除不确定因素的多少来表示。简而言之,信息的本质是内容,而不是物质和载体。

  2. 特征:

    • 普遍性
    • 需要载体
    • 传递性
    • 共享性
    • 时效性
    • 价值性
    • 相对性
    • 可伪装性

香农与信息论及通信系统模型

香农(Claude Elwood Shannon, 1916-2001),美国数学家,信息论创始人。

  1. 香农发表的《通信的数学理论》论文建立了比较系统的信息理论基础。他提出了信息的形式化,即在通信中要排除信息的语义,只考虑信息的形式因素;通过信息形式化,能够便于用数学进行表示和处理信息。

  2. 香农的通信系统模型:

    1
    信源 → 发射机 → 信道(噪声掺入) → 接收机 → 信宿
  3. 香农还进一步完善了“奈奎斯特-香农采样定理”,阐述了采样频率和信号频谱之间的关系。

    香农采样定理,又称奈奎斯特采样定理,是信息论,特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式:理想低通信道的最高大码元传输速率B=2W,信息传输速率C=B*log2N 。(其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)(摘自 百度百科)

数字化与编码

  1. 模拟信号与数字信号:

    • 模拟信号:模拟信号波形可以表示为时间的连续函数。
    • 数字信号:数字信号的取值是离散且不连续的。
    • 模拟信号和数字信号虽然形式不同,但它们可以相互转换(称为模数转换)。
  2. 数制的相互转换:
    权值:基数的幂,不同数位对应不同权值.

    1. 除R反向取余法

      此方法适用于将十进制整数转换为R进制整数.
      例如:将十进制数 $(19_{10})$ 转换为二进制数.

      利用短除法的方法,将19除以2,记录其商和余数,再将得到的商继续除以2,再次记录商和余数,以此类推,直到商的值为0为止.将余数进行逆序排列,即为所求.十进制数 $(19)_{10}$ 所对应的二进制数是 $(10011)_2$ .

    2. 按权展开求和法

      此方法适用于将R进制整数(小数)转换为十进制整数(小数).
      例如:我们要将一个二进制整数转换为十进制整数。假设这个二进制整数为 $(10011)_2$ ,则:

      类似地,将一个任意二进制整数(假设这个二进制数为 $(xyz)_2$ ,这个二进制数的数字个数为 $n$ (此处为3)转换为十进制整数,那么,有以下通式:

    3. 乘R取整法

      此方法适用于将十进制小数转换为R进制小数.
      例如:我们要将十进制小数$(0.618)_{10}$转换为十六进制小数.

    $(0.618)_{10}$ 可近似转化为十六进制数 $(0.9E353F)_{16}$ .

    注意:并非所有十进制小数都能完全转化为R进制小数,这时需要取近似值.

算法与程序实现

  1. 解决问题的一般过程和用计算机解决问题

    • 解决问题的一般过程

      1. 分析问题
      2. 寻找解决问题的途径与方法
      3. 解决问题并验证结果
    • 用计算机解决问题的过程

      1. 分析问题:将问题抽象化,通过建模方式界定和描述问题。
      2. 设计方案:将大问题细化成小问题,将小问题细化成更小的问题(分治算法/思想)。
      3. 编程调试:利用计算机程序设计语言描述算法,实现问题求解的过程。
  2. 程序设计语言的分类及特点比较

    • 机器语言:用二进制数表示的机器码集合,能够被计算机直接执行。
    • 汇编语言:面向机器的程序设计语言,用“助记符”代替机器码进行编程。
    • 高级语言:独立与机器面向于过程或对象的程序设计语言,语法结构接近人类自然语言,便于编写和理解,通用性和可移植性较好。
  3. 算法的概念和描述

    • 算法的特征

      1. 有输入
      2. 有输出
      3. 有穷性
      4. 可行性
      5. 确定性
    • 描述算法的方式

      1. 用自然语言描述算法

      2. 用流程图描述算法

        1. ”圆角矩形“表示”开始/结束“
        2. “平行四边形”表示“输入/输出”
        3. “矩形”表示“处理”(注意:此框有一个入口和一个出口)
        4. “菱形”表示“判断”(注意:判断框有4个顶点,通常地,最上方的顶点表示入口,其余3个顶点视需要表示出口)
        5. “箭头”表示“流程线”,用于控制流程方向。
        6. “圆圈”表示“连接点,用于连接因页面写不下而断开的流程线。
      3. 用伪代码描述算法

    • 算法的结构

      1. 顺序结构:每一个步骤按照顺序执行。
      2. 选择结构:又称作分支结构。根据条件不同,选择不同的分支处理。
      3. 循环结构:当条件成立时,反复执行该步骤。
  4. 程序设计基本知识

  • 数据类型
数据类型 类型标识符 说明及示例
整形 int 以Python为例,Python中的整数理论上可任意大
浮点型 float 用于表示小数,如0.618、3.141 592 6、2.318E+6等
字符串型 str 用单引号或双引号括起来的一串字符,如”中国”、”China”等
布尔型 bool 用于逻辑判断:其只有两个值True和False(分别表示真/假)
列表型 list 用于存放一组数据的序列,数据被方括号所括。如[1,2,3,4,’a’]
  • 将输入的值的数据类型转换为任意数据类型
    1
    2
    a = int(input()) # 将输入的值转换为整型
    b = str(input()) # 将输入的值转换为字符串型
  • 常量、变量及表达式

    1. 常量
      指程序运行过程中不能改变的量。

    2. 变量
      指程序运行过程中可以改变的量。是内存中存放数据的存储单元,用变量名表示。在Python语言中,变量名的赋值要求:①变量名不能以数字开头。②变量名区分大小写。

    3. 为变量赋值

      1
      2
      3
      4
      变量名 = 表达式

      例如:中国 = "China"
      delta = "b^2-4*a*c"
    4. 运算符及表达式

      • 算术运算符
        算术运算符主要进行算术运算。Python中的运算符包括:加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、整除(//)、取模(%)和幂(**)等等。

      • 关系运算符

        1
        2
        3
        4
        5
        6
        == 表示等于,用法:a == b
        > 表示大于
        < 表示小于
        >= 表示大于等于
        <= 表示小于等于
        ! = 表示不等于
      • 逻辑运算符
        Python中的逻辑运算符包括not(非)、and(与)、or(或)。
  • 语句与程序结构

    1. 顺序结构

    2. 选择结构(分支结构)
      分为单分支和双(多)分支。

      1. 单分支结构:
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    ```
    if 表达式:
    语句块

    例如:
    if a="A":
    print("A")
    ```
    1. 双分支结构:
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    ```
    if 表达式:
    语句块
    else:
    语句块

    例如:
    if a="A":
    print("A")
    else:
    print("B")
    ```
    1. 多分支结构:
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    ```
    if 表达式:
    语句块
    elif 表达式:
    语句块
    else:
    语句块

    例如:
    if a="A":
    print("A")
    elif a="B":
    print("B")
    else:
    print("C")

    ```
  • 函数
    函数的一般格式为:函数名(参数)

    1. 在Python中定义一个函数:

      1
      2
      def a():
      代码块
    2. 在Python中调用定义的函数:

      1
      a()

To be continued…

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