|
结构化程序设计 序越写越大，功能越来越强，讲究技巧的程序设计方法已经不能适应需求了。记得是哪本书上讲过，一个软件的开发成本是由 随着计算机的价格不断下降，硬件环境不断改善，运行速度不断提升。程：程序设计 30% 和程序维护 70% 构成。这是书上给出的一个理论值，但实际上，从我十几年的工作经验中，我得到的体会是：程序设计占 10%，而维护要占 90%。也许我说的还是太保守了，维护的成本还应该再提高。下面这个程序，提供了两种设计方案，大家看看哪个更好一些那？ 题目：对一个数组中的100个元素，从小到大排序并显示输出。(BASIC) 方法1：冒泡法排序，同时输出。 FOR I=1 TO 100 FOR J=I+1 TO 100 IF A[I] > A[J] THEN T=A[J]: A[J]=A[I]: A[I]=T NEXT J ? A[I] NEXT I 方法2：冒泡法排序，然后再输出。 FOR I=1 TO 100 FOR J=I+1 TO 100 IF A[I] > A[J] THEN T=A[J]: A[J]=A[I]: A[I]=T NEXT NEXT FOR I=1 TO 100 ? A[I] NEXT 显然，“方法1”比“方法2”的效率要高，运行的更快。但是，从现在的程序设计角度来看，“方法2”更高级。原因很简单：（1）功能模块分割清晰——易读；（2）也是最重要的——易维护。程序在设计阶段的时候，就要考虑以后的维护问题。比如现在是实现了在屏幕上的输出，也许将来某一天，你要修改程序，输出到打印机上、输出到绘图仪上；也许将来某一天，你学习了一个新的高级的排序方法，由“冒泡法”改进为“快速排序”、“堆排序”。那么在“方法2”的基础上进行修改，是不是就更简单了，更容易了？！这种把功能模块分离的程序设计方法，就叫“结构化程序设计”。 三、对程序设计中技巧使用的思考 我可以肯定，大家在开始学习程序设计的时候，一定都做过这样一个题目：求100以内的素数。老师在黑板上，眉飞色舞地写出了第一个程序：（C程序） 方法1： for(i=1; i<100; i++) { for(j=2; j< i; j++) if(i%j == 0) break; if(j >= i) printf("%d,", i); } 然后，老师开始批判这个程序“这个叫什么呀？太慢了！因为我们都知道大偶数不可能是素数了，因此，要排除掉！” 于是，意尤未尽地写出了第二个程序： 方法2： printf("2,"); for(i=3; i<100; i+=2) { for(j=2; j< i; j++) if(i%j == 0) break; if(j >= i) printf("%d,", i); } 老师说：“看！我们只改动了一点点，程序运行的速度就提高了一倍多”。然后运用诱导式教学法继续提问“程序的效率，还能再提高吗？能！”，得意地写出第三个程序： 方法3： printf("2,"); for(i=3; i<100; i+=2) '不考虑大偶数 { for(j=3; j< i/2; j+=2) '不考虑用偶数去测试，而且只验算到一半就足够了 if(i%j == 0) break; if(j >= i) printf("%d,", i); } “大家看，我们又只改动了一点点，运行速度又提高了一倍多。可以了吗？不可以！我们还能再提高”。于是又高傲地写出了第四个程序： 方法4： printf("2,"); for(i=3; i<100; i+=2) { int k = sqrt(i); for(j=3; j<= k; j+=2) if(i%j == 0) break; if(j >= k ) printf("%d", i); } 然后，开始证明为什么我们判断素数的时候，只需要验算到平方根就足够了： 假设p是合数，那么令:p=a*b。反正法：由于我们已经判断了p的平方根以内的整数都不能被p整除，于是 a>SQRT(p)。基于同样的理由 b>SQRT(p)。于是 p = a * b > SQRT(p) * SQRT(p) = p 得出矛盾， 命题得正。 的确，“方法4”的确比“方法1”的运行速度要提高了好几倍，甚至好几十倍。但我们仔细分析测试看看。 （1）“程序4”到底比“程序1”快了多少那？我在某台计算机上进行测试（P4，1.5G)得到的速度对比表： 计算范围 100 1000 10000 100000 速度差 0.00秒 0.01秒 0.18秒 15秒 （2） 在10万以上，才会看出一些差别。而这种差别根本就不够底偿程序设计阶段的付出。如果计算的范围再大，那么不管是“方法1”，还是“方法4”都不是好的算法。（计算素数的另外一个比较优秀的算法叫“漏筛法”） （3）写出“方法1”，只要具有小学四年级的数学水平就够了，而“方法4”则需要初中三年级的水平并且还要具备一些“数论”的知识。 （4）从维护性看，如果你写的程序需要另外一个程序员来维护，或者若干时间以后，你重新来阅读这段程序，那么就会对这个程序产生很多疑问：这个求平方根是干什么用的？其实，就这个题目来说，使用到“方法3”就已经足够了。 总结发言： I. 计算机的价格每年下降一半，而运算速度每年提高一倍”，因此我们应该把速度提高的任务交给硬件实现。 II. 从易读性、维护性出发，程序员只负责按定义给出软件实现。算法的问题是数学家解决的。 题外话： 多年以来，人们一直在寻找动态图象(影视)的存储和回放的算法，但效果都不理想。直到有人发现，原来在200多年前的数学家早就帮我们解决了这个问题——傅立叶（Fourier）级数展开。因此我要说，优秀的算法不是我们程序员要考虑的问题，我们的任务只要按照数学家给出的算法翻译为计算机程序语言而已。（这句话恐怕要遭到大多数程序员抛出的板砖袭击）再比如，计算一元多次方程解的问题。我们使用的就是牛顿的迭代算法。不要怪我瞧不起你，你能发明这个方法的话，那就是当代的牛顿了。 (责任编辑：laiquliu) |
