Алгоритмы и алгоритмические языки: альтернативная версия
Аннотация
TODO
Концепция
- Цели курса:
- Заложить основы алгоритмического мышления
- Дать эффективный язык описания алгоритмов и структур данных
- Дать универсальный инструмент программирования
- Задачи курса:
- Познакомить с основами теории алгоритмов
- Привить представление об ЭВМ как алгоритмическом исполнителе команд, и о языке программирования как о формализации таких команд
- Развить навыки составления алгоритмов и отлаживания программ на языке Python3
- Познакомить с алгоритмами и структурами данных, используемыми при решении типовых задач
Лекции
- Интуитивное понятие алгоритма. Свойства алгоритмов.
- Пример исполнителя (программируемый калькулятор): данные, команды, последовательное, условное и циклическое выполнение.
- Алгоритм как преобразование слов из заданного алфавита. Нормальные алгоритмы Маркова.
- Машина Тьюринга. Тезис Тьюринга и принцип нормализации, их обоснование.
- Алгоритмически неразрешимые проблемы. Неразрешимость проблем самоприменимости, останова и эквивалентности алгоритмов.
- Характеристика алгоритмических языков. Понятие трансляции. Компилируемые и интерпретируемые языки. Понятие исполнителя.
- Алфавит, синтаксис и семантика алгоритмического языка. Описание синтаксиса языка с помощью металингвистических формул (БНФ) и синтаксических диаграмм.
- История Python. ИКС и неформальное использование Python как калькулятора.
- Константы-конструкторы основных скалярных объектов. Операции над объектами. Интерпретация выражения: конструирование и удаление объектов.
- Основные типы последовательностей. Индексирование и секционирование. Множественный оператор именования, распаковка последовательностей.
- Ссылки на объекты: имена; ссылки из составных объектов. Счётчик ссылок. Идентификаторы объектов и их сравнение.
- Условный оператор. Блок операторов. Оператор цикла с условием. Каноническая схема цикла. Вложенные операторы.
- Старшинство операций. Логические операции. Нулевой объект типа.
- Функции: задание и оператор вызова. Контекст выполнения, глобальное и локальное пространства имён. Позиционные и именованные параметры.
- Оформление исходного кода: комментарии, строки документации, договорённости об именовании. Модернизация языка Python сообществом.
- Пространство имён объекта: поля и методы объекта. Методы последовательностей. Использование последовательностей в качестве стека и очереди. Строковые методы.
- Цикл с итерируемым объектом. Циклические конструкторы объектов.
Взаимодействие с ОС: файловый ввод-вывод, …
- Понятие вычислительной сложности алгоритмов в худшем случае и в среднем. Поиск и бинарный поиск в упорядоченных последовательностях.
- Рекурсия. Достоинства, недостатки, критерий применения в Python. Замещение рекурсии стеком контекстов.
- Методы сортировки, оптимальные оценки числа сравнений и перемещений при сортировке.
- Задача хеширования. Открытое и закрытое хеширование. Требования к функции расстановки.
- Хешируемые объекты Python. Словари. Методы словарей.
- Множества, байтовые массивы. Константные (хешируемые) варианты. Операции над множествами.
- Упаковка и распаковка параметров функции. Функции с произвольным количеством и именами параметров. Словари-пространства глобальных и локальных имён.
- Генераторы: выражения-генераторы, повторно входимые функции (функции-генераторы). Работа цикла с итерируемым объектом.
- Модуль как контейнер имён. Использование модуля. Стандартные модули. Файл как модуль. Строки документации.
- Класс как конструктор пространства имён. Экземпляр класса: динамические поля и поля класса. Методы. Вызов метода. Строки документации.
- Спецметоды. Реализация операций над объектами путём задания спецметодов.
TODO: что ещё должно быть: выбрать и подсунуть в нужное место Ещё:
- Эффективность операций над структурами данных. Индексация в последовательностях и индексация в массивах. Эффективность итераторов в последовательностях.
- Моделирование списков. Однонаправленные, двунаправленные и циклические списки. Заглавное звено.
- Двоичные (бинарные) деревья. Обход дерева с использованием стека, очереди и рекурсии.
- Деревья поиска (сравнений), алгоритмы поиска, вставки и удаления элементов.
- Куча
- Замыкание транзитивного бинарного отношения.
- Моделирование многомерных массивов.
- Исключения как средство управления потоком вычислений