轻松学编程/全国青少年信息学竞赛培训教材

序一

轻松学编程序从2000年开始，计算机逐渐进入中国千家万户，先在各个高校掀起学习编程的热潮，各类大学生编程竞赛、机器人竞赛都在如火如荼地进行着。然而，编程教育却并未在青少年群体中得到很好的普及和发展。在互联网的浪潮下，我们的下一代将直面信息技术的冲击。一方面，现在青少年使用自用设备的比例非常高，每个学生日常生活中会使用到3个设备：平板电脑、台式机和手机。而编程对青少年而言，不仅仅是一项简单的技能，更是未来生存所需。另一方面，国家对于编程教育的重视度也在不断提升，2017年7月国务院颁发了新一代人工智能指导性文件，提及要在中小学阶段逐步推广编程教育。但就目前的实际普及情况来看，中国编程教育的发展仍较为滞后。《2017-2023年中国少儿编程市场分析预测研究报告》显示，美国K12阶段(6—18岁)约有67.5%的孩子已接受在线编程教育，而中国的渗透率仅为0.96%，即每100个中国青少年中只有1个孩子接受过编程教育。因此，加大编程教育的普及力度，为青少年提供计算机编程课程已迫在眉睫。本书以通俗易懂、生动风趣的语言，使孩子们在轻松的氛围中熟悉编程的相关概念，如数据类型、循环语句、输入输出、字符串等。同时，作者把部分晦涩难懂的编程概念变成通俗易懂的图形界面，帮助孩子们脱离枯燥无味的纯语言教学，使他们体会到编程的乐趣。考虑到爱玩是孩子们的天性，本书设计了各种有趣的小故事，每一个故事就是一个编程小游戏。让孩子们在享受故事乐趣的同时，也能思考背后的编程原理，进而激发他们的创作能力和动手实践能力。孩子们只要学到一点知识就可以开发简单的游戏，获得成就感。用这种寓教于乐的教学理念，让他们在快乐中学习，在学习中获得知识与提升能力。本书旨在培养青少年的逻辑思维能力、想象力和创造力以及综合学科能力。本书由马敏、田钰编著，作者均是身居一线的资深教师，具有丰富的青少年编程教学经验，特别是我的老朋友、作者马敏。他是安徽省信息技术骨干教师，全国信息学奥赛优秀指导老师，合肥市科协第八届代表大会代表，担任安徽基础教育资源审查专家库成员、安徽计算机学会理事等职位。2010—2018年，他辅导的多名学生获得了非常优异的成绩，其中2018年辅导的六年级学生徐勤获得全国青少年信息学奥林匹克联赛(NOIP)高中组全国一等奖，系安徽省首次获得此项殊荣。马老师先进的教学理念、丰富的教学经验与尽职的教学态度在本书中体现无疑，在编著过程中也充分考虑了青少年的认知过程和接受能力，在内容方面进行了精心编排，从初识C  语言开始，初步讲解究竟什么是编程语言，再到基本的概念介绍，后再用所学的知识解决生活中的各种难题，由浅入深，逐步提高。本书给青少年带来的不仅是认知和思考，更是创作和动手实践的乐趣，所以大家赶紧学起来吧！2019.11.28前言1984年，邓小平就提出“计算机的普及要从娃娃抓起”，计算机科学教育的核心是算法设计和编程。信息学奥赛与数、理、化、生并称为五大学科竞赛，是面向全国青少年的信息学竞赛和普及活动。其宗旨是给学校的信息技术教育课程提供动力和新的思路，通过竞赛和相关的活动培养和选拔优秀计算机人才。本书融合了众多学科的知识，既有逻辑推理，又有语言学习；既有科学验证，又有益智游戏编程。本书通过趣味故事引出算法题，没有高深的原理，也没有枯燥的公式；通过大量的实例分析算法本质，并给出代码实现的详细过程和运行结果，让学生乐于学习。此外，采用升级打怪的模式，层层挑战，在突破层层的光卡中，提升学生的技能，使学生掌握算法设计和编程。本书具有以下特点：(1) 实例丰富，通俗易懂。从有趣的西游记故事引入算法，从简单到复杂，能够使学生在学习中体会到算法的设计思想。(2) 深入浅出，抓住本质。采用伪代码描述算法，既简洁易懂，又能抓住本质，算法描述及注释使代码更加通俗易懂。对算法设计分析全面细致，既有每一步的分析过程，也有直观的绘图演示。(3) 实战演练，层层递进。每一个关卡都进行实战演练，让学生在实战中掌握知识，从而提高思考能力和实践能力。这是一本符合中小学学生心理、适合中小学生学习的图书，也可以帮助一线教师轻松地开设拓展课程，开展社团、竞赛等活动，让广大中小学生轻松、有趣的学习。

《轻松学编程》基本涵盖了复赛涉及的所有知识点。通过详实例题，循序渐进地介绍中小学生计算机程序设计的各种知识，内容包括数据的存储和读入、程序的选择执行、程序段的反复执行、数据的批量存储等，旨在普及计算机科学教育，培养中小学生的计算思维能力，着重于实用与实战。在算法分析和应用上，简明扼要，细致清晰，便于学生自学和教师上课；对于习题部分，提供详细的解题步骤、策略与标程，便于学生上机练习。本书可作为中小学信息学奥赛辅导教材，也可供对计算机编程感兴趣的中小学生自主学习使用。

《轻松学编程》基本涵盖了复赛涉及的所有知识点。通过详实例题，循序渐进地介绍中小学生计算机程序设计的各种知识，内容包括数据的存储和读入、程序的选择执行、程序段的反复执行、数据的批量存储等，旨在普及计算机科学教育，培养中小学生的计算思维能力，着重于实用与实战。在算法分析和应用上，简明扼要，细致清晰，便于学生自学和教师上课；对于习题部分，提供详细的解题步骤、策略与标程，便于学生上机练习。本书可作为中小学信息学奥赛辅导教材，也可供对计算机编程感兴趣的中小学生自主学习使用。

田钰：合肥市教科院信息技术应用研究中心主任，信息技术教研员，负责信息学奥赛程推推广与普及、信息技术学科教学、研究，教师专业化发展，信息技术课题研究；负责全市STEAM和创客教育、教学研究，课程建设，教师培养；负责全市信息化创新学习研究与开展，如智慧课堂应用与推广；组织全市各类信息技术类教学应用评比，如一师一优课、微课大赛、乡村教师信息应用竞赛、教师、学校空间的应用评比。

1章初识C  语言(3)

1.1C  语言简介(3)

1.2赋值语句、输出语句(7)

1.3带格式的输出语句及输入语句(10)

第2章程序控制结构(16)

2.1简单的分支结构程序设计(16)

2.2if语句的嵌套与switch语句(20)

2.3for循环(26)

2.4while循环与dowhile循环(28)

第3章数组(34)

3.1一维数组(34)

3.2二维数组(38)第4章字符串(41)

4.1字符串的基础知识(41)

4.2字符串操作(43)

4.3字符串的基础运用(50)

第5章函数(62)

5.1函数的含义(62)

5.2经典数学函数主程序(62)

5.3函数的应用(64)

5.4形参和实参(65)

5.5标识符的作用域(65)

第6章文件操作(67)

第7章结构体(71)

基础算法篇

第8章模拟法专题(77)

第9章递归与递推专题(85)

9.1递归(85)

9.2递推(88)

第10章枚举法(93)

第11章简单搜索算法(98)

11.1算法框架(98)

11.2算法分析(99)

第12章分治算法(105)

12.1分治算法的思想(105)

12.2分治算法的适用条件(105)

12.3分治算法的步骤(105)

12.4分治算法的框架结构(106)

第13章排序算法(116)

13.1选择排序(116)

13.2插入排序(117)

13.3冒泡排序(118)

13.4快速排序(119)

13.5归并排序(120)

13.6线形排序(121)

13.7排序算法的比较(124)

第14章高精度运算(128)

14.1高精度运算的思想(128)

14.2数的存储和处理(128)

第15章贪心算法(137)

15.1贪心算法的思想(137)

15.2贪心算法的应用(138)

第16章背包问题(146)

16.1背包问题的定义(146)

16.2背包问题算法的思想(146)

16.30/1背包问题(146)

16.4完全背包问题(147)

16.5多重背包问题(147)

16.6分组背包问题(147)

16.7背包问题的优化(148)

第17章动态规划进阶——线性、区间DP(157)

第18章算法综合应用(165)

第19章STL入门(187)

19.1STL是什么(187)

19.2vector与迭代器(187)

19.3stack(188)

19.4queue与priority_queue(188)

19.5set(189)

19.6map(189)

19.7pair(190)

19.9STL分析(190)

《轻松学编程》基本涵盖了复赛涉及的所有知识点。通过详实例题，循序渐进地介绍中小学生计算机程序设计的各种知识，内容包括数据的存储和读入、程序的选择执行、程序段的反复执行、数据的批量存储等，旨在普及计算机科学教育，培养中小学生的计算思维能力，着重于实用与实战。在算法分析和应用上，简明扼要，细致清晰，便于学生自学和教师上课；对于习题部分，提供详细的解题步骤、策略与标程，便于学生上机练习。本书可作为中小学信息学奥赛辅导教材，也可供对计算机编程感兴趣的中小学生自主学习使用。

田钰：合肥市教科院信息技术应用研究中心主任，信息技术教研员，负责信息学奥赛程推推广与普及、信息技术学科教学、研究，教师专业化发展，信息技术课题研究；负责全市STEAM和创客教育、教学研究，课程建设，教师培养；负责全市信息化创新学习研究与开展，如智慧课堂应用与推广；组织全市各类信息技术类教学应用评比，如一师一优课、微课大赛、乡村教师信息应用竞赛、教师、学校空间的应用评比。