Nhập môn tư duy tính toán - Bài 1: Giới thiệu môn học và phần mềm Python

Nội dung text: Nhập môn tư duy tính toán - Bài 1: Giới thiệu môn học và phần mềm Python

1. NHẬP MÔN TƯ DUY TÍNH TOÁN Bài 1: Giới thiệu môn học và phần mềm python
2. Nội dung 1. Thông tin chung về môn học 2. “Tư duy tính toán” là gì? 3. Thuật toán ▪ Sơ đồ khối ▪ Lưu đồ Nassi–Shneiderman ▪ Mã giả 4. Giới thiệu ngôn ngữ python 5. Cách thực hiện câu lệnh, chương trình 6. Bài tập và thảo luận TRƯƠNG XUÂN NAM 2
3. Phần 1 Thông tin chung về môn học TRƯƠNG XUÂN NAM 3
4. Giới thiệu môn học ▪ Tên môn: Nhập môn Tư duy Tính toán (Introduction to Computational Thinking) ▪ Số tín chỉ: 2 ▪ Nội dung chính: ▪ Thế nào là “tư duy tính toán” ▪ Một số cách biểu diễn thuật toán ▪ Cơ bản về ngôn ngữ lập trình python ▪ Một số thuật toán đơn giản sử dụng python ▪ Giảng viên: Trương Xuân Nam, khoa CNTT ▪ Email: namtx@wru.vn / truongxuannam@gmail.com TRƯƠNG XUÂN NAM 4
5. Tài liệu môn học và phần mềm học tập ▪ Tài liệu chính: bài giảng của giáo viên ▪ Sách giáo trình đang được biên soạn, hiện chưa có ▪ Phần mềm học tập: python 3.x ▪ Có thể sử dụng bất kỳ phần mềm nào, miễn là nó hỗ trợ ngôn ngữ python 3.5 trở lên ▪ Trên lớp, thầy giáo sẽ minh họa bằng phần mềm tiêu chuẩn, lấy từ site ▪ Bài giảng, bài tập, mã nguồn, điểm số, sẽ được đưa lên site mục BÀI GIẢNG ▪ Bài giảng và bài tập sẽ được đưa lên trước giờ học ▪ Trong giờ thực hành, sinh viên vào website lấy bài tập về để làm, giáo viên sẽ không gửi cho lớp ▪ Điểm quá trình cũng sẽ được công bố trên website TRƯƠNG XUÂN NAM 5
6. Phần mềm học tập TRƯƠNG XUÂN NAM 6
7. Kiến thức yêu cầu ▪ Đã biết và sử dụng được một ngôn ngữ lập trình nào đó (C/C++, C#, Java, Javascript, Pascal, ) ▪ Vì chúng ta sẽ học khá nhanh, nhiều kiến thức ▪ Sử dụng được tức là có thể viết chương trình với ngôn ngữ đó ▪ Có kiến thức về các khái niệm cơ bản trong lập trình ▪ Môn học này giúp sinh viên hiểu hơn về những khái niệm đó ▪ Biết sử dụng email ▪ Nộp bài tập vào email của thầy giáo: cần ghi rõ tên sinh viên, bài nộp là bài nào, của buổi bài tập số mấy ▪ Có thể email cho thầy giáo để hỏi thêm các vấn đề về môn học ▪ Chú ý: copy bài của bạn khác để nộp sẽ bị cấm thi TRƯƠNG XUÂN NAM 7
8. Đánh giá kết quả ▪ Điểm môn học: ▪ Điểm quá trình: 50% ▪ Điểm thi cuối kỳ: 50% ▪ Điểm quá trình: ▪ Điểm danh ▪ Bài làm trên lớp, trong phòng lab ▪ Bài tập về nhà (nộp qua email) ▪ Thi cuối kỳ: ▪ Thi trắc nghiệm ▪ Học gì thi nấy, không hỏi ngoài môn học ▪ Không có giới hạn nội dung thi ▪ Không sử dụng tài liệu tham khảo TRƯƠNG XUÂN NAM 8
9. Mục tiêu của môn học này ▪ Làm quen với cách các thuật toán có thể ứng dụng vào bài toán thực tế như thế nào ▪ Mô tả bài toán theo cách của dân máy tính ▪ Lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp ▪ Biết cài đặt thuật giải bằng ngôn ngữ lập trình (python) ▪ Rèn luyện thói quen lập trình một cách “trong sáng” ;) ▪ Học lập trình python phần cơ bản, để có thể sử dụng trong các môn học sau này TRƯƠNG XUÂN NAM 9
10. Lời khuyên ĐI HỌC ĐẦY ĐỦ LÀM HẾT TẤT CẢ CÁC BÀI TẬP Chỉ thế thôi!!! TRƯƠNG XUÂN NAM 10
11. Phần 2 “Tư duy tính toán” là gì? TRƯƠNG XUÂN NAM 11
12. “Tư duy tính toán” là gì? TRƯƠNG XUÂN NAM 12
13. “Tư duy tính toán” là gì? TRƯƠNG XUÂN NAM 13
14. “Tư duy tính toán” là gì? ▪ “Tư duy”: có nhiều loại “tư duy” khác nhau ▪ “Tư duy tính toán”: duy phù hợp với người làm CNTT ▪ “Quy trình xử lý” khi đối mặt với một vấn đề cần được giải quyết bằng máy tính ▪ Decomposition (phân rã): chia nhỏ bài toán ▪ Pattern recognition (nhận dạng mẫu): phân tích và phân loại vấn đề thành nhóm, áp dụng các phương pháp phù hợp cho từng nhóm ▪ Abstraction (trừu tượng hóa): tạo ra lời giải chung cho nhiều vấn đề tương tự nhau ▪ Algorithm design (thiết kế thuật giải): xây dựng lời giải bằng máy tính TRƯƠNG XUÂN NAM 14
15. “Tư duy tính toán” với ngành CNTT ▪ Sự thể hiện của “tư duy tính toán” thường xuất hiện trong quá trình xây dựng lời giải (problem solving), đặc biệt là đối với ngành lập trình ▪ Phân tích và mô hình hóa các vấn đề cần giải quyết cùng với dữ liệu của chúng ▪ Chia nhỏ bài toán đó thành các bài toán con thông dụng đã được giải quyết ▪ Tổ hợp các lời giải đó thành một giải pháp hoàn chỉnh ▪ Hiểu một cách rõ ràng, chi tiết cách máy tính xử lý các dữ liệu của bài toán như thế nào ▪ Phân tích được tính hiệu quả của lời giải ▪ Chỉ ra được điểm yếu, rủi ro với lời giải hiện tại ▪ TRƯƠNG XUÂN NAM 15
16. “Tư duy tính toán” với ngành CNTT TRƯƠNG XUÂN NAM 16
17. Ví dụ ▪ Câu đố: tìm 9 chữ số cuối cùng của 2019! ▪ “Bài này khó, bỏ luôn” ▪ “không có tư duy”  ▪ “2019! chia hết cho 1 tỉ, vậy 9 chữ số cuối là 9 chữ số 0” ▪ Tư duy logic, nhưng lời giải không tổng quát ▪ “Dùng máy tính tính xem 2019! bằng bao nhiêu” ▪ Tư duy tính toán, nhưng thiếu hiệu quả và không hiểu rõ về cách thức máy tính thực hiện công việc ▪ Câu hỏi: muốn tính 9 chữ số đầu tiên của 2019! thì sao? TRƯƠNG XUÂN NAM 17
18. Phần 3 Thuật toán TRƯƠNG XUÂN NAM 18
19. Thuật toán ▪ Thuật toán: các bước để giải quyết một vấn đề ▪ Đặc trưng quan trọng: ▪ Tính máy móc: không nhập nhằng, không thể hiểu theo nhiều cách khác nhau ▪ Tính dừng: sau một số bước hữu hạn sẽ cho ra kết quả ▪ Tính tổng quát: giải quyết một lớp các vấn đề chứ không phải một vấn đề cụ thể ▪ Có đầu vào / đầu ra xác định: dữ liệu đầu vào và đầu ra rõ ràng ▪ Tính đúng đắn: hoạt động ổn định, kết quả không bị phụ thuộc bất kỳ yếu tố nào khác ngoại trừ đầu vào ▪ Như vậy chúng ta thấy có nhiều thứ tương tự thuật toán, nhưng không phải là thuật toán (ví dụ: công thức nấu ăn) TRƯƠNG XUÂN NAM 19
20. Mô tả thuật toán ▪ Giải phương trình ax2 + bx + c = 0 với điều kiện a 0 Bước 1: nhập các giá trị a, b, c Bước 2: nếu a = 0 thì thông báo lỗi và dừng Bước 3: tính d = b2 – 4 x a x c Bước 4: nếu d 0 thì thực hiện Bước 7 − Bước 6: thông báo có nghiệm kép x = và dừng 2 Bước 7: thông báo có hai nghiệm − + Bước 8: tính và in ra nghiệm = 1 2 − − Bước 9: tính và in ra nghiệm = 2 2 TRƯƠNG XUÂN NAM 20
21. Mô tả thuật toán ▪ Mô tả thuật toán đơn giản nhất bằng ngôn ngữ tự nhiên ▪ Mô tả từng bước một ▪ Có thể xuất hiện rẽ nhánh (lựa chọn một trong nhiều việc) ▪ Có thể xuất hiện lặp (làm một việc cho đến khi đạt điều kiện) ▪ Cách làm này dễ hiểu (tương tự như công thức nấu ăn), nhưng thường không đủ chặt chẽ ▪ Một vài phương pháp mô tả thuật toán thông dụng ▪ Sơ đồ khối ▪ Lưu đồ Nassi–Shneiderman ▪ Mã giả ▪ Mỗi phương pháp có điểm hay dở riêng ▪ Không có cách mô tả thuật toán hoàn toàn tránh được lỗi TRƯƠNG XUÂN NAM 21
22. Phần 3.1 Sơ đồ khối TRƯƠNG XUÂN NAM 22
23. Sơ đồ khối ▪ Sử dụng hệ thống kí hiệu Mở đầu / Kết thúc Khối xử lý Rẽ nhánh (đúng / sai) Nhập / xuất dữ liệu Bước chuyển TRƯƠNG XUÂN NAM 23
24. Sơ đồ khối ▪ Luôn mở đầu và kết thúc bởi khối cạnh tròn ▪ Khối có thể có nhiều bước chuyển vào ▪ Khối quả trám luôn có 2 bước ra ▪ Ứng với hai tình huống đúng / sai ▪ Các khối khác chỉ có 1 bước ra duy nhất ▪ Ưu điểm: ▪ Đơn giản, dễ kiểm tra ▪ Phù hợp với bài toán đơn giản ▪ Chương trình phức tạp sẽ có sơ đồ rất lớn TRƯƠNG XUÂN NAM 24
25. Phần 3.2 Lưu đồ Nassi–Shneiderman TRƯƠNG XUÂN NAM 25
26. Lưu đồ Nassi–Shneiderman ▪ Mô tả các khối xử lý bằng ngôn ngữ tự nhiên ▪ Khối rẽ nhánh đơn (2 nhánh đúng/sai) ▪ Khối rẽ nhiều nhánh con TRƯƠNG XUÂN NAM 26
27. Lưu đồ Nassi–Shneiderman ▪ Lặp kiểm tra điều kiện trước ▪ Lặp kiểm tra điều kiện sau TRƯƠNG XUÂN NAM 27
28. Phần 3.3 Mã giả TRƯƠNG XUÂN NAM 28
29. Mã giả ▪ Mã giả mô tả thuật toán bằng một ngôn ngữ pha trộn giữa ngôn ngữ lập trình và ngôn ngữ tự nhiên đơn giản ▪ Ví dụ: READ N from user input IF N <= 1 nfact = 1 ELSE nfact = 2 REPEAT I = 3 to N nfact = nfact x I END IF OUTPUT nfact TRƯƠNG XUÂN NAM 29
30. Phần 4 Giới thiệu ngôn ngữ python TRƯƠNG XUÂN NAM 30
31. Giới thiệu ngôn ngữ python ▪ Python lần đầu được giới thiệu vào tháng 12/1989 ▪ Tác giả là Guido van Rossum (Hà Lan) ▪ Sinh năm 1956 ▪ Hiện đang làm cho Google ▪ Python kế thừa từ ngôn ngữ ABC ▪ Python 2 được giới thiệu năm 2000 ▪ Hỗ trợ unicode ▪ Mã python 2 rất phổ biến ▪ Python 3 được phát hành năm 2008 ▪ Hiện đã có phiên bản 3.8 ▪ Python 4? Năm 2023 (dự kiến) TRƯƠNG XUÂN NAM 31
32. Giới thiệu ngôn ngữ python ▪ Là ngôn ngữ có mã nguồn mở ▪ Là ngôn ngữ kịch bản (scripting programming language) ▪ Thích hợp với DevOps (người viết code cũng là người vận hành) ▪ Khai báo biến tự nhiên, phong phú và động ▪ Nhiều phép tính cấp cao được cung cấp sẵn ▪ Thường được thông dịch thay vì biên dịch • Biên dịch: dịch toàn bộ thành mã máy rồi thực thi • Thông dịch: dịch từng lệnh, xong lệnh nào chạy lệnh đó ▪ Những người cuồng python (pythonista) cho rằng ngôn ngữ này trong sáng và tiện dụng đến mức ta có thể dùng nó cho mọi khâu lập trình (chứ không phải chỉ viết script) TRƯƠNG XUÂN NAM 32
33. Giới thiệu ngôn ngữ python ▪ Vừa hướng thủ tục, vừa hướng đối tượng ▪ Hỗ trợ module và hỗ trợ gói (package) ▪ Xử lý lỗi bằng ngoại lệ (exception) ▪ Kiểu dữ liệu động ở mức cao ▪ Có khả năng tương tác với các module viết bằng ngôn ngữ lập trình khác ▪ Có thể nhúng vào ứng dụng như một giao tiếp kịch bản (scripting interface) TRƯƠNG XUÂN NAM 33
34. Ưu điểm của ngôn ngữ python ▪ Có ngữ pháp đơn giản, dễ đọc ▪ Viết mã ngắn gọn hơn những chương trình tương đương được viết trong C, C++, C#, Java, ▪ Có các bộ thư viện chuẩn và các module ngoài, đáp ứng gần như mọi nhu cầu lập trình ▪ Có khả năng chạy trên nhiều nền tảng (Windows, Linux, Unix, OS/2, Mac, Amiga, máy ảo .NET, máy ảo Java, Nokia Series 60, ) ▪ Có cộng đồng lập trình rất lớn, hệ thống thư viện chuẩn, mã nguồn chia sẻ nhiều TRƯƠNG XUÂN NAM 34
35. Nhưng python cũng có nhược điểm ▪ Chương trình chạy chậm ▪ Giao tiếp với các thư viện viết bằng các ngôn ngữ khác tương đối khó khăn ▪ Yếu trong hỗ trợ tính toán trên di động ▪ Cách viết khối lệnh dễ gây nhầm lẫn cho người mới bắt đầu lập trình ▪ Gỡ lỗi đòi hỏi kinh nghiệm ▪ Kém hỗ trợ các cơ sở dữ liệu TRƯƠNG XUÂN NAM 35
36. Phần 5 Cách thực hiện câu lệnh, chương trình TRƯƠNG XUÂN NAM 36
37. Cài đặt TRƯƠNG XUÂN NAM 37
38. Khởi chạy ▪ Python có 2 chế độ thực thi ▪ Chế độ chương trình: chỉ ra chương trình cần thực hiện • Trình dịch python sẽ nạp, dịch và chạy chương trình đó ▪ Chế độ dòng lệnh: gõ và chạy từng lệnh một ▪ Chế độ thực thi: “python abc.py” chạy file abc.py TRƯƠNG XUÂN NAM 38
39. Khởi chạy ▪ Chế độ dòng lệnh: “python” ▪ Lúc này trình thông dịch python sẽ chờ người dùng gõ từng dòng lệnh ▪ Gõ dòng lệnh nào xong, python chạy liền dòng đó ▪ Chấm dứt chế độ này bằng cách gõ lệnh: “quit()” TRƯƠNG XUÂN NAM 39
40. Soạn thảo mã python ▪ Làm thế nào để viết chương trình python (.py)? ▪ Dùng phần mềm soạn thảo văn bản thô (txt) bất kỳ để soạn và lưu file ở dạng .py rồi dịch bằng python ▪ Có những phần mềm thích hợp cho việc này hơn ▪ IDLE ▪ Sublime Text ▪ Notepad++ ▪ PyCharm ▪ Spyder ▪ Rodeo ▪ ▪ Jupyter: chạy trên trình duyệt, thích hợp với thử nghiệm TRƯƠNG XUÂN NAM 40
41. Biên dịch mã python ▪ Trường hợp cần thiết, mã python có thể được biên dịch, kết quả biên dịch là chương trình dạng bytecode cho máy ảo python ▪ Tương tự như trường hợp của ngôn ngữ java ▪ Mã lệnh dịch được lưu vào file với đuôi .pyc ▪ Việc biên dịch có nhiều lợi điểm, chẳng hạn như khi sử dụng câu lệnh import một thư viện nào đó, thì có thể sử dụng luôn mã pyc có sẵn thay vì phải dịch lại từ đầu ▪ Tăng tốc độ thực hiện chương trình TRƯƠNG XUÂN NAM 41
42. Phần 6 Bài tập và thảo luận TRƯƠNG XUÂN NAM 42
43. Bài tập và thảo luận 1. Viết sơ đồ khối và lưu đồ Nassi–Shneiderman cho thuật toán tính n! (đã có mã giả ở slide 29) 2.Viết sơ đồ khối, lưu đồ Nassi–Shneiderman và mã giả cho thuật toán giải phương trình bậc 2 (slide 20) 3.Viết sơ đồ khối, lưu đồ Nassi–Shneiderman và mã giả cho thuật toán euclid (thuật toán tính ước số chung lớn nhất của hai số tự nhiên) 4.(về nhà) Tải phần mềm python 3.8.0 (python.org) và cài đặt trên máy tính của bạn 5.(về nhà) Hãy tìm thuật toán cho câu hỏi ở slide 17, nếu tìm được thuật toán hiệu quả, hãy gửi cho thầy giáo để nhận điểm thưởng điểm quá trình TRƯƠNG XUÂN NAM 43