初中信息技术川教版（2019）八年级上册第3节 常见的策略评优课课件ppt

课题

第3节 常见的策略

课型

新授课

授课时间

第1课时 共1课时

教材分析

本节主要通过例举身高排序的实际问题，让学生总结常见的策略，并选择最合适的策略解决问题。

学情分析

通过前面对策略的学习，学生理解了什么叫做策略，并且了解了从问题到程序的一般流程，能够通过伪代码的形式对策略进行表示，能够理解最有效策略，对节课中常见策略的学习有一定的帮助。

教学目标

1、 总结常见的策略；

2、选择最合适的策略。

教学重点

教学重点：

1、 总结常见的策略；

2、选择最合适的策略。

教学难点：

通过对生活中的策略进行分析，选择最合适的策略解决问题。

教学流程

教师批注

课堂导入

上一节课我们了解了“最优解”的概念，知道了如何从众多的策略中选择更为高效的策略。

在我们的生活、学习中，遇到的问题往往有各种不同的策略。选择合适的策略对于解决问题能够起到良好的促进作用，而一些策略也可以迁移到不同的问题中去。

从上节课的知识点引入校运会分奖品的策略，引起学生的兴趣。

教

学

过

程

一、常见的策略

作为一名体育委员，需要把如下图所示的8位同学，按照身高依次增高的顺序，从左到右排序，你该怎么做?

策略1

总体思路:

选取一位同学，比这个同学矮的放在他左边，比这个同学高的放在他右边，并固定每一轮已选取过的同学。

继续对左右两边的同学执行上述过程，直到选取的同学左右两边未固定人数之和小于2。

排队过程:

随机选取4号同学为基准。

从右向左开始，依次将矮于4号的2号、1号同学放在左边，4号同学固定住。

4号左边的同学再重复上述步骤，可以固定住1、2、3号同学。

取6号同学为基准，将矮于6号的5号同学放在左边，大于6号的7号同学放在最右边，此时6号同学固定住，5号同学左右两边未固定人数之和为0，5号同学也固定住。

以8号同学为基准，将矮于他的7号同学放在左边，此时8号同学固定住。7号同学左右两边未固定人数之和为0，7号同学也固定住，此时所有同学排序完成。

快速排序法:

通过一趟排序将待排记录分隔成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分的关键字小，则可分别对这两部分记录继续进行排序，以达到整个序列有序。

策略2

总体思路:

从左向右，依次两两比较，如果左边同学高于右边同学，就交换位置。重复执行上述过程，直到有一轮没有任何一个同学移动位置。

排队过程:

第一轮交换位置的结果如下，可以将最高的8号同学固定在最右侧。

第二轮交换位置的结果如下，可以将7号同学固定。

第三轮交换位置的结果如下，可以将6号同学固定。

第四轮没有任何一个同学需要交换位置，所有同学排序完成。

冒泡排序法:

类似于水中冒泡，较大的数沉下去，较小的数慢慢冒起来，假设从小到大，即为较大的数慢慢往后排，较小的数慢慢往前排。

策略3

总体思路:

每次选择当前队伍的最矮的同学，并把他放在当前队伍的最左侧。

每重复一次上述过程，当前队伍中就排除上一轮移动的同学，队伍长度便减一，直到没有同学可以移动。

排队过程:

第一轮排序，将最矮的1号同学和最左侧的3号同学交换位置，当前队伍去掉1号同学。

第二轮排序，将最矮的2号同学和最左侧的4号同学交换位置，当前队伍再去掉2号同学。

第三轮排序，3号同学在当前队伍中最矮，不需要调整，当前队伍再去掉3号同学。

第四轮排序与第三轮同理。第五轮排序，5号同学与最左侧的7号同学交换位置。

第六轮排序与第三、四轮同理。第七轮排序交换7、8号同学位置，此时未排序队伍长度为1，经过第八轮排序，与第三、四、六轮同理，排序完成。

选择排序法:

第一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小（大）元素，然后放到已排序的序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素的个数为零。

策略4

总体思路:

从左向右，把左边第一个同学看成一个部分。拿右边的同学一次跟左边这个部分里的所有同学比较身高，如果高就站在右边，如果矮就站在左边，并把插队的同学算入左边部分。

重复执行上述过程，直到左边部分装满8个同学。

排队过程:

首先，将队伍分为有序组和无序组两部分，第一轮排序，默认将最左边的3号同学分为有序组，剩余同学为无序组。

第二轮排序，无序组最左边的4号同学出列与有序组内的同学从右到左开始比较，与3号同学相比较，因4号同学高于3号同学，则当前排列是有序的，4号同学回到空缺位置。此时3、4号同学组成了有序组，剩余同学则为无序组。

第三轮排序，1号同学出列比较，在有序组中从右到左依次与4号、3号同学进行比较，4号同学高于1号同学，则4号同学右移一位，3号同学也高于1号同学，则3号同学也右移一位。最终1号同学在有序组的第一个空缺位置固定下来。

第四轮排序，2号同学依次与4、3、1号同学比较，4、3号同学依次右移一位，2号同学与1号同学比较，由于其高于1号同学，则回到3号同学空出来的位置。

第五轮排序与第二轮同理。

第六轮排序，6号同学依次与7、4号同学比较。

第七轮排序，8号同学只与7号同学比较。

第八轮排序，5号同学依次与8、7、6、4号同学比较，最终回到6号同学移动后空出的位置，此时有序组已有8个同学，排序完成。

插入排序法:

每一步将一个待排序的数据插入到前面已经排好序的有序序列中，直到插完所有元素为止。

上述四种不同的排队策略，稍加完善就是快速排序、冒泡排序、选择排序、插入排序四种算法，它们不仅仅在体育课上可以用到，在许多排序问题中都能够使用，不过同样的策略在不同的问题中，使用的效率不尽相同。

二、选择策略

虽然排队策略的四种方法都能够解决问题，但是它们耗费的时间和存储空间是不同的，在指定策略的时候，应尽量从全局出发进行思考。

想一想：四种排队策略，哪一种排序效率更高?

小试牛刀：

列出寒假中你会做的事情，并用“策略2”的思维对这些事情的重要性进行排序。

扩展阅读：动态规划和贪心法

动态规划( Dynamic Programming)是解决多阶段决策问题常用的最优化方法之一，由美国数学家Bellman等人在1957年提出，用于研究多阶段决策过程的优化问题。

这个方法简单来说，就是在当前状态下，想要进入下一阶段，什么样的选择是最优的。而且随着状态的变化，路径也会发生改变。动态规划是按照阶段划分的，把多阶段问题转化为一系列的单阶段问题，然后利用各个阶段之间的递推关系，逐个确定每个阶段的最优化决策，最终堆叠出多阶段决策的最优化决策结果。

动态规划中，前一个阶段的结果影响着后一阶段的决定。当前的决策受到之前决策的影响，下个阶段的决策也会因为这次决策而发生改变。运用动态规划的思路，就是在这条决策链里面实时调整，求得每个阶段最优的那个解。

比如，在准备考试的过程中，你知道自己的目标（班级排名），也知道自己所处的阶段（在班级的大概排名)，还知道实现目标的路径（高效的学习方法和练习)。你要做的是根据整体的目标，选择每个阶段最优的行动。

然而现实生活中还有很多问题，并非这么理想。比如某个阶段的选择过多，又比如整体的目标不甚清晰。贪心法( Greedy Algorithm)是寻找最优解问题的常用方法。这种方法一般将求解过程分成若干个步骤，在每个步骤都应用贪心原则，即选取当前状态下最好的或最优的选择（局部最有利的选择)。贪心法的每次决策都以当前情况为基础并根据某个最优原则进行选择，不从整体上考虑其他各种可能的情况。即不用去计算每一种可能性，然后再得出一个最优解，而是节省大量计算资源，专注于当下，也就是俗称的“摸着石头过河”。

同样是寻求当下最优的解决方案，贪心法和动态规划的区别在于，动态规划着眼于所有阶段，而贪心法仅仅关注当下最优。这就好比是去吃自助餐，采用动态规划的人会这样思考：在不影响晚上睡眠、消化，或者体重不会大幅增重的情况下，我如何吃到总价值最大的美食？而贪心法，就是我们通常意义上的“扶墙进、扶墙出”，不管后续，在当下情况下能吃下多少就吃下多少。

当然，大多数情况下，由于选择策略的“短视”，整体的路线看起来是一个曲折的过程，而最终的目标，可能也和我们真正想要达到的目标相去甚远，但是在没有更好选择的情况下，用贪心法可以得到近似最优解。

通过快速排序的方式讲解排序问题。

通过冒泡排序的方式讲解排序问题。

通过选择排序的方式讲解排序问题。

通过插入排序的方式讲解排序问题。

选择最合适的策略解决实际生活中的问题。

通过扩展阅读丰富学生的知识，增加学生见识度。

课堂小结

一、常见的策略

1、快速排序

2、冒泡排序

3、选择排序

4、插入排序

二、选择策略

四种排队策略，哪一种排序效率更高？

课后作业

教

学

反

思