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vicky.yu 发表于 2023-7-3 11:28

解决复杂问题的有效方法:自顶向下(设计)

自顶向下-分而治之
如果要实现功能的逻辑比较复杂的时候,就需要对其进行模块化设计,将复杂问题进行分解,转化为多个简单问题,其中简单问题又可以继续分解为更加简单的问题,直到功能逻辑可以通过模块程序设计实现,这也是程序设计的自顶向下特点。总结如下:

将一个总问题表达为若干个小问题组成的形式
使用同样方法进一步分解小问题
直至,小问题可以用计算机简单明了的解决
2.2 举例1:体育竞技分析
2.2.1 程序总体框架
printlnfo()                步骤1:打印程序的介绍性信息                    
getlnputs()              步骤2:获得程序运行参数:proA, proB, n         
simNGames()         步骤3:利用球员A和B的能力值,模拟n局比赛         
printSummary()      步骤4:输出球员A和B获胜比赛的场次及概率        

2.2.2 程序设计
# 导入python资源包
from random import random

# 用户体验模块
def printIntro():
    print("这个程序模拟两个选手A和B的某种竞技比赛")
    print("程序运行需要A和B的能力值(以0到1之间的小数表示)")

# 获得A和B的能力值与场次模块
def getIntputs():
    a = eval(input("请输入A的能力值(0-1):"))
    b = eval(input("请输入B的能力值(0-1):"))
    n = eval(input("模拟比赛的场次:"))
    return a, b, n

# 模拟n局比赛模块
def simNGames(n, probA, probB):
    winsA, winsB = 0, 0
    for i in range(n):
        scoreA, scoreB = simOneGame(probA, probB)
        if scoreA > scoreB:
            winsA += 1
        else:
            winsB += 1
    return winsA, winsB

# 判断比赛结束条件
def gameOver(a, b):
    return a == 15 or b == 15

# 模拟n次单局比赛=模拟n局比赛
def simOneGame(probA, probB):
    scoreA, scoreB = 0, 0
    serving = "A"
    while not gameOver(scoreA, scoreB):
        if serving == "A":
            if random() < probA:
                scoreA += 1
            else:
                serving = "B"
        else:
            if random() < probB:
                scoreB += 1
            else:
                serving = "A"
    return scoreA, scoreB

# 打印结果模块
def printSummary(winsA, winsB):
    n = winsA + winsB
    print("竞技分析开始,共模拟{}场比赛".format(n))
    print("选手A获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsA, winsA / n))
    print("选手B获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsB, winsB / n))


def main():
    printIntro()   
    probA, probB, n = getIntputs()                # 获得用户A、B能力值与比赛场次N
    winsA, winsB = simNGames(n, probA, probB)     # 获得A与B的场次
    printSummary(winsA, winsB)                    # 返回A与B的结果


main()
2.2.3 测试结果


2.3 举例2:的斐波那契数列
自顶向下的方式其实就是使用递归来求解子问题,最终解只需要调用递归式,子问题逐步往下层递归的求解。

程序设计:

cache = {}

def fib(number):
    if number in cache:
        return cache[number]
    if number == 0 or number == 1:
        return 1
    else:
        cache[number] = fib(number - 1) + fib(number - 2)
    return cache[number]

if __name__ == '__main__':
    print(fib(35))
运行结果:

14930352
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理解自顶向下的设计思维:分而治之

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