高中信息技术 教科版必修1 《数据与计算》

高中信息技术学科 ，教科版必修1 《数据与计算》，本图汇总了整本书知识点、概念导图，建议下载。

教科版必修1 《数据与计算》

第一单元 初识数据与计算

1.1 我们身边的数据

①数据、信息、知识的概念与关系

Ⅰ数据：对事物属性的客观记录

Ⅱ信息：经过组织的有结构的数据

特征：载体依附性、价值型、时效性、共享性等

Ⅲ知识：经过人的思维整理过的信息

②数据的来源

Ⅰ直接数据：eg.统计调查、科学实验

Ⅱ间接数据：eg.查阅资料

③数据的收集方法

Ⅰ直接数据

（1）调查法

（2）访谈法

（3）观察法

（4）实验法

（5）技术手段

传感器

探测器

Ⅱ间接数据

（1）查阅文献

（2）关注媒体资源

（3）浏览权威网站

（4）搜索引擎

（5）数据公司购买

④数据分析

概念：用适当的统计方法对收集来的大量数据进行分析， 提取有用信息，并形成结论的过程

1.2 数据的计算

①计算的概念

Ⅰ算术运算

“数据”在“运算符”的操作下，按“规则”进行的数据变换

Ⅱ计算机领域

通过建立分析模型和设计有效的步骤、方法，利用自动计算工具来进行规律预测和发现

②计算的方式

电子表格软件

排序

筛选

公式和函数

分类汇总

第二单元 编程计算

2.1 计算机解决问题的过程

①分析问题

②设计算法

Ⅰ算法的概念

解决问题的方法和步骤

Ⅱ算法的描述方式

（1）自然语言

（2）流程图

符号

起止框

输入/输出框

处理框

判断框

流程线

连接符

基本结构

顺序结构

分支结构（选择结构）

循环结构

（3）伪代码

③编写程序

Ⅰ程序开发工具

eg.python

简单、免费、开源、可移植性

Ⅱ程序设计语言的发展

（1）机器语言

由二进制0、1代码指令构成，能被计算机直接识别

（2）汇编语言

符号化的机器语言，采用英文助记符代替机器指令

（3）高级语言

Java

C/C++

Python

④调试运行

2.2 做出判断的分支

①常量

程序运行过程中，值始终保持不变的量。eg.常数、π

②变量

概念

程序允许过程中，值允许改变的量

命名规则

可以由字母、数字、下划线组成

不能以数字开头

区分大小写

不能使用保留字

③运算符与表达式

+ － * 幂** 除/ 整除// 取模%

表达式由一个或多个操作数通过运算符组合而成

④赋值语句

变量=表达式

右边表达式的值赋给左边的变量

⑤输入语句与输出语句

input( )

print( )

⑥数据类型

float( )

int( )

str( )

bool

⑦分支语句

单分支

双分支

多分支

2.3 周而复始的循环

①列表

创建 list=[元素1，元素2，元素3]

修改 list[0]="修改元素1"

删除 del list[1] #删除列表第二个元素

添加 list.append("添加元素4")

②计数循环

for 循环变量 in 列表/range( ):

range( )函数取左不取右

③条件循环

while 关系表达式:

④调试程序pdb调试器

程序开头import pdb

适当位置pdb.set_trace()

命令”p“查看变量，”c“继续运行，”q“结束调试

2.4 可以复用的代码

①自定义函数

def 函数名(参数): 语句或语句组 return 返回值

②发布代码

③导入模块并使用

import

第三单元 认识数据

3.1 数据编码

①声音数据编码

Ⅰ概念

模拟声音数据转换为数字数据

模拟信号与数字信号

模拟信号：传感器直接获得eg.声音、温度、压强 值随时间连续变化，波形光滑 模拟信号的值称为模拟数据

数字信号：可由模拟信号转换得来 值随时间的变化是非连续的 数值信号的值称为数字数据

Ⅱ过程

采样

量化

编码

二进制与数值转换

②文本数据编码

Ⅰ概念

文本数据是用来表示一定意思的一系列字符eg.字母、数字、标点符号、汉字

Ⅱ实现方式

对每一个字符进行编码

Ⅲ编码方案

ASCⅡ码

Unicode码

③图像数据编码

3.2 数据与结构

①数据类型

Ⅰ概念

用来定义一系列值及应用于这些值的一系列操作

Ⅱ类型

简单数据类型

eg.整数、浮点数、字符串、布尔

复合数据类型

eg.列表、字典

②数据结构的类型

Ⅰ逻辑结构

概念

存在特定关系的数据元素的集合

类型

集合结构：指结构中的元素之间仅”属于同一集合“，没有其他关系

线性结构

队列：有限制的线性结构

树结构：具有层次关系的非线性结构

图结构（网状结构）：是由一组节点（称为定点）和一组节点间的连线（称为边或弧）构成的一种数据结构

Ⅱ物理结构 （存储结构）

概念

指数据在计算机中的表现形式， 即 数据的逻辑结构在计算机存储空间的存放形式，又称为存储结构

类型

顺序存储结构

链式存储结构

索引存储结构

散列存储结构

3.3 数据与系统

①图形用户界面（GUI）

又称图形用户接口， 是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面

python中：tkinter模块（from tkinter import*）

②数据的存储方式

文件

存储在 外存储设备 中的相关数据的集合

解决问题时，将数据组织在一起形成逻辑结构，这时数据存储在内存中， 如需持久存储数据，可以将数据以文件形式存储到外存储设备中

内存（主存储器）：主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的程序及数据， 程序关闭后，数据消失

外存（辅助存储器）：通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息

用python读写文本文件

③数据库系统

Ⅰ概念

由 数据库 、数据库管理系统（及其应用开发工具）、数据库应用系统、 数据库管理员 和 用户 组成的 存储、管理、处理和维护数据 的系统

Ⅱ组成

（1）数据库

是以一定的组织方式存储在计算机中的相互关联的数据集合

数据表

在数据库中，数据是以二维表的形式组织存储的

（2）数据库管理系统

是定义、创建、维护数据库的一种工具

（3）数据库应用系统

数据库应用系统的设计

系统总体结构设计

代码设计

数据库（文件）设计

输入/输出（I/O）设计

模块功能与处理过程设计等

（4）数据库管理员

通过 数据库管理系统 对 数据库进行操作和维护的人

（5）用户

3.4 加密与解密

①密码

Ⅰ概念

指用来核对用户ID以验证用户就是本人的一组字符

Ⅱ创建安全密码的一般技巧

密码长度不少于8个字符

字母、数字、特殊字符相结合

密码不包含个人信息eg.生日、手机号

不使用ID或ID一部分

②加密与解密算法

Ⅰ概念

（1）加密：将原始信息（数据）藏匿起来，使之在缺少特殊信息（数据）时不可读

原始信息（数据）称为明文，加密信息（数据）称为密文

（2）解密：将密文还原成明文的过程称为解密（或解码）

Ⅱ加法密码

又称为移位密码

明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前） 按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文

典型示例：凯撒密码

第四单元 计算与问题解决

4.1 算法及其特征

①概念

②重要特征

Ⅰ有穷性

执行有限个步骤之后终止

Ⅱ确切性

每一次运算都有明确的定义，具有无二性，并可以通过计算得到唯一结果

Ⅲ输入项

有0个（算法本身给了初始条件）或多个输入

Ⅳ输出项

一定有输出

Ⅴ可行性

执行的任何计算可以在有限时间内完成。算法中的运算都必须是可以实现的

③枚举法

把所有可能的答案一一列举，合适就保留，不合适就丢弃

④描述

PAD图（问题分析图）

4.2 数值计算

①概念

借助计算机运算速度快、精确度高的特点来解决各种数学问题

eg.函数计算、方程求解、数列求和

Python中解决数值问题的库

numpy模块（科学计算包）

matplotlib（绘图库）

②方法

Ⅰ解析思想

Ⅱ迭代思想

概念

重复反馈过程的活动，其目的通常是逼近所需目标或结果

步骤

（1）确定迭代变量

（2）建立迭代关系式

（3）对迭代过程进行控制

4.3 非数值计算

①概念

更多探讨“算法”问题

（计算的对象可以是自然界和人类社会的一切事物 eg.数据文字、知识、事物的运动过程及思维过程）

②方法

Ⅰ分治思想

概念

将一个难以直接解决的大问题，分割成一些较小的同类问题， 各个击破，最终达到解决问题的目的

典型应用

二分查找

又叫折半查找，将数列有序排列，采用跳跃式的方法查找数据

Ⅱ递归思想

概念

既是一种抽象表达的手段，也是一种问题求解的重要方法

直接或间接地 调用自身的方法称为递归（重复调用函数自身）

把规模较大的问题层层转换为规模较小的同类问题求解

理解eg.递归图像、递归函数（斐波那契数列）

步骤

（1）分：将原问题分解成K个子问题

（2）治：对这K个子问题分别求解

（3）合：将求出的小规模问题的解合并为一个更大规模问题的解，自下而上逐步求出原问题的解

4.4 综合问题的解决

①思想原则

先考虑总体，后考虑细节 先面向整体，再细化局部

②人机交互的实现方法

实践体验pygame模块

监听类循环

鼠标、键盘

③应用程序开发流程

（1）了解需求，分析问题

（2）分解任务，设计流程

（3）组装程序，测试运行

第五单元 数据分析与人工智能

5.1 走进数据分析

①数据分析

Ⅰ概念

对数据进行计算、处理，从而得出一些有意义的结论的技术

Ⅱ用途

现状分析

原因分析

预测分析

Ⅲ方法

对比分析

将两个或两个以上的数据进行比较，分析他们的差异， 从而揭示这些数据所代表的事物的发展变化情况和规律。

横向对比

类似的或同类的事物之间进行比较

纵向对比

相同事物的不同时期进行比较

平均分析

运用计算平均值的方法反映总体在一定时间、地点条件下某一数量特征的一般水平

Ⅳ呈现方式

数据可视化表达

概念

以图形、图像和动画等方式更加直观生动地呈现数据以及数据分析结果， 揭示数据之间的关系、趋势和规律等的表达方式

常用方式：图表

柱状图

饼图

折线图

数据分析报告

概念

是项目研究结果的展示，也是数据分析结论的有效承载形式

内容

明确数据分析的目的和背景

阐述目前存在的问题及通过分析希望解决的问题

描述数据来源和数据分析的思路、方法和模型

重点呈现数据分析的过程、结论和建议

②大数据分析

Ⅰ概念

相对概念，10TB~100TB通常称为大数据的门槛

Ⅱ主要特征

容量大

类型多

存取速度快

应用价值高

Ⅲ意义

有可能从如此庞杂的数据中挖掘出有价值的数据， 并运用于管理、农业、金融、医疗和教育等各个社会领域，服务社会发展

Ⅳ应用

eg.定位公交车位置信息

5.2 探秘人工智能

①人工智能的概念及应用

Ⅰ概念

利用数字计算机或者数字计算机控制的机器 模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境，获取知识并使用知识 获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统

Ⅱ应用

自动驾驶

车牌识别

刷脸支付

智能机器人

②人工智能的关键技术

机器学习

目的：使计算机能模拟或实现人类的学习行为，获取新的知识或技能， 重新组织已有的知识结构，从而不断完善自身的性能

知识图谱

自然语言处理

计算机视觉

人机交互

生物特征识别

虚拟现实与增强实现

③人工智能的研究热点

神经网络

是一种模仿动物神经网络行为特征，进行 并行信息处理的算法模型

④人工智能的强大后盾

Ⅰ神经元芯片

eg.寒武纪神经元芯片

eg.因特尔公司的Loihi芯片

Ⅱ智能传感器

具有信息处理功能

eg.智能隐形眼睛、葡萄糖手表