“自顶向下, 逐步求精”的程序设计方法。

本文介绍了一种解决问题的方法——自顶向下逐步求精,该方法将复杂问题分解为简单子问题,并逐步细化,直至形成可编程实现的具体步骤。以准备食物和洗衣机程序为例,展示了如何使用这种方法来构建解决方案。

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什么是自顶向下,逐步求精

“自顶向下”

指的是一个将复杂问题逐层拆分为若干个更简单的子问题的过程

“逐步求精”

指的是将现实中的问题逐步求精变化成能够以一定算法或者其组合解决的问题的过程
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实例

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自顶而下,逐步求精

我们可以将一个准备食物的问题首先分成两个子问题:列出人员列表,准备菜单
接着,我们将问题可以进一步求精为更多的解决小步骤,
这里写图片描述
如上所示,
最后,通过自顶而下,逐步求精的方法,我们已经得到了一系列易于解决的小问题,
对各个小问题进行编程解决即可。

另一个自顶向下, 逐步求精实例(洗衣机)

求精过程

这里写图片描述

其伪代码如下

water_in_switch(open_close) // open 打开上水开关, close关闭
water_out_switch(open_close) // open 打开排水开关, close关闭
get_water_volume() //返回洗衣机内部水的高度

motor_run(direction) // 电机转动。 left左转, right右转, stop停
time_counter() // 返回当前时间计数,以秒为单位
halt(returncode) //停机, success 成功 failure 失败
input mode,waterlevel
water_in_switch(open)
if(get_water_volume()>=waterlevel) 
    water_in_switch(close);
start_time=time_counter();
if (time_counter()-start_time>=time_setting[mode])
repeat  
        start_time2=time_counter();
motor_run(left);
        motor_run(stop);
motor_run(left);
motor_run(stop);
motor_run(left);    
motor_run(stop);
motor_run(right);
motor_run(stop);
motor_run(right);
motor_run(stop);
motor_run(right);
motor_run(stop);
    until (time_counter()-start_time2>=time2_setting[mode])
water_out_switch(open);
motor_run(right);
start_time3=time_counter();
if (time_counter()-start_time3>=time3_setting[mode])
    motor_run(stop);
    water_out_switch(close);
    halt(success);
### 回答问题 自顶向下逐步求精的模块化程序设计是一种结构化编程方法,广泛应用于C++程序开发中。这种方法的核心思想是从整体到局部、从抽象到具体地解决问题。以下是详细的解释和实现步骤: --- #### 1. **自顶向下设计思想** - 自顶向下是指从高层次的抽象开始,逐步细化到具体的实现细节。 - 在程序设计中,首先定义程序的整体目标和功能,然后将其分解为多个子任务或模块,每个模块负责完成一部分功能。 #### 2. **逐步求精的过程** - 逐步求精是将复杂问题分解为更小、更简单的子问题的过程。 - 每一步都专注于解决当前层次的问题,同时忽略下层细节,直到达到可以直接实现的具体步骤。 #### 3. **模块化的意义** - 模块化是指将程序划分为多个独立的模块,每个模块完成特定的功能。 - 这种方法有助于提高代码的可读性、可维护性和复用性。 --- ### 示例代码 以下是一个使用自顶向下逐步求精方法设计的简单C++程序示例,该程序计算并输出一个整数数组的最大值。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; // 函数声明 int findMax(const vector<int>& nums); void printResult(int maxVal); // 主函数 int main() { // 定义输入数组 vector<int> numbers = {3, 5, 7, 2, 8, -1, 4, 10, 12}; // 调用函数找到最大值 int maxValue = findMax(numbers); // 输出结果 printResult(maxValue); return 0; } // 找到数组中的最大值 int findMax(const vector<int>& nums) { if (nums.empty()) return INT32_MIN; // 如果数组为空,返回最小整数值 int maxVal = nums[0]; for (int num : nums) { if (num > maxVal) { maxVal = num; } } return maxVal; } // 输出最大值 void printResult(int maxVal) { cout << "The maximum value is: " << maxVal << endl; } ``` --- ### 解释 1. **自顶向下设计过程**: - 首先定义程序的整体目标:计算并输出一个整数数组的最大值。 - 将问题分解为两个子任务: 1. 找到数组中的最大值(由 `findMax` 函数完成)。 2. 输出最大值(由 `printResult` 函数完成)。 2. **逐步求精的过程**: - 在主函数中,我们定义了一个数组,并调用 `findMax` 函数来找到最大值。 - `findMax` 函数通过遍历数组,逐步比较每个元素,找到最大值。 - 最后,`printResult` 函数负责格式化输出结果。 3. **模块化的优点**: - 程序被划分为三个独立的部分:主函数、`findMax` 和 `printResult`。 - 每个部分的功能明确且独立,便于测试和维护。 --- ### 相关问题
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