[CS61A] Lecture 1&2&3. Introduction&Functions&Control

前言

CS61A是加州大学伯克利分校一门计算机专业课程，用于指导大一新生入门计算机科学这一门学科，这门课程以《计算机程序的构造与解释》（Structure and Interpretation of Computer Programs，SICP）这一计算机领域经典书籍为教纲，由浅入深详细地介绍了计算机程序的本质，并系统性地说明该如何编写一个健壮且易于维护的程序。不过，SCIP一书以Lisp的方言Scheme作为教学编程语言，由于Scheme过于小众化，CS61A以现今更为更为流行的Python作为教学编程语言，部分教纲略有变更。

CS61A包含了近四十节课，课程内容涵盖了编程语言的方方面面，每节课包含了lecture、discussion、lab、office hours、tutoring、textbook几部分，此外还包含了多个用来练手的homework和project。虽然CS61A是大一新生的计算机入门课程，已在计算机领域工作多年的职员依然可以学习这门课程，并从中学习到相当可观的知识。实际上，最初的SICP公开课的面相对象本就是惠普公司的员工。接下来，我将不定时总结观看CS61A网课视频中所获取的知识，并写在随笔中，以此温故而知新。

Lecture

Lecture 1. Introduction

CS61A的第一节课主要是做了些基本的介绍：

三名课程讲师：Richard Roggenkemper、Laryn Qi、Cooper Bedin
计算机科学的基本概念：计算什么问题？如何解决问题？现实中的应用？
CS61A介绍：一门用来控制编程复杂度（掌握抽象与编程范式）的课程

Lecture 2. Functions

CS61A第二节课的主题是函数（Functions），本节课首先从数学中的表达式（函数、平方、根号、加号、除号。。。）作为切入点，介绍了编程语言的基本概念：表达式，说明了表达式的结构、执行、复杂表达式的执行顺序等等。

其次介绍了赋值语句，赋值语句的本质是绑定，将一个值用一个符号绑定起来，随后便可以使用该符号表示对应的值。

接着介绍了函数，函数用来定义一段过程，其包含了一个或多个表达式，在定义一个函数后，便可以通过表达式执行它。

最后，讲师介绍了作用域的概念，每一个变量都拥有它的作用域，要么在全局作用域中，要么在函数或其他自定义的作用域中。解释器在搜索变量所绑定的值时，首先会搜索当前作用域，若搜索不到则会在上层作用域中搜索，直至全局作用域。

Q&A：作用域是什么？

Lecture 3. Control

CS61A第三节课的主题是流程控制（Control），大体包括如下内容：

print和None：介绍了在Python中print函数以及None的用法。
纯函数与非纯函数：纯函数指除不对其他作用域作任何更改的函数，不为纯函数的函数则为非纯函数。这里的更改指外部变量的更改以及外部环境的变化等，例如：在函数中修改了一个外部变量a的值、print打印字符串等。
函数的生命周期：函数定义和执行的过程。
流程控制：if、elif、else、while
课堂练习：输入一个正整数，找出该数因式分解得出的最长序列。例如：输入12，输出2、2、3；输入858，输出2、3、11、13。

Q&A：纯函数的理解？

Homework

CS61A的第一份作业：https://cs61a.org/hw/hw01/ ，Variables and Functions, Control，其中包含了四道题目。

Q1: A Plus Abs B

题目：输入两个自然数a和b，要求输出a与b的绝对值的和，即a+abs(b),注意不能使用内置库。

代码：

from operator import add, sub

def a_plus_abs_b(a, b):

    """Return a+abs(b), but without calling abs.

    >>> a_plus_abs_b(2, 3)

    5

    >>> a_plus_abs_b(2, -3)

    5

    >>> a_plus_abs_b(-1, 4)

    3

    >>> a_plus_abs_b(-1, -4)

    3

    """

    if b < 0:

        f = sub

    else:

        f = add

    return f(a, b)

Q2: Two of Three

题目：输入三个正数i、j、k，输出其中较小的两个数的平方和，注意函数体只允许一行代码。

代码：

def two_of_three(i, j, k):

    """Return m*m + n*n, where m and n are the two smallest members of the

    positive numbers i, j, and k.

    >>> two_of_three(1, 2, 3)

    5

    >>> two_of_three(5, 3, 1)

    10

    >>> two_of_three(10, 2, 8)

    68

    >>> two_of_three(5, 5, 5)

    50

    """

    return i*i+j*j+k*k-max(i, j, k)*max(i, j, k)

Q3: Largest Factor

题目：输入一个正整数n，要求输出比n小且能被n整除的最大的数。

代码：

def largest_factor(n):

    """Return the largest factor of n that is smaller than n.

    >>> largest_factor(15) # factors are 1, 3, 5

    5

    >>> largest_factor(80) # factors are 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16, 20, 40

    40

    >>> largest_factor(13) # factor is 1 since 13 is prime

    1

    """

    "*** YOUR CODE HERE ***"

    res = n//2

    while n % res != 0:

        res -= 1

    return res

Q4: Hailstone

题目：输入一个正整数n，给定如下计算过程：如果n是偶数，那么将n除以2；如果n是奇数，那么将n乘3并加1；如此往复直至n为1。现要求每次执行该计算过程时都将n的值打印在屏幕上，且返回计算的次数。

代码：

def hailstone(n):

    """Print the hailstone sequence starting at n and return its

    length.

    >>> a = hailstone(10)

    10

    5

    16

    8

    4

    2

    1

    >>> a

    7

    >>> b = hailstone(1)

    1

    >>> b

    1

    """

    "*** YOUR CODE HERE ***"

    print(n)

    if n == 1:

        return 1

    return 1+hailstone(n//2 if n % 2 == 0 else n*3+1)

参考资料

2020年秋CS61A网课视频：https://www.bilibili.com/video/BV1s3411G7yM

SICP公开课：https://www.bilibili.com/video/BV1Xx41117tr

CS61A官网：https://cs61a.org/

CS61A指导资料（来自于伯克利的一名学生）：https://cs61a.vanshaj.dev/