听课笔记-《计算机科学速成课》10-14 编程基础

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视频目录

1 - 早期的计算 - Early Computing
2 - 电子计算 - Electronic Computing
3 - 布尔逻辑与逻辑电路 - Boolean Logic & Logic Gates
4 - 二进制 - Representing Numbers and Letters with Binary
5 - 算术逻辑单元 - How Computers Calculate - the ALU
6 - 寄存器 & 内存 - Registers and RAM
7 - 中央处理器 - The Central Processing Unit(CPU)
8 - 指令和程序 - Instructions & Programs
9 - 高级 CPU 设计 - Advanced CPU Designs
10 - 编程史话 - Early Programming
11 - 编程语言 - The First Programming Languages
12 - 编程原理：语句和函数 - Programming Basics: Statements & Functions
13 - 算法初步 - Intro to Algorithms
14 - 数据结构 - Data Structures
15 - 阿兰·图灵 - Alan Turing
16 - 软件工程 - Software Engineering
17 - 集成电路、摩尔定律 - Integrated Circuits & Moore’s Law
18 - 操作系统 - Operating Systems
19 - 内存 & 储存介质 - Memory & Storage
20 - 文件系统 - Files & File Systems
21 - 压缩 - Compression
22 - 命令行界面 - Keyboards & Command Line Interfaces
23 - 屏幕 & 2D 图形显示 - Screens & 2D Graphics
24 - 冷战和消费主义 - The Cold War and Consumerism
25 - 个人计算机革命 - The Personal Computer Revolution
26 - 图形用户界面 - Graphical User Interfaces
27 - 3D 图形 - 3D Graphics
28 - 计算机网络 - Computer Networks
29 - 互联网 - The Internet
30 - 万维网 - The World Wide Web
31 - 网络安全 - Cybersecurity
32 - 黑客与攻击 - Hackers & Cyber Attacks
33 - 加密 - Cryptography
34 - 机器学习与人工智能 - Machine Learning & Artificial Intelligence
35 - 计算机视觉 - Computer Vision
36 - 自然语言处理 - Natural Language Processing
37 - 机器人 - Robots
38 - 计算机中的心理学 - Psychology of Computing
39 - 教育型科技 - Educational Technology
40 - (完结) 奇点，天网，计算机的未来 - The Singularity, Skynet, and the Future of Computing

多图预警

笔记

第10集·编程史话

早期的计算机

计算机的发展经历了很多不同的交互界面，从大如房屋的继电器式的计算机，到现如今能便捷携带的计算机，都是一点点的突破发展改进。这幅图是利用开关来操作以编程好的指令，相当于选哪几条指令组合来运行程序。

第11集·编程语言

伪代码

早期的编程需要写编译语言，非常不直观，所以计算机科学家先把要做的事情用简单语句的方式记录下来，再按照记录内容来输入指令。这种就是伪代码，伪代码是我们思路的一种保存形式，代码只是工具。

指令演化

指令由开始的00101000诸如此类的二进制原始表达方式，改进成了 用简单语言代替指令，要便于记忆和理解很多，在原二进制式的指令中，想要从一个地址跳转到另一个地址，检索地址编码很不方便，用标签的方式就很好地解决的了跳转位置的问题，而且即便是动态的添加了数据指令，原先的地址发生了变化，但我们要鉴别的位置是标签，就不会受到地址变化的影响。

编译器

编译器就是将二进制到抽象语言反过来的过程，从高级语言转换成机器码，cpu可直接识别运行。

编程语言

有了编程语言，我们不用管寄存器或内存位置，简单的申明变量，编译器会帮你把这条语句转化成需要的所有的指令。

第12集·编程原理：语句和函数

if语句

如果 xxx 那么 xxx ，不然的话 xxx。这在编程中是运用的非常多的语句。当满足设置的条件，就会执行对应的内容，不满足的话就执行另一个内容。俗话说的讲条件。

while循环

设置一个条件，只要条件满足，循环内的语句就会一直执行。直到条件不满足，写whlie的时候要小心哦，否则电脑很可能死机。

函数

这是一个求指数的函数，运用for循环，执行设定的次数，将这个封装成一个方法，当下次要用计算指数的情况，就直接调用这个方法就好了，不用再写一遍。

函数调用函数

在函数里面调用函数，就像是你封装了一个一个的工具，到它合适的地方直接拿来用即可。
突然想到一个问题，对于底层原理的理解和深入是有必要的吗，这其实取决于自己的发展方向和兴趣。就像一个画手，他不一定要掌握PS 的底层原理，但是他能数量使用就能画出上好的作品。同理，如果你是做一款游戏，你能熟练使用编程的一些语法，不一定要掌握里面的底层设计和原理，也能开发游戏需要的功能。什么情况下需要掌握底层的东西呢，我觉得一方面是往这个方向发展，做一个计算机专家，另一方面是兴趣。

第13集·算法初步 - Intro to Algorithms

归并排序

归并排序的思想就是一组待排序的数，对它进行对半划分，当分得的集数量小于等于2时，便不再划分，分好之后，再对集自身进行排序，这时候排序是简单的，应该里面只有最多2个元素，只需要最多做1次
比较即可，排好序的集再与兄弟集进行比较合并，注意这时候的排序比较相较于完全随机的集要简单，因为集里面本身是有序，的你只需要拿A集最前面的元素a1与B集最前面的元素b1比较，a1比较小，则记录保存，这时候再拿a2与b1比较，谁小记录保存谁，假如还是a2，那么就取a3与b1比较，如果b1比较小，则记录保存b1，这时候再取b2与a3比较，如此往复，直到集合中的元素记录保存完成，再往上归并更大的兄弟集。用通俗点的例子就像是，我有一副从小到大排好序的扑克牌，你也有一副从小到大排好序的扑克牌， 咱们先出最小的，看看谁的更小， 谁的更小就把这个更小的牌 放到指定的位置，这时候放了牌的人手上的最小的牌就变了（最小了已经放到一边了），得继续取手上最小的扑克牌，继续和对方比较，谁更小，谁就把这张更小的牌放到指定的地方，知道所有的牌都放完 ，这里为什么比完全随机的排序要快呢？ 一是，我确定最小的牌，不需要把所有的牌都比较一遍，我只要比较一次就知道了。二是当一方没牌了，另一方就不需要比较了。全部依次放入即可。

选择排序

选择排序的思想就是，我在一堆元素中，先全部找一遍，但找的过程中得一个一个的看，看第一个的时候，这个就是最小的，我记录下来这个最小值和它的索引，然后看第二个数，与我手上的这个最小值比较，凡是比我手上的值更小的值，我就记录它和索引，直到看完所有的元素，这个时候我们就确定了全场最小元素，我们把这个元素与第一个元素的位置进行交换，这个时候全场最小的元素就放到第一个的位置了，好，接下来，我们从第二个位置开始看（为什么从第二个呢，因为第一个已经确定好了，不用再比较了）， 跟第一次的方式一样，谁更小，我就记录它的值和索引，比较完所有元素，就当前这个最小值与第二个元素交换，接下来第三个，按同样的方式进行，这就是选择排序。像不像是你从一群人中找那个最高的，先全场比较找到最高的，让他站在指定位置，然后再剩下的这群人中继续找最高的，找到了就让他站在刚才的那个指定位置，排在前一个人的后面，继续，一个一个的选出最高的，正如其名，选择排序。

第14集·数据结构 - Data Structures

二维数组

二维数组在内存中的布局如图，将一组一组的内容布局好，j[2][1]的位置就是第3组的第2个位置的数据。无论是三维数据还是更多维数据，都是可以的。

链表

链表的结构是一个一个的元素有一个指向下一个元素的指针，想要知道下一个元素就查看本元素的next指针就知道下一个元素，当最后一个元素的next指向第一个元素，这就是循链表。链表的增删是方便的，比如上图的增加，只需要把112的next指向的元素14先记录下， 然后next指向要新增的42， 把42的next指向14，就完成增加了， 要想删除也容易，比如把42删除，就把112的next指向42的next指向的元素14， 然后把42删除。
相较于数组，增删操作比较方便，数组的初始空间大小是固定的，想要增加元素不能够，得重新申请空间，想要删除元素，除了把指定的元素删除外，还需要把该元素之后的元素都分别往前挪1位。优势是读取随机元素速度快，由于是连续地址，任意元素都能直接找到。而链表就得从头部开始一个一个往下找。

字符串

字符串就是一列数组在内存中按序分布，注意结尾有个zero的标识，如果没有那么这些函数将不能确定字符串的结束位置在哪儿，从而引起一些不必要的错误。

图

节点与连线组成的图，每个节点都可能会与若干个节点相连，在图中，如何找到指定两个点之间的最短路径，如图。高庭到凛冬城的最短路径，最笨的办法就是将 高庭到凛冬城的所有可能的路线，一一比较，得出结论，这样的计算复杂度是n!。
我们可以稍微做些改进，从高庭出发，找到所有其它的点与高庭的距离，派克城14，奔流城10，君临城8，三叉戟河max，凛冬城max，这个时候高庭的所有连接已经计算完成，将高庭做好标记。接下来我们找到与高庭相连的最近的点，从这个点出发找能连接的点计算距离，所以是君临城8，君临城到高庭不用管了，高庭已经做了标记，就说明高庭到君临城肯定已经计算过了。然后是奔流城求最小min（dis（君临城-奔流城，奔流城10）），没有变化，然后是三叉戟河min（dis（君临城-奔流城，三叉戟河max）），做了更新三叉戟13，这个时候君临城的所有点都完成计算，做好标记，再继续遍历最短距离，为奔流城10，高庭和君临城已经标记了，就剩下三叉戟河min（dis（奔流城-三叉戟河，三叉戟河13）），要做更新三叉戟河为12，还有派克城min（dis（奔流城-派克城，派克城14）），要做更新派克城13，奔流城的所有连接都做了计算，做好标记。然后继续遍历找未被标记的最近的节点，应该是三叉戟河，三叉戟河能连接的点就只剩下凛冬城了，凛冬城min（dis（三叉戟河-凛冬城，凛冬城max）），凛冬城为22，三叉戟河做好标记，再继续遍历未标记的最小距离，是派克城，派克城相连的未被标记的也只有凛冬城min（dis（派克城-凛冬城，凛冬城22）），不用做更新，派克城也被标记，再继续遍历，发现没有未被标记的最近的点了，就只剩下凛冬城，所以计算结束，最终的结果是高庭-奔流城-三叉戟河-凛冬城，路径长22。
上面的图重点是看每次变化找的起点和与出发点路径的变化。
当前起点是当前未被标记且到出发点距离最近的点。
更新的点都是与该起点直接相连并未被标记的点。
参考内容:Dijkstra 最短路径算法详解 无向图

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28-33课笔记-网络安全

34-40课笔记-人工智能