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可视化计算 发布于:

可视化计算(Visualized Computing)是利用可视化计算环境,实现程序和算法的设计、测试和结果呈现。其中包括,程序和算法的设计过程可视化、运行过程可视化、问题和求解结果的可视化。

可视化计算引入可视化的程序设计环境,其目标则是通过缩短现实世界中的行为与程序设计之间的概念距离来减少学习上的认知负担。如果按一般方法学习算法设计的历程,需要经历程序设计、数据结构、离散数学等课程的铺垫。对于非计算机专业的用户,学习算法的困难是不言而喻的。

以查找算法中的“折半查找”为例,对已经顺序排列的数据,进行对折查找,这种思想在现实生活中,每个人都在身体力行,最为常见例子的莫过于查字典。但是,同样的思想,需要通过程序和算法表现出来,用户需要具备:①程序设计的基本技能(编写和调试程序);②数据的输入(或产生);③数据的组织和描述;④计算过程设计;⑤逻辑判断和运行过程的纪录;⑥结果的输出,这6种基本计算操作的设计和调试能力。

如果使用普通的高级程序设计语言,一般用户需要数十小时的基础编程实践以后,才有可能初步掌握。但是,如果通过使用像RAPTOR这样的工具,由于其友善的独特设计,可以方便和引导人们相对轻松的跨入算法学习之门。学习算法设计所花费的入门时间,也要大大缩短。

在执行RAPTOR程序的过程中,用户 可以选择通过单步执行程序,或连续运行。执行速度可以通过在RAPTOR的顶部显示的移动滑块调节。在执行过程中,正在执行的符号语句显示为绿色。此外,所有的变量的状态显示在屏幕左下角的窗口中。

断点的设置和应用:在运行程序之前,用户可使用鼠标右键单击任何一个赋值语句,调出一个菜单,选择“Toggle Breakpoint”选项,设置程序运行的断点,以便观察程序的运行状态和所有变量的值;取消断点的过程与设置基本相同,再次调出该菜单,单击该选项即可。

由于RAPTOR的输出可以通过主控制台(Master Console)输出文字性的计算结果和表达式运行计数值;也可以通过图形窗口(Graphic Windows)输出与图文有关的计算结果。为了便于观测而不至于在两个视窗之间跳来跳去,最好直接启用图形视窗,这样算法的最终结果就可以统一输出和部署在图形视口中。

在大部分算法中,通过主控制台输出文字性的计算结果和表达式运行计数值,即可得到算法是否工作正常和算法时间复杂性的验证数据。

在一些数值计算中,可能需要绘制图形曲线,所以可以将输出结果通过图形视窗输出。另外,在图论算法中,一些计算问题和结果,如迷宫、棋盘甚至三维立体图形都可以通过图形界面输出。

RAPTOR图形窗口除了可以显示图形的输出结果之外,也可以接受用户的在线(On Line)输入(这与输入语句运行过程提示和接受用户输入的方式是完全不同的),这种输入方式分为鼠标与键盘两类。用户可以在图形窗口的界面上直接使用鼠标指针点击某个区域,或者按下键盘上的某些键,RAPTOR可以接受和判读以后,依据预先设计好的算法执行相应的操作。


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