0. 初识编程、竞赛和计算机产业

文章目录

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0.0 写在前面
0.1 编程是什么？
0.2 竞赛
0.3 计算机产业
0.4 一些小题

0.4.0 取位
0.4.1 快速幂问题
0.4.2 八皇后问题
0.4.3 汉诺塔问题

0.5 准备工作

0.5.1 安装环境
0.5.2 一些网站

0.0 写在前面

本篇内容为本人6年来对计算机相关内容的了解与阐述，希望能够给对计算机行业感兴趣的学生一些视野。

0.1 编程是什么？

相信大家都听过了C++、Java、Python等编程语言，编程即人类通过编程语言使计算机完成预定命令的过程。

由此可见，编程语言并不重要，一个优秀的程序员是不会受编程语言限制的。无论你是学C++、Java还是Python，主要的能力在于如何利用该编程语言与计算机进行交互。

各编程语言的区别大致如下：

C++，更贴近底层，多数的游戏引擎及操作系统等由C++设计。
Java，体系更完善，目前大多数Web应用、手机应用等由Java语言进行开发。
Python，开源且库函数完善，可以理解为很多人在不断完善更新Python，更易上手，主要用于人工智能等领域。

了解了编程的本质，选择一门编程语言就尤为重要。

对于目前大多数高校来说，C++是理工科学生的必修课，因为其相对于Java更好上手，相对于Python又更加具象。

面向过程编程
面向对象编程
面向切片编程

// C++语言的Hello World
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout<<"Hello World!"<<endl;
    return 0;
}

// C++语言的Hello World

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

cout<<"Hello World!"<<endl;

return 0;

}

// Java语言的Hello World
public class HelloWorld{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello World!");
    }  
}

// Java语言的Hello World

public class HelloWorld{

public static void main(String[] args){

System.out.println("Hello World!");

}

# Python语言的Hello World
print("Hello World!")

# Python语言的Hello World

print("Hello World!")

Java适合在学习C++后进行自学，如果C++的功底好，基本一个月即可上手Java。这就好比国内学习方言，当你能听懂普通话，理解东北话就非常容易了。而Python更适合于非计算机专业学生学习，因为其语言简单，无须记忆繁杂的框架，理解即编写。

为什么要通过编程解决问题呢？

计算机的发展使得快速计算成为可能，人类的优势在于智慧，但是计算力不足，计算机正好可以填补这部分空缺。

我们无法计算各种各样繁杂的数据，但是我们有解决问题的思路，将思路通过代码交给计算机，并将数据喂给程序，我们就可以利用算力来解决问题了。这也是现在人工智能普遍的要求。目前普通计算机一秒可以执行1000000000（10的9次方）次运算（简单运算，指加法和乘法），可以解决绝大多数小规模的问题。只要时间足够，甚至可以解决大规模问题。这是算力带来的优越性。

而对于程序的运行效率，CPU固然重要，但是CPU是有限的。根据摩尔定律（芯片上能集成的晶体管数每十年会翻一番），算力是会稳定上升的，但是我们要等。因此，人们要用其他方式提升程序运行效率，比如算法。我们竞赛的部分主要就是算法的介绍。举个例子，让你从1+2+3+…+100，你可以一个一个加，也可以用等差数列求和公式。后者会比前者快的多得多，这就是算法的魅力。当然，我们还可以提升CPU的核数，GPU的等级等等，但算法带来的提升远不是硬件提升可以比较的。

0.2 竞赛

在计算机领域，中学阶段有NOIP、CSP、NOI、APIO、IOI等竞赛，大学阶段有ICPC、CCPC、蓝桥杯等竞赛，此外还有计算机二级等等级考试。计算机作为五大学科竞赛中唯一一门非文化课的科目，其地位可见一斑。

具体来讲，中学阶段的竞赛就像晋级之路，NOIP是面向于各省/直辖市的地方性比赛，全国命题，地方排名。近几年天津地区一等奖大概在100-150分（满分600分，一题100分，有部分分）。五年前，省一等奖就可以拿到一些双一流学校的一本线等降分政策，不过随着强基计划的提出，自主招生逐渐淡出了人们的视野。

NOIP之后就是省选，是每个省/直辖市对于优秀竞赛生的选拔，每省人数不同。选拔出来的学生组成省队参加各种夏令营和国赛。国赛即NOI，这是全国性质的比赛，奖项等级为金银铜。目前强基计划政策为银牌及以上可以申请清北等高校的政策，而铜牌可以作为加分项考虑一些其他学校。

CSP分为CSP-J和CSP-S，前者是初级水平，后者是高级水平。一般高中竞赛生可以直接考虑参加CSP-S，难度和NOIP差不多。

此外，还可以考虑考级，如计算机等级考试。考试分C++、Java、Python等多项，60/100分即算通过。

对于大家如果参加竞赛就一定会参加的NOIP和CSP-S来说，可以细化一下他的规则：

使用一种编程语言，大多数考生使用C++。
用考点的机器，全程不许访问网络。
共4题，涵盖多种类别的算法。
中文题面。
每题会有20个以上的测试用例，例如：

程序输入两个值a和b，输出二者的和。

则会有20组a和b，并有对应的答案。通过你写的程序输入a和b并输出答案，和标准答案做比较，相等则得到对应的分数。
程序运行有时间和空间限制，多数为1s和512MB。

测试用例会有规模大小的分布（如n个数相加，前10个测试用例n<=100，后10个测试用例n<=100000），则对应不同的程序写法，可能会得到部分分。

0.3 计算机产业

目前的计算机产业仍然是具有很大发展空间的产业。十年前计算机的发展在软件，十年后计算机的发展在AI。

目前大学里对于计算机主要有几个方向：操作系统开发（如鸿蒙系统，这种是国家刚需）、软件开发和测试（如BAT等企业，大多数程序员的出路，不过目前有些饱和）、算法研究（分为普通算法研究和人工智能，普通算法研究即我们目前学习的竞赛算法的更高深层次，而人工智能是一个更大更新的方向）、数据处理（如数据可视化、数据挖掘与分析等）、网络安全。

中学阶段学生对计算机产业的理解主要在于软件开发，最近可能偏向人工智能，但操作系统、算法研究和数据处理也是行业内很多人在做的内容。各位可以多了解产业相关的方向，找到自己想要做的方向并多学习该方向的内容，为今后做好铺垫。

个人见解，未来智慧城市（如智慧交通、智慧校园等）将成为主流，物联网时代将会到来，这种场景下计算机领域人才是一直稀缺的。如果兴趣在这个方向，可以提前了解关于人工智能和机器学习的知识，并可以尝试与硬件结合构建机器人等。

0.4 一些小题

0.4.0 取位

数学中有取余运算和整除运算，有的程序设计语言将整数的除法和取余分别表示为”/“（整除）和”%”（取余）两种，如 $66\%10=6$ ，即66除以10的余数为6； $65/10=6$ ，即65整除10的商为6。现有一个四位数N，请选用N和上面两种运算表示出N的个十百千位上的数字。

0.4.1 快速幂问题

要求 $a^b$ ，正常的计算方法为 $a* a* a\dots* a$ (共b个a)，请问如何减少计算次数。此处需计算 $(b-1)$ 次乘法。

0.4.2 八皇后问题

给定一个国际象棋棋盘，将八个皇后棋子放置棋盘上。要求八个皇后棋子两两不在同一行、同一列、同一对角线，如何找到所有可能的摆放方式，给出思路。

0.4.3 汉诺塔问题

有三根圆柱，记为ABC。柱A上从上到下按照大小顺序放着N个圆盘，需要将其全部挪到柱C上。要求小圆盘上不能放大圆盘，每次只能移动一个圆盘。给出思路。

0.5 准备工作

0.5.1 安装环境

Windows 从0开始配置VScode C/C++环境初学者向
注：从1.2开始就可以，1.1.1有如何选择的参考。看版本是 gcc --version ，原博客打错了。

【VSCode】mac系统利用VSCode配置C++环境

0.5.2 一些网站

Online Judge（在线评测系统）

洛谷，国内中学信竞里的最常用的OJ，基本可以涵盖从NOIP到NOI的题目类型和难度。注册后加入团队。

codeforce，国际信竞最常用常用的OJ，每周/月会有周/月赛，题目是英文题面。