Giáo án và PPT Khoa học máy tính 11 cánh diều Bài 10: Thiết kế chương trình từ trên xuống và phương pháp mô đun hóa

BÀI 10. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH TỪ TRÊN XUỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ ĐUN HÓA

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV đặt vấn đề, dẫn dắt HS vào câu hỏi Khởi động tr.131 SGK: Có người nói lập trình cũng giống như giải bài tập toán, sau khi có ý tưởng thuật toán, ta viết từng dòng lệnh lần lượt từ đầu đến cuối. Theo em, nói như thế có đúng hay không? Vì sao?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Thiết kế chương trình từ trên xuống theo phương pháp mô đun hóa

GV yêu cầu học sinh trao đổi:

+ Giải thích ý nghĩa của thuật ngữ mô đun phần mềm.

+ Trình bày các giai đoạn cần thực hiện khi áp dụng phương pháp mô đun hóa.

+ Phân biệt lập trình theo phương pháp mô đun hóa với lập trình kiểu nguyên khối. 

Sản phẩm dự kiến:

Mô đun trong lập trình

- Một chương trình lớn có thể gồm nhiều tệp mã nguồn. Một tệp mã nguồn là một mô đun phần mềm. 

Phương pháp mô đun hóa

- Các bước người lập trình cần thực hiện khi áp dụng phương pháp mô đun hóa:

+ Giai đoạn 1. Liệt kê các việc lớn: Sử dụng các gạch đầu dòng nhằm cho biết cần làm gì để nhận được kết quả mong muốn, tuần tự từ nhập dữ liệu đến kết quả cuối cùng.

+ Giai đoạn 2. Thiết kế các hàm: Phân chia mỗi bước lớn thành một vài công việc độc lập và thiết kế các hàm thực hiện từng công việc đó, xác định rõ tên hàm, đầu vào, đầu ra.

+ Giai đoạn 3. Viết các hàm: Lập trình từng hàm theo thiết kế; kiểm thử, gỡ lỗi từng hàm để chắc chắn nó làm đúng chức năng.

+ Giai đoạn 4. Viết chương trình chính: Thực hiện các bước theo liệt kê trong Giai đoạn 1 bằng các câu lệnh gọi sử dụng các hàm vừa hoàn thành; chạy thử, kiểm tra tổng thể.

- Lập trình theo phương pháp mô đun hóa dẫn đến kết quả là chương trình có một số hàm do người lập trình định nghĩa.

- Chương trình chính sẽ ngắn gọn, gồm một số câu lệnh để nhập dữ liệu, gọi sử dụng các hàm do người lập trình viết, xuất kết quả cuối cùng ra màn hình hay ra tệp và kết thúc.

Hoạt động 2: Minh họa về lập trình theo phương pháp mô đun hóa

Lấy ví dụ về lập trình thao phương pháp mô đun hóa

Sản phẩm dự kiến:

- Mục đích của dự án: Thực nghiệm bấm giờ thực tế chạy máy tính nhiều lần thực hiện tìm kiếm tuần tự và tìm kiếm nhị phân với các dãy số đầu vào ngẫu nhiên rồi lấy giá trị trung bình.

- Áp dụng phương pháp mô đun hóa trong thiết kế chương trình và lập trình dự án:

Giai đoạn 1. Liệt kê các việc lớn

- Sinh dãy ngẫu nhiên n số gọi là dãy A.

- Sắp xếp dãy A theo thứ tự tăng dần (không giảm) lưu thành dãy B.

- Tìm kiếm tuần tự một số có mặt trong dãy A; tìm kiếm nhị phân số đó trong dãy B; ghi lại khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi tìm thấy trong cả hai trường hợp.

- Tìm kiếm một số x bất kì: Cho số x bất kì, tìm kiếm tuần tự số x trong dãy A, tìm kiếm nhị phân số x trong dãy B, bấm giờ tính khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi kết thúc tìm kiếm trong cả hai trường hợp.

- Tính trung bình cộng thời gian thực hiện tìm kiếm tuần tự và tìm kiếm nhị phân; xuất kết quả ra cho cả hai trường hợp.

Giai đoạn 2. Thiết kế các hàm

- Sinh dãy ngẫu nhiên n số với giá trị trong khoảng (0, M): Tên hàm dayngaunhien; đầu vào: hai số nguyên n, M; đầu ra: một dãy n số được sinh ngẫu nhiên với giá trị trong khoảng (0, M).

- Sắp xếp dãy A theo thứ tự tăng dần (không giảm) lưu thành dãy B: Tên hàm sapxep; đầu vào: một dãy số; đầu ra dãy số được sắp theo thứ tự tăng dần.

- Tìm kiếm tuần tự: tên hàm tktuantu....

- Tìm kiếm nhị phân: tên hàm tknhiphan;...

- Chọn số có mặt trong dãy: Sinh ngẫu nhiên một số nguyên i trong khoảng (0, n – 1) và trả về x = a_i (phần từ chỉ số i trong dãy A). Chắc chắn x cũng có mặt trong dãy B. Không cần viết thành một hàm. 

- Tìm số có mặt trong dãy tên hàm tkcomat.

Đầu vào: x = a_i nói trên, hai dãy số A, B.

Đầu ra: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi tìm thấy:

1) Bằng tìm kiếm tuần tự trong dây A.

2) Bằng tìm kiếm nhị phân trong dãy B.

- Tìm số x bất kì: tên hàm tkbatki.

Đầu vào: một số x sinh ngẫu nhiên; hai dãy số A, B. Đầu ra: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi kết thúc tìm kiếm:

1) Bằng tìm kiếm tuần tự trong dãy A. 2) Bằng tìm kiếm nhị phân trong dãy B.

- Ghi lại khoảng thời gian tìm kiếm: dùng hàm time hai lần, ngay trước và ngay sau câu lệnh gọi tktuantu (hay tknhiphan). Không cần viết thành hàm riêng.

- Tính trung bình cộng thời gian thực hiện tìm kiếm tuần tự và tìm kiếm nhị phân và xuất kết quả ra: không cần viết thành hàm riêng.

Hoạt động 3: Các ưu điểm của lập trình theo phương pháp mô đun hóa

Nêu ưu điểm của lập trình theo phương pháp mô đun hóa.

Sản phẩm dự kiến:

- Phối hợp cùng lập trình.

- Chương trình dễ hiểu hơn.

- Dễ kiểm thử và sửa lỗi hơn.

- Khả năng tái sử dụng.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1. Có bao nhiêu bước người lập trình cần thực hiện khi áp dụng phương pháp lập trình mô đun hóa?

A. 1.                     B. 2.                               C. 3.                               D. 4.

Câu 2. Lập trình theo phương pháp mô đun hóa dẫn đến kết quả là chương trình chính thường ngắn gọn, gồm một số câu lệnh gọi sử dụng các hàm mà người lập trình viết. Nội dung trên là ưu điểm gì của lập trình theo phương pháp mô đun hóa?

A. Phối hợp cùng lập trình.                          B. Chương trình dễ hiểu hơn.

C. Dễ kiểm thử và sửa lỗi hơn.                     D. Khả năng tái sử dụng.

Câu 3. Một mô đun phần mềm là

A. một tệp mã nguồn.                                  B. một chương trình lớn.

C. một giai đoạn lập trình.                           D. một bộ phận thiết bị.

Câu 4. Mô đun có tính chất

A. tương đối.                                                         B. tuyệt đối.

C. độc lập.                                                   D. khách quan.

Câu 5. Sắp xếp các nội dung sau đây để hoàn thành các giai đoạn cần thực hiện khi áp dụng phương pháp mô đun hóa

1. Viết chương trình chính.

2. Liệt kê các việc lớn.

3. Thiết kế các hàm.

4. Viết các hàm

A. 1 → 2 → 3 → 4.                                               B. 2 → 3 → 4 → 1.

C. 3 → 1 → 4 → 2.                                               D. 4 → 2 → 1 → 3.

Đáp án gợi ý:

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

GV yêu cầu HS hoạt động nhóm (3 - 4 HS) thực hiện bài tập Vận dụng SGK tr.134:

          Xét dự án nhỏ về lập trình để thực nghiệm so sánh thời gian thực tế chạy chương trình máy tính thực hiện một số thuật toán sắp xếp mà em đã biết theo cách bấm giờ chạy máy với các dãy số đầu vào ngẫu nhiên rồi lấy giá trị trung bình. Em hãy áp dụng phương pháp lập trình mô đun hoá:

a) Đưa ra thiết kế các hàm sẽ được sử dụng trong chương trình.

b) Viết các câu lệnh trong chương trình chính (không cần viết các hàm).