CS50x 2024 - Лекция 0 - Scratch

Видео начинается с фоновой музыки.

Введение в CS50, курс компьютерных наук и программирования Гарвардского университета.

Введение в CS50: Навыки решения проблем и изучение языка CS50 - это введение в компьютерные науки и программирование в Гарвардском университете. Цель курса - научить навыкам решения задач, применимым в различных областях, а не только в STEM. Студенты будут изучать такие языки, как C, Python, SQL и JavaScript, для практического применения.

Алгоритмическое решение задач с помощью кода На занятиях основное внимание уделяется обучению алгоритмам как пошаговым инструкциям по решению задач с использованием кода. Особое внимание уделяется переводу понятий человеческого языка в машиночитаемые 0 и 1 с помощью методов кодирования.

Поддерживающая культура сообщества в CS50 CS50 предлагает структуры поддержки, адаптированные к уровню комфорта учащихся при программировании. Оценка основывается на индивидуальном прогрессе, а не на сравнении со сверстниками. Курс способствует формированию уникальной культуры сообщества благодаря таким общественным мероприятиям, как обеды, День головоломок, хакатоны и ярмарка CS50, на которой демонстрируются готовые проекты.

Понимание компьютерных наук и умение решать проблемы Информатика - это наука об информации и способах решения проблем с использованием вычислительного мышления. Вычислительное мышление предполагает применение методичных и продуманных идей для точного решения проблем. Цель состоит в том, чтобы очистить мыслительные процессы, улучшить навыки выражения и улучшить владение языком.

Суть решения проблем Решение задач в области информатики предполагает преобразование входных данных в выходные с помощью определенного процесса, который требует эффективного представления данных. Этот процесс помогает развить аналитические навыки, применимые не только в области технологий, но и для более точного выражения идей в различных областях.

Понимание двоичной и унарной нотации Компьютеры используют двоичную систему счисления, но унарная система счисления еще проще. Унарная система счисления предполагает использование пальцев для представления чисел. Двоичная система счисления (base-2) легко адаптируется к реальному миру благодаря своему включенному/ выключенному представлению.

Отображение электроэнергии с помощью двоичных цифр Двоичные цифры (биты) представлены 0 и 1, аналогично электрическим сигналам в компьютерах. Транзисторы действуют как переключатели, которые накапливают электроэнергию или нет, в зависимости от значений 0 или 1.

Переход от десятичной системы счисления к системе счисления с основанием-2 В десятичной системе счисления позиция каждой цифры соответствует степени десятичности. Для преобразования из десятичной системы счисления с основанием 10 в десятичную систему счисления 2 требуется, чтобы позиции столбцов были в степени двойки.

Исследующие байты: Восьмибитная единица измерения Байты состоят из восьми битов и служат более практичной единицей измерения, чем отдельные биты в вычислительных системах. Байт, в котором заданы все биты, представляет собой число 255, поскольку это на единицу меньше, чем общее количество возможных значений, если начинать с нуля.

Понимание представления ASCII-кода Представление букв в компьютерах с использованием ASCII, присвоение номеров каждой букве для хранения и отображения. Число 65 представляет собой заглавную букву A в ASCII-коде, которая хранится в виде последовательности из 0 и 1. ASCII использует семь или восемь бит для представления английских букв, но этого может быть недостаточно для всех языков из-за ограниченного объема памяти.

Упражнение с добровольцами по представлению бинарных паттернов Объяснение того, как компьютеры хранят информацию, используя двоичные коды, соответствующие определенным числам, присвоенным ASCII-кодом. Демонстрация того, как различные буквы представляются комбинациями переключателей включения/выключения (0 и 1). Представляем добровольцев, представляющих биты с помощью поднятия рук или стояния на месте, выполняющих упражнения по произношению слов с использованием двоичного представления.

Упражнение по написанию "ЛУКА" с использованием двоичных разрядов Увлекательное занятие, в котором добровольцы обозначают отдельные элементы, образующие слово, с помощью их позиций (поднятие рук или неподвижность) на основе двоичных значений. Произнесите по буквам "Б-О-В", интерпретируя поднятые руки как единицы, а неподвижную позицию - как нули в соответствии с заранее заданными инструкциями, которые были даны тайно заранее.

Эволюция от ASCII к Unicode Кодировка Unicode - это дополнение к ASCII, позволяющее представлять различные символы, помимо английских букв. В нем используется 16, 24 или даже 32 бита на символ для размещения различных языков и символов. Миссия Unicode заключается в сохранении всех человеческих языков в цифровом виде и представлении пиктограмм для общения.

Понимание представления эмодзи в Юникоде Технически эмодзи - это символы, представленные в Юникоде образцами из 0 и 1. Разные платформы могут отображать эмодзи по-разному в зависимости от интерпретации. Настраиваемые эмодзи, такие как изменения тона кожи, достигаются путем изменения представлений по умолчанию с помощью дополнительных переключателей.

Создание сложных эмодзи с помощью цифровых комбинаций Комбинирование элементов эмодзи предполагает использование определенных цифр (кодовых точек) для каждого компонента, такого как сердечки или пары разного пола. Разработчики с нулевой шириной склеивают компоненты эмодзи в числовом формате для получения выразительных комбинаций без создания новой графики.

Представление цветов с использованием значений RGB Цвета на изображениях, включая эмодзи, обычно представлены с помощью значений RGB - красный, зеленый, синий, - которые в сочетании создают спектр цветов от белого до черного с помощью трех числовых значений.

Каждый пиксель на экране компьютера или телефона состоит из трех чисел, представляющих значения красного, зеленого и синего цветов. Эти значения определяют цвет, отображаемый в данном месте, причем каждое число находится в диапазоне от 0 до 255. Комбинируя различное количество красного, зеленого и синего цветов, можно создавать различные цвета, используя эти числовые представления.

Интерпретация данных в различных контекстах Представление данных зависит от контекста. Текстовые сообщения и электронные письма интерпретируют символы 0 и 1 как текст, в то время как приложения-калькуляторы могут воспринимать их как числа для вычислений. В графических программах, таких как Photoshop, тот же шаблон интерпретируется как цвет.

Представление музыки и видео в цифровом виде Представление данных распространяется на музыкальные и видеофайлы с использованием двоичных цифр. Музыку можно представить, присвоив номера нотам, длительности и громкости. Видео - это, по сути, серия изображений, быстро отображаемых для создания ощущения движения.

Эффективное решение проблем с помощью алгоритмов Алгоритмы - это пошаговые инструкции по решению задач, реализованные в коде. Код преобразует реальные действия в компьютерные операции. Эффективные алгоритмы сокращают временные затраты за счет разделения задач для ускорения поиска решений.

Влияние разработки алгоритма на эффективность Различные алгоритмы по-разному влияют на эффективность поиска. Линейный поиск по телефонной книге выполняется медленно, но корректно; повторный поиск немного повышает скорость; бинарный поиск значительно сокращает количество шагов, необходимых для работы с большими наборами данных.

Масштабируемость и оптимизация производительности Эффективность алгоритмов имеет решающее значение для масштабируемости и производительности по мере увеличения объема данных. Графические представления показывают, как различные алгоритмы справляются с растущими масштабами задач: линейный, улучшенный линейный и логарифмический масштабы демонстрируют различную эффективность.

Понимание псевдокода Псевдокод - это способ описания алгоритмов простым языком перед написанием кода. Он включает пошаговые инструкции для эффективного решения задач. Псевдокод помогает в планировании и четкой передаче сложных процессов.

Основные строительные блоки псевдокода Псевдокод включает в себя функции, условные выражения, логические выражения и циклы в качестве основных строительных блоков. Эти элементы необходимы в различных языках программирования, таких как C и Python. Понимание этих основ имеет решающее значение для эффективного написания кода на разных платформах.

Продвижение к искусственному интеллекту Помимо базовых концепций псевдокодирования, существуют более сложные темы, необходимые для разработки искусственного интеллекта. Для успешного использования возможностей ИИ требуются дополнительные строительные блоки, помимо функций и циклов.

Специальный гость Бренда Андерсон, известная тем, что помогает студентам в онлайн-сообществах CS50, получила благодарность за свой вклад. Ее дочь создала символ утки, используемый в CS50.

Изучение искусственного интеллекта в CS50 Искусственный интеллект - ключевая тема сегодняшних дискуссий, и CS50 нацелен на конструктивное использование ИИ, чтобы помочь студентам в решении проблем и написании кода. В курсе представлены чат-боты как пример реализации ИИ с использованием функций, условных обозначений, циклов и больших языковых моделей. В то время как текущие возможности искусственного интеллекта ограничены имеющимися строительными блоками, будущее направление включает в себя алгоритмы, которые могут обрабатывать огромные объемы текстовых данных для ответов на вопросы.

Основы: Основы декодирования двоичных файлов Прежде чем углубляться в программирование на основе искусственного интеллекта, важно понимать двоичный код. Двоичный код представляет собой фундаментальные инструкции, такие как "hello world", с помощью шаблонов из 0 и 1. Несмотря на его сложность на первый взгляд, новичкам следует сосредоточиться на абстрагировании двоичных понятий для практических применений, таких как представление чисел или символов.

Переход к программированию с использованием синтаксиса языка Си Переход от понимания двоичного кода к написанию реального кода начинается с изучения синтаксиса языка Си на первой неделе курса. Поначалу учащиеся сталкиваются с загадочными символами, такими как точка с запятой и фигурные скобки, но им следует отдавать предпочтение пониманию основных функциональных концепций, а не синтаксическим деталям, которые поначалу могут показаться отвлекающими, но после понимания приобретут ценность.

"Printf" служит базовой функцией в ранних программах, отображая информацию на экране; другие синтаксические элементы станут понятнее с практикой, несмотря на то, что изначально они казались запутанными из-за их технической природы.

Сосредоточьтесь на использовании Visual Studio Code (VS Code) как бесплатного инструмента для программирования с открытым исходным кодом. На сайте cs50.dev доступна облачная версия VS Code, предварительно установленная со всеми необходимыми компонентами, чтобы избежать проблем с настройкой.

Введение в Scratch-редактор Представляем облачный редактор Scratch для создания анимации и игр. Основное внимание уделяется визуальному представлению идей, а не особенностям языка программирования. Пользователи перетаскивают разноцветные кусочки головоломки, чтобы создавать программы в двумерном мире с такими персонажами, как спрайт кошки.

Использование кусочков головоломки в Scratch Scratch предоставляет блоки с категориями движения, внешнего вида, звуков, событий, управляющих операторов, переменных и расширений my blocks. Эти элементы головоломки перетаскиваются в область, где их можно соединять для выполнения действий в декартовой плоскости с координатами x-y, представляющими направления движения.

Создание программ с нуля с использованием функций и параметров Использование Scratch для создания простой программы предполагает перетаскивание и соединение частей головоломки в облачном редакторе. Зеленый флажок запускает действия, например, позволяет Scratch сказать "Привет, мир", используя фиолетовые функциональные блоки с редактируемыми текстовыми овалами для настройки.

Отображение входных и выходных данных с помощью функций Понимание функций как строительных блоков, которые принимают входные данные (параметры) для получения выходных данных, является ключевым в программировании. В данном случае блок "скажи привет, мир" представляет собой функцию с параметрами, изменяющими ее поведение. Эта концепция соответствует решению проблем путем сопоставления входных данных с выходными данными с помощью алгоритмов или выполнения кода.

Создание интерактивных программ с нуля с возвращаемыми значениями Изучение того, как создавать интерактивные программы в Scratch с использованием таких блоков, как ask и say. Понимание концепции возврата значений из функций, когда данные могут быть переданы обратно для дальнейшего использования. Демонстрация важности правильной последовательности и формирования блоков для достижения желаемых результатов программы.

Исправление ошибок и улучшение представления программы Устранена ошибка в программе, которая вызывает проблемы с отображением текста из-за высокой скорости выполнения. Представлены такие решения, как добавление задержек или объединение выходных строк с использованием объединяющих блоков для лучшего представления. Особое внимание уделяется логическому структурированию потока кода с помощью соединений ввода-вывода между различными функциональными блоками.

Улучшение взаимодействия с пользователем с помощью расширения для преобразования текста в речь Экспериментируйте с дополнительными функциями, такими как преобразование текста в речь в Scratch, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем. Настраивайте голосовые настройки для вывода речи и изучайте игровые способы творческого вовлечения пользователей в среду программирования.

Эффективное кошачье мяуканье с петлями Вместо ручного дублирования звуковых блоков, чтобы заставить кошку мяукать несколько раз, динамик демонстрирует более эффективный подход, используя циклы. Используя блок повтора, можно легко указать количество раз, когда кошка должна мяукнуть, без повторных ручных настроек. Этот метод уменьшает вероятность ошибок и позволяет легко вносить изменения в одном месте.

Предотвращение Ошибок За счет Улучшения Дизайна Докладчик обращает внимание на недостатки неэффективного проектирования, показывая, как повторяющиеся изменения вручную могут привести к ошибкам при программировании таких задач, как многократное воспроизведение кошачьего мяуканья. Они подчеркивают важность использования стандартных блоков, таких как циклы, для оптимизации функциональности и минимизации человеческих ошибок в процессах кодирования.

Сила абстракции в программировании В программировании абстракция позволяет нам упрощать сложные задачи, создавая блоки кода, которые можно использовать повторно. Перенеся концепцию "meow" в пользовательский блок в Scratch, мы можем сосредоточиться на его функциональности, а не на деталях реализации. Абстракция помогает нам создавать модульный и компактный код, который прост в использовании и понимании, не беспокоясь о том, как он работает внутри компании.

Повышение гибкости Кода за счет Параметризованной Абстракции Совершенствуя нашу абстракцию с помощью параметров, таких как указание количества мяуканий, мы повышаем гибкость и возможность повторного использования. Обобщение функций с помощью абстракции упрощает процессы кодирования, скрывая сложные детали за интуитивно понятными интерфейсами. Такой подход упрощает структуру кода, делая его более управляемым и эффективным для многократного выполнения определенных задач.

Создание интерактивных программ с условными обозначениями и циклами Узнайте, как создавать интерактивные программы в Scratch с использованием условных обозначений и логических выражений. Поймите важность явного указания спрайтов и использования циклов для непрерывных действий. Изучите такие расширения, как Video Sensing, для повышения интерактивности программ за счет включения функции обнаружения движения.

Превращение базовых проектов в увлекательные игры Откройте для себя потенциал простых блоков программирования в превращении базовых проектов в увлекательные игры. Посмотрите живую демонстрацию, в которой волонтер играет в игру "Вжик-вжик", созданную с использованием строительных блоков Scratch, демонстрируя универсальность этих инструментов в разработке игр.

Реализация игровой механики с переменными Подумайте о внедрении игровой механики с помощью переменных, отслеживающих взаимодействие игроков, таких как затраченное время или набранные очки. Рассмотрите расширенные функции, такие как распознавание движения, и изучите возможности создания более сложных игр, выходящих за рамки простой анимации.

Создание игрового опыта "Oscartime" Спикер делится своим опытом создания интерактивной игры под названием "Oscartime" во время учебы в аспирантуре. Они обсуждают процесс бета-тестирования программного обеспечения в медиа-лаборатории Массачусетского технологического института и создание игры с использованием спрайтов и анимации.

Внедрение интерактивных функций в "Oscartime" Спикер объясняет, как они реализовали различные функции в "Oscartime", например, как заставить мусор падать с неба, взаимодействовать со спрайтами, такими как Oscar, и добавлять анимационные эффекты для повышения вовлеченности пользователей. Они уделяют особое внимание разбиению сложных идей на простые строительные блоки для постепенной разработки.

Прогрессивный подход к развитию В этой главе докладчик демонстрирует сочетание различных элементов, таких как перетаскиваемые объекты, взаимодействие спрайтов с Oscar и эффекты телепортации для удаления мусора в Oscartime. Они подчеркивают важность поэтапного продвижения при написании кода для эффективного достижения более масштабной цели.

Создание игровой механики клавиш со стрелками Внедрение игровой механики со стрелками для перемещения гарвардского щита. Использование спрайтов для стен и щитов, использование пользовательских фрагментов головоломки для ввода с клавиатуры и обнаружения столкновений со стенами.

Добавление механики препятствий в Йельском университете Представляем Йель как препятствие в игре, отскакивающее от стен при прикосновении. Изменяем настройки скорости для различных игровых впечатлений.

Улучшение игрового процесса с помощью трекинга MIT Включение MIT в игру для динамического отслеживания движений игрока. Настройка поведения MIT путем изменения параметра скорости.

Финальное выступление CS50 Команды Harvard Krokodiloes и Radcliffe Pitches выступили с ярким выступлением в рамках CS50. Они выражают благодарность за предоставленную возможность, приглашают студентов на прослушивание в свои группы и делятся ностальгическими воспоминаниями о своем собственном опыте в области программирования и музыки.

Приветствуем новых студентов в CS50 Участники питчей в Рэдклиффе вспоминают о своем первом дне в CS50, подчеркивая первоначальные сомнения, но, в конечном счете, волнение. Они поощряют новых студентов, подчеркивая поддержку сообщества в CS50, обещая помощь от TAs, а также веселые мероприятия, такие как кексы и китайская кухня.