第9課 隨機探秘——數據的導出和分析

任務導航

色子恐怕是生活中最常見的隨機現象了，本課，我們使用Scratch編寫一個模擬投擲色子過程的小程序，讓小貓說出色子上當前的點數，如圖9.1所示。通過多次模擬投擲色子的過程，獲取數據，然后借助Excel來統計色子上每個點數出現的數目，研究隨機現象的規律，如圖9.2所示。

圖9.1 小貓說出色子的點數

圖9.2 數據匯總的結果（投擲300次）

任務分析

用可以讓一個角色說一個1到6之間隨機的整數，來模擬投擲色子的過程。可以使用圖9.3的代碼讓小貓說出當前的點數。

圖9.3 模擬擲色子的過程

程序的核心是隨機數，雖然我們在前面多次使用過隨機數，但是我們從來沒有系統地研究過隨機數這個重要的代碼，比如取500個1到6的隨機數，每個整數的數目是不是都是50個？

想一想

       這是一個將程序作為研究工具的實驗，首先要回答以下兩個問題。

（1）研究的問題：你研究的問題是什么？對問題的答案你有什么猜想？

（2）使用的工具：你準備如何研究這個問題？要獲取多少組數據？如何存儲這些數據？你打算如何分析這些數據？

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1. 獲取數據

獲取多組數據常常需要使用鏈表來存儲數據，如圖9.4所示。

按空格300次不難獲得300個隨機數，那么，怎么知道其中有多少個1呢？

    2. 統計色子上每個點數出現的次數

統計色子上每個點數出現的次數可以采用很多種思路，如可以編一個程序來記錄1到6個數據各出現多少次；或者使用數據處理軟件，輔助完成統計的工作。

    在科學研究中，雖然程序理論上可以解決所有的數據處理的問題，但是有時候限于現有的編程水平，或者追求更快的速度，常常需要結合應用軟件來完成數據處理工作。接下來介紹用Excel的排序功能來統計1到6出現的次數。

第1步：在鏈表上右擊，選擇“輸出”，如圖9.5所示，在彈出的對話框中選擇合適的存儲位置，將鏈表數據輸出為txt文件。

圖9.5 輸出鏈表數據

第2步：將txt文件中的數據復制粘貼在Excel中，如圖9.6所示。

第3步：將數據從小到大排列，如圖9.7所示。

注意：在排列之前，請復制所有數據在工作表中，Sheet1用于保留原始數據。

第4步：數出每個數字的個數

方法有很多，比如看左邊的編號，或者選中所有的數字2的單元格，然后在Excel右下角會顯示出當前單元格的數目，或者把所有編號為2的單元格剪切、粘貼在旁邊的那一列。最終將數據匯總到Sheet3中，如圖9.8所示。

圖9.8 數據匯總的結果

實驗的結果和你之前的猜想一致么？和你周圍的同學們比較一下，實驗的結果相同么？

DIY

    可以通過改進代碼，使用重復執行語句，增大數據量，讓計算機自動生成600個隨機數，代碼如圖9.9所示。

想一想

1．你的猜想正確么？

2．是不是數據量越大，每個數字出現的數目占總數目的百分比就越接近？

3．為了獲得更多的數據，能不能將其他同學的數據和自己的數據合并呢？

知識著陸

1.  腳本：將鏈表導出

2.  設計：從獲取、分析數據的角度驗證猜想

3.  編程習慣：多種軟件共同使用提高效率

創作天地

1．有些同學提出繪制6個不同點數的篩子造型，用圖9.10的代碼來實現擲色子的效果，你也可以試一試。

2．一位同學試圖改進圖9.10的代碼，卻出現了圖9.11的效果，你能幫他修改正確么？

3．使用插入柱形圖按鈕，可以將選中的數據生成柱形圖，如圖9.12所示，你也可以試一試。

視野拓展

編程的英文programming有“按照順序作一件事”的意思，意思是說程序中任何代碼都會經歷一段時間，就連循環也不例外，你可以試著做一個小實驗，按照圖9.13所示的代碼記錄100組循環時間求出每次循環所用的時間

圖9.13 循環100次所需要的時間研究

鏈表直接導出成Excel文件，更改擴展名txt為xls，實驗發現一個空循環100次所需要的時間大約是2.5秒，每次循環大約需要0.025秒，你可以研究一下這100組數據的最大值和最小值是多少，并思考影響循環時間的影響因素。

懂得了這個道理，就不難理解圖9.14所示的“秒表”程序為什么不能準確的計時了，事實上所有程序語言都有一個相對固定的循環時間，這是深入研究任何一門語言都要考慮的問題。

圖9.14秒表程序