第10課 統(tǒng)計集成——自動生成柱狀圖

任務(wù)導(dǎo)航

在上一課中，我們研究了“從1到6間隨機(jī)選一個數(shù)”這個代碼，數(shù)據(jù)分析的環(huán)節(jié)是用Excel完成的，我們是否需要在Scratch中編寫一個軟件來完成數(shù)據(jù)的分析呢？這相當(dāng)于編寫一個科學(xué)研究軟件，需要考慮軟件編寫的必要性。自編軟件的優(yōu)點(diǎn)是省去了數(shù)據(jù)導(dǎo)出→Excel分析的過程，自編軟件可能會節(jié)省時間，但缺點(diǎn)是需要開發(fā)的時間。但如圖10.1所示如果自編的軟件能夠比原來的Excel分析結(jié)論更加直觀形象，就很有必要自編軟件。同學(xué)們，你肯接受挑戰(zhàn)么？

圖10.1 隨機(jī)選數(shù)結(jié)果的柱狀圖

任務(wù)分析

Follow Me

    1. 分析軟件需求及目標(biāo)

編寫一款軟件，首先需要明確想要編一款什么樣的軟件，初級目標(biāo)、中級目標(biāo)、高級目標(biāo)分別是什么。中級目標(biāo)是軟件要核心完成的任務(wù)，完成了中級目標(biāo)，軟件的編寫就算成功。初級目標(biāo)是基礎(chǔ)研究，是基于現(xiàn)有的水平和時間，將中級目標(biāo)進(jìn)行的簡化，有時是完成核心代碼，有時是積累一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。高級目標(biāo)時在中級目標(biāo)基礎(chǔ)上的提升，有時是軟件原理上的創(chuàng)新，有的是小改進(jìn)，可以算作是對軟件的進(jìn)一步地追求。初級目標(biāo)、中級目標(biāo)和高級目標(biāo)，都要圍繞著同一個“核”，這樣軟件的編寫才科學(xué)、高效。

想一想：

分析300個隨機(jī)數(shù)中1到6的數(shù)目，這個軟件的三級目標(biāo)是怎樣的？

       我們可以這樣整理三級目標(biāo)，如表10.1所示。

表10.1 三級目標(biāo)

2. 算法及程序設(shè)計

從表10.1中可以看出，初級目標(biāo)是為了解決這個程序的核心算法。算法是指程序中解決問題的核心方式，大部分的算法都可以從生活中得到啟示，比如“在1和6間隨機(jī)選一個數(shù)”這種隨機(jī)算法，就與生活中的擲色子問題對應(yīng)。這種聯(lián)系生活研究編程算法的思考方式，稱為生活算法。那么找到300個隨機(jī)數(shù)中1的個數(shù)與生活中的那個過程類似呢？

比如，有一個袋子里面裝著300個標(biāo)有1到6六個數(shù)字的乒乓球，每次只能從瓶口拿出一個乒乓球，如果是1就放在另外一個袋子，不是1就扔掉。這個過程用代碼表示時，如圖10.1所示。

圖10.2 統(tǒng)計鏈表中數(shù)字1出現(xiàn)的數(shù)目代碼

想一想

1. 編寫圖10.1所示的代碼的過程中，需要新建那些變量？
2. 如果鏈表中超過了300組數(shù)據(jù)，圖10.1中的代碼還能不能解決？
3. 圖10.1的代碼可以完成初級目標(biāo)，那如何修改一下它，讓其完成中級目標(biāo)呢？

DIY

編寫一個可以統(tǒng)計1到6六個數(shù)字的代碼，從變量的角度要從圖10.1的代碼中新建那些變量，從代碼的角度，統(tǒng)計數(shù)字2出現(xiàn)次數(shù)的代碼應(yīng)該放在那個位置，與統(tǒng)計數(shù)字1出現(xiàn)次數(shù)的代碼相比有什么區(qū)別。核心代碼如圖10.3所示。

圖10.3 統(tǒng)計每個數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)

想一想

1．如果讓鏈表中存儲6000個隨機(jī)數(shù)，然后讓程序自動分析結(jié)果怎么做？完成這個實(shí)驗(yàn)，程序運(yùn)行需要多長時間，是不是比Excel的方法快？

2．如何讓結(jié)果可視化呢？

3．如果你使用圖10.2所示的超速模式運(yùn)行程序，你會發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行的速度會提高10倍。

圖10.2 超速模式下程序執(zhí)行的速度會大大加快

3. 生成柱狀圖

柱狀圖的每個柱可以使用繪圖編輯器完成，柱的高度要大于150個像素，注意需要選擇“設(shè)定旋轉(zhuǎn)中心”工具，將旋轉(zhuǎn)中心設(shè)定為紅色柱的頂端，如圖10.3所示。

圖10.3 繪制每個數(shù)字次數(shù)代表的圓柱

想一想

    如果能夠在計數(shù)完成之后自動生成柱狀圖，程序的效果就大大提升了，請你思考一下，需要增添那些新角色？

圖10.4所示的代碼，可以將柱狀圖紅色部分的上沿和數(shù)字1的數(shù)目保持一致。制作6個這樣的角色，就可以實(shí)現(xiàn)柱狀圖效果了，最后用一個灰色的色塊將所有彩條的下緣擋住，只保留縱坐標(biāo)大于0的那部分，這樣，柱狀圖就完成了，如圖10.5所示。

圖10.4 生成柱狀圖

圖10.5 自動生成柱狀圖

DIY

如果將圖10.4改進(jìn)為圖10.6所示的代碼，可以顯示出每個數(shù)字出現(xiàn)數(shù)目占總數(shù)的百分比。

圖10.6 超速模式下程序執(zhí)行的速度會大大加快

如果我們換一個思路，不從分析已有鏈表的數(shù)據(jù)出發(fā)，將實(shí)驗(yàn)的過程理解為：擲一次色子，得到那個點(diǎn)數(shù)，就在該點(diǎn)數(shù)所在的一欄加1，最后統(tǒng)計每個點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)和百分比，程序會有什么樣的變化？圖10.7給出了一個參考的思路

圖10.7 將隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生、識別計數(shù)、分析一體化的代碼

圖10.8是12萬組數(shù)據(jù)匯總后的結(jié)果，看看是不是每個數(shù)字的出現(xiàn)的可能性是六分之一。

圖10.8 12萬組數(shù)據(jù)的分析結(jié)果

知識著陸

1. 腳本：刪除鏈表中的第1項(xiàng)，鏈表的長度
2. 設(shè)計：如何生成一個柱狀圖
3. 編程習(xí)慣：在程序編寫時，設(shè)計初級目標(biāo)、中級目標(biāo)和高級目標(biāo)

創(chuàng)作天地

1. 分析圖10.9所示的代碼，那些代碼是相似的結(jié)構(gòu)？

圖10.9 分析代碼的相似性

1. 如果使用圖10.1所示的代碼，鏈表最后就被清空了，這樣原始數(shù)據(jù)就難以保存下來。一位同學(xué)做了圖10.10所示的改進(jìn)，請分析一下代碼執(zhí)行的過程。

圖10.10 使用變量i來掃描鏈表中的所有數(shù)字

視野拓展

有一位同學(xué)制作了一只“機(jī)器老鼠”每碰它一下，就前進(jìn)一1秒，如圖10.11所示

10.11 機(jī)器老鼠

但是它發(fā)現(xiàn)老鼠1秒鐘移動的距離穩(wěn)定地在40左右的幾個數(shù)之間變化，你能幫助他研究一下都可能出現(xiàn)那幾個數(shù)，在多次實(shí)驗(yàn)的過程中每個數(shù)出現(xiàn)的百分比是多少，此外這支機(jī)器老鼠能不能有避障之類的其他功能呢？在http://scratch.mit.edu/users/towujunjie介紹了用Scratch制作一個虛擬機(jī)器人的方法，同學(xué)們可以試一試。