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伪代码与找 bug · 计算机入门

还不会任何编程语言的时候，怎样把指令写得精确到计算机都能照做？

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为什么需要它

程序员常常先用大白话把计划写下来，再把计划变成代码。这个大白话版本叫伪代码 Pseudocode。

它只由三种步骤组成：按顺序做、用「如果」做判断、重复做。下一门机器人课要写的就是这三种，以后学任何编程语言也都是它们。在这里学，不用操心任何符号规则。

直觉理解

伪代码就是用日常语言写的指令，但写得像代码一样仔细。几乎所有程序都由三种步骤组成。

1. 顺序 Sequence：一步接一步。

把面包放进烤面包机
按下拉杆
等它弹起来

2. 判断 Decision：如果某件事成立就做这个，否则做那个。

如果 在下雨
    带伞
否则
    戴墨镜

3. 重复 Repetition：一遍又一遍地做。

重复 3 次
    拍手

或者，事先不知道要做几次的时候：

当 杯子还没满
    再倒一点水

缩进的行（往右推进去的行）属于它上面那个「如果」或「重复」。没有缩进的行只做一次，在它们之后。

还可以给一组步骤起个名字：「泡茶：烧水，把茶包放进杯子，倒水，等 3 分钟」。从此以后，「泡茶」就是一个新的步骤，在哪里都能用。这叫函数 Function。

Bug。某一步写错了、漏了或者放错了位置，结果就会错，这就是 Bug；把它找出来、改好，叫调试 Debugging。每个程序员每天都会写出 bug，厉害的程序员靠 trace（追踪）找到它们：像计算机那样，一步一步地照着走。

右边的机器，就是把上面的伪代码写成了 Python。Python 读起来和伪代码差不多，你很快就会学到。

定义

伪代码 Pseudocode

Pseudocode describes the steps of an algorithm in plain language, structured like code but not meant to be run by a computer.
伪代码用普通语言描述算法的步骤，结构像代码，但不是给计算机直接运行的。

循环 Loop

A loop repeats a group of steps, either a set number of times or for as long as a condition is true.
循环让一组步骤重复执行：要么重复固定的次数，要么在某个条件成立时一直重复。

程序错误 Bug

A bug is a mistake in a program that makes it behave differently from what was intended.
Bug 是程序里的错误，让程序的表现和本来想要的不一样。

找出并改好 bug，叫调试 Debugging。

示例

判断：带伞还是戴墨镜

动手试试

上面那个判断，写成了 Python。True 表示是，False 表示否。改一改再运行：两行缩进的只会执行一行，而 Go outside 每次都会执行，因为它没有缩进。

raining = True   # change me 改这里: True or False
if raining:
    print("Take an umbrella")
else:
    print("Wear sunglasses")
print("Go outside")

逐步执行

L1在下雨吗？是。raining = True
L2检查条件：成立。true
L3所以执行 if 下面缩进的那一步。Take an umbrella
L6else 部分被跳过。这一行没有缩进，所以总会执行。Go outside

重复：倒数

动手试试

一个 while 循环：条件成立就一直重复。改成从 5 或 10 开始试试。

count = 3   # change me 改这里
while count > 0:
    print(count)
    count = count - 1
print("Lift off!")

逐步执行

L1从 3 开始。count = 3
L2count 大于 0 吗？是，执行缩进的步骤。3 > 0
L3说出这个数。3
L4减一，然后回到上面再检查。count = 2
L2说完 3、2、1，count 变成 0，条件不成立了。0 > 0 is false
L5循环结束。Lift off!

找 bug

动手试试

步骤一个不少，但有两步顺序反了：盖子还没拧开，怎么挤牙膏？把前两行对调一下（剪下一行，粘到另一行下面），再运行。

print("Put toothpaste on the brush")
print("Take the cap off the toothpaste")
print("Brush for two minutes")
print("Rinse your mouth")

逐步执行

L1计算机照样先做这一步，盖子还没开。Put toothpaste on the brush
L2太晚了：这一步本该在最前面。Take the cap off the toothpaste
L3其余的没问题。Brush for two minutes

常见错误

缩进决定哪些步骤会重复

在「重复 3 次」里，只有缩进的行会重复。多缩进一行，那一步就做三遍；少缩进一行，就只做一遍。Python 也是同样的规则。

人会自动补上的，计算机不会

对人说一句「去刷牙」就够了，人会自己补上那些理所当然的步骤。计算机却每一步都要你写：拿起牙刷、拧开盖子、挤牙膏……漏掉步骤，是最常见的 bug。

出 bug 很正常

不管是谁，程序第一次就跑对的情况都很少。bug 是一道谜题，不说明你不适合学这个。一步一步 trace，找到出错的那一步，改好，再试一次。

小测验

1. 这段会说出什么？

temperature = 30
if temperature is above 25
    say "Shorts"
otherwise
    say "Jeans"

AShorts
BJeans
C先 Shorts，再 Jeans

查看答案

答案：A

30 大于 25，条件成立，所以只执行 if 那部分，otherwise（否则）那部分被跳过。

2. 依次说出了什么？

1
2
3

repeat 2 times
    say "hip"
say "hooray"

Ahip hip hooray
Bhip hooray hip hooray
Chip hooray

查看答案

答案：A

只有缩进的那一行会重复：hip、hip。say "hooray" 没有缩进，所以在循环之后只说一次。

3. 菜谱里写着「盐适量」。对计算机来说，问题在哪里？

A不够精确：计算机没法判断「适量」是多少
B太短了
C没有问题

查看答案

答案：A

人可以凭经验判断，计算机需要准确的量，比如「加 2 克盐」。

要点

程序由三种步骤组成：顺序、判断（如果 / 否则）和重复（循环）。
缩进说明哪些步骤属于某个「如果」或某个循环。
出 bug 很正常。一步一步 trace，就能找到它。

计算机入门学完了！下一门课机器人闯关，会把这些积木变成指挥小机器人的真正 Python 指令。

动手练习

3 道小练习：先想一想，再动手改一改看看结果，最后自己来一次。提交马上告诉你对不对。

想一想跟着买贴纸
一步一步 trace 这段伪代码：
```
money = 5
当 money 大于 0
    花 2 块买一张贴纸
    money 减少 2
```
它一共买了几张贴纸？
改一改拍、拍、拍、鞠躬
目标是拍手 3 次，然后鞠躬一次。可是这台机器每拍一次手就鞠一次躬。先运行看看。
修好这个 bug，让它打印：
```
clap
clap
clap
bow
```
自己来给机器人指路
为一个机器人写出你自己的算法。机器人 ^ 面朝上，# 是墙，F 是旗子：
```
# # # #
# . F #
# . # #
# ^ # #
# # # #
```
它只听得懂三个指令：M = 向前走一格，L = 向左转，R = 向右转（转身不会移动）。
写出让机器人走到旗子上的最短指令序列，例如 MLMR。

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本课术语

术语	中文	英文定义
Pseudocode	伪代码	Steps written in plain language but structured like code.
Sequence	顺序	Steps carried out one after another, in order.
Condition	条件	A question with a yes-or-no answer that decides which steps run.
Loop	循环	A group of steps repeated a set number of times or while a condition is true.
Function	函数	A named group of steps you can use again and again by its name.
Bug	程序错误	A mistake in a program that makes it do something unintended.
Debugging	调试	Finding and fixing bugs, often by tracing the steps one at a time.