学文网结构化程序设计篇1
关键词：PLC;结构化;给排水
1 引言
随着现代工业发展进程的不断加快，工业自动化控制技术发挥着越来越大的作用，PLC控制系统的应用也日益广泛。PLC程序设计的水平优劣往往决定着工程能否及时竣工投产，工业设备能否充分发挥其设计生产能力。传统的PLC编程方式程序繁琐冗长，结构不清晰，不利于控制程序在多个项目中的重复使用。如何迅速、优质地编制符合不同设备工艺特点，参数的PLC程序，对工业控制系统的及时完工，提高自动化控制水平具有较大的意义。本文结合给排水行业常用设备及工艺程序的编写，对结构化编程在PLC中的应用进行了初步的探索，取得了较理想的效果。
2 PLC程序设计方法简介
常见的程序设计方法分为三种：线性化方法、模块化方法以及结构化方法[1]。
线性化编程方法：将所有的程序代码全部放在一个程序块中，如对S7-300/400来说，在OB1中写入数据采集、设备控制、台时统计等全部用户程序。该方法与PLC所代替的继电器控制电路类似，系统按照顺序处理各条指令。它适用于小型设备配套PLC的编程，对于大中型项目则显得程序结构不清晰，同时由于需要对不同设备编制大量类似的代码，导致代码冗长，难以调试和维护。
模块化编程方法：将程序根据不同功能需求分成不同的块，每个功能的控制指令在各自的块内，OB1按顺序调用每个块。该方法程序结构清晰，便于调试和维护，但仅将功能按块分配，加以有条件的调用，故虽然CPU效率得到提高，但代码冗长、调试困难的缺点未得到明显改善。
结构化编程方法：将复杂的自动化任务分割成过程相关的功能或可多次处理的小任务，以提供可以用于类似任务的通用的程序代码，这样更易于控制复杂任务。而这些小任务以相应的程序段表示，称为块。只需要在调用程序块时针对不同的设备和工艺流程代入不同的参数或地址，即可实现不同设备的控制，无须多处重复输入相同功能的代码。当需要对功能进行修改时只需要修改程序块即可，提高了编程的效率和可靠性。
3 结构化编程方法设计实例
在实际应用中，在对给排水行业通用设备和工艺进行详细分析的基础上，针对典型设备和工艺分别编制了水泵、仪表、阀门、泵站水泵调度、自动加药等不同的控制模块，使高效开发PLC程序在给排水行业的应用成为可能。下面以变频水泵及泵站的水泵调度为例来介绍结构化编程方法。
3.1 变频水泵功能块
变频水泵是给排水行业最常见的设备，其调用如***2所示。
***2为变频水泵控制块的调用实例，该FB的输入输出参数如***3示。
功能块接口参数共分为三种类型：输入（INPUT）;输出（OUTPUT）;输入输出（IN_OUT）。其中输入参数主要有：远程信号，上电信号，运行信号，水泵故障，电回路故障，变频器故障，频率输入等;输出参数主要有：开停控制，频率控制输出，实际运行频率等;输入输出类型参数主要有：变频电机状态，变频电机控制命令，电机台时及开停次数统计，频率设定值等。
输入输出类型参数可由人工或自控程序在功能块外部进行赋值，也可由本功能块内部逻辑进行修改。其中的State、Command等参数均为WORD类型，其每一位分别代表了不同的含义。
该功能块包含了除电流外的变频水泵常见的绝大部分信号处理及控制功能，对于部分实际工程中未使用的参数，可通过直接设置默认值或空置的方式进行处理。水泵电流可通过专门的模拟量处理程序块进行数据转换和上下限报警判断，当电流超过上下限设定值时发出报警信号（过流、欠流）传送给变频水泵功能块，从而实现水泵的电流超限保护功能。
3.2 泵站水泵调度功能块
污水厂一般具有进水泵房、中间提升泵站、出水泵房等工艺段，其水泵控制模式基本相同，都是根据液位的变化来调节运行的水泵频率和台数，调泵时又要考虑单台设备的运行台时和启停间隔等因素。其基本原理介绍如下：
泵站的液位控制一般采用根据液位分段启停泵的模式，不同的液位分别对应当前需要开泵的台数，同时具备死区保护功能，停泵液位设定值比启泵液位设定值略低，以防止特殊情况下水泵的频繁启停[2]。
水泵的启停选择需要考虑以下几个条件：
（1）热备状态。PLC首先检测水泵上电情况，远程状态，控制模式，故障情况等，当以上条件均满足时认为该泵处于热备状态，可被自控程序进行开停调度。
（2）平衡调泵。累计运行时间最短的泵优先被启动，运行时间最长的泵优先停止，使每台泵运转时间大致相等。当运行时间相同时，按泵的顺序启停。
（3）启动间隔保护。控制程序使每一台泵每小时起动次数少于6次，两次起动间隔≥10分钟，且不论何种情况，不同时起动2台及2台以上水泵。
在实际应用中，根据分段启泵原理以及低水位保护等条件编制泵站自控功能块，计算当前需要开泵台数。根据上述三条件，编制了水泵启停调度选择功能块，用于选择当前需要启动的水泵编号。两功能块配套使用，可快速完成泵站自动调泵程序的编制工作。限于篇幅，本处不再详述其具体实现过程。
结构化程序设计篇2
面向对象 结构化程序设计 软件开发
在早期的计算机程序开发中用的比较多的方法即是结构化程序设计，因此也出现了一批优秀的结构化程序设计的语言，如C语言、Pascal等。但是随着计算机软硬件的不断发展，传统的的程序设计方法出现的弊端：结构化方法开发的软件，其稳定性、可修改性和可重用性都比较差，这是因为结构化方法的本质是功能分解，从代表目标系统整体功能的单个处理着手，自顶向下不断把复杂的处理分解为子模块，这样一层一层的分解下去，直到仅剩下若干个容易实现的子模块功能为止，然后用相应的工具来描述各个最低层的处理。因此，结构化方法是围绕实现处理功能的整个过程来构造系统的，我们又称其为面向过程程序设计。
由于结构化程序设计存在一定的问题，因此势必有一个新的程序设计思路来完善，这就是面向对象程序设计出现和发展的必然。
一、结构化程序设计存在的问题
1.软件的重用性差
重用性是指同一事物不经修改或稍加修改就可多次重复使用的性质。软件重用性是软件工程追求的目标之一。如果软件的重用性较差那么软件的造价就相对高。
2.软件的可维护性差
软件工程强调软件的可维护性，强调文档资料的重要性，规定最终的软件产品应该由完整、一致的配置成分组成。在软件开发过程中，始终强调软件的可读性、可修改性和可测试性是软件的重要的质量指标。实践证明，用传统方法开发出来的软件，维护时其费用和成本仍然很高，其原因是可修改性差，维护困难，导致可维护性差。
3.开发出的软件不能真正满足用户需要
结构化方法开发大型软件系统涉及各种不同领域的知识，在开发需求模糊或需求动态变化的系统时，所开发出的软件系统往往不能真正满足用户的需要。
二、面向对象程序设计的思想
从现实世界中客观存在的事物（我们称为对象）出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式，强调直接以现实世界中的事物为中心来思考问题，认识问题，并根据这些事物的本质特点，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位。这可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面貌。
面向对象方法是以认识论为基础，用对象来理解和分析问题空间，并设计和开发出由对象构成的软件系统的方法。简言之，面向对象就是面向事情本身，面向对象的分析过程就是认识客观世界的过程。面向对象方法从对象出发，发展出对象，类，消息，继承等概念。 面向对象方法的主要优点是：符合人们通常的思维方式，从分析到设计再到编码采用一致的模型表示具有高度连续性，软件重用性好。
面向对象的程序设计语言必须有描述对象及其相互之间关系的语言成分。这些程序设计语言可以归纳为以下几类：系统中一切皆为对象；对象是属性及其操作的封装体；对象可按其性质划分为类，对象成为类的实例；实例关系和继承关系是对象之间的静态关系；消息传递是对象之间动态联系的唯一形式，也是计算的唯一形式；方法是消息的序列。现在用的比较多的面向对象的程序设计语言有Java，C#等。
三、面向对象程序设计的实现过程
1.选择面向对象语言
采用面向对象方法开发软件的基本目的和主要优点是通过重用提高软件的生产率。因此，应该优先选用能够最完善、最准确地表达问题域语义的面向对象语言。
在选择编程语言时，应该考虑的其他因素还有：对用户学习面向对象分析、设计和编码技术所能提供的培训操作；在使用这个面向对象语言期间能提供的技术支持；能提供给开发人员使用的开发工具、开发平台，对机器性能和内存的需求，集成已有软件的容易程度。
2.类的实现
在开发过程中，类的实现是核心问题。在用面向对象风格所写的系统中，所有的数据都被封装在类的实例中。而整个程序则被封装在一个更高级的类中。在使用既存部件的面向对象系统中，可以只花费少量时间和工作量来实现软件。只要增加类的实例，开发少量的新类和实现各个对象之间互相通信的操作，就能建立需要的软件。
一种方案是先开发一个比较小、比较简单的来，作为开发比较大、比较复杂的类的基础。
3.应用系统的实现
应用系统的实现是在所有的类都被实现之后的事。实现一个系统是一个比用过程性方法更简单、更简短的过程。有些实例将在其他类的初始化过程中使用。而其余的则必须用某种主过程显式地加以说明，或者当作系统最高层的类的表示的一部分。
4.面向对象测试
把各个子系统组装成完整的面向对象软件系统，在组装过程中同时进行测试。
从事面向对象编程的人按照分工来说，可以分为“类库的创建者”和“类库的使用者”。使用类库的人并不都是具备了面向对象思想的人，通常知道如何继承和派生新对象就可以使用类库了，然而我们的思维并没有真正的转过来，使用类库只是在形式上是面向对象，而实质上只是库函数的一种扩展。
面向对象是一种思想，是我们考虑事情的方法，通常表现为我们是将问题的解决按照过程方式来解决呢，还是将问题抽象为一个对象来解决它。很多情况下，我们会不知不觉的按照过程方式来解决它，而不是考虑将要解决问题抽象为对象去解决它。
由于面向对象的程序设计还是有待发展和改进的，我们势必对它有一个期待，结构化程序设计的思路我们也不是全部都要丢弃，因为面向对象里面也有过程的东西，不过面向对象的程序设计思路是程序开发的一个主流的方面，也是对结构化程序设计的一个发展的新思路。
参考文献：
结构化程序设计篇3
采用多维分析法和时空分析法。多维分析法认为，事物有若干性质，并由这些性质构成，分析事物的变化和发展，就是分析事物的性质。作为一种方法，其将对事物的分析等价为对事物多质的分析，没有交叉互质的一个性质就是一个维，对事物多质的分析方法就是多维分析。任何事物都拥有自身的时空，事物性质的变化都必然是在事物的时空内变化和发展，对事物性质分析最本质的方法就是在时空维上的分析。以计算机设计课程群为例，从时间维来看，问题分阶段逐步展开、逐步解决。分阶段即分程序设计课程、面向对象程序设计课程、数据结构课程；逐步则是指从简单到复杂，从语言到程序阅读，再到程序设计的过程。在时间维上，程序设计问题的解有一个重要的观察点，即程序阅读。从空间维来看，程序设计＝数据＋算法＋语言。其中，数据＋算法为程序设计的核心［1］。空间维是两维的，即数据维与算法维。程序设计课程解决离散数据与结构化算法的设计问题，面向对象程序设计课程解决对象数据与对象互动算法，数据结构课程解决数据结构与算法。算法是数据的操作过程。计算机设计课程群中的课程数据形态具有差异，算法是对其一定形态数据的加工。从空间来看，程序设计问题的解有两个重要观察点：数据和算法。
2时间维分析
程序设计问题在课程群的时间维上，一般都能体现从简单到复杂。在数据上从简单的无结构数据到有结构的数据，从简单的无操作数据到有操作的对象数据。在程序设计上，从不可分解问题的简单设计到可分解问题的复杂设计，从语言学习到程序设计学习。程序设计问题解在课程群各自***的课程的时间维上，没有得到足够和充分的展现，严重影响了学生对问题的认识，以至于学生无法掌握程序设计能力。如同要有充分的文学阅读，才能为文学创作奠定基础，由于程序设计的复杂性，从语言学习再到程序设计学习，才会使程序设计学习简单化，程序设计问题解的学习也是能力的学习，而非理论知识系统的学习，需要有能解决实际问题的经验。经验分为直接经验和间接经验，程序设计的间接经验是他人设计的程序。阅读程序就是学习程序设计的间接经验。阅读程序作为程度设计的重要过渡桥梁，使学生在符合认识与学习规律的条件下，充分掌握程序设计能力。程序设计的学习过程划分为：语言、程序阅读、程序设计。在解程序设计的过程中，将程序阅读作为新的观察点和分析平台。程序阅读就是对已知程序或程序段的阅读，程序阅读又分为3个步骤：理解程序结构、模拟计算机执行程序、上机验证。程序阅读有3种层次：第一种是能读懂程序中所有语句和数据，这是基础层次，是其它层次掌握的条件和前提，属于计算机语言；第二种是能读懂程序设计中的技巧和方法；第三种是能读懂程序设计中的设计思想［2］。
3空间维分析
3．1课程群的解空间与各课程的子空间
计算机设计课程群的解空间可即程序设计解空间分解为：结构化的程序设计课子空间、面向对象程序设计课子空间、数据结构课子空间，如***1所示。计算机设计类课程群的解空间与它的三个子空间是整体与部分的关系。因此，一方面课程群的解空间由3门课程的解空间构成。另一方面课程群的解空间具有抽象性和普遍性，3门课程的解空间呈现泛化。课程群的解空间具有程序设计最本质的意义，对课程群中各门课程有着本质的指导意义。课程群的解空间有数据维和算法维，程序设计课的解空间是由离散数据维和结构化算法维构成；面向对象程序设计课的解空间由对象数据维和对象互动的算法维构成；数据结构课的解空间由结构数据维和结构数据的算法维构成。程序实质就是对已知数据进行加工得到结果数据，是数据与加工过程的相互作用。相比较程序设计解的二维而言，数据维是处于主要和核心位置，程序设计就是围绕数据的加工处理。程序设计课与面向对象程序设计课的加工处理方式有所区别，程序设计采用结构化的处理方法，如顺序结构、选择结构、循环结构；面向对象程序设计采用对象方法，如继承、事件、多态等。对数据的分析至关重要，离散数据是与运算是分离的，主要分析数据的形态，即常量、变量、表达式。其中变量是重点，体现了数据与存储空间的联系；面向对象程序设计的数据是对象的一部分，即数据成员；数据结构程序设计的数据有结构，且重点在结构上。
3．2各课程的数据分析
在结构化的程序设计中，数据变量对应一个存储单元，有三层含义：一是表达物理存储单元；二是表达存储单元的存储内容；三是存储内容的读写性质。必须全面完整理解和掌握此3个含义。例：intx数据变量定义，分配一个存储单元；x＝0；x＜＝10，数据变量体现存储单元的存储内容：x＋＋；cout＜＜x，数据变量读写反映了数据变量内容的变化。关于面向对象程序设计（C＃语言）的程序重点关注和描述对象数据成员的构成、内容变化和访问限制。只有关注和分析有关联的对象数据成员的关联情况、对象数据成员与存储空间的关系，以及与对象数据成员的一切有联系的内容，才能实现对数据的全面掌握。在此基础上，了解和掌握以数据为加工处理的算法过程，才合乎程序设计能力培养的逻辑［4］。数据结构（C语言）程序的重点是数据的逻辑结构及定义性描述。例如：顺序表就是利用连续存储空间的线性关系来实现连续存储空间中数据元素的线性关系，只有先从数据的逻辑结构上理解，才能理解存储实现，分析数据的物理结构以及两者之间的关系，如***3所示。数据定义是对实现数据逻辑结构的计算机语言代码的描述，在算法设计之前须要有充分的分析、表现、描述，以使算法设计有依据和目标。在程序设计中，首先要分析数据，充分、全面、清晰地分析数据后，再作算法分析和设计。在数据与算法的二维空间中，基于数据加工处理的算法才会自然合乎逻辑地体现出其过程。
4结语
结构化程序设计篇4
论文摘要:本文阐述结构化方法和面向对象方法的基本概念与特点和这两种软件开发方法具体的分析设计过程，讨论了各自在不同软件开发中的应用及局限性，提出了在选用面向对象方法开发大型软件系统的同时可结合结构化方法。
一 引言
结构化方法是强调开发方法的结构合理性以及所开发软件的结构合理性的软件开发方法。结构是指系统内各个组成要素之间的相互联系、相互作用的框架。结构化开发方法提出了一组提高软件结构合理性的准则，如分解与抽象、模块***性、信息隐蔽等。针对软件生存周期各个不同的阶段，它有结构化分析(SA)、结构化设计(SD)和结构化程序设计(SP)等方法。面向对象方法是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，简称OO方法，是建立在“对象”概念基础上的方法学。对象是由数据和容许的操作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，一个对象类定义了具有相似性质的一组对象。而每继承性是对具有层次关系的类的属性和操作进行共享的一种方式。所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。
二 结构化方法
结构化方法包括基本的结构化方法、复杂的结构化方法IDEF体系、Jackson方法。结构化方法的特点:①把一个复杂过程用多个单个小过程来实现;②用数据流***，可以完成整个分解过程;③结果的唯一性，同一个问题，不同的人分解出来的结果基本是一样的。也即，用结构化方法，基本上是有标准答案的;④较适合初学者学习，一个连续的处理过程。
什么是软件体系结构?一个程序和计算机系统软件体系结构是指系统的一个或多个结构。结构中包括软件的构件，构件的外部可见属性以及它们之间的相互关系。体系结构并非可运行软件，它是一种表达，使软件工程师能够:①分析设计在满足规定需求方面的有效性;②在设计变更相对容易的阶段，考虑体系结构可能的选择方案;③降低与软件构造相关的风险。软件体系结构之所以重要的三个关键原因:①软件体系结构的表示有助于对计算机系统开发感兴趣的各方(共利益者)开展交流;②体系结构突出了早期设计决策，这些决策对随后的所有软件工程工作有深远的影响，同时对系统作为一个可运行实体的最后成功有重要作用;③体系结构“构建了一个相对小的，易于理解的模型，该模型描述了系统如何构成以及其构件如何一起工作”。系统的体系结构是一个关于系统形式和结构的综合框架，包括系统构件和构件的整合。软件体系结构必须对系统结构以及数据和程序构件间的相互协作方式进行建模。
三 面向对象方法
面向对象方法包括基本的面向对象方法、RUP。
⑴面向对象的概念
属性——说明一个类的数据集合;类——封装数据和过程的抽象，这些是说明某些真实世界中的实体的内容和行为所必需的。换种方式说，类是一组相似对象的概括说明(如:模板、模式、蓝***);对象——某个特定类的实例。对象继承类的属性和操作;操作——也称作方法和服务，表现类的某个行为;子类——超类的特化，子类可以从超类继承属性和操作;超类——也称作基类，是一组相关类的泛化。
⑵面向对象的特点
①基于映射:把现实世界的工作过程或系统，用代码系统中的相对应的元素模拟出来，就完成了软件的设计和开发;②事物对象;事物的特征对象的属性;事物的行为对象的方法;事物之间的信息交换与协同类方法调用;③由于现实事物的复杂性，为了要更好地完成上面的模拟/映射，需要从多个角度描述系统或过程;④静态关系:多态、继承、聚合、状态转换;⑤动态关系:用例、活动、序列、协作。⑥结果的唯一性，同一个问题，有经验的人和没有经验的人，进行面向对象设计时，结果可能会判别很大;⑦适用范围:设计复杂系统、设计高质量系统、设计与现实世界对应程度比较大的系统。
四 结构化方法、面向对象方法的由来与发展
最初，只有完全一项计算任务的程度，并无所谓编程方法，更无软件工程方法。随着软件复杂度的提高，出现了复杂问题分解为简单问题的一种思路:函数、模块。在20世纪70年代初，软件危机问题出现之后， 随着软件工程思想的确立，从模块化思想逐渐发展出了一个软件开发规范体系:结构化方法。包括结构化的模型***:程序流程***、功能分解***等;结构化的开发建议:高内聚、低耦合;结构化的过程指引:基于瀑布模型的软件生命周期以及相关的工具、语言，这也成为了第一个软件工程方法。结构化方法继续发展，出现了其它新的结构化方法的分支。PAD方法:强调程序结构的分解;Jackson方法:强调数据结构与软件结构的一致;信息建模分析方法:数据流***、实体关系***。新的设计理念:数据驱动;IDEF体系:从信息建模分析方法发展出来;模型***;工具;设计规范。而另外一个重要的软件工程方法——面向对象方法，则是沿着另外一条路发展的。60年代为程序仿真而开发的Simula语言，为了更好的模拟现实世界以进行仿真，引入了类概念和继承机。70年代末，另一个专用的面向对象语言Smalltalk开始进行设计，并在80年提出一个完善版本。但这时只在实验室和科研活动中使用。随着软件复杂程度的进一步提高，低耦合、高内聚的要求进一步提高，促进了面向对象开发思想的发展，低耦合、高内聚是获得较好软件质量的要求，但数据耦合是结构化方法无法解决的问题，要么有大量的全局变量;要么是每个函数都有大量的参数，因此，把数据和代码集成封闭在一起，成了一个合理的要求，由此，出现了面向对象的思想。
结构化方法是强调开发方法的结构合理性以及所开发软件的结构合理性的软件开发方法。结构化分析方法给出一组帮助系统分析人员产生功能规约的原理与技术。它一般利用***形表达用户需求，使用的手段主要有数据流***、数据字典、结构化语言、判定表以及判定树等。结构化语言就是将自然语言加上程序设计语言的控制结构就成了结构化语言，专门用来描述加工逻辑。所以，它既有自然语言灵活性强、表达丰富的特点，又有结构化程序的清晰易读和逻辑严密的特点。 结构化语言的显著特征是代码和数据的分离。这种语言能够把执行某个特殊任务的指令和数据从程序的其余部分分离出去、隐藏起来。获得隔离的一个方法是调用使用局部变量的子程序。通过使用局部变量，我们能够写出对程序其它部分没有副作用的子程序。这使得编写共享代码段的程序变得十分简单。如果开发了一些分离很好的函数，在引用时我们仅需要知道函数做什么，不必知道它如何做。切记:过度使用全局变量会由于意外的副作用而在程序中引入错误。结构化语言比非结构化语言更易于程序设计，用结构化语言编写的程序的清晰性使得它们更易于维护。这已是人们普遍接受的观点了。比如作为结构化语言的C语言主要结构成分是函数C的***子程序。在C语言中，函数是一种构件(程序块)，是完成程序功能的基本构件。函数允许一个程序的诸任务被分别定义和编码，使程序模块化。可以确信，一个好的函数不仅能正确工作且不会对程序的其它部分产生副作用。PASCAL是世界上第一个结构化语言，曾被认为是计算机专业理想的教学语言，在数据结构等课程中一般用PASCAL语言举例。Access数据库是一种关系型数据库，所有的关系型数据库都是基于结构化查询语言SQL的。Visual FoxPro不但仍然支持标准的Xbase结构化程序设计，而且在语言上还有进行了扩展，提供了面向对象程序设计的强大功能和更大灵活性。
随着计算机及其用户越来越复杂，程序员的任务也越来越繁重，所以，与其相关的编写代码的时间也就越来越长了。接下来发生了有趣的事情，程序达到一定大小以后，为其编写代码所需的时间比预期的要长的多。事实是当程序达到一定大小时，人脑就不能跟踪所有的复杂性了。复杂性完全是产生事故的原因，战胜复杂性的方法就是编写一些小的“无错”程序，并把它们连在一起，形成一个大的“无错”程序，这就是面向对象编程的起源。
面向对象的程序设计OOP是Delphi延生的基础。OOP立意于创建软件重用代码，具备更好地模拟现实世界环境的能力，这使它被公认为是自上而下编程的优胜者。它通过给程序中加入扩展语句，把函数“封装”进Windows编辑所必需的“对象”中。面向对象的编程语言使得复杂的工作条理清析、编写容易。说它是一场***，不是对象本身而言，而是对它们处理工作的能力而言。对象并不与传统程序设计和编程方法兼容。只是部分面向对象反而会使情形更糟。除非整个开发环境都是面向对象的，否则对象产生的好处还没有带来的麻烦多。而Delphi是完全面向对象的，这就是使得Delphi成为一种触手可及的促进软件重要的开发工具，从而具有强大的吸引力。
面向对象的程序设计方法与编程技术不同于标准的结构化程序设计。程序设计人员在进行面向对象的程序设计时，不再是单纯地从代码的第一行一直编到最后一行，而是考虑如何创建、利用对象来简化程序设计，提高代码的可重用性。对象可是应用程序的一个自包含组件，一方面具有私有的功能，供自己使用;另一方面又提供公用的功能，供其他用户使用。随着面向对象技术成为研究的热点出现了几十种支持软件开发的面向对象方法。其中，Booch， Coad/Yourdon， OMT， 和Jacobson的方法在面向对象软件开发界得到了广泛的认可。特别值得一提的是统一的建模语言UML，该方法结合了Booch， OMT， 和Jacobson方法的优点，统一了符号体系，并从其它的方法和工程实践中吸收了许多经过实际检验的概念和技术。
结束语
面向对象仍将是主流，但结构化方法并不会，相反在某些领域还会有进一步应用。面向对象方法在八十年代已经得到了很大的发展，并且已在计算机科学、信息科学、系统科学和产业界得到了有效的应用，显示出其强大的生命力。可以展望在九十年代内，面向对象方法将会大更深、更广、更高的方向上取得进展。
参考文献
结构化程序设计篇5
关键词：VBA；AUTOCAD；二次开发；抗滑桩
1 引言
在我国，抗滑桩作为治理滑坡的一种主要工程措施被公路、铁路、水利、国土等部门广泛采用，并在桩型和应用范围方面得到较大的发展。与其他抗滑工程相比，抗滑桩具有如下优点：设桩位置灵活，除成排设在滑坡前缘外，也可根据具体情况，设在滑体的其他部位，并可与其他防治措施联合使用；开挖土石方量小，施工中对滑坡体的稳定状态影响小；挖孔桩桩孔可揭示滑坡的工程地质情况，检验和修改原设计，使之更完善更符合实际情况；施工方便，设备简单。由于抗滑桩在治理滑坡中的突出优点，使抗滑桩广泛应用于滑坡治理工程。目前抗滑桩结构设计一般采用理正软件计算抗滑桩内力，再由结构设计人员按照规范要求进行配筋设计，最后根据配筋计算结果在AUTOCAD手动绘制抗滑桩结构***，效率较低，出***慢。使抗滑桩结构***绘制自动化，将大大提高工程设计人员的效率。
抗滑桩结构***绘制通常使用CAD软件平台，利用其提供的二次开发工具VBA （Visual Basic For Application）可以很简便并迅速地开发出多功能的应用程序。VBA 组件基于可视化、面向对象开发工具VB，其开发环境与VB 集成开发环境相近，但较Auto Lisp 、VisualLisp、ADS等开发工具，更能快捷、方便地实现友好的人机交互，功能强大，扩展灵活且开发简单，易于实现。利用它进行CAD的二次开发，进行抗滑桩结构***自动绘制，能大大提高工作效率，使结构设计人员能有大量时间进行结构计算调整，便于优化设计。
2 程序设计基本思路
一般而言，一个完整的CAD 系统，包括前处理部分、核心计算部分、后处理部分等三大部分组成。前处理部分主要是收集各种计算参数及相关数据，核心计算部分一般是计算分析子程序，后处理部分就是将计算结果自动成***，以减轻设计者的负担。本文开发的抗滑桩结构***自动生成系统首先通过对话框输入抗滑桩尺寸参数、钢筋布置参数、成***要求参数，然后通过菜单触发的方式，产生消息映射，进行钢筋配置计算及工程量计算，最后将计算结果可视化，点击成***命令按钮绘制抗滑桩立面***、截面***及工程量表。程序设计流程如***1所示。
3 程序设计过程及程序实现
（1）启动时载入VBA 工程
当AutoCAD 启动时， 在其目录中寻找名为KHZ.dvb的工程。这一文件将被自动载入并作为缺省的工程，同时触发文档级事件ACADStartup，在此事件中载入AutoCAD 二次开发的DVB 文件。实现该功能程序代码如下。
Call AcadApplication. LoadDVB （“C：＼Program Files＼AutoCAD 2006＼Support＼KHZ .dvb”）
（2）软件在AutoCAD平台上，开发了自定义的菜单
使用VBA/ActiveX 可以编辑、增加已有的菜单结构，也可以完全替代当前菜单结构，本程序增加菜单如***2所示。考虑到工程制***的需要，软件是在AutoCAD界面上添加抗滑桩结构***绘制所需的菜单。通过TheMacro与菜单相连，激活VBA文件中相应模块的宏，执行用户的指令。相关代码如下。
Dim currMenuGroup As AcadMenuGroup
Set currMenuGroup=Application.MenuGroups.I_tem（0）
Set NewMenu = currMenuGroup.Menus.Add（"抗滑桩"）
TheMacro = Chr（3） & Chr（3） & Chr（95） & "-vbarun ""KHZ.dvb！DZPM.KHZ""" & Chr（32）
Set NewMenuItem = NewMenu.AddMenuItem（NewMenu.Count+1， "抗滑桩结构***"， TheMacro）
Set NewMenuItem = NewMenu.AddMenuItem（NewMenu.Count+2， "护壁结构***"， TheMacro）
（3）可视化界面设计
在本程序中，设计了抗滑桩参数输入及钢筋参数输入两个窗体。
抗滑桩参数输入窗体（如***3所示）：该界面要求输入抗滑桩尺寸参数、钢筋布置参数、成***要求参数，程序调用这些参数通过内置计算程序生成抗滑桩立面***、截面***等。
钢筋参数输入窗体（如***4所示）：该界面要求输入本桩型涉及的钢筋种类、钢筋直径、钢筋长度等参数，程序调用这些参数通过内置计算程序生成工作量表。
（4）计算及成***程序设计
在通过可视化界面获取参数后，编制绘***程序绘制抗滑桩立面***、截面***及工程量表。部分程序源代码如下。
（5）程序实现
根据可视化界面输入参数后，点击绘***命令按钮，程序自动生成抗滑桩立面***、截面***及工程量表。部分成***效果如***5所示。
4 结语
本文利用基于VBA的AUTOCAD二次开发技术，实现了AUTOCAD抗滑桩结构***的参数化绘制，符合工程实际要求，操作方便、简洁，大大提高工作效率。实践证明，VBA 二次开发技术将VBA 的快速编程优势与AutoCAD的***形功能完美结合，是一种行之有效、方便实用的设计方法。
参考文献：
[1] 卢松，舒成彬，刘松林. 抗滑桩的计算机辅助设计[J] . 四川建筑，2012，32（1）：95-96.
[2] 陶丽娜，唐胜传，杨建国，陈赞.边坡支护方案优化设计系统中的抗滑桩设计子系统[J].公路交通技术，2005，12（6）：9-12.
结构化程序设计篇6
【关键词】翻转课堂；教学改革；MOODLE
“C语言程序设计”是高职院校计算机相关专业的一门专业基础课。本课程的前导课程有计算机基础，后续课程有面向对象程序设计、Android程序设计、嵌入程序设计等。该课程是计算机类相关专业的一门专业核心课程，对后续课程的学习影响巨大。针对高职院校职业能力培养的需要，本课程主要培养学生的编程能力。该课程使学生掌握程序设计的基本方法并逐步形成正确的程序设计思想，能够熟练地使用C语言进行程序设计并具备初步调试程序的能力，为后续课程的学习和应用打下基础。通过采用翻转课堂教学模式，借助MOODLE平台，该课程的知识学习可以在课前进行，课堂教学可以更加注重实践操作能力训练，为高职院校专业技术类课程教学改革提供了一个新的方向。
1 课程情况分析
课程任务：通过本课程的学习，学生应掌握C语言的基本语法、结构化程序设计的基本思想和程序开发过程；使学生掌握结构化程序设计的一般方法，能编写应用程序解决实际问题；以本课程为基础，培养学生严谨的程序设计思想、灵活的思维方式及较强的动手能力，使学生逐渐掌握较复杂软件的设计和开发过程，为后续专业课程的学习打下扎实的理论和实践基础。
知识目标：掌握C语言程序的结构、函数的结构和程序开发过程；掌握算法的特性和程序的三种基本结构，能够使用流程***或N-S***来描述算法；熟练使用顺序结构、选择结构和循环结构编写程序，解决实际问题；能够熟练的使用函数编写程序，掌握函数的定义、声明、调用及参数的传递方式；能够使用数组编写程序，解决排序、查找等实际问；理解和掌握指针的概念、运算和使用方法，能利用指针编写应用程序；掌握结构体类型、结构体变量定义和使用，能利用结构体编写应用程序，解决较复杂的实际问题。能力目标：具有解决简单应用问题程序设计能力；具有阅读、分析和设计算法的能力；具有解决分支结构应用问题程序设计能力；具有解决重复操作应用问题程序设计能力；具有解决综合应用问题程序设计能力；具有综合运用所学知识进行应用软件开发、编码、调试、维护能力。素质目标：培养学生善于思考、深入研究的良好自主学习的习惯和创新精神；培养结构化程序设计思想和良好的编码规范；培养学生搜集资料、阅读资料、利用资料的能力，以及自学能力；培养学生语言表达、团结协作、社会交往等综合职业素质，养成爱岗敬业、遵守职业道德规范、诚实、守信的高尚品质。
2 翻转课堂教学模式
翻转课堂教学模式的核心理论基础为建构主义的学习理论。建构主义是一种关于知识和学习的理论，强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常常是在社会文化互动中完成的。主要的教学观点有：学习是一个建构的过程、学习是一个活动的过程、学习是一个协作的过程、学习必须处于丰富的情景中、强调以学生为中心、强调情境对意义建构的重要作用、强调协作学习对意义建构的关键作用、强调对学习环境的设计、强调利用各种信息资源来支持学习、强调学习的最终目的是完成知识的意义建构。社会建构主义把上述的观点扩展到一个社群，该社群成员为彼此创造事物，为一个共同的目标，协力建立一个共享成果的文化圈。当一个人融入这样的一个文化氛围时，他将自始至终学习如何在各个用娉晌这个文化的一部分。社会建构论认为知识根本不存在于个体内部，而是属于社会的，个体不能独占知识，只能分享知识。因此教育要消除固定的权威；激活学习者间以及师生之间的关系；要在实践中形成意义；倾听各个学习领域和各学习主体的声音。
美国教授Robert Talbert提出的翻转课堂的教学模型包括课前和课中两个部分。课前，学生自主观看教学视频学习知识，然后有针对性的进行作业练习；课中，学生先进行测试，再与老师或者同伴进行小组协作探讨；最后，作出总结和反馈。
3 MOODLE平台简介
MOODLE平台是由澳大利亚Martin Dougiamas博士主持开发的课程管理系统，该系统是一套基于“社会建构主义理论”设计开发的开放源代码的软件，能够帮助教师高质量创建和管理的***课程。Moodle以社会建构主义理论为其设计基础，主要特色有：简单轻便，相容性高，技术门槛低；其***教学模块采用可自由组合的动态模块化设计，教师搭建***课程时就像搭积木一样简单有趣；支持多种教学模式，可以帮助教师学生在一个积极协作的***环境中进行交流；***活动记录能够详细呈现。
作为强大的课程管理系统，MOODLE可以支持开设上千门的课程，平台支持无限制的课程目录创建。课程管理员在任何时候都可以创建、移动、***、修改课程；可将课程设置为激活或隐藏状态，同时可以设定课程的进度；可以为课程设置灵活的权限和等级以及是否允许学员注销课程等。作为教师，通过该平台能够追踪到学习者进入课程学习的频率和持续时间；能以小组合计的方式显示时间、日期和频率信息；能对进入课程、讨论区、课程测试和作业的学习者的分别就进入次数，进入时间，日期，频率和IP地址进行记录、显示。
4 基于MOODLE平台的翻转课堂学习模式
课前，学生先在MOODLE平台观看教学视频。与视频配套的小练习一般由四到五个有针对性的问题组成。通过练习，学生可以及时对自己的学习情况作出判断。如果发现练习结果不理想，学生可以回头来再学一遍。通过MOODLE平台，学生的学习情况能够及时地进行汇总处理，帮助教师了解学生的学习状况。同时，学生与学生、老师之间可以在网络平台上进行讨论。
针对高职院校的职业教育的特点，《C语言程序设计》课堂学习模式采用项目实践、分组讨论为主，注重动手能力、职业技能的培养。
5 考核方式
结合翻转课堂教学模式的特点，《C语言程序设计》课程考核采用形成性考核方式，总评成绩由形成性考核的各项成绩组成，全面考核学生的动手能力、基础理论和平时学习状况，具体分数比例为：综合素质评价20%，过程性考核50%，终结性考核30%。综合素质评价：主要依据是学生平时的学习态度、课堂项目实践、讨论、作业情况及学生的通用能力考核。过程性考核：根据MOODLE平台上每个章节提供的配套课堂资源的学习完成情况、单元测试成绩进行考核，着重考察学生的主动学习能力、实际动手能力、分析问题的能力、***解决问题的能力以及知识点掌握情况。终结性考核：学生进行期终考核，测试学生对知识的掌握情况。
【参考文献】
[1]张思，李勇帆.高校教师使用Moodle网络教学平台影响因素研究[J].电化教育研究，2014（08）.
结构化程序设计篇7
关键词：研究；计算机编程思想；结构化程序设计思想；面向对象的程序设计思想；AOP编程思想
中***分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 05-0000-02
随着经济社会的发展，信息技术也迎来了前所未有的快速发展，计算机编程的应用范围也愈加广泛。而其中的编程思想，作为一个主要条件，可以使编程人员编出更好的程序，本文分析了目前编程界最为主流的两种计算机编程思想，同时和将要兴起的新技术AOP，与OOP相比，其影响力巨大。因此，本文分析了其编程思想以及优越性，还阐述了开发步骤。
一、计算机编程思想研究
（一）结构化程序设计
对于结构化编程思想，其为面对繁杂任务的时候，防止混乱的一种编程思想，重视将程序结构进行规范化，要按照大脑极易理解的方式，合理组织繁杂问题的求解过程。针对此编程思想，编程者应该遵循结构形式，进行程序的设计及编写，保证程序的正确结构，方便地进行程序正确性的证明，该思想重点有以下几点内容：
运用由顶往下逐渐细化的方法。因为结构化编程运用了功能抽象与模块分解，其能合理地把繁杂程序任务分解为容易处理及控制的一些子任务，随后实施级别更细的任务分类，保证最终分出的子任务均是进行***编程的子程序模块。随后根据某些调用以及结构关系，将子程序模块进行合理组织，最终得出需要的程序。根据结构化程序设计思想，得出的程序具有如下好处：很好的结构、每个模块之间有着简单清楚的关系、在各个模块内，均有基本单元构成。因此，得出的程序清楚易读，良好的可理解性，正确性还易验证，维护、调试以及修改容易进行。出现了结构化编程思想，使之前软件开发存在的混乱状况消除，编程人员编写的程序存在优越的结构。还因为运用“自顶向下以及逐步细化”的方法，使人们智力合理地组织起来，对软件工程化研发是有益的。所以程序维护以及设计工作效率得以提升。
若干基本结构构成程序，对于任意的大型程序，均包括三种基本结构，这些基本结构使某个结构化的程序得以顺序地组成。主要有顺序、选择以及循环结构这三种基本结构。软件界的具体实践以及结构化定理已证明，对于任意繁杂问题的程序设计，均可运用顺序结构、选择结构以及循环结构构成，同时还具备下面一些特征：仅一个入口及出口；在结构内，没有死循环，在程序内，以上三种基本结构的顺序执行关系得以构成。
根据功能，能把大型程序划分为若干基本功能模块。一些子模块一起构成各个模块，每个模块在功能方面互相***，各个功能模块均有进行计算机控制以及数据处理的功能。尽量使模块间的联系简洁。最终将模块根据某些层次关系，实施组织，繁杂程序的功能得以构成。
（二）面向对象的程序设计
针对面向对象的程序设计，其编程思想是运用消息、对象、类、继承以及封装等这些基本概念，实施程序设计。为使结构化程序设计方法处理不了的代码重用这些问题得以解决，便给出了面向对象程序设计技术，面向对象的程序设计编程思想包括如下特点：面向对象的特点之一就是封装，其为类与对象概念的重要特征。封装给模块带来了比较良好的***性，程序修改与维护起来较为简单。抽象包括数据与过程抽象。继承性使软件的可重用性这个问题得到良好处理。多态性使应用程序函数的同名这类问题得到良好解决。
面向对象的编程思想存在很多优越性，其减少了程序开发时间，提升了可靠性，开发出来的程序更有强壮性，维护起来更容易。面向对象编程因为具有较高的可重用性，针对应用程序，能积极运用成熟的类库，进而使软件开发效率得以极大提高，所以，软件界对这种面向对象的编程思想进行提倡运用。日益增多的编程人员认可并运用了面向对象的编程思想，同时结构化编程思想在进行具有比较强功能性的软件设计里，其指导作用仍然得以发挥。实际上，以上两种编程思想没有互相隔离，却是相互支持、联系的。在如今的软件界，进行面向对象程序设计的时候，具有公认的编程公式：其一为对象=算法十数据结构，其二为程序=对象+对象，通过公式，能观察出以上两种编程思想的关系及区别。进行面向对象的程序设计时候，仍然不能脱离完成算法的结构化程序设计，其中的结构化程序设计还是编写对象进行操作的重要所在。
二、AOP编程思想研究
（一）AOP将系统视为关注点
其实它为GOF(Observer Design Pattern)设计模式的一种持续，进行了被调用者与调用者间解耦的强调，给开发人员带来进行横切关注点-Crosscutting Concern描述的合理机制，还可以把横切关注点主动地织入-weaving于面向对象的软件系统内，确保横切关注点模块化得以实现，进行方面-Aspect代码的合理划分，横切关注点显得极易进行处理。开发人员进行编译的时候，插入、更改或者除去系统的方面，更可能重用系统的方面。由于开发环境各不相同，关于概念也会有所不同。
（二）针对的问题
AOP通常基于进行业务处理中的切面实施提取，进行处理的时候，其面对着其中的一个步骤或者哪个环节，以确保整个逻辑中每个部分间低耦合性产生的隔离作用。针对动词方面，其重视的为横向的，即为整个逻辑中一个方面或者某个片段，例如：权限以及日志管理，一般情况下，其进行某些软件系统自身东西的关注。并非面向对象进行业务逻辑的关注。运用有效松散方式，使系统间的耦合度这些问题减少，方面即为它的模块化单位。
（三）软件性能
1.代码扩展性
对于AOP，因为方面模块并不了解横切关注点，因此极易进行新方面的增加，并投入新功能。同时，把新的模块加到系统中的时候，已经存在的方面会自动横切进入，确保系统容易扩展。
2.代码冗余度
运用最小的耦合进行各个关注点的有效处理，保证虽然为横切关注点，还是模块化。如此实现的系统，它的代码冗余不大。进行模块化实现，促使系统的维护与理解更为容易。
3.代码重用性
AOP将各个方面变成为***模块，在模块间，其为松散耦合。能使用其它***的日志写入器取代此时的，进而将日志合理地写入数据库中，保证与各种日志写入要求相符。正确实现松散耦合，经常象征着代码重用性更为良好。
（四）AOP的开发程序
基于面向对象编程-OOP这种方法，AOP才得以改进，其为具有创新性的一种软件开发方法。一般具有如下的几个开发程序：
1.方面分解
进行分解，要得出横切关注点。在这个步骤中，将系统级的横切关注点与核心模块级关注点进行合理分离。
2.关注点实现
进行关注点的***实现，将各个需求映射成为代码，编译器随后将其翻译成为一些可执行代码。能依靠另外的编程范型，把其当作前提，确保基础范型具有的优势还得以保留。比如：AOP能利用OOP当作基础范型，直接地将OOP擅长处理普通关注点的优势引用来。利用如此的实现，一般的***关注点能利用OOP技术，其和过程型语言为很多OOP语言的基础相似。关注点实现因为按照指定过程这一形式产生，能运用C、C++或者Java这些传统语言。
3.方面的重新组合
在此步骤中，方面集成器进行某个模块单元的建立，也就是方面，进行重组标准的指定，常把重组过程称为结合或者织入，运用合适的信息进行最终系统的组建。
AOP实现能够运用许多方式进行织入的实现，进行源码至源码的变换，进行各方面源码的预处理，织入过的源码得以出现，再将织入过的源码传到编译器，最终可执行代码得以生成。运用此方式，基于Java的一个AOP实现，能将很多方面变换为Java源代码，随后通过Java编译器，将其变换为字节码，还能处于字节码级别进行织入的执行，实际上，字节码自身也为一种源码。同时，对于底层中的执行系统Java虚拟机，还能设计成为对AOP支持。基于Java的AOP实现要是运用此方式，能在虚拟机中，把织入规则载入，随后就之后载入的类均利用此规则，实际上，其能进行just-in-time方面织入的执行。
三、总结
由于编程实践的一直开展，编程思想就会产生，产生的各种新编程思想，均对编程实践进行合理指导，且均使计算机软件开发的质量与速度得以提升。在当今，AOP实现与语法尚未进行完全规范，其为基于OOP以后的编程思想的一种创新，其能选用OOP当作基础范型，具有让人无法抗拒的好处，业界会进行认可、接受，但是还要更深刻地探究其中存在的问题。
参考文献：
[1]李明.C++程序设计[M].北京:中央广播电视大学出版社,2008:l96-198
结构化程序设计篇8
关键词： 门式刚架;优化设计;ANSYS
1 引言
门式刚架是门式刚架轻型房屋的最主要受力体系。门式刚架和采用冷弯薄壁型钢制成的凛条及采用压型钢板制成的外墙板、屋面板共同组成轻型钢结构房屋。这种结构具有明显的优点，具有很大的经济效益，在国外有广泛的应用。近年来，轻钢结构在我国也得到迅速的发展，但是起步较晚，正式的设计规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》直到1998年才出版，无论设计水平、设计经验和合理设计等方面都与西方发达国家相比有着较大的差距。我国的学者也开发出相应的设计软件，如PS2000、PKPM及同济大学开发的3D3S等，但是按我国的钢结构设计规范，造价要比国外高出20%左右。同时由于规范的差别，不能完全照搬国外的设计软件。因此，研究出符合我国的门式刚架截面优化设计方法，是非常有实际工程意义的。
结构优化设计作为一种最优设计方案技术，一直是结构设计理论和方法研究领域的热门话题。结构的优化设计指的是结构的综合、选优，即把设计追求的目标与应满足的约束条件有机地结合起来，用优化的理论和方法，在满足设计的约束条件的可行区域内进行搜索选优，直至达到最优目标，从而得到最优的设计方案。优化设计的出现使工程结构设计由以往被动地安全校核转变为积极主动地选优设计，为实现设计的最终目标一安全和经济提供了有效途径。
2 传统的门式刚架设计方法
长期以来，不少学者从不同角度提出了各种结构优化的理论，但这些方法普遍存在求解复杂、实现困难等缺陷。传统的结构设计实际指的是结构的分析校核，即首先凭经验和判断作出一个设计方案，然后按照传统的理论和方法对其进行强度、刚度及稳定性的分析和计算，看是否满足设计约束条件。通过这样的几次反复运算，往往可以得到一个可行的设计，但要得到最合理的设计是很困难的，特别是在设计人员经验严重不足时显得格外突出。常用的传统的方法有以下几种。
2.1 最优准则法
根据工程经验,、力学概念以及数学规划的最优性条件, 预先建立某种准则, 通过相应的迭代方法, 得到满足这一准则的设计方案， 作为问题的最优解或近似最优解。最简单的准则法有同步失效准则法和满应力准则法。
（1）同步失效准则法 可概括为在荷载作用下, 能使所有可能发生的破坏模式同时实现的结构是最优的结构。
（2）渐进满应力法 即门架钢结构杆件通过多次计算分析选择修改其截面尺寸,使其达到或尽量接近满应力状态,直到门架钢结构的全部杆件的截面尺寸不需修改为止,使门架钢结构的用钢量最小,以达到造价最低的优化目标
2.2 仿生学方法
该法是从自然界的结构、组织、发展、进化（ 尤其是生物进化） 观点进行研究, 寻找规律, 用逻辑和数学的方法进行模拟, 以搜寻最优解的方法。目前, 模拟自然界进化的算法有模仿自然界过程算法与模仿自然界结构算法, 主要包括: 进化算法（EA）, 模拟退火法（SA）, 人工神经网络算法（ANN）。进化算法主要包括: 遗传算法（GA）、遗传规划（GP）、进化策略（ES）、进化规划（EP） , 其中以遗传算法最具代表性。
2.3 数学规划法
将结构优化问题抽象成数学规划形式来求解。结构优化中常用的数学规划方法是非线性规划, 有时也用线性规划, 特殊情况可能用到动态规划、几何规划、整数规划或随机规划等。
目前对线性规划的问题解法的研究比较成熟，处理目标函数和约束方程都是设计变量的线性函数的这类线性规划问题。
非线性规划指的是目标函数和约束方程都是设计变量的非线性函数，结构的优化设计大多为有约束的非线性规划问题，求解难度较大。目前采用的方法有不需作转换但是需要求导数的分析方法，如梯度投影法、可行方向法、不需要作转换也不需要求导数的直接搜索法，比如网格法、复形法等。数学规划法在理论上逻辑严密，在一定情况下可以保证至少收敛到局部最优解，但是在一般情况下，需要多次迭代分析才能得出结果。
3 基于ANSYS的优化设计
现代的结构优化设计是建立在现代数学最优化理论、有限元分析和计算机程序设计的基础上，能从众多的设计序列中选择最佳设计序列（设计序列是指确定一个特定模型的所有参数的集合），因而采用优化设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化过程本质上是一个分析一评估一修正的迭代过程，需要对不同的设计序列进行结构效应的有限元分析，并进行优化参数评价，逐步逼近最优设计序列。
现代化结构日趋复杂化，大型结构越来越多，针对上述问题，基于ANSYS优化工具箱，结合面向对象程序设计技术进行结构优化计算，可以取得较好的结果。
3.1 ANSYS功能简介
ANSYS程序是美国ANSYS公司研制的大型CAE（计算机辅助制造）仿真设计工具。自从问世以来一直深受广大用户的青睐，其设计分析和优化软件包经过发展，已在全球范围内使用，无论是通用和专用程序都提供了全线的解决方案。程序中有强大的前处理器、加载求解能力以及后处理能力，另外，用户还可以使用二次开发工具（如宏指令、用户界面设计语言、用户编程特性和参数设计语言）进行二次开发，使得ANSYS成为融结构、流体、电磁场、声场和祸合场分析于一体的大型通用的有限元分析软件。
在结构分析领域，ANSYS具有与多数CAD软件的数据接口，实现数据共享和交换，研究人员和工程人员可以使用ANSYS软件对结构设计进行仿真分析，可以发现问题，降低设计成本，缩短设计周期，提高设计的成功率，大大提高了工作效率。基于ANSYS软件的结构分析包括静力分析、非线性分析、动力分析、可靠性分析、优化设计和拓扑优化等各个方面，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。
3.2 ANSYS中的优化设计基本概念
ANSYS软件的优化模块是集成于ANSYS软件包之中，它和参数化设计语言APDL（ANSYS Parmaertci Desing Lnaugga）集合在一起实现ANSYS优化设计的功能，APDL是ANSYS软件提供给用户的一个依赖于ANSYS程序的交互式软件开发环境，是优化设计的一个核心步骤。ANSYS的优化模块采用了三大优化变量来描述优化过程，它们分别是:
（1）设计变量，为自变量，优化结果的取得是通过改变设计变量的数值来实现的，每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。常见的设计变量有结构构件的宽度、高度等几何尺寸。ANSYS优化程序允许定义不超过60个设计变量。
（2）状态变量：设计要求满足的约束条件变量参数，是设计的因变量，是设计变量
的函数，也可***于设计变量。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。常见的状态变量如应力不能超过许用应力、变形不能超过规定大小、振幅限制等。在ANSYS优化程序中用户可以定义不超过100个状态变量。
（3）目标变量：又称为目标函数，是一个希望尽量减小的数值，它必须是设计变量的函数，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数，且其值必须为正值。
3.3 ANSYS优化设计方法
ANSYS软件提供了很多优化设计方法，主要有零阶方法、一阶方法、随机搜索法等步长搜索法，乘子计算法和最优梯度法。
零阶方法是主要通过对目标函数添加罚函数将问题转化为非约束的优化问题，再用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间关系来实现逼近的。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。
一阶方法是同样是通过对目标函数添加罚函数将问题转化为非约束的优化问题后，再使用因变量对设计变量的偏导数进行梯度计算，从而确定搜索方向，并用线搜索法对非约束问题进行最小化。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。随机搜索法即在设计空间内按最大的迭代次数和可行解（合理设计序列）个数进行随机搜索。等步长搜索法是对在设计空间内对每一个设计变量以等步长的方式进行搜索。
3.4 ANSYS优化设计步骤
一个典型的ANSYS优化设计过程通常包括以下步骤:
（1）构建优化分析文件
在这一步骤中主要工作是构建用于优化的分析文件。具体实现过程可以简化如下:首先将设计变量初始化即根据原设计对初始变量进行赋值，建立模型的过程必须是参数化的，模型的尺寸等都是由变量函数表示出来的，提取的结果也使用参数来提取，以方便后面的优化过程，下面接着便是对前面建立的模型进行施加约束及荷载和求解内力及位移，在后处理模块进行的工作主要就是将提取的结果赋值给状态变量及目标函数。
（2）构建优化控制文件
在前面建模和求解后形成了优化分析所需要的文件，在这步骤里最开始就是需要指定前面构件的优化文件，然后选择需要采用的优化工具，在这步中设计者还要确定循环的控制方式。最关键的就是进行优化参数评价，比较两次循环得到的优化参数确定目标函数是否收敛，也就是结构是不是达到了优化的效果。
（3）当该轮循环完成后，修正设计变量进行下步的新的循环
（4）当所有的循环完成以后，查看结果并进行后处理。
实现ANSYS优化设计主要有批处理方法和***形交互方式，在结构的优化设计中，约束条件主要涉及几何构造、强度、刚度、稳定等，通过有限元法计算这些参量是一个比较有效和安全的方法，在对复杂的结构进行优化时特别明显。在ANSYS中建立模型和修改模型都是手工完成的（也可以通过与其它CAD的接口，例如AutoCAD的SAT文件），对于结构比较复杂或者需要修改的地方很多的情况下，优化的时间比较长。其中计算时间相对较少，建模和结构修改所占比重较大。这时我们可以依靠APDL来提高结构优化效率，结构优化所涉及数据类型复杂、概念繁多。为此，可以引入类和对象机制，将问题应用类、对象、成员的概念进行数据抽象，以迅速把握问题关键和脉络。这样，处理方式在大型结构的优化设计中显得尤为重要。
4 结束语
本文简要叙述了结构有限元分析软件ANSYS基本内容及参数化语言APDL，在ANSYS中如何选取恰当的方法来实现工程中常见结构的优化。利用ANSYS 可以实现门式刚架轻型钢结构的三维仿真。ANSYS 中强大的前处理建模功能能够迅速、方便地满足工程设计人员对于各类不同构件的迅速搭建,在后处理中对门式刚架结构不同组成构件的力学性能参数有较全面的体现。有限元分析技术在门式刚架轻型钢结构优化设计中有着广阔的前景。
参考文献
［1］蔡新,郭兴文,张旭明.工程结构优化设计［M］.中国水利水电出版社.
［2］冯建霖.门式刚架轻钢结构优化设计研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2009.
结构化程序设计篇9
关键词：教学探索；程序设计；Scratch
中***分类号：G642 文献标识码：A
1 引言（Introduction）
1.1 基础薄弱
目前，中小学的信息化教育内容参差不齐，有的学校可能会有程序设计的教学，有的学校则以Word、Excel操作为主，对程序设计的入门不重视[1]。很多刚进入大学的学生在程序化的思维方式方面还比较弱，要入高级程序设计语言的门还有很长的路要走。
1.2 课时较少
通常程序设计入门以C语言或C++语言为教学内容。作为一种实践性较强的语言，在一个学期中要完成程序设计概念和语法的教学，又要在有限的时间里完成编程调试训练。如果学生没有一定的基础和自学能力，就很难适应这种节奏。
1.3 抽象带来的问题
语法、算法等抽象的教学内容将降低学生的学习兴趣，而学习兴趣对教授与学习两方面都非常重要。有的学生不能通过考核经常就跌入补考和重修的循环。程序设计入门作为核心课程，这个课程出了问题将给计算机专业的后续课程带来很多不好的影响，比如本专业学生对程序设计和其他专业技能缺乏信心以及实践能力。
2 程序设计课程的前导课程（Leading program of
programming classes）
学生在程序设计课程中，一方面要努力熟悉算法抽象、程序控制等一些全新的概念，一方面会遇到很多语法错误，必须要学习如何调试程序，理论加上实践可能都是前所未有的挑战。前导课程应带来有趣味的内容，为学生补充各种必要的基础概念，如抽象、逻辑、流程等，告诉学生如何在现实世界和计算机世界之间建立起一座桥梁。这样的课程会对程序设计教学有很大帮助。
3 Scratch简介（Introduction of scratch）
Scratch是美国麻省理工学院（MIT）媒体实验室开发的一套“程序语言”，利用这个软件可以轻轻松松地创造出互动式故事、动画、游戏、音乐等令人惊叹的作品，是一套简单又有趣的软件[2]。
Scratch采用拖曳、组合的方式来设计程序。它是可视化的程序语言，具有所见即所得的功能。设计Scratch作品的过程是学生学习用计算机进行思考、分析、解决问题的过程，还能进行团队建设方面的实践。
Scratch把程序命令归为几大部分：包括动作、外观、声音、画笔、变量、事件、控制等，并用颜色来分类。学生只需要了解各部分模块的功能，按照自己的想法拖到脚本窗口，并按一定规则堆积在一起，最后在浏览窗口就能根据命令脚本直接运行。通过可视化操作学生可以搭建起自己的程序，轻易地把自己的想法表达为计算机的程序。在这个抽象的过程中不用过分操心语法错误等问题。
***1为Scratch设计界面，左上为程序运行场景，左下为程序中设计的主体对象。一个项目可以有多个动画主体（可以是动物人物或其他一些对象），中间是可视化程序模块，右边是程序窗口，利用鼠标可以把中间的程序模块拖入右边的程序窗口，经过修改参数、安排程序模块的顺序和嵌套等工作，就完成了程序编制，接着程序可以在浏览器中执行。
4 Scratch对程序设计教学的支持（Supports to
programming classes）[3]
4.1 抽象
现实世界的问题如何抽象为计算机世界的模型？第一步可以从学习抽象为计算机里的对象开始。我们把需要处理的内容抽象为Scratch的动画主体，比如一个人物或一个物体。动画主体可以具有各种行为，比如在平面中移动。如***2是一个负责动作的程序模块，能控制动画主体平移到坐标（100，200）处，其中白色的部分为可以修改的坐标值。
4.2 结构化程序
Scratch具有可以拖曳的结构化模块。设计时候只需要把模块拖入场景中，就可以实现循环或选择的程序结构，并且能实现循环和选择的嵌套，制作需要的程序流程。***3演示了循环结构的程序模块，repeat后面的循环次数可以修改，可以看到循环程序模块和循环体中的其他程序模块的颜色是不同的，它们属于不同的功能分类。
Fig.4 Block to control choosing
其中使用的橙色模块i是Scratch的变量模块。Scratch程序能够使用数字和字符串变量。变量可用来控制某个***形的大小或个数，变量还能具有不同的作用域。由此我们向学生展示了变量存储值、变量值影响程序结果以及变量的作用域等概念。
Scratch具有列表的结构，列表可以存储数值或字符串。列表可以具有作用域，可以获得列表的长度。列表项具有添加、删除、插入等操作，并能通过下标获取特定的列表项。列表可以帮助学生学习数组的概念。
Scratch的结构化程序设计是可视化的，调试简单，能帮助学生把精力集中在程序结构上，而不需要为语法错误分心。
4.3 面向对象
Scratch能够设置动画主体，可以视为对象模块。不同的动画主体具有独特的属性，可操作自己的变量，能完成独特的任务。在后续课程中这些概念很容易引申为对象及其属性和行为的概念，这是面向对象程序设计的基础。***5为迷宫程序的设计，其中球体是一个对象，而终点方块的是另一个对象。我们可以利用键盘移动球体，当碰到方块对象时后者能做出赢得游戏的反应。球体对象在移动过程中碰到障碍则会产生反弹。
5 Scratch作为程序设计教学前导课程的实践
（Experiments in programming classes）
在参考文献[4]中提到的学校已经尝试使用Scratch平台作为计算机专业课程的前导课程。学校把学生分为两部分，一部分基础薄弱的学生在第一个学期先参加Scratch课程，到第二个学期才开始学习高级程序设计语言。而另一部分基础良好的学生则在第一个学期就开始学习高级程序设计。
最终学过Scratch的学生，尽管基础薄弱，他们的最终成绩在通过率和平均成绩方面都超过基础良好的学生，并且在精通程序、喜爱专业课程、参与专业实践等方面都有更好的表现。这些学生专业成绩更好，对专业更热爱，对程序设计更有信心。
6 结论（Conclusion）
程序设计是一种具有创造性的工作，它具有一定的抽象性，而且需要使用数学的方法去描述一些问题。这使得在语言程序设计的课程教学中，必须打破原有的教学模式和知识体系[5]。我们探索不同的方式帮助学生入门，Scratch可能是一个良好的平台，它的可视化特性，对结构化程序设计的支持，都能帮助学生在实践中培养计算机思维方式，为程序设计入门打下坚实基础，为后续课程的挑战做好准备。另一方面程序设计教学的困境也要需要在考核模式方面进行改革，激励学生重视创新和实践。
参考文献（References）
[1] 张传科.如何让抽象的设计变得精彩――LOGO程序设计与
Scratch[J].中国信息技术教育，2010，（5）：29-31.
[2] 陈捷.Scratch语言简介及应用[J].电脑知识与技术，2009，5（26）：
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结构化程序设计篇10
【关键词】计算机 C语言 应用
在计算机信息化的21世纪，要掌握现代科学技术，培养新时代复合型人才，计算机是必要的工具，已经大众化的趋势在全球范围内推广使用。语言是计算机的核心，是计算机更新换代的重要载体。C语言是一种重要的计算机程序设计语言，其由贝尔实验室20世纪70年代研发而来，以其丰富的语言功能、强大的表达能力、广阔的应用领域和快速的目标程序效率等优点，伴随UNIX操作系统广泛使用并迅速推广至大、中、小计算机上。
1 C语言的特点
C语言除了作为工作系统设计语言外，还可应用于编写不依赖于计算机硬件的应用程序，兼具汇编语言和高级语言的特点，逐渐成为当今高级程序设计中较为流行的设计语言之一，其主要特点包括：
1.1 具有模块化思想
C语言基于模块化思想，在进行程序设计时，按功能原则分割较大程序为小的功能单一、便于理解、结构清晰的子模块，即小程序。
1.2 结构紧凑、语言简洁、使用方便
C语言在结构上紧凑匹配，语言上简洁明了，使用上便捷方便，其主要由34个运算符、32个关键字、9条控制语句组成，在计算机运算符号过程以其全面、方便、快捷、灵活的特点超越了其他各种语言程序，实现其他各种语言程序无法实现的运算操作功能。
1.3 十分丰富的数据结构
C语言数据结构包罗万象，十分丰富。兼具实型、整型、指针类型、字符型、结构体类型、数据类型、共同体类型等各种现代化语言的数据类型。
1.4 强大的可移植性
C语言具有很好的兼容性和强大的可移植性，可以不做任何修改广泛适用于各种型号不通的计算机和各种操作系统环境下。
1.5 灵活的可调试性
C语言较之其他高级语言，具有良好的可调试性，其可以直接调试系统功能，实现操作硬件的目的。
2 计算机原理中C语言的应用
在计算机普及的今天，C语言可以应用于编写计算机系统软件和二维、三维和动画的设计中。要实现C语言的应用，就要搞懂C语言在计算机原理中的应用，要全面了解C语言在计算机原理中的运用，就首先要认识C语言如下的基本知识：
2.1 C语言的指针
C语言中的指针将其与同时代高级语言区别开来。将“*”号放在一个相应变量声明前，说明其为一个指针型变量，表示这个变量有固定的存储地址，这个内存地址内存储着这个变量的内容。通常情况下，一个指针对应一个地址，一个变量。但也有特殊情况，一个指针变量对应不同代表变量的指针值。实质上，C语言中的指针一方面可以代表相应变量、数组、数组元素以及相应函数的地址，另一方面还代表与这些地址相对应的储存内容。另外，作为参数的指针，可以通过再次调用函数的过程获得一个以上不同于return（z）的返回值。
2.2 字符串
字符串实质上是一种以ASCII的UNL作为数组推出的chair型字符数组，表示的是text文本的字符系列。在计算机原理中，这些字符串的使用并不需要引用库，C标准库中包括一些函数，其可以对相应的字符串在一定程度上实施操作，最后使得这些函数更像是字符串而不是数组。但是值得注意的是，在使用这些函数时，一定记得在相应头文件下进行引用。
2.3 C语言结构的应用
C语言主要包括以下三种结构模式：顺序结构、选择结构、循环结构，以下分别逐一介绍各种结构：
2.3.1 顺序结构
是指按先后顺序依次进行操作，其可构建成一个机构相对简单，程序较为完整，运用相对***的体系。顺序结构广泛应用于常见的输入、计算、输出程序等计算机运用原理中。例如，X=2，Y=4，若要交换X和Y的值，实际上就相当于两个杯子进行交换，假定第三个杯子是Z。可利用C语言编程为：Z=X；X=Y；Y=Z，执行的相应结果应该是：X=2，Y=Z=4。若打乱该顺序为：X=Y；Z=X；Y=Z，执行结果会变为：X=Y=Z=4。这与我们想要的结果大径相庭。
2.3.2 循环结构
主要应用于运算和处理过程中出现的许多具有规律性的重复，依靠程序中重复执行某些语句。其中，这些被重复执行的语句称为循环体。循环结构在语言中具有重要意义，一方面减少了反复书写相关源程序的工作量，便于记录重复执行某段算法出现的问题和具有规律性的重复运算，另一方面还可以简化程序，缩短程序长度。当前，C语言常用的循环语句包括“for”“while”“do-while”“goto”等，用来实现计算机原理中的循环结构。以上四种循环结构在一定程度上可以实施一定的替换，均可以对相同问题进行相关的处理。循环结构中以表达式判定循环。非0和0分别表示判定结果的真或假。
2.3.3 选择结构
是基于相关条件对应的执行路径进行选择，是对相关选择结构的执行。应用性较强的分支条件和与之相关的分析程序的相应流程是选择结构设计方法中的关键点。选择结构的语句主要由“if”和“if-else”来实现，另外，“switch case”语句是应用于多分支选择结构，这是因为选择结构中会有另外的选择结果的派生，出现多分支选择结构。
3 总结
C语言以其模块化思想、结构紧凑、语言简洁、使用方便、丰富的数据结构、强大的可移植性和灵活的可调试性成为广泛应用于计算机高级语言设计中。C语言的指针、字符串、C语言顺序结构、循环结构和选择结构是计算机原理中C语言的应用的重要元素，是其从众多高级语言中脱颖而出的主要原因，成为当今高级程序设计中较为流行的设计语言之一。
参考文献
转载请注明出处学文网 » 结构化程序设计10篇