CS50 课程学习记录type
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AI 摘要
哈佛大学 CS50 课程链接为 https://cs50.harvard.edu/ ，本次学习该课程 2024 年的计划内容。个人手写笔记：CS50
1. Introduction
CS50 是哈佛大学开设的计算机科学入门课程，它不仅介绍编程技术，更注重培养计算思维。这门课程面向所有学生开放，无需任何编程基础 —— 据统计，三分之二的学生此前都没有接触过计算机科学。
课程内容涵盖计算思维、抽象、算法和数据结构等核心概念，并融合了艺术、人文、社会科学等多学科的实践案例。与其他编程课程不同，CS50 不只是教授特定的编程语言，而是帮助学生建立扎实的编程思维，为今后自主学习新技术打下基础。
课程设计循序渐进：首先从 C 语言入手，这是许多现代编程语言的基石。通过学习 C，你不仅能掌握基本的编程概念（如函数、变量、条件语句和循环），还能深入理解计算机底层的工作原理。接着，课程会过渡到更现代的 Python 语言，有了 C 语言的基础，你会对 Python 有更深刻的理解。
在课程后期，你还将接触到数据库语言 SQL，以及网络开发三件套：HTML、CSS 和 JavaScript，这些都是构建现代网络应用不可或缺的工具。
2. Week 0: Scratch
前置课程从计算机科学的基础概念开始，帮助我们建立计算思维。我们将学习如何分析问题并找到解决方案，理解计算机如何处理输入和输出。
接着，我们深入探讨数据在计算机中的表示方式，包括一元制、二进制、十进制等数字系统，以及 ASCII、Unicode 这样的字符编码和 RGB 颜色模型。
课程还介绍了抽象化的概念，以及如何设计和评估算法，包括分析算法的运行时间和使用伪代码来描述解决方案。
最后，我们通过 Scratch 这个图形化编程工具来实践编程基础知识，包括：
- 函数的定义和使用（包括参数传递和返回值）
- 变量的概念和操作
- 布尔逻辑和条件判断
- 循环结构
- 事件处理
- 多线程编程的基础
2.1 Main Content 0
只需要观看学习完 Lecture 0 即可，内容较为简单基础，没有上手门槛。
2.2 Resources 0
- 官方授课 Note 0，参见链接🔗或下方文档
- 个人手写笔记，见文档
3. Week 1: C
本周学习 C 语言的基础知识，包括源代码和机器代码的概念、编译器的使用，以及代码的正确性、设计和风格规范。课程使用 Visual Studio Code 作为开发环境，学习转义序列、头文件和库函数等基本功能。内容涵盖了数据类型、条件语句、变量声明和循环结构等核心概念。此外，还将介绍 Linux 系统基础，包括图形用户界面（GUI）和命令行界面（CLI）的使用。其他重要主题包括常量定义、代码注释、伪代码编写、运算符使用，以及整数溢出和浮点数精度等实际编程中常见的问题。
3.1 Main Content 1
从现在才算真正开启了 CS50 课程的内容，除了老师在 Lecture 上的知识点，为了完成课程 Problem Set，可能还需要观看 Shorts 和 Sections 的部分讲授以减少 Lecture 与 Problem 之间的衔接差距。
- Lecture：从 Scratch 入手，将上周所教授的伪代码逐步实现，即通过撰写源代码利用编译器 Compiler 转变为机器二进制码（当然后面这一步我们不需要详细了解）。然后通过许多编程案例，向我们讲述了 Functions、Variables、Conditionals、Loops 等知识点。另外，还有关于 GUI 和 CLI 的简单介绍，关于 overflow 和 truncation 所引发的真实事件。
- Shorts：Data Type、Operators、Conditional Statements、Loops、Command Line（cd, cp, ls, mkdir, mv, rm, rmdir, pwd）、Magic Numbers（#define NAME REPLACEMENT）
- Sections：一个小时的短课程，从变量赋值讲起，到循环，再到定义函数。一步一步地讲授怎样输出左对齐的 Hash 金字塔图案，最后以引发关于“右对齐金字塔图案”输出思考结尾。
3.2 Problem Set 1
- Hello：简单案例（printf 输出变量）
- Mario：循环输出（Hash 金字塔图案）
- Cash：假设您在一家商店工作，一位客户给您 1.00 美元（100 美分）的糖果，价格为 0.50 美元（50 美分）。您需要向他们支付他们的“零钱”，即支付糖果费用后剩余的金额。在找零时，尽量减少为每位客户分配的硬币数量，以免用完（或惹恼客户！用 C 语言实现一个程序，该程序打印进行给定兑换量所需的最少硬币数量）
零钱面额：25 美分、10 、5 美分和 1 美分
- Credit：使用 IBM 的 Hans Peter Luhn 发明的算法确定信用卡卡号是否（在语法上）有效
从卡号的倒数第二位数字开始，将每隔一位的数字乘以 2，然后求和。再将总和与“未乘以 2”的位数之和相加。如果总数的最后一位数字是 0 则该信用卡卡号有效！
3.3 Resources 1
- 官方授课 Note 1，参见链接🔗或下方文档
- 个人手写笔记，见文档
4. Week 2: Array
本周的主要内容包括：预处理、编译、汇编、链接、调试，以及数组、字符串、命令行参数和密码学的基础知识。虽然授课的主题是数组（Array），但还涵盖了许多其他重要的知识点，内容较为广泛且多样化。
4.1 Main Content 2
Lecture：以“hello.c”开篇，阐述
make hello 是如何工作的 —— clang -o hello hello.c -lcs50 ，进而深入到预处理、编译、汇编和链接这四个步骤，即从源代码到可执行文件的完整过程解析。另外，课程上通过引入其他 Libraries 向我们讲授了字符串“数组”，再介绍如何 bug 的由来和如何通过 Debugger 来解决程序意料之外的错误，最后简单应用了一下密码学 cryptography 中的加解密 encryption 和 decryption。Shorts：再一次讲到了 Functions 和 Variables 及其 Scope，本节重点强调自定义函数的声明，变量的声明范围。最后大致依次重复 Lecture的部分内容，包括 Step Through 和 Step Into 的使用方法、Array 中字符串“数组”的声明、Command-Line Arguments 主函数参数。
Sections：仅再次教学了 Array 的使用，并简单引入本期 Problem Set 的知识点。
4.2 Problem Set 2
- Scrabble：对用户输入的字符串进行赋分，每个字母的分值不同，考虑依次遍历每个字符再映射到分值表，最后求和。
- Readability：对用户输入的字符串进行难度评级，难点在于对字符串的解析。既需要记录单词数量，还需要记录字符串的字母数量以及字符串中的句子数量。可以考虑以特殊字符为单词末尾标志，以标点作为句子的末尾标志。
可读性测试 Coleman-Liau 指数：index = 0.0588 * L - 0.296 * S - 15.8，其中L是文本中每 100 个单词的平均字母数，S是文本中每 100 个单词的平均句子数。
- Caesar：加解密结合 Counting Command-Line Arguments 的实际应用。
- Substitution：自定义密码本，使明文消息的每个字母（在原字母表位次）一一顺序对应密码本的字母。
4.3 Resources 2
- 官方授课 Note 2，参见链接🔗或下方文档
- 个人手写笔记，见文档