第9課 隨機(jī)探秘——數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和分析

任務(wù)導(dǎo)航

色子恐怕是生活中最常見的隨機(jī)現(xiàn)象了，本課，我們使用Scratch編寫一個(gè)模擬投擲色子過程的小程序，讓小貓說出色子上當(dāng)前的點(diǎn)數(shù)，如圖9.1所示。通過多次模擬投擲色子的過程，獲取數(shù)據(jù)，然后借助Excel來統(tǒng)計(jì)色子上每個(gè)點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的數(shù)目，研究隨機(jī)現(xiàn)象的規(guī)律，如圖9.2所示。

圖9.1 小貓說出色子的點(diǎn)數(shù)

圖9.2 數(shù)據(jù)匯總的結(jié)果（投擲300次）

任務(wù)分析

用可以讓一個(gè)角色說一個(gè)1到6之間隨機(jī)的整數(shù)，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(dāng)前的點(diǎn)數(shù)。

圖9.3 模擬擲色子的過程

程序的核心是隨機(jī)數(shù)，雖然我們?cè)谇懊娑啻问褂眠^隨機(jī)數(shù)，但是我們從來沒有系統(tǒng)地研究過隨機(jī)數(shù)這個(gè)重要的代碼，比如取500個(gè)1到6的隨機(jī)數(shù)，每個(gè)整數(shù)的數(shù)目是不是都是50個(gè)？

想一想

       這是一個(gè)將程序作為研究工具的實(shí)驗(yàn)，首先要回答以下兩個(gè)問題。

（1）研究的問題：你研究的問題是什么？對(duì)問題的答案你有什么猜想？

（2）使用的工具：你準(zhǔn)備如何研究這個(gè)問題？要獲取多少組數(shù)據(jù)？如何存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)？你打算如何分析這些數(shù)據(jù)？

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1. 獲取數(shù)據(jù)

獲取多組數(shù)據(jù)常常需要使用鏈表來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如圖9.4所示。

按空格300次不難獲得300個(gè)隨機(jī)數(shù)，那么，怎么知道其中有多少個(gè)1呢？

    2. 統(tǒng)計(jì)色子上每個(gè)點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)

統(tǒng)計(jì)色子上每個(gè)點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)可以采用很多種思路，如可以編一個(gè)程序來記錄1到6個(gè)數(shù)據(jù)各出現(xiàn)多少次；或者使用數(shù)據(jù)處理軟件，輔助完成統(tǒng)計(jì)的工作。

    在科學(xué)研究中，雖然程序理論上可以解決所有的數(shù)據(jù)處理的問題，但是有時(shí)候限于現(xiàn)有的編程水平，或者追求更快的速度，常常需要結(jié)合應(yīng)用軟件來完成數(shù)據(jù)處理工作。接下來介紹用Excel的排序功能來統(tǒng)計(jì)1到6出現(xiàn)的次數(shù)。

第1步：在鏈表上右擊，選擇“輸出”，如圖9.5所示，在彈出的對(duì)話框中選擇合適的存儲(chǔ)位置，將鏈表數(shù)據(jù)輸出為txt文件。

圖9.5 輸出鏈表數(shù)據(jù)

第2步：將txt文件中的數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼在Excel中，如圖9.6所示。

第3步：將數(shù)據(jù)從小到大排列，如圖9.7所示。

注意：在排列之前，請(qǐng)復(fù)制所有數(shù)據(jù)在工作表中，Sheet1用于保留原始數(shù)據(jù)。

第4步：數(shù)出每個(gè)數(shù)字的個(gè)數(shù)

方法有很多，比如看左邊的編號(hào)，或者選中所有的數(shù)字2的單元格，然后在Excel右下角會(huì)顯示出當(dāng)前單元格的數(shù)目，或者把所有編號(hào)為2的單元格剪切、粘貼在旁邊的那一列。最終將數(shù)據(jù)匯總到Sheet3中，如圖9.8所示。

圖9.8 數(shù)據(jù)匯總的結(jié)果

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和你之前的猜想一致么？和你周圍的同學(xué)們比較一下，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相同么？

DIY

    可以通過改進(jìn)代碼，使用重復(fù)執(zhí)行語句，增大數(shù)據(jù)量，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成600個(gè)隨機(jī)數(shù)，代碼如圖9.9所示。

想一想

1．你的猜想正確么？

2．是不是數(shù)據(jù)量越大，每個(gè)數(shù)字出現(xiàn)的數(shù)目占總數(shù)目的百分比就越接近？

3．為了獲得更多的數(shù)據(jù)，能不能將其他同學(xué)的數(shù)據(jù)和自己的數(shù)據(jù)合并呢？

知識(shí)著陸

1.  腳本：將鏈表導(dǎo)出

2.  設(shè)計(jì)：從獲取、分析數(shù)據(jù)的角度驗(yàn)證猜想

3.  編程習(xí)慣：多種軟件共同使用提高效率

創(chuàng)作天地

1．有些同學(xué)提出繪制6個(gè)不同點(diǎn)數(shù)的篩子造型，用圖9.10的代碼來實(shí)現(xiàn)擲色子的效果，你也可以試一試。

2．一位同學(xué)試圖改進(jìn)圖9.10的代碼，卻出現(xiàn)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(shù)據(jù)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(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間，就連循環(huán)也不例外，你可以試著做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，按照?qǐng)D9.13所示的代碼記錄100組循環(huán)時(shí)間求出每次循環(huán)所用的時(shí)間

圖9.13 循環(huán)100次所需要的時(shí)間研究

鏈表直接導(dǎo)出成Excel文件，更改擴(kuò)展名txt為xls，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)空循環(huán)100次所需要的時(shí)間大約是2.5秒，每次循環(huán)大約需要0.025秒，你可以研究一下這100組數(shù)據(jù)的最大值和最小值是多少，并思考影響循環(huán)時(shí)間的影響因素。

懂得了這個(gè)道理，就不難理解圖9.14所示的“秒表”程序?yàn)槭裁床荒軠?zhǔn)確的計(jì)時(shí)了，事實(shí)上所有程序語言都有一個(gè)相對(duì)固定的循環(huán)時(shí)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