关键词： CS4挑战 MIT-6.0001

0. 前言

这是我CS4挑战计划开始的第一门课程，前前后后大概花费了一个月的时间。中间伴随着很多的杂事，所以MIT挑战一周一课的进度对于我来说是不切实际的，更何况开始这门课程学习之前我还有一定的Python基础。回归主题，本文就是对MIT 6.0001课程的回顾与总结。

1. 课程材料

1.1 课程介绍

MIT 6.0001 Introduction to Computer Science and Programming in Python是MIT面向本科生的入门级的计算机课程，适用于编程初学者或编程经验不足者（说的不就是我嘛😭）。这门课旨在帮助学生理解计算在解决问题所起到的重要作用，能够帮助不同专业的学生拥有编写小型程序解决问题的能力。本课程使用的语言是Python3.5。

1.2 课程资源

课程的官网在这里。官网基本上提供了课程所需的所有材料，包括课程视频，课程作业，以及课程PPT。

如果觉得官方网址的视频太卡太模糊，可以查看油管视频这里，当然你需要科学上网。油管看视频的好处是可以设置字幕，同时也可以调整观看倍速。如果没办法科学上网的话，B站上也有up主上传了视频，关键词搜索6.0001应该就可以得到结果，这里就不贴地址啦。

另外课程并没有给出课程作业的答案，也就是没有编程练习的官方Solution。Github上有很多6.0001的仓库，但有的并不是很全，这里就恬不知耻地贴上自己的6.0001编程练习，欢迎有缘人批评指正提issue。

2. 课程总结

2.1 课程概述

本课程主要是培养编程初学者的计算思维，借以Python语言，阐述了表示数据的数据结构以及数据之间交互的方法（迭代和递归）。同时引入模块化编程的思想，再引申到面向对象编程思想。最后结合相应的排序算法来分析和评价程序的效率。整套课程的思路非常明确，在介绍程序设计思想的同时，也结合具体Python程序带领学生入门编程。

2.2 课程详述

Lecture1：主要介绍了计算（computation）的概念，从知识的两种分类（陈述性知识和程序性知识）出发，引出如何让计算机实现类似人类获取程序性知识的能力，也就是让计算机学会计算。然后简单说明了存储程序计算机的结构，以及程序语言的相关知识。一个正常的程序应该避免语法错误（syntatic errors）、静态语义错误（static semantic errors）和实际运行不符错误（different meaning than what programmer intended）。最后介绍了Python程序的表达式和数值运算，以及Python变量的含义和使用。

Lecture2：主要介绍了程序设计中的分支（branch）和迭代（iteration）的概念。首先说明了Python的string类型，Python的输入输出显示可用print()和input()函数来实现，且需要注意input()函数的返回值类型为string类型。其次介绍了Pythonif-elif-else条件分支结构和while、for循环迭代结构。在循环迭代结构中，我们可以使用break语句跳出最里层的循环结构，break语句后的程序将不再被执行。最后比较了for循环和while循环的不同。在知道确切循环次数的情况下，一般使用for循环，若不清楚循环结束的边界，即使用while循环。

Lecture3：主要介绍了Python中关于string类型的一些操作和三种求平方根的算法。可通过len()函数来求得字符串的长度，字符串还可通过索引（indexing）来截取字符串中我们需要的信息。另外需要注意的是string类型是不可变类型（immutable）。然后介绍了三种求平方根的方法—猜检法、渐进法和二分法。

Lecture4：主要引入了程序设计中的分解和抽象思维，并且介绍了Python函数的使用。分解的目的是将程序模块化，抽象的目的是将程序的具体实现细节隐藏，只提供相应的使用接口，Python函数的作用即实现分解和抽象功能。然后着重强调了Python变量作用域的概念，同时比较了print和return的区别。在Python变量作用域中，我们需要注意的是，我们可以在函数里访问函数外的变量，但不可修改变量的值。若确实需要这种操作，则需定义变量为全局变量。

Lecture5：主要引入Python复杂数据类型元组（tuple）和列表（list），并介绍了其各自的特性和相关方法，还说明了列表同名（aliase）和克隆（clone）的区别。元组是不可变类型，列表为可变类型，表示单个元组时，不要忘了添加逗号，如('mit',)。列表同名意味着指向同一值的多个变量，一旦通过一个变量修改了值，这种修改就会在其它变量得以体现。这时就需要通过克隆来避免上述操作可能带来的负面效果。另外要区别sort()与sorted()函数的不同。sort()函数是直接对原列表内容进行排序，返回值是None，sorted()则不对原列表内容进行修改，返回值是排序后的列表。

Lecture6：主要引入了程序设计中递归的思想，并引入了Python字典（dictionary）数据类型。递归的核心思想在于分而治之，把规模很大的问题分成相同的规模较小的问题，再从较小问题出发解决问题。使用递归要求有一个基础解（base case），然后递归地解决更大的问题。字典的组成是一对对key-value对，需注意的是，字典的key值必须是不可变类型。

Lecture7：主要介绍了Python如何测试（testing）和调试（debugging）程序，同时说明了Python的异常处理和断言的使用。测试包括单元测试（unit testing）、回归测试（regression testing）和集成测试（integration testing）。测试也分为黑盒测试（black box testing）和白盒测试（glass box testing）。黑盒测试是穷举输入测试，并不清楚程序内部的结构和路径，而白盒测试是穷举路径测试，对每个程序路径都进行相应的测试。用try-except结构来捕获Python程序运行中出现的异常，用关键字assert来判断Python程序的运行结果是否同预期相同。

Lecture8：主要引入了Python面向对象思想（OOP）。Python万物皆对象，对象由类的实例化所得，其包含着数据和操纵数据的方法。类中的__init__方法用来实例化一个对象相关的数据属性。我们可以通过重写类中的__str__函数来设定我们想要打印对象的信息。

Lecture9：主要介绍了Python的类和继承。Python中获取对象某个数据属性或者设定某个数据属性最好通过getter和setter方法实现，不建议直接通过.操作符来进行访问。Python的子类继承父类的所有参数属性和方法，在子类的__init__函数里，可通过调用父类的__init__方法来减少重复代码的编写。

Lecture10：主要引入了如何评价程序效率的方法。从一开始在程序中使用计时器来计算出程序的运行时间，到通过对程序运行操作技术来比较程序效率，再到抽象出程序增长级的概念更加通用高效地评价程序的执行效率。最后引出了Big O的概念。

Lecture11：进一步地通过具体的程序案例来解释程序时间复杂度的概念。通用的比较是$O(1) < O(logN)<O(N)<O(N*logN)< O(N^c) < O(c^N)$。

Lecture12：主要介绍了最常见的三种排序算法：冒泡排序（bubble sort）、选择排序（selection sort）和归并排序（merge sort），并穿插以说明三种排序各自的时间复杂度。最后对6.0001课程进行了回顾和总结。

3. 课程评价

虽然是读了软件工程的研究生，但是这门MIT的本科生入门课程还是让我收获颇丰。课程作业也进一步地锻炼了我使用Python的能力，至少现在可以毫不费劲地写出归并排序的代码了，这也算是一个小小的进步吧​😭。

课程评价：😀😀😀😀😀

课程作业：😀😀😀😀😀

自我评价：😀😀😀😀

道阻且长，行则将至