GESP C++ & Python 三级考试大纲、课程安排与设计

知识块构成

• • 数据编码
• • 进制转换
• • 位运算
• • 算法与描述
• • 数据结构（具体包括：C++一维数组；Python列表、字典、元组、集合、列表解析）
• • 字符串及其函数

考核目标

掌握计算机中常用进位制、位运算及数据编码的知识，掌握一维数组、字符串类型及其函数的使用，掌握枚举法、模拟法的原理和运用技巧，对于较简单的实际问题能构造算法、描述算法、实现算法并调试程序。

知识点详述

1. 1. 了解二进制数据编码：要求理解原码、反码、补码的概念。
2. 2. 掌握数据的进制转换：熟练掌握二进制、八进制、十进制、十六进制之间的相互转换。
3. 3. 掌握位运算：掌握与(&)、或(|)、非(~)、异或(^)、左移(<<)、右移(>>)这些位运算符的基本使用方法及背后的原理。
4. 4. 了解算法的概念与描述：能够熟练运用自然语言、流程图、伪代码这三种方式来描述算法。
5. 5. 掌握数据结构的基本应用：
• • C++方面：掌握一维数组的基本应用。
• • Python方面：掌握列表、字典、元组、集合的基本应用、相关内置函数以及列表解析的使用技巧。
6. 6. 掌握字符串及其函数的使用：掌握包括但不限于字符串的大小写转换、搜索、分割、替换等常用操作函数。
7. 7. 理解基础算法的原理及特点：理解枚举算法、模拟算法的原理及各自特点，并能够应用它们解决实际问题。

题型分布与考试时间

• • 单选题：共15道，每道题目分值为2分。
• • 判断题：共10道，每道题目分值为2分。
• • 编程题：共2道，每道题目分值为25分。
• • 考试总时长：120分钟。

课程总览

• • 课程名称：计算机数据表示、结构与基础算法
• • 对应级别：GESP C++ 三级 / Python 三级
• • 设计依据：完全遵循官方“知识点详述”七条要求
• • 总课时：18课时 (每课时60分钟)
• • 核心产出：学生能够针对较简单的实际问题，完成“构造算法、描述算法、实现算法、调试程序”的全过程。

详细课程阶段与课时安排

第一阶段：计算机数据表示的基石 (5课时)

本阶段聚焦数字在计算机中的根本表示形式，是理解计算机运算逻辑的基础。

课时1-2：进位计数制及其转换

• • 学习重点：深入理解二进制、八进制、十进制、十六进制的原理与相互关联。
• • 核心技能：
1. 1. 熟练手工进行二进制、八进制、十进制、十六进制之间的整数转换（重点是二、八、十六进制与十进制互转）。
2. 2. 理解“权值”概念，并能用程序实现进制转换算法。
• • 实践任务：编写一个“万能进制转换器”程序，支持用户输入数字和原进制，输出其他三种进制的表示。

课时3：机器数的编码——原码、反码与补码

• • 学习重点：理解为何引入反码和补码；掌握整数（重点是有符号整数）在计算机内存中的存储格式。
• • 核心技能：
1. 1. 能计算给定十进制整数（正数和负数）对应的8位或16位二进制原码、反码和补码。
2. 2. 理解补码如何将减法运算统一为加法，并验证简单的补码加减法。
• • 教学方式：通过数值示例和图示，清晰展示从原码到补码的演变过程及其优势。

课时4-5：位运算——直接操控比特

• • 学习重点：掌握六大位运算符（&, |, ~, ^, <<, >>）的运算规则、真值表及其典型应用场景。
• • 核心技能：
1. 1. 原理理解：解释&（掩码、清位）、|（置位）、^（翻转、交换）、<</>>（乘除2的幂）的底层逻辑。
2. 2. 应用编程：
• • 使用& 1判断奇偶性。
• • 使用<<和>>实现快速乘除计算。
• • 使用^实现不借助临时变量的两数交换。
• • 设计一个使用位运算管理多个布尔状态标志（如系统权限开关）的程序。
• • 语言差异提示：强调C++中右移(>>)对负数的处理（算术右移）与Python中的差异。

第二阶段：数据结构与字符串处理 (6课时)

本阶段从单一变量扩展到集合型数据，掌握批量处理信息的工具。

课时6-7：一维数组 (C++) / 列表 (Python)

• • 学习重点：
• • C++：数组的定义、初始化、遍历、边界控制及内存连续性的概念。
• • Python：列表的创建、切片操作、动态增删改查，以及列表解析式。
• • 核心技能：
1. 1. 基础操作：对数组/列表进行输入、输出、求和、求最值、求平均值。
2. 2. 算法初探：实现线性查找、简单选择排序或冒泡排序（理解算法思想，不要求优化）。
3. 3. Python特色：熟练使用列表解析式 [expr for item in iterable if condition] 来简洁地生成新列表。
• • 对比与思考：讨论C++数组的固定长度、高效性与Python列表的灵活性、功能丰富性之间的权衡。

课时8：Python进阶数据结构 (元组、字典、集合)

• • 学习重点：掌握元组、字典、集合的特性和基本操作。
• • 核心技能：
1. 1. 元组：理解其不可变性，用于保护数据。
2. 2. 字典：熟练使用键值对存储和查询数据（如学生姓名-成绩映射）。
3. 3. 集合：用于数据去重和成员关系测试（如交集、并集）。
• • 实践任务：使用字典统计一段文本中单词出现的频率。

课时9-10：字符串的深度处理

• • 学习重点：超越基础I/O，掌握字符串作为字符序列的精细化操作。
• • 核心技能：
1. 1. 函数应用：熟练调用 upper(), lower(), find(), split(), join(), replace() 等内置方法。
2. 2. 综合应用：能够解决字符串切割、拼接、格式化、搜索替换等复杂任务。
• • 实战项目：实现一个“简易日志分析脚本”，能从多行日志中提取特定错误码，或格式化整理杂乱的数据。

课时11：算法的描述方法

• • 学习重点：理解算法的定义与特性，掌握描述算法的三种工具。
• • 核心技能：
1. 1. 能够将一个问题的解决方案，用 自然语言 清晰、无歧义地表述出来。
2. 2. 能够使用标准符号绘制 流程图 来描述程序的三种基本结构及组合。
3. 3. 能够用接近代码但更抽象的 伪代码 来勾勒算法框架。
• • 教学实践：针对同一个简单问题（如“找出三个数中的最大值”），分别用三种方式进行描述。

第三阶段：基础算法思想与应用 (4课时)

本阶段引入两种最直观的算法范式，培养将问题抽象为计算机步骤的思维。

课时12-13：枚举法 (穷举法)

• • 学习重点：理解枚举法的核心思想——在有限的、定义明确的候选解集合中，逐一检验每一个元素。
• • 核心技能：
1. 1. 识别问题：判断哪些问题适合用枚举法（解空间有限，可列出）。
2. 2. 构造循环：通过单层或多层循环来生成所有可能的候选解。
3. 3. 设计条件：精确设定过滤条件，从候选解中筛选出正确答案。
• • 经典案例：
• • “百钱百鸡”问题。
• • 寻找所有“水仙花数”或“完数”。
• • 找出满足特定方程式的整数解。

课时14-15：模拟法

• • 学习重点：理解模拟法的核心思想——严格按照问题描述的规则，在计算机中一步步地复现整个事件过程。
• • 核心技能：
1. 1. 抽象模型：从问题描述中提取出关键“状态”变量和“变化”规则。
2. 2. 时间/步骤推进：使用循环来驱动模拟过程的进行。
3. 3. 跟踪与输出：在关键节点记录或输出状态信息，得到最终结果。
• • 经典案例：
• • 模拟“约瑟夫环”淘汰游戏。
• • 模拟“自动售货机”的找零过程。
• • 模拟“乒乓球比赛”的计分规则。

第四阶段：综合集成与认证冲刺 (3课时)

本阶段旨在打通所有知识模块，提升解决综合性问题的能力，并完全模拟真实考试环境。

课时16-17：跨知识模块综合实践

• • 学习重点：将数据编码、数据结构、字符串处理、算法思想灵活组合，解决更复杂的问题。
• • 核心教学方法：“设计先行，编码在后”。要求学生必须先用流程图或伪代码完成算法设计，评审通过后再开始编写代码。
• • 综合挑战题示例：
1. 1. 题目：给定一批用不同进制表示的整数，将它们统一转换为十进制后存入数组，使用枚举法找出其中所有能被特定位模式（使用位运算判断）整除的数，并格式化输出结果。
2. 2. 题目：读取一段文本，使用字典统计每个单词的出现次数（字符串处理），然后模拟一个“热搜排行榜”的更新过程（模拟法），最后输出TOP N的单词。

课时18：全真模拟考试与深度分析与复盘

• • 流程：
1. 1. 严格模拟：进行一场120分钟的闭卷考试，题型、题量、分值完全参照三级标准（15道单选、10道判断、2道编程）。
2. 2. 集中讲评：考后立即对试卷进行逐题讲解，重点分析：
• • 进制转换与位运算中的典型错误。
• • 数组/列表下标越界、字符串函数误用等常见陷阱。
• • 枚举法与模拟法解题思路的建立与优化。
3. 3. 策略总结：传授考试时间分配技巧、编程题的调试与测试方法，以及检查清单。

教学支持与评估

• • 教学资源：提供进制转换速查表、位运算应用口诀卡、字符串函数速查手册、经典算法流程图模板。
• • 持续评估：每个模块后设置“技能过关小测验”，形式包括选择题、判断题和一道小型编程题，确保知识点当日消化。
• • 作业设计：作业题直接与“知识点详述”的七条要求对标，确保训练全面无遗漏。