第10課 統計集成——自動生成柱狀圖

任務導航

在上一課中，我們研究了“從1到6間隨機選一個數”這個代碼，數據分析的環節是用Excel完成的，我們是否需要在Scratch中編寫一個軟件來完成數據的分析呢？這相當于編寫一個科學研究軟件，需要考慮軟件編寫的必要性。自編軟件的優點是省去了數據導出→Excel分析的過程，自編軟件可能會節省時間，但缺點是需要開發的時間。但如圖10.1所示如果自編的軟件能夠比原來的Excel分析結論更加直觀形象，就很有必要自編軟件。同學們，你肯接受挑戰么？

圖10.1 隨機選數結果的柱狀圖

任務分析

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    1. 分析軟件需求及目標

編寫一款軟件，首先需要明確想要編一款什么樣的軟件，初級目標、中級目標、高級目標分別是什么。中級目標是軟件要核心完成的任務，完成了中級目標，軟件的編寫就算成功。初級目標是基礎研究，是基于現有的水平和時間，將中級目標進行的簡化，有時是完成核心代碼，有時是積累一些基礎的數據。高級目標時在中級目標基礎上的提升，有時是軟件原理上的創新，有的是小改進，可以算作是對軟件的進一步地追求。初級目標、中級目標和高級目標，都要圍繞著同一個“核”，這樣軟件的編寫才科學、高效。

想一想：

分析300個隨機數中1到6的數目，這個軟件的三級目標是怎樣的？

       我們可以這樣整理三級目標，如表10.1所示。

表10.1 三級目標

2. 算法及程序設計

從表10.1中可以看出，初級目標是為了解決這個程序的核心算法。算法是指程序中解決問題的核心方式，大部分的算法都可以從生活中得到啟示，比如“在1和6間隨機選一個數”這種隨機算法，就與生活中的擲色子問題對應。這種聯系生活研究編程算法的思考方式，稱為生活算法。那么找到300個隨機數中1的個數與生活中的那個過程類似呢？

比如，有一個袋子里面裝著300個標有1到6六個數字的乒乓球，每次只能從瓶口拿出一個乒乓球，如果是1就放在另外一個袋子，不是1就扔掉。這個過程用代碼表示時，如圖10.1所示。

圖10.2 統計鏈表中數字1出現的數目代碼

想一想

1. 編寫圖10.1所示的代碼的過程中，需要新建那些變量？
2. 如果鏈表中超過了300組數據，圖10.1中的代碼還能不能解決？
3. 圖10.1的代碼可以完成初級目標，那如何修改一下它，讓其完成中級目標呢？

DIY

編寫一個可以統計1到6六個數字的代碼，從變量的角度要從圖10.1的代碼中新建那些變量，從代碼的角度，統計數字2出現次數的代碼應該放在那個位置，與統計數字1出現次數的代碼相比有什么區別。核心代碼如圖10.3所示。

圖10.3 統計每個數字出現的次數

想一想

1．如果讓鏈表中存儲6000個隨機數，然后讓程序自動分析結果怎么做？完成這個實驗，程序運行需要多長時間，是不是比Excel的方法快？

2．如何讓結果可視化呢？

3．如果你使用圖10.2所示的超速模式運行程序，你會發現程序運行的速度會提高10倍。

圖10.2 超速模式下程序執行的速度會大大加快

3. 生成柱狀圖

柱狀圖的每個柱可以使用繪圖編輯器完成，柱的高度要大于150個像素，注意需要選擇“設定旋轉中心”工具，將旋轉中心設定為紅色柱的頂端，如圖10.3所示。

圖10.3 繪制每個數字次數代表的圓柱

想一想

    如果能夠在計數完成之后自動生成柱狀圖，程序的效果就大大提升了，請你思考一下，需要增添那些新角色？

圖10.4所示的代碼，可以將柱狀圖紅色部分的上沿和數字1的數目保持一致。制作6個這樣的角色，就可以實現柱狀圖效果了，最后用一個灰色的色塊將所有彩條的下緣擋住，只保留縱坐標大于0的那部分，這樣，柱狀圖就完成了，如圖10.5所示。

圖10.4 生成柱狀圖

圖10.5 自動生成柱狀圖

DIY

如果將圖10.4改進為圖10.6所示的代碼，可以顯示出每個數字出現數目占總數的百分比。

圖10.6 超速模式下程序執行的速度會大大加快

如果我們換一個思路，不從分析已有鏈表的數據出發，將實驗的過程理解為：擲一次色子，得到那個點數，就在該點數所在的一欄加1，最后統計每個點數出現的次數和百分比，程序會有什么樣的變化？圖10.7給出了一個參考的思路

圖10.7 將隨機數的產生、識別計數、分析一體化的代碼

圖10.8是12萬組數據匯總后的結果，看看是不是每個數字的出現的可能性是六分之一。

圖10.8 12萬組數據的分析結果

知識著陸

1. 腳本：刪除鏈表中的第1項，鏈表的長度
2. 設計：如何生成一個柱狀圖
3. 編程習慣：在程序編寫時，設計初級目標、中級目標和高級目標

創作天地

1. 分析圖10.9所示的代碼，那些代碼是相似的結構？

圖10.9 分析代碼的相似性

1. 如果使用圖10.1所示的代碼，鏈表最后就被清空了，這樣原始數據就難以保存下來。一位同學做了圖10.10所示的改進，請分析一下代碼執行的過程。

圖10.10 使用變量i來掃描鏈表中的所有數字

視野拓展

有一位同學制作了一只“機器老鼠”每碰它一下，就前進一1秒，如圖10.11所示

10.11 機器老鼠

但是它發現老鼠1秒鐘移動的距離穩定地在40左右的幾個數之間變化，你能幫助他研究一下都可能出現那幾個數，在多次實驗的過程中每個數出現的百分比是多少，此外這支機器老鼠能不能有避障之類的其他功能呢？在http://scratch.mit.edu/users/towujunjie介紹了用Scratch制作一個虛擬機器人的方法，同學們可以試一試。