第10课 统计集成——自动生成柱状图

第10课 统计集成——自动生成柱状图

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在上一课中，我们研究了“从1到6间随机选一个数”这个代码，数据分析的环节是用Excel完成的，我们是否需要在Scratch中编写一个软件来完成数据的分析呢？这相当于编写一个科学研究软件，需要考虑软件编写的必要性。自编软件的优点是省去了数据导出→Excel分析的过程，自编软件可能会节省时间，但缺点是需要开发的时间。但如图10.1所示如果自编的软件能够比原来的Excel分析结论更加直观形象，就很有必要自编软件。同学们，你肯接受挑战么？

图10.1 随机选数结果的柱状图

任务分析

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    1. 分析软件需求及目标

编写一款软件，首先需要明确想要编一款什么样的软件，初级目标、中级目标、高级目标分别是什么。中级目标是软件要核心完成的任务，完成了中级目标，软件的编写就算成功。初级目标是基础研究，是基于现有的水平和时间，将中级目标进行的简化，有时是完成核心代码，有时是积累一些基础的数据。高级目标时在中级目标基础上的提升，有时是软件原理上的创新，有的是小改进，可以算作是对软件的进一步地追求。初级目标、中级目标和高级目标，都要围绕着同一个“核”，这样软件的编写才科学、高效。

想一想：

分析300个随机数中1到6的数目，这个软件的三级目标是怎样的？

       我们可以这样整理三级目标，如表10.1所示。

表10.1 三级目标

2. 算法及程序设计

从表10.1中可以看出，初级目标是为了解决这个程序的核心算法。算法是指程序中解决问题的核心方式，大部分的算法都可以从生活中得到启示，比如“在1和6间随机选一个数”这种随机算法，就与生活中的掷色子问题对应。这种联系生活研究编程算法的思考方式，称为生活算法。那么找到300个随机数中1的个数与生活中的那个过程类似呢？

比如，有一个袋子里面装着300个标有1到6六个数字的乒乓球，每次只能从瓶口拿出一个乒乓球，如果是1就放在另外一个袋子，不是1就扔掉。这个过程用代码表示时，如图10.1所示。

图10.2 统计链表中数字1出现的数目代码

想一想

1. 编写图10.1所示的代码的过程中，需要新建那些变量？
2. 如果链表中超过了300组数据，图10.1中的代码还能不能解决？
3. 图10.1的代码可以完成初级目标，那如何修改一下它，让其完成中级目标呢？

DIY

编写一个可以统计1到6六个数字的代码，从变量的角度要从图10.1的代码中新建那些变量，从代码的角度，统计数字2出现次数的代码应该放在那个位置，与统计数字1出现次数的代码相比有什么区别。核心代码如图10.3所示。

图10.3 统计每个数字出现的次数

想一想

1．如果让链表中存储6000个随机数，然后让程序自动分析结果怎么做？完成这个实验，程序运行需要多长时间，是不是比Excel的方法快？

2．如何让结果可视化呢？

3．如果你使用图10.2所示的超速模式运行程序，你会发现程序运行的速度会提高10倍。

图10.2 超速模式下程序执行的速度会大大加快

3. 生成柱状图

柱状图的每个柱可以使用绘图编辑器完成，柱的高度要大于150个像素，注意需要选择“设定旋转中心”工具，将旋转中心设定为红色柱的顶端，如图10.3所示。

图10.3 绘制每个数字次数代表的圆柱

想一想

    如果能够在计数完成之后自动生成柱状图，程序的效果就大大提升了，请你思考一下，需要增添那些新角色？

图10.4所示的代码，可以将柱状图红色部分的上沿和数字1的数目保持一致。制作6个这样的角色，就可以实现柱状图效果了，最后用一个灰色的色块将所有彩条的下缘挡住，只保留纵坐标大于0的那部分，这样，柱状图就完成了，如图10.5所示。

图10.4 生成柱状图

图10.5 自动生成柱状图

DIY

如果将图10.4改进为图10.6所示的代码，可以显示出每个数字出现数目占总数的百分比。

图10.6 超速模式下程序执行的速度会大大加快

如果我们换一个思路，不从分析已有链表的数据出发，将实验的过程理解为：掷一次色子，得到那个点数，就在该点数所在的一栏加1，最后统计每个点数出现的次数和百分比，程序会有什么样的变化？图10.7给出了一个参考的思路

图10.7 将随机数的产生、识别计数、分析一体化的代码

图10.8是12万组数据汇总后的结果，看看是不是每个数字的出现的可能性是六分之一。

图10.8 12万组数据的分析结果

知识着陆

1. 脚本：删除链表中的第1项，链表的长度
2. 设计：如何生成一个柱状图
3. 编程习惯：在程序编写时，设计初级目标、中级目标和高级目标

创作天地

1. 分析图10.9所示的代码，那些代码是相似的结构？

图10.9 分析代码的相似性

1. 如果使用图10.1所示的代码，链表最后就被清空了，这样原始数据就难以保存下来。一位同学做了图10.10所示的改进，请分析一下代码执行的过程。

图10.10 使用变量i来扫描链表中的所有数字

视野拓展

有一位同学制作了一只“机器老鼠”每碰它一下，就前进一1秒，如图10.11所示

10.11 机器老鼠

但是它发现老鼠1秒钟移动的距离稳定地在40左右的几个数之间变化，你能帮助他研究一下都可能出现那几个数，在多次实验的过程中每个数出现的百分比是多少，此外这支机器老鼠能不能有避障之类的其他功能呢？在http://scratch.mit.edu/users/towujunjie介绍了用Scratch制作一个虚拟机器人的方法，同学们可以试一试。