本节书摘来自华章计算机《Python程序设计》一书中的第1章，第1.3节，作者：[美]戴维 I.施奈德（David I. Schneider）著，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看
1.3 编程工具
本节讨论一些特殊的算法，并描述三个用于将算法转化为计算机程序的工具：流程图、伪代码和层次结构图。
你每天都使用算法进行决策以及执行任务。例如，当你寄信时，你必须决定在信封上贴几张邮票。一个经验法则是，每五页或不足五页信纸使用一张邮票。假如一个朋友让你决定在信封上贴几张邮票，下面的算法将完成此任务：
- 获取信纸的页数，称其为Sheets。 （输入）
- 将Sheets除以5。 （处理）
- 如果需要，将商向上取整，称其为Stamps。 （处理）
- 返回Stamps数目。 （输出）
上述算法将信纸的数目（Sheets）作为输入，处理此数据，产生所需邮票的数目（Stamps）作为输出。我们可以用有16页信纸的信测试此算法。 - 获取信纸的页数，Sheets = 16。
- 将16除以5，得到3.2。
- 3.2向上取整得4，Stamps = 4。
- 返回答案，4张邮票。
此问题求解的例子如图1-3所示。
三种流行的程序设计工具如下。
流程图：图形化地描述完成一项任务所需的逻辑步骤，并且展示各个步骤之间的关系。
伪代码：使用类似英语的短语以及一些Python语句概述一项任务。
层次图：展示程序不同部分之间的关系。
1.3.1 流程图
流程图由通过箭头连接的特殊几何符号构成。在每个符号内部，是描述该步动作的一个短语。符号的形状指明待发生的操作的类型。例如，平行四边形表示输入或输出。连接几何符号的箭头称作流程线（flowline），展示了步骤的进程。流程图应该从上“流”到下。虽然流程图中使用的符号是规范化的，但是每个符号的更多细节并没有什么标准。
流程图符号表已经被美国国家标准协会（ANSI）所采纳。图1-4展示了邮资问题的流程图。
使用流程图来制定计划的主要好处是，其提供了任务的一个图形化表示，因此使得逻辑更容易理解。我们可以清晰地看到每个步骤以及步骤之间是如何连接的。主要不足是当一个程序非常大的时候，流程图可能需要画在多页上，使得他们很难阅读和修改。
1.3.2 伪代码
伪代码是实际计算机代码的英文简化版本。在流程图中使用的几何符号被类似英语的语句所替代，它们概述了整个过程。结果就是，伪代码比流程图更像计算机代码。伪代码使得程序员能够专注于解决问题的步骤，而不是如何使用计算机语言。程序员能够使用类Python的形式描述算法，而不用为Python规则所限。当伪代码完成时，它们能够很容易地翻译为Python语言。
邮资问题的伪代码如图1-5所示。
伪代码有几个好处。它很紧凑，可能不会向流程图一样连续许多页。伪代码也看起来很像真实的代码，因此为许多程序员所偏爱。
1.3.3 层次结构图
我们将讨论的最后一个编程工具是层次结构图（Hierarchy Chart），其展示了程序结构的全貌。层次结构图也称作结构图、HIPO（Hierarchy plus Input-Process-Output）图、自顶向下图、VTOC（Visual Table of Contents）图。所有这些名字都指类似于公司组织结构图那样的规划图。
层次结构图描绘了程序的组织框架，而不关心具体的处理逻辑。它描述了程序的每一个部分在做什么，并且描述了程序的一个部分和其他部分之间的关系。然而，忽略了程序内部的处理细节。我们应该按照从上至下、从左至右的顺序来阅读层次结构图。程序的一个部分可能被划分成几个子部分，在图中以分支的形式来描述。通常，当一个部分的子部分的工作都执行完毕后，下一个待执行的部分是这个部分右面的那个部分。我们可以通过层次结构图，很快地了解到程序分为几个部分，当前执行到哪一个部分。图1-6展示了邮资问题的层次结构图。
层次结构图最主要的作用是用来做程序的初期规划。一旦我们划分出程序的主要部分，我们就可以知道在总体上需要做什么。接着，在此基础上，我们再进一步将每个部分用流程图或者伪代码细化。这个过程就是所谓的分治（divide-and-conquer）法。
1.3.4 判断结构
为了解决邮资问题，我们设计了一系列指令来获取数据、执行运算、显示结果。其中每一个步骤都是按顺序执行的，也就是说，我们一行接着一行执行指令，并不跳过任何一行。这种结构叫作顺序结构（sequence structure）。然而，许多问题需要判断，来决定是否要执行一部分指令。如果判断的结果为“是”，则一部分指令需要执行；如果判断的结果为“否”，则执行另外一部分指令。这种结构称为判断结构（decision structure）。图1-7描述了一个判断结构的伪代码和流程图。
顺序结构和判断结构都会应用于解决接下来的问题。
1.3.5 判断纽约接数字编号街道方向的算法
问题：给定一个纽约单行道的街道编号，给出该条单行道的方向，是东行还是西行。
讨论：根据纽约单行道的街道编号来获知该条单行道的方向，有一条简单的规则：双数编号的街道是东行的。
输入：街道编号。
处理：判断街道编号是否能被2整除。
输出：“东行”或“西行”。
图1-8到图1-10展示了此问题的流程图、伪代码和层次结构图。
1.3.6 循环结构
重复执行指令的程序结构称为循环结构（repetition structure, loop structure）。在一个循环结构中，需要一个条件（或测试）来决定其何时终止循环。没有退出条件的话，循环将无止尽重复（无限循环）。控制循环重复次数（通常称为迭代次数）的一种方法，是在每一遍循环开始之前检查循环条件，如果循环条件为真，则继续执行循环。如图1-11所示。在下一个程序中，需要利用循环结构。
1.3.7 班级平均成绩算法
问题：计算并显示班级的平均成绩。
讨论：平均成绩等于班级所有学生的所有成绩之和除以学生的人数。我们需要一个循环来获取班级中每个同学的成绩并求和（累加）。在循环体内，我们同时需要计算班级学生的总数（计数）。如图1-12至图1-14所示。
输入：多个学生成绩。
处理：计算成绩总和，统计学生人数，计算班级学生的平均成绩：总成绩 / 学生人数。
输出：平均成绩。
注释
- 追踪一个流程图就如同在玩一个桌上游戏。我们首先以“开始”符号为起点，在符号和符号之间移动，直到到达“结束”符号。在任意一个时刻，我们只会处在一个符号上。在桌上游戏中，我们走的路线由所投掷的骰子的点数决定。而在流程图中，路线由输入决定。
- 算法在被写成代码之前，首先需要在流程图阶段进行测试。需要构造不同的测试数据作为输入，并检查输出。这个过程称为手工检查（desk checking）。测试数据既要包括规范数据，也要包括非规范数据。
- 流程图、伪代码和层次结构图，是解决问题的通用工具。不仅仅是Python，它们可以用于以许多计算机编程语言为实现方式规划程序。
- 流程图的绘制是非常耗费时间的，并且也不容易更新。因此，专业程序员更喜欢使用伪代码和层次结构图。不过因为流程图能够非常清晰地展示程序的逻辑流程，所以它是编程教学中非常重要的工具。
- 伪代码的书写风格很多样。一些程序员使用纲要形式的伪代码风格，也有一些程序员使用非常类似具体编程语言的伪代码风格。一些Python的关键字，例如“if”、“else”、“while”在伪代码中广泛使用。
